Що може і чого не може телескоп
Таким питанням задається кожен, хто вирішив ступити на шлях астролюбітельства. На жаль, уявлення про можливості астрономічних приладів у більшості просто фантастичні. Часто доводиться чути питання. Якого розміру в телескоп зірки? Чи можна спостерігати галактики днем і через хмари? При якому збільшенні можна розгледіти на Місяці сліди посадки космічних апаратів?
Почнемо з того, що збільшення телескопа - не основна його характеристика, і взагалі не має до конкретного приладу ніякого відношення. На будь-який телескоп, який ви бачите в магазині від дитячої підзорної труби, то напівпрофесійного приладу за шестизначну ціну, можна дійсно поставити будь-яке збільшення. Для цього можна навіть не залишати магазину, скориставшись тим, що ви бачите на полицях з окулярами і збільшують насадками. Чому ж так не роблять?
Як це не дивно, сама назва основної фізичної характеристики телескопа відповідає на це питання. Сам телескоп не дозволяє. Ось ця маленька підзорна труба дозволяє поставити збільшення не більше 75 разів, а он той «наворочений монстр» в самому центрі магазину, на цінник якого навіть дивитися страшно, дозволяє аж 500 кратне збільшення. Чому?
Ось що означає підвищення збільшення, коли об'єктив «не дозволяє». Зображення збільшується, але тьмяніє і розмивається
А так поводиться при підвищенні збільшення «дозволяє» об'єктив
Дозвіл вимірюють в кутовій мірі, але ці кути складно собі уявити. Наприклад під яким кутом ми бачимо монетку номіналом в 1 рубль з відстані 2.5 км? Уявіть собі, 1 кутовий секунди. Знайдіть шкільний транспортир і подивіться на градусні поділу. 1 кутова секунда це. 1/3600 градуса! Багато це чи мало? Для сучасної астрономії це досить великий кут. Побачити рублеву монету з відстані 2.5 км зможе об'єктив аматорського телескопа діаметром всього 140 мм. Існує проста формула:
ДОЗВІЛ У кутових секунд = 140 / Діаметр ОБ'ЄКТИВА в міліметрах
Знаменита щілину Кассіні в кільцях Сатурна має приблизно таку ж ширину.
Чому у об'єктива великого діаметра більше дозвіл? Найпростіше показати це на прикладі зірок. Але для початку, уявімо, що нашими спостереженнями не заважає земна атмосфера, до якої ми пізніше повернемося. Якого розміру повинен бути об'єктив телескопа, щоб розрізнити, наприклад, диск Сонця, якби воно було видалено від нас на відстань найближчої зірки (якщо хто знає - Проксіми Центавра)? Нагадаю, яку навіть світло, що летить зі швидкістю 300 тис. Км. в секунду пролітає за 4 роки, 4 місяці і 10 днів! Простий розрахунок показує, що для цього ми повинні озброїтися телескопом діаметром. 20 м і не забути запустити його в космос. Такі проекти вже є, тільки наземні. Гігантський Магелланова телескоп буде мати діаметр якраз 20 м, тільки атмосфера не дасть розгулятися. На жаль, сама Проксима Центавра - крихітна тьмяна червона зірочка, яку неможливо навіть побачити неозброєним оком, тому що вона в 7 разів менше Сонця. Отже, для вирішення її диска потрібно телескоп вже 140 м!
Будь-який, навіть самий великий наземний телескоп не може дозволити диски навіть найближчих зірок. Замість цього, якщо не заважає атмосфера в фокусі об'єктива ми побачимо плямочка, оточене концентричних колечком або двома. Чим менше діаметр об'єктива, тим більше розмір плями і навпаки.
Зображення зірки об'єктивами різного діаметру. A - мінімальний діаметр, F - максимальний.
Подивіться на цей малюнок. Чим менше пляма, тим на меншій відстані один від одного можуть бути два таких плями, щоб ми бачили їх окремо. На цій властивості й грунтується дозвіл об'єктива.
Око здорової людини дозволяє кут приблизно 1/60 градуса. Нескладні обчислення показують, що для того, щоб очей за допомогою окуляра зміг розглянути найтонший об'єкт, дозволяються об'єктивом, збільшення повинно бути не менше ніж діаметр об'єктива в міліметрах. Наприклад об'єктив діаметром 100 мм не може дати збільшення більше 100 крат. Деякі спостерігачі, втім, схильні множити цю величину на півтора і навіть на два, якщо якість об'єктива і стан атмосфери дозволяють. Далі підвищувати збільшення безглуздо.
Опускаючи малоцікаві подробиці, зауважимо, що існує і мінімальне корисне збільшення телескопа, розрахувати яке можна по нескладному правилом: діаметр телескопа в міліметрах, поділений на шість.
Природно, що чим більше діаметр об'єктиву, тим більше світла він збирає, тим яскравіше буде зображення.
Порівняльний розмір об'єктива невеликого рефрактора (100 мм) і зіниці людського ока в темряві (5 мм)
Подивіться на малюнок, який показує порівняльні розміри об'єктива невеликого телескопа і зіниці людського ока. Площі відрізняються в 400 разів. Ось в стільки ж разів слабкі об'єкти, ніж неозброєний очей може побачити телескоп. Про яскравості протяжних астрономічних об'єктів від планет до слабких газових туманностей на сенсорі фотоапарата або сітківці ока залежить від відносного отвору (відносини діаметра телескопа до фокусної відстані) ми поговоримо в одній з наступних статей.
І на закінчення хотілося б розвіяти ще одна помилка, яка сама собою виникає в головах у кожного, хто дивиться на зображення туманностей та інших об'єктів глибокого космосу, отриманих за допомогою електронних камер або фотоматеріалів. Після покупки телескопа, деякі новачки відчувають себе розчарованими.
Але треба розуміти, що це властивість не телескопа, а приймача, справа в принципові відмінності очі від матриці або плівки в фотоапараті. Під час тривалого експонування, приймач як би «накопичує» світло - в матриці фотоапарата з кожним фотоном відбувається накопичення електричного заряду, а в плівці - іонів. Око ж працює як кінокамера, він не може робити занадто великі «експозиції», інакше ми б бачили всі рухомі предмети «розмазали».
Як виглядає знімок Великий туманності Оріона на чутливу астрономічну камеру і в окуляр одного і того ж телескопа.
Так само хотілося б сказати про можливість бачити колір слабких астрономічних об'єктів в окуляр. Коли яскравість предметів низька, колірна чутливість людського ока «перемикається» на світлову, «чорно-білу». І тут, чим більше діаметр телескопа, тим слабші протяжні об'єкти (туманності, галактики, скупчення слабких далеких зірок) можна спостерігати в окуляр в кольорі. Такі об'єкти як планети, звичайно ж буде видно кольоровими навіть в слабенький бінокль.