tisdag 7 juni 2011

Olika teleskops för- och nackdelar samt historiska bakgrund

Det finns två huvudtyper av optiska teleskop, refraktorer och reflektorer. Det finns även teleskop som är en kombination av dessa som kallas katadioptriska. Ett teleskop ska fånga in ljuset och samla detta i ett fokalplan. Ett större teleskop fångar in mer ljus och är alltså bättre än ett mindre. Man strävar efter en så skarp/högupplöst bild som möjligt. Ett teleskop ska givetvis också förstora bilden.

Refraktorer kallas även för linsteleskop och använder linser för att samla ljuset i fokalplanet. Man utnyttjar det faktum att ljuset bryts då det passerar linsen. Ljuset bryts två gånger, dels när det passerar in i linsen och dels när det passerar ut. Genom att slipa linsen till rätt form kan man få ljuset att brytas så att det samlas i fokalplanet. Ett problem med att använda linser är att de olika färgerna/våglängderna bryts olika mycket, så kallad kromatisk abberation. De olika färgernas fokus blir alltså inte på samma ställen och bilden blir därför inte helt skarp. Det finns dock möjlighet att minska den kromatiska abberationen genom att låta ljuset passera genom flera linser, vanligen 3 eller 4, som har olika material i smarta kombinationer. Dessa teleskop kallas för apokromatiska refraktorer. De ”vanliga” teleskop som saknar denna smarta uppsättning av linser kallas för akromatiska refraktorer, och de har oftast 2 eller 3 linser. Det finns dock fördelar med refraktorerna, de är till exempel mindre känsliga för damm och fukt då de är stängda och de är dessutom mindre känsliga för luftströmmar och värmeeffekter från marken. Dessutom är okularet oftast bättre/bekvämare placerat än för reflektorerna.

Reflektorer använder sig av en konkav spegel för att samla ihop ljuset. Ljuset reflekteras i spegeln och samlas i spegelns brännpunkt/fokus. Det finns ett antal olika optiska konfigurationer där de vanligaste är:

  • ”Prime focus” som saknar sekundär spegel utan man tittar direkt i spegelns fokuspunkt.
  • ”Coudé focus” som används då man vill ha fokuspunkten en bit bort från själva teleskopet. Detta åstadkoms genom att man dels har en sekundär böjd spegel (parallel med huvudspegeln) men också ytterligare en tredje spegel som vinklar ljust ut från teleskopet. Denna konfiguration är vanlig om man till exempel ska analysera ljuset i en spektrometer.
  • ”Cassegrain fokus” där man har en sekundär böjd spegel parallel med huvudspegeln. Den sekundära spegeln skickar ljuset genom huvudspegeln till fokalpunkten som finns i anslutning till teleskopets kortända.
  • ”Newtonian focus” som använder sig av en vinklad platt sekundär spegel. Ljuset vinklas alltså ut genom teleskopets sida. En nackdel med denna konfiguration är att eventuell apparatur måste placeras på teleskopets sida vilket kan leda till ett obalanserat teleskop vilket i sin tur kan leda till suddiga bilder. Men för hobbybruk fungerar det bra.
En fördel med att använda speglar är att man undviker problemet med kromatisk abberation Och i avancerade reflektorer kan man använda sig av något som kallas adaptiv optik. Detta innebär att man istället för en enda stor spegel har en mängd små, och dessa små kan sedan justeras individuellt för att korrigera för eventuella atmosfäriska störningar. En annan fördel med att använda speglar är att de är lättare att skapa stora sådana än stora linser. Linser kan innehålla bubblor, något man slipper om man använder speglar. En lins är ju en tredimensionell kropp där hela volymen måste vara perfekt, för spegeln räcker det med att ytan är perfekt. En spegel är också oftast lättare att fästa stabilt än en lins, man får en stadigare konstruktion. Ytterligare en fördel är att reflektorer kan hantera en större del av ljusspektrat än refraktorer, detta på grund av vissa våglängder hindras då de passerar genom linser. De absolut flesta professionella teleskop idag är av reflektortypen.

Ett teleskops placering är viktigt. För att slippa föroreningar (ljus och partiklar) är det bättre att placera teleskopet långt från städer. För att minimera de atmosfäriska störningarna är det en fördel att placera teleskopet högt upp. Givetvis är det absolut bäst att placera teleskopet i rymden, som det berömda Hubbleteleskopet.

Ofta används en CCD-kamera för att omvandla ljuset till en digital bild. Denna digitala bild kan sedan sparas och analyseras. (CCD = Charged-Coupled Device.)

När det gäller teleskopens och optikens historia så går den långt tillbaka. Redan före Kristus så hade man en viss kännedom om reflektion och refraktion och hur man med konkava speglar kunde fokusera solljuset. Ett par hundra år efter Kristus behandlade Ptolemaios ämnet i sin bok Optics. Det första optiska teleskopet konstruerade dock först omkring år 1608 av holländaren Hans Lippershey. (Det finns dock de som hävdar att han inte var först utan att någon av Jacob Metius eller Zacharias Janssen hann före.) Galileo Galilei hörde talas om detta och skapade då sitt eget teleskop år 1609. Han använde sig av en konkav och en konvex lins och denna typ av teleskop kallas idag ofta för Galileiskt teleskop. Den största förstoring han lyckades åstadkomma var ca 30 gånger. Även om det fanns brister i teleskopet och bilden blev långt ifrån perfekt så lyckades Galilei till exempel se månens kratrar och fyra av Jupiters månar. Johannes Kepler förbättrade Galileis design genom att byta ut den konkava linsen i okularet mot en konvex. Detta gav ett bättre synfält. Men som vi tidigare sett så finns det en del nackdelar med att använda linser, till exempel kromatisk abberation, något som Isaac Newton rådde bot på år 1868 då han konstruerade världens första reflektorteleskop. Han använde sig av, förutom en primär spegel, även en vinklad platt sekundär spegel. Den sekundära spegeln gjorde att ljuset vinklades ut åt sidan och fokalpunkten och okularet kom på det sättet att hamna en bit upp på sidan av teleskopet. Denna typ av teleskop kallas även i dag för Newtonteleskop. Sedan har det tagits fram ett antal olika konfigurationer för reflektorteleskop. Och man har till och med skickat upp dem i rymden!

Inga kommentarer:

Skicka en kommentar