Pokud o tom přemýšlíte, bylo jen otázkou času, než byl vynalezen první dalekohled. Lidé byli fascinováni krystaly po tisíciletí. Mnoho krystalů - například křemen - je zcela průhledných. Ostatní - rubíny - absorbují některé frekvence světla a procházejí ostatními. Tvarování krystalů do koulí lze provést štěpením, omílání a leštěním - tím se odstraní ostré hrany a zaoblí se povrch. Rozštěpení krystalu začíná objevením vady. Vytvoření polokoule - nebo křišťálového segmentu - vytvoří dva různé povrchy. Světlo je shromažďováno konvexním čelním povrchem a promítáno k bodu konvergence rovinným zadním povrchem. Protože krystalové segmenty mají silné křivky, bod ostření může být velmi blízký samotnému krystalu. Díky krátkým ohniskovým vzdálenostem vytvářejí krystalové segmenty lepší mikroskopy než dalekohledy.
Moderní dalekohledy neumožňovaly krystalové segmenty, ale skleněné čočky. Konvexní čočky vyšly ze skleněné půdy tak, aby korigovaly vidění na dohled. Přestože jsou brýle i křišťálové segmenty konvexní, prozíravé čočky mají méně těžké křivky. Paprsky světla jsou jen mírně ohnuté od rovnoběžky. Z tohoto důvodu je bod, ve kterém se obraz vytváří, daleko od objektivu. Tím se vytvoří měřítko obrazu dostatečně velké pro podrobnou lidskou inspekci.
První použití čoček pro rozšíření zraku lze vysledovat až na Blízký východ 11. století. Arabský text (Opticae Thesaurus napsaný vědcem-matematikem Al-Hazenem) poznamenává, že segmenty křišťálových koulí lze použít k zvětšení malých objektů. V pozdní 13. století, anglický mnich (možná odkazovat se na Rogera Bacona Perspectiva 1267) je řekl, aby vytvořil první praktické brýle blízko-zaměření pomoci při čtení bible. Teprve v roce 1440, kdy Nicholas z Cusa uzemnil první čočku, která opravila krátkozrakost -1. A bylo by to další čtyři století, než by defektům ve tvaru čočky (astigmatismus) pomohla sada brýlí. (Toho dosáhl britský astronom George Airy v roce 1827 přibližně 220 let po dalším - slavnějším astronomovi - Johann Kepler nejprve přesně popsal vliv čoček na světlo.)
Nejdříve dalekohledy se formovaly hned poté, co se broušení brýlí stalo zavedeným jako prostředek k opravě myopie i presbyopie. Protože prozíravé čočky jsou vypouklé, vytvářejí dobré „sběratele“ světla. Konvexní čočka bere paralelní paprsky z dálky a ohýbá je do společného bodu zaostření. Tím se vytvoří virtuální obraz v prostoru - ten, který lze podrobněji prohlédnout pomocí druhé čočky. Přednost sběrné čočky je dvojnásobná: kombinuje světlo spolu (zvyšuje jeho intenzitu) - a zesiluje měřítko obrazu - obojí v míře potenciálně mnohem větší, než dokáže samotné oko.
Konkávní čočky (používané k opravě krátkozrakosti) rozptylují světlo směrem ven a způsobují, že se věci zdají být pro oko menší. Konkávní čočka může zvětšit ohniskovou vzdálenost oka, kdykoli vlastní systém oka (pevná rohovka a morfující čočka) zaostří za zaostřením obrazu na sítnici. Konkávní čočky vytvářejí dobré okuláry, protože umožňují, aby oko podrobněji prozkoumalo virtuální obraz vytvořený konvexní čočkou. To je možné, protože konvergentní paprsky ze sběrné čočky jsou lomeny směrem k rovnoběžce konkávní čočkou. Účinkem je ukázat blízký virtuální obraz, jako by byl na velkou vzdálenost. Jediná konkávní čočka umožňuje oční čočce relaxovat, jako by byla zaměřena na nekonečno.
Kombinace konvexních a konkávních čoček byla jen otázkou času. Dokážeme si představit, že se vůbec poprvé stane, když si děti pohrávaly s denním broušením objektivu - nebo možná, když se optik cítil povolán, aby zkontroloval jednu čočku pomocí druhé. Takový zážitek musel vypadat téměř magicky: Vzdálená věž se okamžitě vznáší, jako by se přiblížila na konci dlouhé procházky; nepoznatelné postavy jsou najednou považovány za blízké přátele; přírodní hranice - jako jsou kanály nebo řeky - jsou přeskočeny, jako by k uzdravením byla připojena křídla Merkuru ...
Jakmile se objevil dalekohled, představily se dva nové optické problémy. Světelné sběrné čočky vytvářejí zakřivené virtuální obrazy. Tato křivka je mírně „ve tvaru misky“ se dnem otočeným směrem k pozorovateli. Toto je samozřejmě opak toho, jak oko samotné vidí svět. Oko vidí věci, jako by byly uspořádány na velké kouli, jejíž střed leží na sítnici. Muselo se tedy něco udělat, aby se obvodové paprsky přitahovaly zpět k okům. Tento problém částečně vyřešil astronom Christiaan Huygens v 50. letech 20. století. Udělal to kombinací několika čoček dohromady. Použití dvou čoček přineslo více periferních paprsků ze sběrné čočky směrem k rovnoběžce. Nový okulár Huygen efektivně vyrovnal obraz a umožnil, aby oko dosáhlo zaostření v širším zorném poli. Ale toto pole by ve většině současných pozorovatelů stále vyvolalo klaustrofobii!
Poslední problém byl neřešitelnější - refrakční čočky ohýbají světlo na základě vlnové délky nebo frekvence. Čím větší je frekvence, tím konkrétnější barva světla je ohnuta. Z tohoto důvodu nejsou objekty zobrazující světlo různých barev (polychromatické světlo) vidět ve stejném bodě zaostření přes elektromagnetické spektrum. Čočky se v zásadě chovají podobným způsobem jako hranoly - vytvářejí rozptyl barev, každý s vlastním jedinečným ohniskem.
První dalekohled Galilea vyřešil pouze problém dostat oko dostatečně blízko, aby zvětšil virtuální obraz. Jeho nástroj byl složen ze dvou čoček oddělitelných řízenou vzdáleností pro zaostření. Objektiv měl méně přísnou křivku, aby sbíral světlo a přivedl ho na různá místa zaostření v závislosti na barevné frekvenci. Menší čočka, která měla ostřejší křivku s kratší ohniskovou vzdáleností, umožnila Galileovi pozorovací oko dostat se k obrázku dostatečně blízko, aby vidělo zvětšené detaily.
Rozsah Galileo však mohl být zaostřen pouze uprostřed zorného pole okuláru. A zaměření bylo možné nastavit pouze na základě dominantní barvy vyzařované nebo odrážené tím, co Galileo v té době sledoval. Galileo obvykle pozoroval jasné studie - jako je Měsíc, Venuše a Jupiter - pomocí clony a pyšní se, že přišel s myšlenkou!
Christiaan Huygens vytvořil první okulář - Huygenian - po Galileu. Tento okulár je tvořen dvěma plochými konvexními čočkami směřujícími ke sběrné čočce - nikoli z jedné konkávní čočky. Ohnisková rovina obou čoček leží mezi prvkem objektivu a oční čočky. Použití dvou čoček zploštilo křivku obrazu - ale pouze nad skóre přibližně tak, aby bylo vidět zorné pole. Od doby Huygenu se okuláry staly mnohem sofistikovanějšími. Počínaje tímto původním konceptem mnohosti mohou dnešní okuláry přidat dalších asi tucet optických prvků, které jsou uspořádány do tvaru i polohy. Amatérští astronomové nyní mohou kupovat okuláry z police a dávat přiměřeně plochá pole přesahující 80 stupňů ve zdánlivém průměru-2.
Třetí problém - problém chromaticky zbarvených vícebarevných obrazů - nebyl v dalekohledu vyřešen, dokud v sedmdesátých letech 19. století nebyl navržen a vyroben funkční reflektorový dalekohled Sirem Izákem Newtonem. Tento dalekohled zcela odstranil sběrnou čočku - ačkoli stále vyžadoval použití žárovzdorného okuláru (což přispívá mnohem méně k „falešné barvě“ než objektiv).
Mezitím se pokusy o opravu refraktoru jednoduše prodloužily. Byly navrženy rozsahy do 140 stop. Žádný z nich neměl zvlášť nadměrné průměry čoček. Takoví laskaví dynasaurs vyžadovali použití opravdu dobrodružného pozorovatele - ale „odstřihli“ problém s barvou.
Navzdory eliminaci barevných chyb měly problémy i rané reflektory. Newtonův rozsah používal zrcadlo zrcadlové koule. Ve srovnání s hliníkovým potahem moderních reflektorových zrcátek je spekulant slabý. Přibližně tři čtvrtiny schopnost hliníku shromažďovat světlo, spekula ztrácí asi jednu velikost světla. Šestipalcový nástroj, který navrhl Newton, se tak choval spíše jako moderní 4palcový model. Ale to nečinilo Newtonův nástroj těžko prodat, jednoduše poskytovalo velmi špatnou kvalitu obrazu. A to bylo způsobeno použitím toho sféricky mletého primárního zrcadla.
Newtonovo zrcadlo nepřivedlo všechny paprsky světla ke společnému zaměření. Porucha nespočívala v zrcadle - spočívala ve tvaru zrcadla, které - pokud by bylo prodlouženo o 360 stupňů - by vytvořilo úplný kruh. Takové zrcadlo není schopno přivést centrální světelné paprsky do stejného bodu zaostření jako ty, které jsou blíže k okraji. Teprve v roce 1740 tento problém skotský John Short vyřešil (pro světlo na ose) parabolizací zrcadla. Krátké to dosáhlo velmi praktickým způsobem: Protože paralelní paprsky blíže středu sférického zrcadla přesahují okrajové paprsky, proč ne jen prohloubit střed a znovu je vložit?
Teprve v 50. letech minulého století nahradilo zrcadlo jako zvolený zrcadlový povrch stříbro. Samozřejmě více než 1000 parabolických reflektorů vyrobených Johnem Shortem mělo zrcadla zrcadla. A stříbro, stejně jako spekulata, ztrácí časem odrazivost poměrně rychle na oxidaci. V roce 1930 byly první profesionální dalekohledy potaženy odolnějším a reflexnějším hliníkem. Přes toto vylepšení malé reflektory přinášejí zaostření méně světla než refraktory srovnatelné clony.
Mezitím se vyvinul také refraktor. Během doby Johna Shorta optici přišli na něco, co Newton neměl - jak se dostat červené a zelené světlo, aby se sloučily do společného bodu zaostření lomem. To bylo poprvé provedeno Chester Moor Hall v roce 1725 a znovuobjeveno o čtvrt století později John Dolland. Hall a Dolland kombinovaly dvě různé čočky - jednu konvexní a druhou konkávní. Každý se skládal z jiného typu skla (koruna a pazourek), které lámalo světlo odlišně (na základě indexů lomu). Konvexní čočka z korunového skla udělala okamžitý úkol sbírat světlo všech barev. Toto ohnulo fotony dovnitř. Záporná čočka rozprostřela sbíhající se paprsek mírně směrem ven. Tam, kde pozitivní čočka způsobila překročení zaostření červeného světla, negativní čočka způsobila červené zaostření. Červená a zelená se mísila a oko vidělo žluté. Výsledkem byl achromatický dalekohled - typ oblíbený mnoha amatérskými astronomy dnes pro levné, malé clony, širokoúhlé pole, ale - v kratších ohniskových poměrech - méně než ideální kvalita obrazu.
Teprve v polovině devatenáctého století se optikům podařilo dostat modře fialové, aby se soustředily na červenou a zelenou. Tento vývoj zpočátku vycházel z použití exotických materiálů (flourit) jako prvku v dubletových cílech vysoce výkonných optických mikroskopů - nikoli dalekohledů. Tři elementové dalekohledy využívající standardní typy skla - trojčata - problém vyřešily také asi o čtyřicet let později (těsně před dvacátým stoletím).
Dnešní amatérští astronomové si mohou vybrat ze široké nabídky typů oborů a výrobců. Neexistuje žádný prostor pro všechny nebe, oči a nebeská studia. Problémy plochosti pole (zejména u rychlých newtonovských dalekohledů) a statných optických trubic (spojených s velkými refraktory) byly řešeny novými optickými konfiguracemi vyvinutými ve 30. letech 20. století. Typy přístrojů - jako SCT (Schmidt-Cassegrain dalekohled) a MCT (Maksutov-Cassegrain dalekohled) plus Newton-esque Schmidt a Maksutov varianty a šikmé reflektory - jsou nyní vyráběny v USA a po celém světě. Každý typ oboru vyvinutý pro řešení některých platných obav nebo jiných souvisejících s velikostí pole, objemem, rovinností pole, kvalitou obrazu, kontrastem, náklady a přenositelností.
Mezitím refraktory zaujali mezi optofily středem pozornosti - lidé, kteří chtějí nejvyšší možnou kvalitu obrazu bez ohledu na jiná omezení. Plně apochromatické (korigované barvy) refraktory poskytují některé z nejúžasnějších obrazů dostupných pro optické, fotografické a CCD zobrazovací použití. Ale bohužel, takové modely jsou omezeny na menší otvory kvůli výrazně vyšším nákladům na materiály (exotické krystaly a sklo s nízkou disperzí a sklo), výrobě (musí být tvarováno až šest optických povrchů) a náročnějším požadavkům na zatížení (kvůli těžkým skleněným diskům) ).
Celá dnešní rozmanitost typů rozsahů začala objevem, že dvě čočky nerovného zakřivení mohou být drženy až do oka, aby přenášely lidské vnímání na velké vzdálenosti. Stejně jako mnoho velkých technologických pokroků se moderní astronomický dalekohled objevil ve třech základních složkách: nutnost, představivost a rostoucí porozumění způsobu interakce energie a hmoty.
Tak odkud moderní astronomický dalekohled pochází? Dalekohled jistě prošel dlouhým obdobím neustálého zlepšování. Ale možná, jen možná, je dalekohled v podstatě darem samotného vesmíru, který se skrývá v hlubokém obdivu lidskýma očima, srdcem a myslí ...
-1 Existují otázky, kdo jako první vytvořil brýle opravující prozíravou a krátkozrakou váhu. Je nepravděpodobné, že by Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haitham nebo Roger Bacon někdy použili objektiv tímto způsobem. Zmatením problému provenience je otázka, jak se brýle skutečně nosily. Je pravděpodobné, že první vizuální pomoc byla jednoduše držena za oko jako monokl - nutnost přebírat odtamtud. Ale byla by taková primitivní metoda historicky vylíčena jako „původ podívané“?
-2 Schopnost konkrétního okuláru kompenzovat nutně zakřivený virtuální obraz je zásadně omezena účinným ohniskem a archetekturou rozsahu. Dalekohledy, jejichž ohnisková vzdálenost je mnohokrát jejich apertura, tak představují „okamžitou křivku“ v „obrazové rovině“. Mezitím rozsahy, které zpočátku lámou světlo (katadioptika i refraktory), mají výhodu lepší manipulace se světlem mimo osu. Oba faktory zvyšují poloměr zakřivení promítaného obrazu a zjednodušují úkol okuláru představovat do oka ploché pole.
O autorovi:
Jeff Barbour, inspirovaný počátkem roku 1900: „Nebe přes tři, čtyři a pět palců dalekohledů“, začal ve věku sedmi let začít s astronomií a kosmickou vědou. V současné době Jeff věnuje většinu svého času pozorování nebes a údržbě webové stránky Astro.Geekjoy.
