Телескоп Галилея
Увеличительные приборы нужны морякам, чтобы вовремя заметить вражеское судно или долгожданный берег; военным, чтобы рассмотреть удалённые вражеские позиции и составить план битвы; астрономам, чтобы лучше увидеть звёзды и планеты. Первые такие приборы — зрительные трубы и телескопы — появились в начале XVII в.
Рождение зрительной трубы
Первый чертёж зрительной трубы обнаружен в записях Леонардо да Винчи от 1509 г. В 1604 г. немецкий астроном И. Кеплер научно объяснил, как проходят лучи через подобную оптическую систему из двух линз. А через 4 года в Голландии, славившейся своим стеклодувным производством и лучшими очковыми мастерами, уже появились зрительные трубы из двух линз. Трое голландских мастеров И. Липперсгей, З. Янсен и Я. Мециус, работая с линзами, заметили, что выпуклая (собирающая) и вогнутая (рассеивающая) линзы, установленные на некотором расстоянии друг от друга, способны создать чёткое приближенное изображение удалённого предмета. Первым своё изобретение продемонстрировал Липперсгей в 1608 г. — этот год и считается датой рождения зрительной трубы.
Труба, направленная в небо
В 1609 г. итальянский астроном, математик, физик и мыслитель Галилео Галилей сконструировал зрительную трубу с трёхкратным увеличением и направил её в небо, разглядывать звёзды, — так зрительная труба превратилась в телескоп. Для астрономических наблюдений Галилей создал телескоп, увеличивающий изображение в 8 раз. Лучший телескоп Галилея увеличивал в 32 раза. С его помощью Галилей разглядел сложный рельеф поверхности Луны, открыл 4 спутника (луны) планеты Юпитер, обнаружил пятна на Солнце, а увеличенный Млечный Путь в телескопе предстал скоплением отдельных звёзд.
В России зрительные трубы назывались «подзорными» — «увеличивающими зоркость». Галилей называл свое изобретение — «perspicillum» («ясно вижу»). Название «телескоп» (от греч. tele — даль и skopeo — смотрю) предложил в 1611 г. греческий математик Дж. Демизиани.
Угол зрения
Удалённые предметы или предметы близкие, но слишком мелкие мы видим плохо или не видим совсем, потому что угол зрения от них слишком мал. Угол зрения — это угол преломления хрусталиком глаза световых лучей от предмета. Лучи, отражённые от предмета, проходят через хрусталик нашего глаза и проецируются на сетчатке в перевёрнутом виде. Но мозг снова переворачивает изображение, и мы видим мир правильно.
Как работает телескоп
Система линз в зрительной трубе или оптическом телескопе изменяет направление световых лучей, показывая нам предмет под большим углом зрения. Изображение на сетчатке увеличивается, и мы видим подробности строения предмета. Когда говорят, что телескоп увеличивает в 10 раз, это значит, что он показывает предметы под углом зрения в 10 раз большим, чем невооружённый глаз.
Телескоп Галилея — это труба, в которую с двух сторон вставлены линзы. Обращённая к глазу линза — это окуляр, а линза, обращённая к объекту наблюдения, — объектив. Объектив — собирающая линза, увеличивающая угол зрения. Окуляр телескопа — рассеивающая линза, превращающая сходящиеся лучи, идущие от объектива, снова в параллельные, но на меньшей площади. Рассеивающая линза не даёт перевернуть изображение, и в телескопе Галилея мир виден правильно.
Телескоп собирает широкий параллельный световой пучок в узкий параллельный пучок, усиливая «плотность» светового потока и делая видимым, например, свет далёких звёзд, неразличимый невооружённым глазом.
Развитие идеи
Телескоп Галилея — это рефрактор — тип оптических телескопов, работающих за счёт рефракции — преломления световых лучей в системе линз. В 1611 г. Кеплер предложил заменить рассеивающую линзу в окуляре телескопа собирающей — она превращала расходящийся пучок лучей (после их фокусировки объективом (F) в параллельный. Такая схема расширила поле зрения телескопа, т. е. позволила охватить взором больший кусок неба, но давала перевёрнутое изображение. Астрономы, пользующиеся рефракторами Кеплера, привыкли наблюдать «перевёрнутый мир».
Рефракторы, по-разному преломляя лучи разных цветов, дают цветовые искажения — хроматическую аберрацию. В 1668 г. И. Ньютон сделал телескоп нового типа — рефлектор, в котором пучок света собирает система зеркал и нет хроматической аберрации.