Obwohl Spiegelteleskope andere Arten von optischen Aberrationen erzeugen, ist dies ein Design, das Ziele mit großem Durchmesser erreichen kann. Fast alle großen Teleskope, die in der astronomischen Forschung verwendet werden, sind solche. Spiegelteleskope gibt es in verschiedenen Ausführungen und können zusätzliche optische Elemente verwenden, um die Bildqualität zu verbessern oder das Bild in eine mechanisch vorteilhafte Position zu bringen.
Eigenschaften von Spiegelteleskopen
Die Idee, dass sich gekrümmte Spiegel wie Linsen verh alten, geht zumindest auf Alphazens Abhandlung über Optik aus dem 11. Jahrhundert zurück, ein Werk, das in lateinischen Übersetzungen im frühneuzeitlichen Europa weit verbreitet war. Kurz nach der Erfindung des Refraktors durch Galileo diskutierten Giovanni Francesco Sagredo und andere, inspiriert von ihrem Wissen über die Prinzipien gekrümmter Spiegel, die Idee, ein Teleskop mit einem Spiegel zu konstruierenals bildgebendes Werkzeug. Der Bologneser Cesare Caravaggi soll um 1626 das erste Spiegelteleskop gebaut haben. Der italienische Professor Niccolo Zuucci schrieb in einem späteren Werk, dass er 1616 mit einem konkaven Bronzespiegel experimentierte, aber sagte, dass er kein zufriedenstellendes Bild lieferte.
Schöpfungsgeschichte
Die potenziellen Vorteile der Verwendung von Parabolspiegeln, vor allem die Verringerung der sphärischen Aberration ohne chromatische Aberration, haben zu vielen Designvorschlägen für zukünftige Teleskope geführt. Am bemerkenswertesten war James Gregory, der 1663 ein innovatives Design für ein "reflektierendes" Teleskop veröffentlichte. Es dauerte zehn Jahre (1673), bis der experimentelle Wissenschaftler Robert Hooke diesen Teleskoptyp bauen konnte, der als Gregorianisches Teleskop bekannt wurde.
Isaac Newton wurde allgemein der Bau des ersten Spiegel-Brechungs-Teleskops im Jahr 1668 zugeschrieben. Es verwendete einen sphärischen Primärspiegel aus Metall und einen kleinen Diagonalspiegel in einer optischen Konfiguration, die als Newton-Teleskop bezeichnet wird.
Weiterentwicklung
Trotz der theoretischen Vorteile des Reflektordesigns führte die Komplexität des Designs und die schlechte Leistung der damals verwendeten Metallspiegel dazu, dass es über 100 Jahre dauerte, bis sie populär wurden. Viele der Fortschritte bei Spiegelteleskopen beinh alteten Verbesserungen bei der Herstellung von Parabolspiegeln im 18. Jahrhundert. Jahrhunderts, silberbeschichtete Glasspiegel im 19. Jahrhundert, h altbare Aluminiumbeschichtungen im 20. Jahrhundert, segmentierte Spiegel für größere Durchmesser und aktive Optiken zur Kompensation von Gravitationsverformungen. Eine Innovation aus der Mitte des 20. Jahrhunderts waren katadioptische Teleskope wie die Schmidt-Kamera, die sowohl einen sphärischen Spiegel als auch eine Linse (als Korrektorplatte bezeichnet) als primäre optische Elemente verwenden, die hauptsächlich für großflächige Abbildungen ohne sphärische Aberration verwendet werden.
Am Ende des 20. Jahrhunderts ist die Entwicklung der adaptiven Optik und der erfolgreichen Bildgebung zur Überwindung der Probleme im Zusammenhang mit der Beobachtung und Reflexion von Teleskopen bei Weltraumteleskopen und vielen Arten von Bildgebungswerkzeugen für Raumfahrzeuge allgegenwärtig.
Der krummlinige Hauptspiegel ist das optische Hauptelement des Teleskops und erzeugt ein Bild in der Brennebene. Der Abstand vom Spiegel zur Brennebene wird als Brennweite bezeichnet. Hier kann ein digitaler Sensor platziert werden, um ein Bild aufzunehmen, oder es kann ein zusätzlicher Spiegel hinzugefügt werden, um die optischen Eigenschaften zu ändern und/oder Licht auf den Film, den digitalen Sensor oder das Okular zur visuellen Beobachtung umzuleiten.
Detaillierte Beschreibung
Der Hauptspiegel der meisten modernen Teleskope besteht aus einem massiven Glaszylinder, dessen Vorderfläche sphärisch oder parabolisch geschliffen ist. Eine dünne Aluminiumschicht wird auf die Linse evakuiert und bildet sichreflektierender Spiegel der ersten Oberfläche.
Einige Teleskope verwenden Primärspiegel, die anders hergestellt sind. Das geschmolzene Glas dreht sich, um seine Oberfläche parabolisch zu machen, es kühlt ab und verfestigt sich. Die resultierende Spiegelform nähert sich der gewünschten Paraboloidform an, die nur minimales Schleifen und Polieren erfordert, um eine genaue Figur zu erzielen.
Bildqualität
Spiegelteleskope erzeugen, wie jedes andere optische System auch, keine "idealen" Bilder. Die Notwendigkeit, Objekte in Entfernungen bis unendlich zu fotografieren, sie bei unterschiedlichen Lichtwellenlängen zu betrachten und eine Art der Betrachtung des vom Hauptspiegel erzeugten Bildes zu erfordern, bedeutet, dass beim optischen Design eines Spiegelteleskops immer einige Kompromisse eingegangen werden müssen.
Da der Primärspiegel das Licht auf einen gemeinsamen Punkt vor seiner eigenen reflektierenden Oberfläche fokussiert, haben fast alle reflektierenden Teleskopkonstruktionen einen Sekundärspiegel, einen Filmh alter oder einen Detektor in der Nähe dieses Brennpunkts, wodurch teilweise verhindert wird, dass Licht den Primärspiegel erreicht Spiegel. Dies führt nicht nur zu einer gewissen Verringerung der vom System gesammelten Lichtmenge, sondern auch zu einem Kontrastverlust im Bild aufgrund von Beugungseffekten sowie zu Beugungsspitzen, die von den meisten sekundären Stützstrukturen verursacht werden.
Die Verwendung von Spiegeln vermeidet chromatische Aberration,aber sie erzeugen andere Arten von Aberrationen. Ein einfacher sphärischer Spiegel kann kein Licht von einem entfernten Objekt zu einem gemeinsamen Brennpunkt übertragen, da die Reflexion von Lichtstrahlen, die an seinem Rand auf den Spiegel treffen, nicht mit denen konvergiert, die von der Mitte des Spiegels reflektiert werden, ein Fehler, der als sphärische Aberration bezeichnet wird. Um dieses Problem zu vermeiden, verwenden die fortschrittlichsten Spiegelteleskope Parabolspiegel, die das gesamte Licht in einen gemeinsamen Fokus bringen können.
Gregorianisches Teleskop
Das gregorianische Teleskop wird vom schottischen Astronomen und Mathematiker James Gregory in seinem Buch Optica Promota von 1663 so beschrieben, dass es einen konkaven Sekundärspiegel verwendet, der das Bild durch ein Loch im Primärspiegel reflektiert. Dadurch entsteht ein vertikales Bild, das für terrestrische Beobachtungen nützlich ist. Es gibt mehrere große moderne Teleskope, die die gregorianische Konfiguration verwenden.
Newtons Spiegelteleskop
Newtons Apparat war das erste erfolgreiche Spiegelteleskop, das 1668 von Isaac gebaut wurde. Es hat normalerweise eine paraboloide Primärfarbe, aber bei Öffnungsverhältnissen von f / 8 oder mehr eine sphärische Primärfarbe, die für eine hohe visuelle Auflösung ausreichend sein kann. Eine flache Sekundärseite reflektiert Licht in der Brennebene an der Seite der Oberseite des Teleskoptubus. Dies ist eines der einfachsten und kostengünstigsten Designs für eine bestimmte Rohmaterialgröße und ist unter Hobbyisten üblich. Der Strahlengang von Spiegelteleskopen war der ersteexakt am Newtonschen Muster ausgearbeitet.
Cassegrain-Apparat
Das Cassegrain-Teleskop (manchmal auch als "klassisches Cassegrain" bezeichnet) wurde erstmals 1672 gebaut und Laurent Cassegrain zugeschrieben. Es hat eine parabolische Primärseite und eine hyperbolische Sekundärseite, die Licht zurück und nach unten durch ein Loch in der Primärseite reflektiert.
Das Design des Dall-Kirkham-Cassegrain-Teleskops wurde 1928 von Horace Dall entworfen und nach einer Diskussion zwischen dem Amateurastronomen Allan Kirkham und Albert G. Ingalls (the damaliger Herausgeber des Magazins). Es verwendet eine konkave elliptische Primärseite und eine konvexe Sekundärseite. Dieses System ist zwar einfacher zu schleifen als das klassische Cassegrain- oder Ritchey-Chrétien-System, aber nicht für Off-Axis-Coma geeignet. Die Feldkrümmung ist tatsächlich geringer als beim klassischen Cassegrain. Heute wird dieses Design in vielen Anwendungen dieser wunderbaren Geräte verwendet. Aber es wird durch elektronische Pendants ersetzt. Dennoch gilt dieser Apparatetyp als das größte Spiegelteleskop.
