Сурдин В.Г. - Астрономия для старших школьников - Урок 3. Оптические приборы

• Владимир Сурдин, астроном, рассказывает о приборах, используемых астрономами.  

• Основные приборы: телескопы, радиотелескопы, рентгеновские телескопы.  

• Оптические приборы играют ключевую роль, так как через них проходит 90% информации.  

• Оптика позволяет управлять светом, фокусировать его и анализировать.  

• Оптические приборы помогают видеть мелкие и тусклые объекты.  

• Примеры: лупы, очки, бинокли.  

• Камера-обскура использует темную коробку с маленькой дырочкой для создания изображения.  

• Пример: изображение на белой стене при зашторенном окне.  

• Камера-обскура полезна для создания изображений ярких объектов, но не ночного неба.  

• Зеркала и прозрачные тела используются для создания изображений в рентгеновских и гамма-лучах.  

• Законы отражения и преломления света.  

• Линзы и призмы позволяют фокусировать и расщеплять свет на цвета.  

• Линзы бывают плоско-выпуклыми, двояко-выпуклыми и минисками.  

• Миниски фокусируют свет, но не имеют истинного фокуса.  

• Школьные учебники упрощают работу линз, что не всегда верно.  

• Призмы расщепляют белый свет на составляющие цвета.  

• Исаак Ньютон исследовал это свойство и написал книгу "Оптика Ньютона".  

• Призмы полезны для анализа состава света и получения чистых цветов.  

• Глаз человека воспринимает световые лучи длиной волны от 400 до 700 нанометров.  

• Это максимальный диапазон зрения, хотя есть и более длинноволновое инфракрасное и коротковолновое ультрафиолетовое излучение.  

• В этом диапазоне записано огромное количество полезной информации от звезд, планет и галактик.  

• Спектроскоп использует призму для разделения света на цвета.  

• Свет проходит через узкую щель, коллиматор и призму, создавая параллельные лучи каждого цвета.  

• Фотокамера фокусирует лучи каждого цвета в одну точку, создавая изображение щели в разных цветах.  

• Спектр излучения показывает, какие атомы излучают определенные фотоны.  

• Спектр поглощения показывает, какие атомы поглощают определенные фотоны.  

• Эти спектры помогают астрономам определить состав вещества на поверхности звезд и планет.  

• Дефракционная решетка использует дифракцию света для создания спектров.  

• Свет проходит через полупрозрачную пластинку с множеством черточек, создавая дифракцию.  

• Объектив фокусирует лучи в одну точку, создавая спектр с разными длинами волн.  

• Дефракционная решетка эффективнее призм для спектрального анализа.  

• Современные спектрографы используют дефракционные решетки для разделения света на цвета.  

• Это позволяет получать более детальные и широкие спектры для изучения состава веществ.  

• Линзы, как и призмы, разделяют белый свет на отдельные цвета.  

• Это приводит к хроматической аберрации, когда лучи разного цвета собираются в разных точках.  

• Хроматическая аберрация искажает изображение, делая его менее четким.  

• Хроматическая аберрация возникает из-за использования одной линзы.  

• Для компенсации аберрации используются две или более линз из разных сортов стекла.  

• Пример: снимок Луны с однолинзовым и двухлинзовым объективами.  

• Сферическая аберрация возникает из-за преломления света на краях линзы.  

• Два способа борьбы: закрыть края диафрагмой или использовать две линзы с разными свойствами.  

• Три линзы позволяют скомпенсировать хроматизм и сферическую аберрацию.  

• Зеркала не имеют хроматической аберрации, но страдают от сферической аберрации.  

• Для устранения аберрации используются параболические зеркала.  

• Астигматизм возникает из-за разной кривизны в разных плоскостях объектива.  

• Кома возникает из-за сбора лучей в разных точках линзы.  

• Кривизна поля: фокальная плоскость не плоская, а кривая.  

• Глаз имеет кривую фокальную поверхность, что помогает фокусировать изображение.  

• Дисторсия возникает из-за искажения изображения широкоугольным объективом.  

• Широкоугольные объективы создают бочкообразную дисторсию.  

• Астрономы используют телескопы с маленьким полем зрения для четкого изображения.  

• Объективы фотоаппаратов содержат несколько линз для компенсации аберраций.  

• Объективы микроскопов сложнее из-за необходимости подсветки объекта.  

• Планапохроматические объективы лишены хроматической аберрации и кривизны поля.  

• Обзор особенностей и недостатков оптики для астрономов и физиков.  

• На следующей лекции будет обсуждаться реальные астрономические телескопы.