Jak tedy dalekohled funguje?
V tomto obsáhlém průvodci proberu vědu, která stojí za tím, jak je optika v dalekohledu schopna shromažďovat světlo a poté vám předložit zvětšený obraz pohledu před vámi. V budoucích článcích také plánuji projít hlavní mechaniku fungování mechanismu ostření a očnice a rozsah různých dostupných možností.
Jsem si tak jist, že na jeho konci pochopíte, jak dalekohled funguje, a budete tak daleko lépe připraveni na výběr toho správného přístroje pro vaše potřeby, a jakmile vám dorazí, budete jej moci správně nastavit a používat. že jeho používáním získáte to nejlepší. Nech nás začít:
Dva dalekohledy
Ve své nejjednodušší podobě je sada dalekohledů v podstatě tvořena dvěma dalekohledy umístěnými vedle sebe. Abychom tedy začali a abychom si věci trochu zjednodušili, rozřízneme náš dalekohled na polovinu a nejprve se naučíme, jak funguje dalekohled, a poté je na konci složíme:
Čočky, světlo a lom světla
Základem toho, jak dalekohled funguje a zvětšuje pohled, je použití čoček, které způsobují, že světlo dělá něco známého jako lom:
Vakuem prostoru se světlo šíří přímočaře, ale jak prochází různými materiály, mění rychlost.
Takže když světlo prochází hustým médiem, jako je sklo nebo voda, zpomaluje se. To obecně způsobuje ohýbání světelných vln a právě toto ohýbání světla se nazývá lom. Lom světla způsobuje, že brčko vypadá, jako by bylo ohnuté, když je ve sklenici vody. má také mnoho užitečných účelů a je klíčem k tomu, aby dokázal zvětšit to, na co se díváte.
Objektivy
Namísto použití jednoduché ploché tabule nebo bloku skla používají přístroje jako teleskopy, dalekohledy a dokonce i brýle na čtení speciálně tvarované skleněné čočky, které jsou často tvořeny řadou jednotlivých čoček, které lépe ovládají ohyb světelných vln. .
Objektiv
(ten, který je nejblíže předmětu, na který se díváte) na dalekohledu má konvexní tvar, což znamená, že jeho střed je tlustší než vnější. Známá jako konvergující čočka, zachycuje světlo ze vzdáleného objektu a pak prostřednictvím lomu způsobuje, že se světlo ohýbá a spojuje (konverguje), když prochází sklem. světelné vlny se pak zaostří na bod za čočkou.
Čočka okuláru
pak toto soustředěné světlo vezme a zvětší, kde pak přechází do vašich očí.
Zvětšení
Nejprve se světlo šíří od předmětu a skutečného obrazuAje produkován čočkou objektivu. Tento obraz je pak zvětšen čočkou okuláru a je viděn jako virtuální obrazB. Výsledkem je, že zvětšené objekty vypadají, jako by byly před vámi a blíže než objekt.
6x, 7x, 8, 10x nebo více.
Míra zvětšení obrazu je určena poměrem ohniskové vzdálenosti čočky objektivu dělené ohniskovou vzdáleností čočky okuláru.
Takže například faktor zvětšení 8 vytvoří virtuální obraz, který vypadá 8krát větší než předmět.
To, jaké zvětšení potřebujete, závisí na zamýšleném použití a často je mylné se domnívat, že čím vyšší výkon, tím lepší dalekohled, protože vyšší zvětšení přináší také mnoho nevýhod. Další informace naleznete v tomto článku: Zvětšení, stabilita, zorné pole a jas
Jak můžete také vidět na obrázku výše, virtuální obraz je převrácený. Níže se podíváme na to, proč se to stane a jak se to napraví:
Obrázek vzhůru nohama
To je skvělé a příběh zde může skončit, pokud jednoduše vyrábíte dalekohled pro použití, jako je astronomie.
Ve skutečnosti můžete poměrně snadno vyrobit jednoduchý dalekohled tak, že vezmete dvě čočky a oddělíte je uzavřeným tubusem. Ve skutečnosti takto vznikl vůbec první dalekohled.
Při pohledu skrz něj si však všimnete, že obraz, který vidíte, bude obrácený vzhůru nohama a zrcadlený. Je to proto, že konvexní čočka způsobuje křížení světla, když se sbíhá.
Ve skutečnosti to můžete velmi snadno demonstrovat, když držíte lupu zhruba na délku paže a díváte se přes ni na nějaké vzdálené předměty. Uvidíte, že obraz bude vzhůru nohama a obráceně zrcadlený.
Pro pozorování vzdálených hvězd to ve skutečnosti není problém a skutečně mnoho astronomických dalekohledů vytváří nerektifikovaný obraz, ale pro pozemské použití to problém je. Naštěstí existuje několik řešení:
Oprava obrazu
U dalekohledů a většiny pozemských dalekohledů (zaměřovacích dalekohledů) existují dva hlavní způsoby, jak toho dosáhnout, a to použitím konkávní čočky pro okulár nebo hranolu vztyčujícího obraz:
Galileovská optika
Galileovská optika, používaná v dalekohledech vynalezených Galileo Galilei v 17. století, používá konvexní čočku objektivu normálním způsobem, ale změnila ji na systém konkávních čoček pro okulár.
Také známá jako divergující čočka, konkávní čočka způsobuje, že se světelné paprsky šíří od sebe (rozbíhají se). Pokud je tedy umístěn ve správné vzdálenosti od konvexní čočky objektivu, může zabránit křížení světla a zabránit tak převrácení obrazu.
Tento systém s nízkou cenou a snadnou výrobou se dodnes používá na dalekohledech opery a divadla.
Nevýhodou je však to, že je obtížné dosáhnout velkého zvětšení, získáte poměrně úzké zorné pole a na okrajích obrazu získáte vysokou úroveň rozmazání obrazu.
Právě z těchto důvodů je pro většinu použití hranolový systém považován za lepší alternativu:
Kepleriánská optika s hranoly
Na rozdíl od galileovské optiky, která používá konkávní čočku v okuláru, optický systém Keplerian používá konvexní čočky pro objektivy i čočky okuláru a je obecně považován za vylepšení designu Galilea.
Obraz je však ještě třeba opravit a toho dosáhnout pomocí hranolu:
Opravte převrácený obrázek
Většina moderních dalekohledů, fungujících jako zrcadlo, používá vztyčovací hranoly, které odrážejí světlo a tím mění orientaci a opravují obraz.
Zatímco standardní zrcadlo je ideální k tomu, abyste se na sebe ráno dívali, v binokulárním dalekohledu by nebylo dobré, kdyby se světlo jednoduše odráželo o 180 stupňů a zpět tam, odkud přišlo, protože pak byste obraz nikdy neviděli.
Porro Prisms
Tento problém byl poprvé vyřešen použitím dvojice Porro hranolů. Jediný Porro hranol, pojmenovaný po italském vynálezci Ignazio Porro, jako zrcadlo také odráží světlo o 180 stupňů a zpět ve směru, ze kterého přišlo, ale dělá to paralelně s dopadajícím světlem a ne přímo podél stejné dráhy.
Takže to opravdu pomáhá, protože vám to umožňuje umístit dva z těchto Porro hranolů v pravém úhlu k sobě, což zase znamená, že pak můžete odrážet světlo, takže nejen přeorientuje převrácený obraz, ale také mu efektivně umožní pokračovat. ve stejném směru a směrem k okulárům.
Ve skutečnosti jsou to tyto dva Porro hranoly umístěné v pravém úhlu, které dávají dalekohledům jejich tradiční, ikonický tvar, a proto jsou jejich okuláry blíže u sebe než čočky objektivu.
Střešní hranoly
Stejně jako Porro hranol existuje řada dalších designů, z nichž každý má své vlastní jedinečné výhody.
Dva z nich, hranol Abbe-Koenig a hranol Schmidt-Pechana jsou typy střešních hranolů, které se dnes běžně používají v dalekohledech.
Z nich je nejběžnější Schmidt-Pechanův hranol, protože umožňuje výrobcům vyrábět kompaktnější, štíhlejší binokulár s okuláry v linii s objektivy. Nevýhodou je, že vyžadují řadu speciálních povlaků k dosažení úplného vnitřního odrazu a odstranění jevu známého jako fázový posun.
Proč jsou dalekohledy kratší než dalekohledy
Druhá výhoda použití hranolů spočívá v tom, že protože světlo se při průchodu hranolem dvakrát obrátí a tak se vrátí samo, vzdálenost, kterou urazí v tomto prostoru, se zvětší.
Celková délka binokulárního dalekohledu se tedy může zkrátit, protože se také zmenší požadovaná vzdálenost mezi čočkami objektivu a okulárem, a proto jsou dalekohledy kratší než refrakční dalekohledy se stejným zvětšením jako u nich chybí hranol.