Ako razmislite, bilo je samo pitanje vremena prije izuma prvog teleskopa. Ljudi su već tisućljećima fascinirani kristalima. Mnogi kristali - na primjer, kvarc - potpuno su prozirni. Drugi - rubin - upijaju neke frekvencije svjetlosti i prolaze druge. Oblikovanje kristala u sfere može se obaviti cijepanjem, prevrtanjem i poliranjem - to uklanja oštre rubove i zaokružuje površinu. Seciranje kristala započinje pronalaženjem mane. Stvaranjem polusfere ili kristalnog segmenta stvaraju se dvije različite površine. Svjetlost se skuplja konveksnim prednjim dijelom i projicira se prema točki konvergencije ravninskom stražnjom površinom. Budući da segmenti kristala imaju ozbiljne krivulje, točka fokusa može biti vrlo blizu samog kristala. Zbog kratke žarišne duljine, kristalni segmenti čine bolje mikroskope od teleskopa.
Suvremeni teleskopi nisu omogućili segment kristala - već leća stakla. Konveksne leće izlazile su iz staklenog tla na način da isprave vid dalekovidnosti. Iako su i naočali i kristalni segmenti konveksni, dalekovidne leće imaju manje ozbiljne zavoje. Zraci svjetlosti su samo malo savijeni od paralele. Zbog toga je točka gdje slika poprima oblik mnogo dalje od objektiva. Ovo stvara dovoljno veliku skalu slike za detaljan pregled ljudi.
Prva upotreba leća za povećanje vida može se pratiti na Bliskom istoku 11. stoljeća. Arapski tekst (Opticae tezaurus napisao znanstvenik-matematičar Al-Hazen) primjećuje da bi segmenti kristalnih kuglica mogli koristiti za povećavanje malih predmeta. U kasnom 13. stoljeću, engleski monah (koji se vjerojatno odnosi na Perspectiva Rogera Bacona iz 1267.) stvorio je prve praktične spektakle bliskog fokusa koji će im pomoći u čitanju Biblije. Tek 1440. godine, kada je Nicholas od Kusa prizemljio prvu leću za ispravljanje vida -1. I prošlo bi još četiri stoljeća prije nego što bi defektima samog oblika leće (astigmatizmu) pomogao skup naočala. (To je učinio britanski astronom George Airy 1827. godine, 220 godina nakon što je drugi - poznatiji astronom - Johann Kepler prvi precizno opisao učinak leća na svjetlost.)
Najraniji teleskopi pojavili su se tek nakon što se brušenje naočala dobro utvrdilo kao sredstvo za ispravljanje kratkovidnosti i prezbiopije. Budući da su dalekovidne leće konveksne, čine dobre "kolektore" svjetlosti. Konveksna leća uzima paralelne zrake iz daljine i savija ih u zajedničku točku fokusa. Ovo stvara virtualnu sliku u prostoru - onu koju je moguće pažljivije pregledati pomoću drugog objektiva. Vrlo je dobro prikupljanje sočiva dvostruko: kombinira svjetlost zajedno (povećavajući svoj intenzitet) - i pojačava ljestvicu slike - oboje u stupnju potencijalno daleko većem nego što je samo oko sposobno.
Konkavne leće (koriste se za ispravljanje slabovidnosti) preusmjeravaju svjetlost prema van i čine da stvari izgledaju manje prema oku. Konkavna leća može povećati žarišnu duljinu oka kad god njegov očni sustav (fiksna rožnica i leće morfiranja) ne uspije usmjeriti sliku na mrežnicu. Konkavne leće čine dobre okulare jer omogućuju oku da detaljnije pregleda virtualnu sliku koju ispušta konveksna leća. To je moguće jer se konvergentne zrake sakupljajuće leće prelaze u paralelu konkavnom lećom. Efekt je pokazati virtualnu sliku u blizini kao da je na velikoj udaljenosti. Jedna konkavna leća omogućuje oku leću da se opusti kao da je fokusiran na beskonačnost.
Kombiniranje konveksnih i konkavnih leća bilo je samo pitanje vremena. Možemo zamisliti prvu priliku koja se događa kako se djeca igraju sa svakodnevnim trulom brusilice leća - ili moguće kad se optičar osjeti pozvan pregledati jednu leću pomoću druge. Takav se doživljaj morao činiti gotovo čarobnim: udaljeni toranj odmah se uspinje, kao da mu se približava kraj duge šetnje; neprepoznatljive figure iznenada se vide kao bliski prijatelji; prirodne granice - poput kanala ili rijeka - preskaču se kao da su Merkurjeva vlastita krila bila pričvršćena za liječi ...
Jednom kada se pojavio teleskop, pojavila su se dva nova optička problema. Leće za prikupljanje svjetla stvaraju zakrivljene virtualne slike. Ta je krivulja blago "zdjeličaste", s dnom okrenutim prema promatraču. To je, naravno, upravo suprotno od toga kako samo oko vidi svijet. Jer oko vidi stvari kao da su raspoređene na velikoj sferi čije središte leži na mrežnici. Znači trebalo je nešto poduzeti kako bi se povremene zrake povukle prema oku. Ovaj je problem djelomično riješio astronom Christiaan Huygens iz 1650-ih. To je učinio kombinirajući nekoliko leća zajedno kao jedinicu. Upotreba dvije leće donijela je više perifernih zraka od sakupljačke leće prema paraleli. Huygen-ov novi okular učinkovito je izravnao sliku i omogućio oku da postigne fokus kroz šire vidno polje. Ali to bi polje još uvijek izazvalo klaustrofobiju kod većine današnjih promatrača!
Konačni problem bio je neuporediviji - vatrostalne leće savijaju svjetlost na temelju valne duljine ili frekvencije. Što je veća frekvencija, to je više savijena određena boja svjetlosti. Iz tog razloga se predmeti koji prikazuju svjetlost različitih boja (polikromatska svjetlost) ne vide na istoj tački fokusa u elektro-magnetskom spektru. Leće u osnovi djeluju na slične prizme - stvarajući širenje boja, svaka sa svojim jedinstvenim žarištem.
Galileov prvi teleskop samo je riješio problem dovođenja oka dovoljno blizu da se poveća virtualna slika. Njegov je instrument bio sastavljen od dviju leća koje se mogu razdvojiti kontroliranim razmakom za postavljanje fokusa. Objektiv je imao manje oštru krivulju za prikupljanje svjetla i dovođenje u različite točke fokusa, ovisno o frekvenciji boje. Manji objektiv - posjedovan oštrijom krivuljom kraće žarišne duljine - omogućio je Galileovom promatračkom oku da se dovoljno približi slici kako bi vidio povećane detalje.
Ali Galileov se domet mogao usmjeriti samo na sredinu vidnog polja okulara. I fokus se mogao postaviti samo na temelju dominantne boje emitirane ili reflektirane onim što je Galileo tada gledao. Galileo je obično promatrao sjajne studije - poput Mjeseca, Venere i Jupitera - koristeći otvor blende i ponosio se što je došao do te ideje!
Christiaan Huygens stvorio je prvi - Huygenian - okular nakon Galileovog vremena. Ovaj okular sastoji se od dvije plano-konveksne leće okrenute prema sabirnoj leći - niti jedne konkavne leće. Fokalna ravnina dviju leća nalazi se između elemenata objektiva i očiju. Upotreba dvije leće izravnala je krivulju slike, ali samo preko stupnjeva ili toliko stupnjeva prividnog vidnog polja. Od Huygena, okulari su postali mnogo sofisticiraniji. Počevši s ovim izvornim konceptom mnoštva, današnjim okularima mogu dodati još pola-desetak ili tako optičkih elemenata preuređenih u obliku i položaju. Amaterski astronomi sada mogu kupiti naočale s polica dajući razmjerno ravna polja veća od 80 stupnjeva u prividnom promjeru-2.
Treći problem - problem kromatiziranih višebojnih slika - nije riješen u teleskopiji sve dok Sir Isaac Newton nije dizajnirao i konstruirao radni reflektorski teleskop 1670-ih. Taj teleskop je u potpunosti eliminirao sakupljače leće - iako je i dalje zahtijevao uporabu vatrostalnog okulara (koji doprinosi „lažnoj boji“ daleko manje od cilja).
U međuvremenu, rani pokušaji popravljanja refraktora bili su jednostavno produžiti ih. Zamišljeni su rasponi duljine do 140 stopa. Nijedna nije imala osobito pretjerane promjere sočiva. Takvi vretenasti dinasteri zahtijevali su istinski avanturistički promatrač da upotrebe - ali "umanjili" su problem boje.
Unatoč uklanjanju pogreške u boji, i rani reflektori imali su problema. Newtonov opseg koristio je zrcalno zrcalno zrcalo. U usporedbi s aluminijskim premazom modernih reflektorskih ogledala, spekulum je slaba izvedba. Na otprilike tri četvrtine sposobnosti skupljanja svjetla od aluminija, spekulum gubi otprilike jednu magnitude pri svjetlu. Tako se šest inčni instrument koji je osmislio Newton ponašao se poput suvremenog 4-inčnog modela. Ali to nije ono što Newtonov instrument otežava prodaju, jednostavno je pružio vrlo lošu kvalitetu slike. A to je bilo zbog korištenja tog sferično uzemljenog primarnog zrcala.
Newtonovo ogledalo nije donijelo sve zrake svjetlosti do zajedničkog fokusa. Greška nije bila u spekulu - ležala je u obliku zrcala koje bi - ako se produži za 360 stupnjeva - stvorilo potpuni krug. Takvo ogledalo ne može dovesti središnje zrake svjetla do iste točke fokusa kao one bliže obodu. Tek je 1740. godine, kad je škotski John Short ispravio ovaj problem (za os-osvjetljenje) parabolizirajući zrcalo. Short je to postigao na vrlo praktičan način: Budući da paralelne zrake bliže središtu zrcalnog zrcala prelaze rubne zrake, zašto jednostavno ne produbiti središte i ponovo ih ugurati?
Tek je 1850. srebro zamijenilo spekulum kao zrcalnu površinu po izboru. Naravno da je više od 1000 paraboličnih reflektora koje je izradio John Short imali sva zrcala. I srebro, poput spekuluma, vremenom gubi reflektivnost do oksidacije. Do 1930. godine prvi profesionalni teleskopi bili su obloženi izdržljivijim i reflektirajućim aluminijom. Usprkos ovom poboljšanju, mali reflektori dovode manje svjetla do fokusiranja nego refraktori sličnog otvora.
U međuvremenu su se razvili i refraktori. Za vrijeme Johna Shorta, optičari su shvatili nešto što Newton nije imao - kako dobiti crveno i zeleno svjetlo za spajanje na zajedničku točku fokusa refrakcijom. To je prvi učinio Chester Moor Hall 1725. godine, a ponovno ga je otkrio četvrt stoljeća kasnije John Dolland. Hall i Dolland kombinirali su dvije različite leće - jednu konveksnu i drugu konkavnu. Svaka se sastojala od različitog tipa stakla (kruna i kremen) koji različito refraktira svjetlost (na temelju indeksa loma). Konveksna leća krunskog stakla učinila je neposredni zadatak prikupljanja svjetla svih boja. Ovo je savijeno fotone prema unutra. Negativna leća malo je prešla prema van. Tamo gdje je pozitivna leća uzrokovala da se fokusira crveno svjetlo, negativna leća uzrokuje crveno svjetlo. Crveno i zeleno se pomiješalo, a oko je vidjelo žuto. Rezultat je bio teleskop akromatskog refraktora - vrsta koju danas mnogi astronomi amateri favoriziraju zbog jeftinog, malog otvora, širokog polja, ali - u kraćim žarišnim omjerima - manje od idealne kvalitete slike.
Tek sredinom devetnaestog stoljeća optičari su uspjeli dobiti plavo ljubičastu boju koja se pridružila crvenoj i zelenoj boji. Taj je razvoj u početku nastao iz upotrebe egzotičnih materijala (brazde) kao elementa dvostrukih ciljeva snažnih optičkih mikroskopa - a ne teleskopa. Dizajni teleskopa sa tri elementa pomoću standardnih vrsta stakla - trostruki - riješili su problem i četrdeset godina kasnije (malo prije dvadesetog stoljeća).
Današnji astronomi amateri mogu birati iz širokog asortimana vrsta obuhvata i proizvođača. Ne postoji nijedan opseg za sva neba, oči i nebeske studije. Pitanja ravnanja polja (osobito s brzim njutonovim teleskopima) i ogromnih optičkih cijevi (povezanih s velikim vatrostalima) rješavaju se novim optičkim konfiguracijama razvijenim u 1930-ima. Tipovi instrumenata - kao što su SCT (teleskop Schmidt-Cassegrain) i MCT (Maksutov-Cassegrain teleskop), kao i Newm-esque Schmidtove i Maksutove varijante i kosi reflektori - sada se proizvode u SAD-u i širom svijeta. Svaka vrsta opsega razvijena je za rješavanje neke važne zabrinutosti ili neke druge, koja se odnosi na veličinu opsega, opseg, ravnost polja, kvalitetu slike, kontrast, cijenu i prenosivost.
U međuvremenu, refraktori su zauzeli središnje mjesto među optofilima - ljudi koji žele najvišu moguću kvalitetu slike bez obzira na ostala ograničenja. Potpuno apohromatski (ispravljani u boji) vatrostalni reflektori pružaju neke od najljepših slika dostupnih za optičku, fotografsku i CCD upotrebu. No, nažalost, takvi su modeli ograničeni na manje otvore zbog znatno većih troškova materijala (egzotični kristali s niskom disperzijom i stakla), izrade (do šest optičkih površina moraju biti oblikovani) i većih zahtjeva za nošenje (zbog teških diskova od stakla ).
Sve današnje raznolikosti tipova obuhvata počele su otkrićem da se dvije leće nejednake zakrivljenosti mogu držati do oka kako bi se prenosila ljudska percepcija na velike udaljenosti. Poput mnogih velikih tehnoloških dostignuća, moderni astronomski teleskop pojavio se iz tri temeljna sastojka: Nužnost, mašta i rastuće razumijevanje načina na koji djeluju energija i materija.
Pa odakle je došao moderni astronomski teleskop? Sigurno je teleskop prolazio kroz dugo razdoblje stalnog poboljšanja. Ali možda, samo možda, teleskop je u osnovi dar samog Svemira koji odiše dubokim divljenjem ljudskim očima, srcima i umovima ...
-1 Postoje pitanja tko je prvi stvorio naočale ispravljajući dalekovidnu i viziju. Malo je vjerojatno da su Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haitham ili Roger Bacon ikada koristili leću na ovaj način. Zbunjujuće pitanje porijekla pitanje je kako su naočale zapravo nosile. Vjerojatno je prva vizualna pomoć jednostavno stavljena na oko kao monokl - nužnost preuzimanja od tamo. No, bi li se takva primitivna metoda povijesno mogla nazvati "podrijetlom spektakla"?
-2 Sposobnost određenog okulara da nadoknadi nužno zakrivljenu virtualnu sliku u osnovi je ograničena učinkovitim žarišnim omjerom i opsegom arhetekture. Tako teleskopi čija je žarišna duljina višestruko njihova otvora manje od trenutne krivulje na "ravnini slike". U međuvremenu, mjerila koja u početku prelažu svjetlost (katadioptici i refraktori) imaju prednost pred boljim upravljanjem svjetlom izvan osi. Oba faktora povećavaju polumjer zakrivljenosti projicirane slike i pojednostavljuju zadatak okulara za predstavljanje ravnog polja oku.
O autoru:
Inspiriran remek-djelom iz ranih 1900: "Nebo kroz teleskope tri, četiri i pet inča", Jeff Barbour započeo je astronomiju i svemirsku znanost u dobi od sedam godina. Trenutno Jeff posvećuje većinu svog vremena promatrajući nebesa i održavajući web stranicu Astro.Geekjoy.
