www.ukrreferat.com – лідер серед рефератних сайтів України!
РЕФЕРАТ
на тему:
«Сучасні наземні і космічні телескопи»
ПЛАН
Вступ
1. Наземні оптичні телескопи
2. Астрономічні обсерваторії
3. Радіотелескопи і радіоінтерферометри
4. Телескопи для спостережень у високоенергетичних діапазонах електромагнітних хвиль
5. Космічні телескопи
Висновок
Список використаної літератури
Вступ
Астрономія — наука всехвильова. Галузь астрономії, яка вивчає Всесвіт у видимому світлі, називається оптичною.
Але видиме світло займає лише маленьку ділянку електромагнітного спектра, куди входять також радіохвилі, інфрачервоне, ультрафіолетове, рентгенівське та гамма-випромінювання - різні за довжиною (чи частотою) електромагнітні хвилі.
Крізь товщу атмосфери до поверхні Землі доходить лише видиме світло з довжиною хвиль від 390 до 760 нм, радіохвилі з довжиною від 0,01 см до 30 м (мал. 11.1) та інфрачервоні промені довжиною 0,75 -5,2 мкм і вибірково в довжинах хвиль 8,2 - 22 мкм. В інших діапазонах електромагнітних хвиль земна атмосфера непрозора.
З XIX ст. астрономи почали вивчати космічні об'єкти в доступних інфрачервоних променях. А в 30-х роках XX ст. зародилася нова галузь астрономії - радіоастрономія, справжній розвиток якої почався після другої світової війни. Та оскільки небесні тіла випромінюють у всьому діапазоні електромагнітного спектра, перед астрономами постала задача проведення досліджень поза межами атмосфери.
Порівняно просто ця задача вирішується для інфрачервоного та субміліметрового випромінювання з довжинами хвиль від 0,013 мм до 1 мм. Основна речовина, що поглинає інфрачервону радіацію, - це водяна пара, концентрація якої швидко зменшується з висотою. На висотах 25-30 км земна атмосфера стає прозорою для інфрачервоного випромінювання. Важливі спостереження в цьому діапазоні проводяться з аеростатів і з борту штучних супутників Землі.
В короткохвильовій частині спектра виділяють окремо діапазони ультрафіолетової астрономії (довжина хвилі 390-30 нм), рентгенівської астрономії (30-0,01 нм) і галииа-астрономії (довжина хвилі менша за 0,01 нм), кожна з яких має свої методи досліджень .
Важливу інформацію про те, що діється далеко за межами Землі, доносять до нас потоки космічних променів і нейтрино.
Таким чином, з другої половини XX ст. астрономія стала всехвильовою наукою, яка вивчає Всесвіт практично в усьому діапазоні електромагнітних хвиль.
1. Наземні оптичні телескопи
Телескоп має три основних призначення: збирати випромінювання від небесних світил на приймальний пристрій (око, фотопластинка, спектрограф тощо); будувати у своїй фокальній площині зображення об'єкта чи певної ділянки неба; збільшувати кут зору, під яким спостерігаються небесні тіла, тобто розділяти об'єкти, розташовані на близькій кутовій відстані й тому нероздільні неозброєним оком.
Обов'язковими складовими частинами своєї конструкції мають: об'єктив, який збирає світло і будує у фокусі зображення об'єкта чи ділянки неба; трубу (тубус), яка з'єднує об'єктив з приймальним пристроєм; монтування - механічну кострукцію, що тримає трубу і забезпечує її наведення на небо; у разі візуальних спостережень, коли приймачем світла є око, обов'язково - окуляр. Через нього розглядається зображення, побудоване об'єктивом. При фотографічних, фотоелектричних, спектральних спостереженнях окуляр не потрібний, тому що відповідні приймачі встановлюються безпосередньо у фокальній площині. Першими було збудовано лінзові телескопи-рефрактори (від лат. «рефракто» - «заломлюю», мал. 1). Проте світлові промені різних довжин хвиль заломлюються по-різному, і окрема лінза дає забарвлене зображення. Для усунення цього недоліку з часом почали будувати об'єктиви з кількома лінзами зі скла з різними коефіцієнтами заломлення.
Мал. 1. Оптична схема телескопа-рефрактора
На розміри телескопів-рефракторів накладаються певні обмеження, тому найбільший лінзовий об'єктив має діаметр лише 102 см.
Рефрактори, як правило, використовують в астрометрії, а от астрофізики користуються дзеркальними телескопами-рефлекторами (від лат. «рефлекто» - «відбиваю», мал.2). Перший такий телескоп з діаметром дзеркала 2,5 см побудував І. Ньютон. Головні дзеркала рефлекторів спочатку мали сферичну форму, згодом - параболічну.
Мал. 2. Оптичні схеми телескопів-рефлекторів
Дзеркала виготовляли із бронзи. З середини XIX ст. почали робити скляні дзеркала і розробили метод зовнішнього сріблення скляних дзеркал, а з 1930 р. їх почали алюмініювати. Дуже зручною, а тому і найчастіше вживаною, була система Кассегрена, в якій головне дзеркало - увігнуте параболічне, а допоміжне - опукле гіперболічне; проте телескопи і павільйони, в яких їх встановлювали, були надзвичайно громіздкими.
Справжня революція в телескопобудуванні відбулась у 70-х роках XX ст. На зміну системі Кассегрена прийшла телескопічна система Річі-Кретьєна, у якій головне дзеркало за формою дещо відрізняється від параболоїда, а допоміжне - від гіперболоїда. Тому і довжина труби, і діаметри павільйонів у два - чотири рази менші, ніж у попередніх телескопів. На 2000 рік введено в дію близько десяти телескопів системи Річі-Кретьєна з діаметром дзеркал 3,6-4,2 м. З 1996 р. працює багатодзеркальний (діаметр сегмента становить 1,8 м) телескоп «Кек-І» з сумарним.діаметром дзеркала 10 м, а з 1998 р. - такий же «Кек-ІІ» (мал.3). Введено в дію «Джеміні» з діаметром дзеркала 8,1 м та японський «Субару» з діаметром дзеркала 8,3 м. З 1998 р. почергово вводяться в дію одне із шести (діаметром 8,2 м) дзеркал «Дуже великого телескопа» («Very Large Teleskope» - VLT).
Мал. 3. Телескопи «Кек-І» та «Кек-ІІ»
При побудові таких телескопів використовуються найновітніші досягнення техніки, і працюють вони, керовані на відстані зі спеціальних приміщень, без присутності людей поблизу телескопа.
2. Астрономічні обсерваторії
Упродовж тривалого часу заняття астрономією було ледь не приватною справою окремих ентузіастів. Але в XVII ст. було усвідомлено її значення для потреб географії та мореплавання. Розпочалось будівництво перших державних астрономічних обсерваторій (АО): Паризької (1671 p.), Гринвіцької (1675 р.) тощо.
В наш час у світі налічують близько 400 АО. В Україні провідними є Головна астрономічна обсерваторія НАН України (1944 p.), Інститут радіоастрономії з його унікальним декаметровим телескопом УТР-2 під Харковом, Кримська астрофізична обсерваторія (1950 p.). Певні традиції досліджень і спостережень зберігають AO університетів - Львівського (1769 p.), Харківського (1898 p.), Київського (1845 p.), Одеського (1871 p.).
Довгий час AO будувались поблизу чи навіть у населених пунктах, з XIX ст. їх почали розташовувати на гірських вершинах. Серед найбільших AO світу найвідомішими сьогодні є: введена в дію 1990 р. АО на вершині древньої вулканічної гори Мауна-Кеа (4215 м, о. Гавайї), оголошеної науковим заповідником за свій унікальний аст-роклімат; тут встановлено кілька 4-метрових телескопів, а також телескопи «Кек», «Джеміні», «Субару» (мал. 11.6); англійська АО на о. Ла-Пальма (2327 м, 1986 p.), американська АО Лас-Кампанас (2280 м, 1976 p.) у Чилі і там же європейська AO Ла-Сілла (2347 м, 1976 p.), де встановлено «Дуже великий телескоп».
В останні роки не менше половини наукових публікацій з астрономії грунтуються на спостереженнях небесних об'єктів із стратостатів, штучних супутників Землі, орбітальних космічних станцій та автоматичних міжпланетних станцій (АМС). В космосі працює ціла низка інфрачервоних, ультрафіолетових, рентгенівських, гамма-обсерваторій, які досліджують небо у всіх діапазонах електромагнітних хвиль, наприклад рентгенівська обсерваторія «Чандра». Важливою для астрономів подією був запуск 25 квітня 1990 р. на орбіту висотою 612 км «Космічного телескопа ім. Габбла» (мал. на стор. 51) з діаметром дзеркала 2,4 м, який вирішує велику кількість астрофізичних задач. Загалом з 1962 р. для астрономічних досліджень запущено близько 50 ШСЗ та АМС.
3. Радіотелескопи і радіоінтерферометри
Радіовипромінювання від космічних об'єктів приймається спеціальними установками, які називаються радіотелескопами (РТ). Сучасні радіотелескопи досліджують космічні радіохвилі в довжинах від одного міліметра до декількох десятків метрів.
Основними складовими частинами типового радіотелескопа є антена і дуже чутливий приймач. Антени РТ, які приймають міліметрові, сантиметрові, декаметрові та метрові хвилі - це найчастіше параболічні відбивачі, подібні до дзеркал звичайних оптичних рефлекторів. У фокусі параболоїда встановлюється опромінювач - пристрій, який збирає радіовипромінювання, направлене на нього дзеркалом. Опромінювач передає прийняту енергію на вхід приймача, і після підсилення та виділення заданої частоти сигнал реєструється на стрічці самописного електричного приладу. Сучасні підсилювачі дають змогу виявляти (розрізняти) радіосигнали, що виникають при змінах температури всього на 0,001 К.
Радіоастрономічні дзеркала не вимагають такої точності виготовлення, як оптичні. Щоб дзеркало не спотворювало зображень, його відхилення від заданої параболічної форми не повинно перевищувати 1/8 довжини хвилі, яку він приймає. Наприклад, для довжини хвилі 10 см досить мати точність дзеркала близько 1 см. Більше того, дзеркало РТ можна робити не суцільним: досить натягнути металеву сітку на каркас, який надає йому параболічної форми. Нарешті, РТ можна зробити нерухомим, якщо замінити поворот дзеркала зміщенням опромінювача. Завдяки таким особливостям РТ можуть набагато перевищувати оптичні телескопи у розмірах.
Найбільша у світі радіоастрономічна антена, встановлена у кратері згаслого вулкана Аресібо на острові Пуерто-Ріко, має діаметр 305 м. Нерухома антена, спрямована в зеніт, не дозволяє приймати радіохвилі з будь-якої точки неба, але завдяки добовому обертанню Землі і можливості зміщувати опромінювач більша частина небесної сфери доступна для спостережень.
Інші найбільші радіотелескопи з параболічною антеною встановлено: в Радіоастрономічному інституті ім. М. Планка (Еффельсберг, ФРН) - діаметр антени 100 м, в обсерваторії Грін Бенк у штаті Вірджинія (США) - антена 110x100 м, а також 76-метровий РТ в обсерваторії Джодрел Бенк (Англія), 64-метровий РТ в обсерваторії Парке (Австралія), 22-метровий РТ недалеко від Євпаторії в Криму. Усі вони легко спрямовуються в задану точку неба поворотом навколо двох осей - вертикальної (встановлюється азимут об'єкта) і горизонтальної (установка висо ти об'єкта). В подальшому ЕОМ безперервно подає сигнали керуючим пристроям, які ведуть РТ услід за об'єктом при його зміщенні, зумовленому добовим обертанням небесної сфери.
Радіотелескопи дуже великих розмірів можуть бути побудовані з великої кількості окремих дзеркал, що фокусують випромінювання на один опромінювач. Прикладом є РАТАН-600 («радіотелескоп Академії наук, діаметр 600 м»), встановлений поблизу станиці Зеленчук на Північному Кавказі неподалік від 6-метрового оптичного телескопа. Він являє собою замкнене кільце діаметром 600 м і складається з 900 плоских дзеркал розмірами 2x7,4 м, що утворюють сегмент параболоїда. В такому РТ може працювати як усе кільце, так і його частина.
На довжинах хвиль від кількох метрів і більше параболічна антена не застосовується, замість неї використовують системи з великої кількості плоских дипольних антен, електричний зв'язок між якими забезпечує необхідну для РТ спрямованість прийому. Саме за таким принципом побудовано найбільший у світі радіотелескоп декаметрового діапазону УТР-2 (мал. 11.9), розташований під Харковом.
Використовуючи відоме у фізиці явище інтерференції, дослідники розробили методи радіоінтерферометричних спостережень з використанням двох різних приймачів. Об'єднуючи декілька РТ, будують так звані радіоінтерферометри (РІ).
На сьогодні найвідомішим РІ є введений у дію 1980 р. РТ VLA («Very Large Array - «Дуже велика гратка»), який встановлено в пустельній місцевості штату Нью-Мексико, США. Цей РТ складається з 27 повноповоротних 25-метрових параболічних антен, розміщених у формі літери Y з довжиною двох плечей по 21 км, а третього - 19 км. У цьому і аналогічних випадках антени пов'язані між собою електричними лініями.
Розроблено також методи наддалекої радіоінтерферометри, коли використовують попарно великі антени, розташовані на відстанях до 12 000 км. З допомогою таких систем в радіоастрономії вдалось отримати кутове розділення дуже тісних об'єктів порядку 0,0001, що набагато краще, ніж дають оптичні телескопи (для порівняння: кутова Мал. 11.10. Радіотелескоп VLA
роздільна здатність людського ока - 2). 31979 р. однією з антен інтерферометра є РТ, виведений супутником на орбіту Землі. Завдяки радіоінтерферометрам вдається вивчати структуру далеких радіоджерел.
4. Телескопи для спостережень у високоенергетичних діапазонах електромагнітних хвиль
Оскільки земна атмосфера затримує електромагнітні хвилі, коротші за 300 нм, всі приймачі ультрафіолетових, рентгенівських та гамма-променів доводиться виносити за її межі. Значну частину досліджень в ультрафіолеті від 300 нм до 120 нм здійснено за допомогою звичайних телескопів з дзеркалами, покритими алюмінієм, для ще коротших хвиль використовують дзеркала, покриті тонким шаром фтористого магнію, та добре відомі лічильники Гейгера-Мюллера. Особливі труднощі виникають при спостереженнях рентгенівського випромінювання з довжиною хвиль від 0,01 нм до 1 нм. Сучасні методи полірування та шліфування матеріалів не дозволяють виготовити дзеркало з такою високою точністю. Однак виявляється, що при падінні і відбиванні променя під дуже малим кутом до дзеркала вимоги до точності його виготовлення значно послаблюються. Такий телескоп є поєднанням двох дзеркал - параболоїда обертання і гіперболоїда обертання, відбивні поверхні яких покриті шаром хрому і нікелю. Промінь відбивається від першого дзеркала під кутом лише 1° до відбивної поверхні, потрапляє на друге дзеркало, а після цього - у фокальну площину, де й будується зображення, скажімо, Сонця. Усі ж інші промені, що йдуть ближче до головної осі дзеркала, затримуються діафрагмою (непрозорим екраном).
В гамма-діапазоні пристроєм для реєстрації квантів слугують детектори (з лат. - «той, що виявляє»). їх встановлюють у глибоких (до 1 500 м) шахтах, у тунелях, прокладених у надрах гір (як-от Ельбрус, Монблан), на дні великих озер, щоб істотно зменшити побічні ефекти.
5. Космічні телескопи
Серед найвідоміших космічних телескопів можна виділити: Хаббл, Hipparcos, Гершель.
Космічний телескоп «Габбл» (англ. Hubble Space Telescope, HST) — американський оптичний телескоп, розташований на навколоземній орбіті 1990 року. Спільний проект NASA і Європейського космічного агентства (ЄКА). Телескоп названо на честь Едвіна Габбла.
Телескоп «Габбл» — унікальна багатоцільова орбітальна обсерваторія, найбільша серед запущених у космос у XX сторіччі. Є першим апаратом із серії «Великі обсерваторії». Незважаючи на невдалий початок роботи (телескоп було запущено на орбіту із дефектом головного дзеркала) зусиллями космічної експедиції дефект вдалося майже повністю компенсувати, що надало змогу наблизитися до розрахункових характеристик. Подальші експедиції вдосконалили телескоп і за його допомогою здійснено багато важливих спостережень.
Обслуговування «Габбла» здійснюється під час виходів у відкритий космос з космічних кораблів багаторазового використання типу «Спейс Шатл».
Всього було здійснено чотири експедиції з обслуговування телескопа.
За 15 років роботи на навколоземній орбіті «Габбл» отримав 700 тисяч зображень 22 тисяч небесних об'єктів — зірок, туманностей, галактик, планет. Потік даних, які він щоденно генерує в процесі спостережень, становить близько 15 Гб. Загальний їхній обсяг, накопичений за весь час роботи телескопа, перевищує 20 терабайт. Близько 4000 астрономів дістали можливість застосовувати його для спостережень, опубліковано близько 4000 статей у наукових журналах. Встановлено, що в середньому індекс цитування астрономічних статей, заснованих на даних телескопа, удвічі вищий, ніж статей, заснованих на інших даних. Щорічно у списку 200 найцитованіших статей не менше 10 % посідають роботи, виконані на основі матеріалів «Габбла». Нульовий індекс цитування мають у цілому близько 30 % робіт з астрономії і лише 2 % робіт, виконаних за допомогою космічного телескопа.
Проте ціна, яку доводиться платити за досягнення «Габбла», вельми висока: спеціальне дослідження, присвячене вивченню впливу на розвиток астрономії телескопів різних типів, встановило, що хоча роботи виконані за допомогою орбітального телескопа мають сумарний індекс цитування в 15 разів більший, ніж у наземного рефлектора з 4-метровим дзеркалом, вартість їхнього змісту вища в 100 і більше разів.
Гіппа́ркос (Hipparcos — акронім від англ. High Precision Parallax Collecting Satellite — супутник для збирання високоточних паралаксів) — космічний телескоп Європейського космічного агентства (ЄКА), призначений для астрометричних завдань: вимір координат, паралаксів та власних рухів світил і відстаней до них. Назва телескопа співзвучна з ім'ям древньогрецького астронома Гіппарха (дав.-гр. Ιππαρχος), який склав перший у Європі зоряний каталог.
Супутник було запущено у серпні 1989 року і він функціонував до березня 1993 року. Отримав код обсерваторії «248». Протягом 37 місяців роботи було зібрано інформацію щодо більш ніж мільйона зір. Успіх програми дозволив збільшити точність вимірів в астрономії на порядок, а для багатьох об'єктів — на два порядки.
Космі́чний телеско́п «Ге́ршель» (англ. Herschel Space Observatory) — астрономічний супутник, створений Європейським космічним агентством, спочатку запропонований консорціумом європейських вчених у 1982 році. Запуск відбувся 14 травня 2009 року, о 13:12 за універсальним часом (UT) з космодрому Куру за допомогою ракети-носія «Аріан-5». Місія названа на честь сера Вільяма Гершеля, першого дослідника інфрачервоного спектру.
Супутник розміщений на геліоцентричній орбіті поблизу другої точки Лагранжа (L2) системи Земля — Сонце, тобто весь час перебуватиме над нічною стороною Землі. Разом з телескопом «Гершель» цієї ж ракетою-носієм був виведений на орбіту астрономічний супутник «Планк». Вартість проекту (з вартістю об'єднаного запуску) становить приблизно 1,9 мільярда євро.
Основна наземна станція, що забезпечує функціонування телескопа — антена глибокого космосу у Нью Норсії (Австралія), що теж належить ЄКА.
Висновок
Телеско́п — прилад для спостереження віддалених об'єктів, був сконструйований Галілео Галілеєм у 1609 році. Термін «телескоп» також вживається для позначення астрономічних приладів для спостережень електромагнітних хвиль невидимих для людського ока (інфрачервоні, ультрафіолетові, рентгенівські, гамма- і радіотелескопи), а також для реєстрації відмінного від електромагнітного випромінювання (нейтринні та гравітаційні телескопи).
Конструктивно оптичний телескоп являє собою трубу (суцільну, каркасну або фермову), встановлену на монтуванні. Оптична система телескопа складається з декількох оптичних елементів (лінз, дзеркал або лінз і дзеркал). Телескопи, побудовані на основі лінзової оптичної системи (діоптричної), називають рефракторами.
Телескопи із дзеркальною (катоптичною) системою називають рефлекторами. Телескопи, що мають змішану оптичну систему (дзеркально-лінзову) називають катадіоптричними. До останніх, зокрема, належать телескопи Кассегрена (1672), Річі-Кретьєна (1922—1928), Шмідта (1930), Максутова (1941).
Першим оптичним приладом для астрономічних спостережень був телескоп-рефрактор схеми Галілея (1609 р.). Найпростіший телескоп схеми Галілея складаєтся з двох лінз — об'єктивом слугує двосторонньо випукла лінза (збірна лінза), а окуляром двосторонньо ввігнута лінза (розсіююча лінза).
Великі телескопи є переважно рефлекторами. Створення великих лінз набагато складніше — потрібно досягти високої однорідності скляної заготовки та обробити дві поверхні лінзи (замість однієї у дзеркала). Найбільший збудований рефрактор має діаметр об'єктиву один метр. Крім того лінзові об'єктиви мають значні оптичні аберації, основні з яких хроматична і сферична. Обох цих аберацій позбавлені дзеркала, що мають форму параболоїда обертання.
У астрометричних роботах, як і раніше, застосовують рефрактори, оскільки в астрометрії необхідно вимірювати положення світил з максимальною точністю. Справа в тому, що рефлектори дуже чутливі до малих випадкових поворотів дзеркала: оскільки кут падіння дорівнює куту відбивання, то поворот дзеркала на деякий кут α зміщує зображення на кут 2α. Аналогічний поворот об'єктиву в рефракторі дає набагато менший зсув.
Радіотелескопи являють собою направленні антени, найчастіше параболічної форми. Оскільки радіодіапазон набагато ширший оптичного, конструкція радіотелескопів може дуже відрізнятися.
Найвідоміші телескопи у світі:
Рефрактори
Розташування і апертура найвідоміших телескопів-рефракторів.
Єркська обсерваторія — 102 см
Шведський сонячний телескоп — 100 см
Обсерваторія Ліка — 91 см
Паризька обсерваторія — 83 см і 62 см
Обсерваторія Ніцци — 76 см
Обсерваторія Архенхольда — 68 см (фокусна відстань 21 м, найдовший сучасний рефрактор)
Обсерваторія Віденського університету — 68 см
Обсерваторія Ловелла — 61 см
Космічний науковий центр Шабо — 51 см
Обсерваторія Гриффіта — 30,6 см
Рефлектори
БТА
Найбільший телескоп у світі
Європейський надзвичайно великий телескоп
Космічні телескопи
«Хаббл»
Hipparcos
«Гершель»
Список використаної літератури
Астрономічний енциклопедичний словник / За загальною редакцією І.А.Климишина та А.О.Корсунь. — Львів: ЛНУ—ГАО НАНУ, 2003. — 547 с.
Іваникін С.М. Астрономічна енциклопедія. – К., 2002. – 305с.
Ковалевський Ж. Современная астрометрия. – М., 2005.
Телескоп оптичний // Астрономічний енциклопедичний словник / За загальною редакцією І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів: ЛНУ—ГАО НАНУ, 2003. — С. 471.