Галилей. Труба Галилея. Немного биографии и заслуг.

Галилео Галилей, наверное, каждый слышал это имя. Галилей родился в семье родовитого, но обедневшего дворянина. В 17 лет по настоянию отца Галилей поступает в Пизанский университет изучать медицину. Здесь Галилео познакомился с идеями Коперника. Но вскоре финансовое положение отца ухудшилось, и он оказался не в состоянии оплачивать обучение сына. Галилей был вынужден вернуться в родную Флоренцию, так и не получив учёной степени. Тем не менее благодаря своим остроумным изобретениям Галилей сумел обратить на себя внимание одного богатого любителя науки, который сумел устроить его в тот же Пизанский университет только теперь уже профессором математики, а не студентом(!). Правда жалование там было весьма скромным. Затем Галилей получил должность в престижном университете в Падуе. Вскоре он становится самым знаменитым профессором в Падуе. Студенты толпами стремятся на его лекции, с ним переписывается молодой, уже известный нам, Кеплер.

Поводом к новому этапу в научных исследованиях Галилея послужило появление в 1604 году новой звезды, называемой сейчас Сверхновой Кеплера. Это пробуждает всеобщий интерес к астрономии, и Галилей выступает с циклом частных лекций.

«Месяцев десять тому назад, - рассказывает Галилей, - до наших ушей дошёл слух, что некий нидерландец изготовил «перспективу»(слово телескоп возникло позже), с помощью которой зримые предметы хотя бы изначально удалённые от глаза наблюдателя, могли быть отчётливо видимы как бы вблизи…;это и послужило поводом к тому, что я целиком отдался такой задаче: найти основы устройства подобного инструмента и выяснить также, из каких материалов я мог бы построить его…»

Галилей обнаружил, что поверхность Луны неровная, там есть горы и долины. Была раскрыта тайна Млечного Пути, Галилей понял, что Млечный Путь - это огромное количество звёзд, которые невооружённым глазом неразличимы. В 1610 году Галилей открывает сразу четыре спутника Юпитера.

Галилей не был изобретателем подзорной трубы. Но задача самостоятельного конструирования и отделки нового прибора пришлась ему по душе. Галилей сумел соорудить себе сначала трубу с трёхкратным увеличением, а потом в короткий срок довёл увеличение своих труб до тридцатикратного. Галилей первым использовал подзорную трубу для астрономических целей.Осенью 1609 года Галилей впервые посмотрел на ночное небо вооружённым глазом. И сразу же сделал несколько потрясающих открытий!

Галилей публикует свои открытия в книге «Звёздный вестник» . Книга имела сенсационный успех по всей Европе. Сенаторы, кардиналы и прелаты, царедворцы и прелаты всех стран стремятся заполучить телескоп или хотя бы раз заглянуть с его помощью в небесные дали. Несколько телескопов Галилей подарил Венецианскому сенату, который в знак благодарности назначил его пожизненным профессором с окладом 1000 флоринов. В сентябре 1610 года телескопом обзавёлся Кеплер.

Наступает всеобщее признание. Галилея сравнивают с Колумбом.

Галилей продолжает делать одно потрясающее открытие за другим. Галилей замечает, что Венера ведёт себя подобно Луне: меняет свой вид. Таким образом, Галилей открывает фазы Венеры. Что подтверждает взгляды Коперника о том, что Венера, как и остальные планеты движется вокруг Солнца. Галилей открывает пятна на Солнце и убеждается, что Солнце вращается вокруг своей оси.

Труба Галилея.

Оптические приборы, предназначенные для рассмотрения удаленных предметов, к которым мы не можем приблизиться, называют зрительными трубами. С помощью объектива зрительной трубы получают изображение предмета вблизи глаза. После этого изображение рассматривается в окуляр как в лупу. К зрительным трубам относятся: подзорные трубы, бинокли, телескопы и другие более специальные приборы.

Первая зрительная труба была изобретена Галилеем в 1609 г. В трубе Галилея окуляр, в отличие от трубы Кеплера, представляет собой рассеивающую линзу. Ход лучей в трубе Галилея показан на рисунке 1. Лучи, идущие от предмета AB, проходят через собирающую линзу (объектив O1) и становятся сходящимися. Эти лучи дали бы перевернутое, уменьшенное изображение ab. Но еще до его образования они попадают на рассеивающую линзу (окуляр O2) и вновь становятся расходящимися. При попадании в глаз они дают мнимое, прямое, увеличенное изображение A1B1 предмета AB

Телескоп Галилея

С помощью своей трубы с 30-кратным увеличением Галилей сделал ряд астрономических открытий: обнаружил горы на Луне, пятна на Солнце, открыл четыре спутника Юпитера, фазы Венеры, установил, что Млечный Путь состоит из множества звезд. В наше время трубы Галилея применяются довольно редко, в основном в театральных биноклях.

рис. 1

Телескоп. Современные телескопы.
Устройство телескопов

Оптическая схема рефрактора точно такая же, как у зрительной трубы Кеплера.Ход лучей в зеркальном телескопе показан на рисунке 6. Свет от небесного тела идет практически параллельным пучком и после отражения от зеркала З₁ сходится в его фокальной плоскости. При помощи плоского зеркала З₂ световые лучи направляются в окуляр L1. Через окуляр рассматривается изображение тела.

Увеличение больших телескопов превышает 500 за счет большого фокусного расстояния объектива. С помощью телескопа можно различать на Луне предметы размером менее 1 м, а на Марсе около 100 м. Звезды находятся на столь больших расстояниях, что и после увеличения в телескопе угол зрения оказывается меньше 1', т. е. меньше минимально разрешаемого глазом угла. Изображение звезды попадает на один чувствительный элемент сетчатки, и звезда в любом телескопе воспринимается как светящаяся точка. Но за счет огромного по сравнению со зрачком глаза поперечного сечения объектива освещенность изображения, даваемого объективом, возрастает в миллионы раз. Поэтому с помощью телескопов наблюдаются очень слабые или удаленные звезды, а также звездные скопления - внегалактические туманности.

рис. 6

1)телескоп-рефлектор

2)телескоп-рефрактор

Эпоха обсерваторий – это эпоха телескопов-рефракторов.

Затем люди научились производить стеклянные зеркала, серебрить их или алюминировать. Такие зеркала уже могут служить десятилетия, а затем их можно повторно алюминировать(этот процесс гораздо проще, чем делать новое зеркало). Здесь уже вперёд в противостоянии вырываются рефлекторы. Все современные крупные телескопы – рефлекторы. У зеркала важна только поверхность, а у линзы важен объём. Поэтому изготовить большую линзу сложнее, большое зеркало можно сзади поддерживать, чтобы оно не деформировалось.

Телескопы

Телескоп - это оптический прибор (большая зрительная труба) для наблюдения небесных тел и звезд. По своей оптической схеме телескопы разделяются на линзовые (рефракторы) и зеркальные (рефлекторы).

В телескопе-рефлекторе объективом служит параболическое (для уменьшения сферической аберрации, об аберрациях пойдёт речь позже) зеркало большого диаметра. Зеркало лишено хроматической аберрации, и в этом отношении рефлектор имеет преимущество перед рефрактором. То есть, кажется, что рефлектор лучше.

Что же лучше: Рефрактор или рефлектор?

Но первое время в этом споре выигрывали рефракторы. Чтобы сделать хороший телескоп-рефрактор в средневековье достаточно было выточить качественную линзу, это сложно, но, если вам это удалось, то линза будет служить вам, пока вы её не разобьёте. А чтобы сделать рефлектор нужно сферическое зеркало(а лучше параболическое), делались такие большие зеркала из металла, металл сразу же начинал окисляться, тускнеть, что создавало необходимость чуть ли ни каждый год делать новое зеркало. Шлифовка зеркала занимала 16 часов непрерывной работы! Технически выигрывали рефракторы, но у них был предел по диаметру. Линза стеклянная, тяжёлая, и невозможно сделать сколь угодно большую линзу. К тому же большие линзы будут деформироваться под собственным весом, а для оптического прибора это недопустимо, нужна большая оптическая точность. Самый большой рефрактор имеет диаметр 102 см (Йеркский рефрактор).

Современные телескопы.

Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна; в первую очередь — в инфракрасном диапазоне. Отсутствие атмосферы увеличивает чувствительность телескопа в разы.

Один из самых известных космических телескопов – Хаббл.

Радиотелескопы

В нашем курсе мы рассматриваем лишь оптические лучи, то есть то, что мы видим. На самом деле существует ещё много различного невидимого человеческим глазом излучения. Современные телескопы научились «видеть» эти излучения. Есть телескопы которые работают в ультрафиолетовом диапазоне, есть телескопы, которые улавливают инфракрасные лучи, радиолучи, рентгеновские лучи и т.д.

Ультрафиолетовый телескоп

Хаббл

Хаббл

За 15 лет работы на околоземной орбите «Хаббл» получил 1,022 млн изображений небесных объектов — звёзд, туманностей, галактик, планет. Поток данных, которые он ежемесячно генерирует в процессе наблюдений, составляет около 480 ГБ. Общий их объём, накопленный за всё время работы телескопа, составляет примерно 50 терабайт. Более 3900 астрономов получили возможность использовать его для наблюдений, опубликовано около 4000 статей в научных журналах.

Телескоп «Гершель» — первая космическая обсерватория для полномасштабного изучения инфракрасного излучения в космосе. Телескоп с зеркалом диаметром 3,5 метра — самый крупный космический телескоп, работающий в инфракрасном спектре, из когда-либо запущенных.

Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна; в первую очередь — в инфракрасном диапазоне. Отсутствие атмосферы увеличивает чувствительность телескопа в разы.

Гершель