Лекция №1- введение в дисциплину оптические телескопы Основные термины и определения : Космология Древней Эллады



жүктеу 334.84 Kb.

бет1/4
Дата08.09.2017
өлшемі334.84 Kb.
түріЛекция
  1   2   3   4

 

Лекция №1- Введение в дисциплину оптические телескопы 



 

Основные термины и определения: Космология Древней Эллады. 

Курс «Астрономические телескопы», как составляющая часть  

оптических приборов, их  особенности и значение в процессе создания 

современной оптической системы  в промышленности, науке  и 

практике. Возможности оптических  телескопов и качество 

получаемого изображения.  

 

 

Нас нисколько не удивляет, что в небе Земли движутся каждый по своей орбите 

тысячи искусственных спутников, а межпланетные станции, преодолев сотни миллионов 

километров, после нескольких лет полѐта прибывают к цели назначенной день и час. А 

ведь всѐ это возможно только потому, что учѐные знают, как устроен мир и по каким 

законом происходят в нѐм изменения. 

 

Космология Древней Эллады 

В наше время вместо понятия «система мира» - это представление о  расположении в 

пространстве и движении Земли, Солнца, Луны, планет, звѐзд и других небесных тел;  

замещено другим, более широким – «космология».  Это слово сложилось из двух 

греческих:  «космос» (вселенная) и «логос»  (понятие, мысль, учение). В Древней Греции-

Элладе слово «космос»  означало порядок, украшения. Этим словом обозначали  мировой 

порядок, в котором  нет места хаосу, а царит прекрасная и вечная гармония. 

1.Фалес Милетский - первый астроном античности (625-547 г. до н. э.). Философия - 

(с греческого) - любовь к мудрости, любомудрие. Фалес Милетский первый задел  вопрос: 

«Что является первоосновой мира? из чего все рождается и в чѐм всѐ погибает?». Он 

считал первоосновой всему - воду! 

2.Александр Милетский (611-546 г. до н.э.) считал основой всего- бесконечное 

«первоматерия» - апейрон. Из беспредельной природы рождаются все небеса и все миры в 

них...  И эти миры, то рушатся, то снова рождаются, причем каждый из них существует в 

течение возможного для него времени.  

3.Пифагор Самосский (580-500 г. до н.э.) впервые стал описывать Вселенную как 

целое, пользуясь математическими понятиями и методами. Пифагор впервые предложил, 

что Земля имеет форму шара и висит во вселенной без какой-либо поддержки. 

4.Анаксагор (500-428 г. до н. э.) считал, что в основе всего лежат мельчайшие «зерна», 

«семена» материи - геометрии - сами по себе подобные частицы. Несмотря на свою 

малость, они сами делимы до бесконечности. То есть он предвидел о существовании 

микромира.  

– И малого ведь нет наименьшего, но всегда есть меньшее. 

– Но и у большего всегда есть большее. 

– Во всем есть часть всего. 

– Ни что не возникает и не исчезает, а лишь соединяется и разъединяется. 

– Начало всему - ум и разум. 

5.Демокрит (460 - 370 г. до н.э.) утверждал, что вся Вселенная из «атомов» - 

неделимых  «кирпичиков» мироздания. Кроме атомов существует нечто беспредельно 

большое – «пустота» и «беспредельное». Вселенная - бесконечна. 

6. Евдокс Книдский (409 - 356 г. до н. э.) составил одну из древних карт звезд, где 

изобразил  созвездия в форме животных, и героев древнегреческих мифов. Привел 

названия зодиакальных созвездий. Ввел календарь с 365 и ¼ сутками. Евдокс Книдский - 


 

создатель новой теории движения планеты: оси вращения сфер не совпадают - наклонены  



друг к другу под определенным углом. 

7.Аристотель Стагирит (384 - 322 г. до н. э.) доказал шарообразность Луны и Земли. 

Считал, что: в «в надлунном мире» всѐ состоит из эфира, а  в «подлунной области» - из 

огня, воздуха, воды, земли. Аристотель Стагирит объяснил смену дня и ночи, движение 

планет, Луны, Солнца. 

8.Аристарх Самосский (310 - 230 г. до н. э.) доказал, что Земля и другие планеты 

движутся вокруг Солнца,  лишь Луна вращается вокруг Земли, рассчитал размеры Солнца 

и Луны и расстояния до них. 

Приведем высказывание доктора философии, профессора  Г. И. Волкова: «Все 

последующие века лишь развивали, экспериментально подтверждали и конкретизировали 

те идеи, которые были заложены греками в период с VI по IV век до нашей эры». Пусть 

каждый из вас решает, в какой степени прав наш современник. 

Отдел Астрономии и космонавтики. 

Б.Г. Пшеничнер «Космология Древней Эллады», вс.,1 уч. -изд. л., МГДТДиЮ, 1998 г. 

 

 

Введение 



 

То, что мы знаем, - ограниченно,а то, чего мы не знаем –бесконечно. 

Пьер Лаплас 

 

Когда говорят об отличительных чертах современных телескопов, обычно имеют 



ввиду то обстоятельство, что их размеры существенно превосходят прежние достижения, 

еще недавно считавшиеся близкими к предельным. [Теребиж] Рефлектор Хейла 

диаметром зеркала 5м, введенный в действие в 1948 году, более четверти столетия  

оставался крупнейшим телескопом пока на Кавказе не установили 6-ти метровый 

рефлектор БТА (большой телескоп азимутальный). Изготовление обоих телескопов заняло 

десятилетия и потребовало стольких усилий и расходов, что, казалось, апертура не скоро 

будет заметно увеличена.  Быстрое развитие телескопостроения трудно было предвидеть в 

1970-е годы. Строительство больших телескопов и опыт работы с ними выявил трудности, 

связанные с тепловой инерцией, зависящей от отношения диаметра к толщине и 

компенсации искажений  волнового фронта, приходящего от  объекта, величина которого 

на большой апертуре достигала нескольких длин волн. 

Однако не только – и не столько -  размеры отличают нынешние телескопы от 

инструментов предыдущих поколений: новые телескопы обеспечивают гораздо лучше 

качество изображений даже при обычных наблюдениях, не связанных с коррекцией 

влияния атмосферной турбулентности. Если раньше считалось хорошим изображение 

звезды диаметром порядка  одной – полутора угловых секунд (1

-1,5


), то теперь таковыми 

признают изображения размером около 0,5

. Последующее использование  систем 



адаптивной оптики позволило достичь дифракционного качества изображения. 

Можно выделить причины, определяющие общее развитие технологии и которые 

обусловили резкий подъем эффективности оптических телескопов: 

- способы отливки крупных однородных заготовок оптического стекла; 

- методы полировки светосильных оптических поверхностей сложной формы при 

помощи станков с компьютерным управлением; 

- оперативный контроль качества зеркал в процессе их изготовления; 

- методику изготовления тонких сегментированных зеркал большого диаметра; 

- реализация процедур активной оптики и сокращения времени корректировки от 

нескольких часов до нескольких секунд; 

-разработка систем адаптивной оптики; 


 

-существенное развитие компьютерных программ расчета оптики и программ, 



позволяющих моделировать форму зеркал и конструкций в поле тяжести; 

- внедрение многоканальных фотоэлектронных приемников излучения; 

- новые методы получения и анализа информации, связанные с применением 

компьютеров. 

Все эти достижения радикально изменили список самых крупных телескопов мира. 

Четверть века назад создание телескопа с диаметром зеркала  8-10 м было невозможно ни 

в техническом, ни в финансовом отношении. Сейчас работают десятки инструментов с  

диаметром объектива более 8м, обсуждаются вполне реалистические проекты создания 

телескопов диаметром 25-30 м, а в перспективе-100м. 

Известно, что схема проектируемого телескопа во многом зависит от поставленных 

наблюдательных задач и свойств  приемника излучения.  

 

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ТЕЛЕСКОПА 

 

Наиболее необъяснимое во Вселенной - это то, что она объяснима. 

А. Энштейн 

 

 



Попытка  объяснить  мир  вокруг  нас  всегда  двигала  человечество  к  вершинам 

познания.  Астрономия  и  оптика  науки,  которые  изучают  мир  далеких  звезд  и  галактик, 

Вселенную в целом. 

2009год  объявлен  ООН  и  ЮНЕСКО  годом  Астрономии,  400  лет  исполняется  в 

наступившем году телескопическим наблюдениям. 

В  истории  создания  телескопа  еще  не  мало  «белых  пятен».  Как,  например, 

объяснить  почему,  несмотря  на  то,  что  линзы  были  известны  еще  за  2500  лет  до  н.э.,  а 

очки  были  введены  в  употребление  в  конце  17  –  века,  а  первый  телескоп  сделал  Янсен 

(1604) по модели некоего итальянца. Таким образом,  Галилей создал зрительную трубу на 

научной  основе,  опираясь  на  те  знания,  которые  были  накоплены  в  оптике  к  тому 

времени. Галилей понимал возможность и нужность ново инструмента для  мореходства, 

военного  дела,  астрономии.  Оптика  Галилея  имеет  принципиальное  отличие  от  оптики, 

существовавшей до него. Именно он  понял, что качество изготовления линз для очков и 

зрительных труб сильно отличается, а использование очковых линз в зрительных трубах 

совершенно неприемлемо.  

В эпоху Возрождения и великих географических открытий (XV–XVI вв.) практические 

потребности выдвинули перед астрономией новые задачи, которые требовали разработки 

новых  методов  исследования  и  создания  новых  инструментов,  появления  новых 

представлений  о  мироздании.  В  середине  XVI  в.  польский  ученый  Николай  Коперник 

(1473–1543) в труде «Об обращении небесных сфер» поставил Солнце в центре планетной 

системы. 

Великий итальянский ученый Галилео Галилей (1564–1642) в 1610 г. первым направил 

самодельный телескоп на небо и открыл горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, 4 

спутника  Юпитера,  впоследствии  названные  галилеевыми,  увидел,  что  Млечный  Путь 

состоит из бесконечного числа звезд.  

В  XVII  в.  Иоганн  Кеплер  (1571–1630)  на  основе  анализа  наблюдений  Марса, 

выполнявшихся  в  течение  16  лет  Тихо  Браге  (1546–1601),  вывел  знаменитые  законы 

движения  планет,  тем  самым  подготовив  почву  для  открытия  Ньютоном  (1643–1727) 

закона всемирного тяготения. 

Наблюдательная  астрономия  получила  новое  развитие  со  времени  изобретения 

Христианом  Гюйгенсом  (1629–1695)  маятниковых  часов.  Особую  роль  в  развитии 

астрономии  и  всего  естествознания  сыграло  открытие  Ремером  -    конечности  скорости 

света (1675 г.). 


 

С конца XVIII в. началась деятельность выдающегося английского астронома Уильяма 



Гершеля  (1738–1822),  наблюдавшего  с  громадными  телескопами-рефлекторами  и 

открывшего планету Уран (1781 г.), обнаружившего движение Солнца в пространстве. 

В  середине  XIX  в.  была  изобретена  фотография,  которая  способствовала  бурному 

развитию астрономии и ее новой отрасли – астрофизики. 

Дальнейшее развитие астрономии происходило гигантскими скачками. В начале XX в. 

было  установлено  деление  звезд  на  карликов  и  гигантов,  доказано,  что  большинство 

светящихся  туманностей,  наблюдаемых  в  большие  телескопы,  –  это  далекие  огромные 

звездные системы, классификация которых была выполнена Эдвином Хабблом (1926 г.), 

он же оценил расстояния до них. В середине XX в. началась новая эпоха развития науки: 

состоялся  запуск  первого  искусственного  спутника  Земли.  Начало  космической  эры, 

применение  радиолокации  к  измерению  расстояний  в  Солнечной  системе,  учет 

закономерностей  общей  теории  относительности  привели  к  значительному  уточнению 

межпланетных  расстояний  и  теории  движения  небесных  тел.  Запуск  межпланетных 

космических станций позволил буквально прикоснуться к поверхностям других планет, а 

орбитальные  космические  телескопы  дали  возможность  заглянуть  в  такие  глубины 

Вселенной, о которых не мечтал ни один астроном еще в начале XX века. 

 

Оптика и технология изготовления линз 

 

Точная оптика и технология изготовления линз входят в науку. Осенью 1609 года 

Галилей  направил  созданную  им  трубу  на    небо  и  сделал  первые  телескопические 

наблюдения,  открывшие  новую  неожиданную  картину  мира,  удаленность  звезд, 

сложность  Млечного  пути,  солнечные  пятна,  вращение  Солнца,  строение  Лунной 

поверхности.  Научная  деятельность  Галилея  определила  победу  гелиоцентрической 

(солнце в центре) системы мира. Галилей изготовил 100 телескопов, но только семь из них 

были  более  или  менее  совершенны,  и  открыл  с  их помощью  четыре  спутника  Юпитера, 

фазы Венеры, горы на Луне,  пятна на Солнце и звездное строение Млечного пути. 

В этот же период проведены активные исследования немецким ученым Кеплером, 

создавшим теорию оптических приборов и работы глаза, сделавшую переворот в оптике. 

Кеплеру  принадлежат  термины:  сходимость,  расходимость,  мениск,  оптическая  ось, 

фокус.  Им  создана  труба  из  2-х  положительных  линз.  Кеплер  же,  предусмотрел 

возможность  получения  прямого  изображения,  т.е.  ввел  в  систему  третью  линзу  - 

оборачивающий элемент. 

Ньютону  И.  принадлежат  основные  формулы  оптики  параксиальных  лучей, 

формулы  вычисления  сферической  аберрации    т.д.  Введены  и  определены  понятия: 

физическая оптика, дифракция света, поляризация света, дисперсия. 

После Кеплера и Ньютона теория геометрической оптики стала быстро развиваться 

и углубляться и привела к перевороту в конструировании оптических приборов. 

 

Новые черты телескопов 

Достижения  технологии,  на  которые  опирается  прогресс  технологии  

телескопостроения  заслуживает специального рассмотрения. 

Основные отличия и признаки  современного телескопа: 

1.

 

Материалы  для  зеркал.  Современные  материалы  для  зеркал  должны  иметь 



исключительно низкий коэффициент теплового расширения. 

кварц    

            

  

  



  

 

 zerodur (аналог отечественный - ситалл)



                

  

  



  

 

для сравнения:  



 

 

крон      



          

  

  



  

 

 



 

      


 

 

пирекс  



            

  

  



  

 

2.



 

Применение тонких и мозаичных зеркал позволило: 



 

- облегчить главное габаритное зеркало; 



-уменьшить массу оправы,  монтировки, всех узлов, что привело к уменьшению 

размеров купола обсерватории; 

- как следствие снижение цены; 

-если  диаметр  зеркала  больше  10  метров,  выгодно  собирать  из  отдельных 

тонких элементов, положение и форма которых корректируется во времени; 

- мозаичная система главного зеркала становится очень светосильной; 

- телескоп компактнее и дешевле. 

3. Точность изготовления больших оптических поверхностей: 

знаем, что 

 

 



-  это  критерий  дифракционного  качества  изображения,  а    сегодня 

уже реально  

 

  



4.  Активная  оптика  –  термин  используется  в  тех  случаях,  когда  минимальное 



время  между  последовательными  сеансами  коррекции  оптики  телескопа  и  его 

окружения достигают примерно одну секунду. 

5. Адаптивная оптика – система способная в реальном времени компенсировать 

атмосферное  размывание  изображения.  От  активной  оптики  адаптивные 

системы  отличает  диапазон  частот  порядка    1-1000  Гц.  Недостатком  является 

очень маленькое поле зрения 

   



6. Роботизированные системы, т.е. имеется самонаведение телескопа на нужные 



участки неба (если происходят какие, либо вспышки) за очень короткое время 

порядка нескольких секунд. 

Таким образом,  отличительные особенности современных  телескопов: 

- альтазимутальные монтировки; 

- коэффициент отражения зеркальных поверхностей достигает 0,95-0,99; 

- качество атмосферных изображений; 

- стоимость телескопов. 

Зачем нужна астрономия? 

-  Подготовка  к  будущему,  т.е.  новые  технологии  обеспечения  нас  жителей  Земли 

энергией, так необходимой для всех процессов жизнидеятельности. 

-  «Побочный  продукт»,  когда  каждый  новый  космический  спутник  -  это  принципиально 

новый аппарат, превосходящий предшественников. 

-  Астрономы  выступают  в  роли  двигателей  технического  прогресса  (конкуренты  только 

военные запросы). 

-  Популяризация  науки.  Существует  глобальная  проблема  взаимоотношений  большой 

науки и общества. Астрономия все более сложная и специализированная. 

 

 



 

Лекция №2 – Телескопы  до новой эры 



 

Основные термины и определенияастрономический посох, 

трикветр, секстант,  звездная величина, блеск звезды, 

турбулентность атмосферы, небесная сфера и система небесных 

координат.  

 

 

ПЕРВЫЕ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ 



Благодаря знакомству с прошлым познаешь настоящее. 

Конфуций

 

А как же все начиналось? Какими  были астрономические инструменты и методы 



наблюдения небесных объектов?  [Стафеев] 

Визуальные наблюдения за движением Солнца, Луны и  других светил на 

небосводе еще в древности были соотнесены с ориентацией во   времени и пространстве - 

небесными циклами (сутками, месяцами, сезонами года) и сторонами света. 

Накапливались сведения о различных оптических явлениях: тенях, цветовых окрасках 

предметов, затмениях, миражах, полярных сияниях радугах и т.п. Традиционно 

культурное наследие древних сообществ являлось предметом для изучения специалистов 

гуманитарного профиля. Представители точных наук редко касались этой темы. За 

последние  несколько десятилетий подход к изучению наследия древних цивилизаций 

существенно изменился, благодаря возникновению астроархеологии.  Астроархеология  

рассматривает различные методы визирование небесных  светил, что позволило по-

новому взглянуть на летоисчисление, мегалитические памятники  космологические 

представления  и т.д. 

Наследие мегалитической культуры в виде впечатляющих  и загадочных каменных 

сооружений сохранились  до наших дней. Наблюдение за движением небесных светил с 

помощью этих сооружений, воплотили в себе новые способы сохранения и передачи 

опыта и знаний. Воздвигались  разнообразные каменные  визиры на возвышенных и 

хорошо просматриваемых местах, они отличались строгой направленностью, связанной с 

ориентацией в пространстве и во времени. Мегалитические ансамбли возводились на 

основе точных  геодезических обмеров и были сосредоточены в очагах древних 

цивилизаций, вблизи караванных путей или мест с интенсивным мореплаванием. Помимо 

распространенных одиночных столбов-менгиров, сохранились линейные выкладки 

камней, иногда многократно повторяемые. 

 

 



Стоячие камни  

в Баллохрое. Так 

происходил заход Солнца в 

день летнего 

солнцестояния. 

 

 



 

 

Совершенствование визирных устройств в виде каменных гряд, борозд или 



желобов и необходимость повышения их угловой точности привели к созданию древних 

наблюдательных сооружений с замкнутой апертурой: дольменов, камней  со сквозными 

отверстиями, коридорных пещер и туннелей, а также курганных дромосов – узких осевых 

проходов в искусственных холмах и курганах. Наглядно все эти строения представлены в 

книге Стафеева С.К. на цветных рисунках с 26 по 60.   

Примером назовем курган Ньюграндж, 

Ирландия, 2200г. до н.э. Диаметр кургана  около 

50м, высота -  с 4-этажный дом, сооружен из 

камней общим весом порядка 200 тыс.т. 

Внутри кургана сооружен тоннель, тянущийся к 

центру длиной 19м и шириной 0,5м, с углом 

обзора около 2 градусов.  В конце   тоннеля – 

зал, где может стоять во весь рост группа из 

10 человек. Только один раз в году - в день 

зимнего солнцестояния (21 декабря), пещера на 

21 минуту озаряется солнечными   лучами. 

Считают Ньюграндж первой каменной 

обсерваторией по наблюдению за солнцем.  Был 

рассчитан годичный цикл движения солнца.  На 

фото представлен Ньюграндж в день зимнего 

солнцестояния – лучи восходящего Солнца 

проходят через туннель во внутреннюю 

комнату. В этот момент определяли и начинали 

отсчитывать новый год. 

Мегалитичекий памятник Стоунхендж (от 

древнеангл.-«висячие камни») является примером 

пригоризонтной обсерватории, сооружен  примерно в 

1900 г. до н.э. в юго-западной части Англии.  

Многотонные арки-трилитоны служили строгими 

визирами на точки горизонта, определяющие восходы и 

заходы  Солнца и  Луны при их перемещениях по небесной сфере. Сооружение  в форме подковы состоит из 

30 вертикально стоящих  камней высотой 5,5 м, толщиной 1,2м, и с положенными сверху плитами, а  в  

центре – Пяточный камень весом 35 тонн. 

  

 



 

 

 



На определенном этапе люди начали создавать 

переносные приспособления для визирования. Наиболее 

известным и применяемым до сих пор визирным 

приспособлением является гномон. Потребность 

отсчитывать меньшие интервалы времени привела к 

созданию часов (водяные, песочные, солнечные). Работа 

гномона основана на методе обратного визирования: тень, 

отбрасываемая  вертикальным шестом, скользит по 

заранее размеченной поверхности. Разметка солнечного 

«циферблата» зависит от географической  широты и 

времени года. К тому же  шкала гномона  неравномерна.  

Гномон использовался для измерения полуденной высоты 

Солнца в разные дни года.  Песочные и водяные часы 

были менее точны и к тому же доступны далеко не 

каждому, поэтому на протяжении многих веков солнечные 

часы оставались основным инструментом для измерения 

времени. Самым высоким считается флорентийский гномон высотой 84,5 м, 


 

установленный на куполе собора святой Марии  де  Фиоре  в 1482г.  врачом географом  



Паоло Тосканелли. 

Первый звездный каталог, который дошел до нас целиком, создан Гиппархом (136г. 

до н.э), содержит координаты 850 звезд.  Далее Клавдий  Птолемей (во втором веке до 

н.э.) дополнит каталог до 1022 звезды. Эти каталоги создавались при  наблюдении 

невооруженным глазом, при помощи угломерных инструментов. 

 

 



 

 

 



 



  1   2   3   4


©emirb.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

войти | регистрация
    Басты бет


загрузить материал