Kako torej deluje daljnogled?
V tem obsežnem vodniku bom pregledal znanost o tem, kako lahko optika v daljnogledu zbere svetlobo in vam nato prikaže povečano sliko pogleda pred vami. V prihodnjih člankih nameravam preučiti tudi glavne mehanike delovanja mehanizmov za ostrenje in očesne čaše ter vrsto različnih možnosti, ki so na voljo.
Na ta način sem prepričan, da boste do konca razumeli, kako deluje daljnogled, in boste tako veliko bolje pripravljeni pri izbiri pravega instrumenta za svoje potrebe, nato pa ga boste, ko bo prispel, znali pravilno nastaviti in uporabljati da boste z njegovo uporabo kar najbolje izkoristili. Začnimo:
Dva teleskopa
V najpreprostejši obliki je daljnogled v bistvu sestavljen iz dveh teleskopov, postavljenih drug ob drugem. Torej, za začetek in za malo poenostavitev, prerežemo svoj daljnogled na pol in najprej spoznamo, kako deluje teleskop, nato pa jih bomo na koncu sestavili nazaj:
Leče, svetloba in lom
V bistvu daljnogled deluje in poveča pogled z uporabo leč, ki povzročijo, da svetloba naredi nekaj, kar je znano kot lom:
Skozi vesoljski vakuum potuje svetloba premočrtno, a ko prehaja skozi različne materiale, spreminja hitrost.
Ko torej svetloba prehaja skozi debel medij, kot sta steklo ali voda, se upočasni. To na splošno povzroči upogibanje svetlobnih valov in to upogibanje svetlobe imenujemo lom. Lom svetlobe je tisto, zaradi česar je slamica videti, kot da je upognjena, ko je v kozarcu vode. ima tudi številne uporabne namene in je ključnega pomena, da lahko povečate, kar gledate.
Leče
Instrumenti, kot so teleskopi, daljnogledi in celo bralna očala, namesto preproste ploščate plošče ali bloka stekla uporabljajo posebno oblikovane steklene leče, ki so pogosto sestavljene iz številnih posameznih elementov leč, ki bolje nadzorujejo upogibanje svetlobnih valov. .
Objektiv
(tisti, ki je najbližje predmetu, ki ga gledate) na daljnogledu je konveksne oblike, kar pomeni, da je središče debelejše od zunanje strani. Znana kot zbiralna leča, ujame svetlobo oddaljenega predmeta in nato z lomom povzroči, da se svetloba upogne in združi (konvergira), ko gre skozi steklo. svetlobni valovi se nato osredotočijo na točko za lečo.
Leča okularja
nato vzame to fokusirano svetlobo in jo poveča, kjer nato preide v vaše oči.
Povečava
Najprej potuje svetloba od motiva in prave slikeAproizvaja leča objektiva. To sliko nato poveča leča okularja in jo gledamo kot navidezno slikoB. Rezultat tega je, da so povečani predmeti videti, kot da so pred vami in bližje motivu.
6x, 7x, 8, 10x ali več.
Količina povečane slike je določena z razmerjem med goriščno razdaljo leče objektiva in goriščno razdaljo leče okularja.
Tako bo faktor povečave 8, na primer, ustvaril navidezno sliko, ki je videti 8-krat večja od predmeta.
Koliko povečave potrebujete, je odvisno od predvidene uporabe in pogosto je napačno domnevati, da večja kot je moč, boljši je daljnogled, saj večje povečave prinašajo tudi številne pomanjkljivosti. Za več si oglejte ta članek: Povečava, stabilnost, vidno polje in svetlost
Kot lahko vidite tudi na zgornjem diagramu, je navidezna slika obrnjena. Spodaj si bomo ogledali, zakaj se to zgodi in kako se to odpravi:
Narobe obrnjena slika
To je super in zgodba se lahko tukaj konča, če preprosto izdelujete teleskop za uporabo, kot je astronomija.
Pravzaprav lahko preprosto naredite preprost teleskop, tako da vzamete dve leči in ju ločite z zaprto cevjo. Dejansko je bil skoraj tako ustvarjen prvi teleskop.
Vendar pa boste opazili, ko boste gledali skozenj, da bo slika, ki jo vidite, obrnjena na glavo in zrcaljena. To je zato, ker konveksna leča povzroči prečkanje svetlobe, ko se konvergira.
Pravzaprav lahko to zelo enostavno pokažete, če držite povečevalno steklo približno na razdalji iztegnjene roke in skozi njo pogledate nekaj oddaljenih predmetov. Videli boste, da bo slika obrnjena na glavo in obratno zrcalna.
Za gledanje oddaljenih zvezd to v resnici ni težava in res veliko astronomskih teleskopov proizvede nerektificirano sliko, toda za zemeljske namene je to težava. Na srečo obstaja nekaj rešitev:
Popravek slike
Pri daljnogledih in večini zemeljskih teleskopov (zrcalnih daljnogledov) obstajata dva glavna načina za to, z uporabo konkavne leče za okular ali prizme za postavitev slike:
Galilejeva optika
Galilean Optics, ki se uporablja v teleskopih, ki jih je izumil Galileo Galilei v 17. stoletju, uporablja konveksno lečo objektiva na običajen način, vendar jo spremeni v sistem konkavne leče za okular.
Konkavna leča, znana tudi kot divergentna leča, povzroči, da se svetlobni žarki razpršijo (divergirajo). Torej, če je nameščen na pravilni razdalji od konveksne leče objektiva, lahko prepreči prehod svetlobe in tako prepreči, da bi se slika obrnila.
Ta sistem, ki je nizek in enostaven za izdelavo, se še danes uporablja na daljnogledih za opero in gledališče.
Slabe strani pa so, da je težko doseči veliko povečavo, dobite dokaj ozko vidno polje in dobite visoko stopnjo zamegljenosti slike na robovih slike.
Zaradi teh razlogov je za večino uporab sistem prizma boljša alternativa:
Keplerjeva optika s prizmami
Za razliko od Galilejeve optike, ki uporablja konkavno lečo v okularju, Keplerjev optični sistem uporablja konveksne leče za objektive in leče okularja in se na splošno šteje za izboljšavo Galilejeve zasnove.
Vendar je treba sliko še popraviti, kar dosežemo z uporabo prizme:
Popravite obrnjeno sliko
Večina sodobnih daljnogledov, ki delujejo kot ogledala, uporabljajo pokončne prizme, ki odbijajo svetlobo in tako spremenijo orientacijo ter popravijo sliko.
Medtem ko je običajno ogledalo popolno za jutranje opazovanje samega sebe, v daljnogledu ne bi bilo dobro, če bi se svetloba preprosto odbila za 180 stopinj in nazaj, od koder je prišla, saj potem nikoli ne bi mogli videti slike.
Porro prizme
Ta problem je bil najprej rešen z uporabo para Porro prizem. Ena Porrova prizma, imenovana po italijanskem izumitelju Ignaziu Porru, kot ogledalo prav tako odbija svetlobo za 180 stopinj in nazaj v smeri, iz katere je prišla, vendar to počne vzporedno z vpadno svetlobo in ne neposredno po isti poti.
To torej resnično pomaga, saj vam omogoča, da dve od teh Porrovih prizm postavite pravokotno druga na drugo, kar posledično pomeni, da lahko nato odbijete svetlobo, tako da ne samo preusmeri obrnjeno sliko, ampak ji tudi učinkovito omogoči nadaljevanje v isto smer in proti okularjem.
Prav ti dve Porrovi prizmi, postavljeni pod pravim kotom, dajeta daljnogledu tradicionalno, ikonično obliko in zato sta njuna okularja bližje skupaj kot leče objektiva.
Strešne prizme
Poleg Porrove prizme obstajajo tudi številni drugi modeli, od katerih ima vsak svoje edinstvene prednosti.
Dve izmed njih, prizma Abbe-Koenig in prizma Schmidt-Pechan, sta vrsti krovnih prizm, ki se zdaj pogosto uporabljata v daljnogledih.
Od teh je Schmidt-Pechanova prizma najpogostejša, ker proizvajalcem omogoča izdelavo kompaktnejših, tanjših daljnogledov z okularji v skladu z objektivi. Slaba stran je, da potrebujejo številne posebne premaze, da dosežejo popoln notranji odboj in odpravijo pojav, znan kot fazni premik.
Zakaj so daljnogledi krajši od teleskopov
Druga prednost uporabe prizem je, da se razdalja, ki jo prepotuje v tem prostoru, poveča, ker se svetloba dvakrat obrne, ko gre skozi prizmo in se tako vrne vase.
Zato se celotna dolžina daljnogleda lahko skrajša, saj se zmanjša tudi potrebna razdalja med lečami objektiva in okularjem, zato so daljnogledi krajši od refrakcijskih teleskopov z enako povečavo, saj nimajo prizme.