Newtonske teleskop - Newtonian telescope

Newton teleskop
	En kopi af Newtons andet reflekterende teleskop, som han præsenterede for Royal Society i 1672.
Opkaldt efter	Isaac Newton
	Relaterede medier på Wikimedia Commons
	[ rediger på Wikidata ]

Newtonske teleskopdesign

Det newtonske teleskop , også kaldet det newtonske reflektor eller bare det newtoniske , er en type reflekterende teleskop opfundet af den engelske fysiker Sir Isaac Newton (1642–1727) ved hjælp af et konkavt primært spejl og et fladt diagonal sekundært spejl . Newtons første reflekterende teleskop blev afsluttet i 1668 og er det tidligste kendte funktionelle reflekterende teleskop. Det newtonske teleskops komplekse design har gjort det meget populært blandt amatørteleskopproducenter .

Historie

Newtons idé om et reflekterende teleskop var ikke ny. Galileo Galilei og Giovanni Francesco Sagredo havde diskuteret at bruge et spejl som billeddannende mål kort tid efter opfindelsen af brydningsteleskopet, og andre, såsom Niccolò Zucchi , hævdede at have eksperimenteret med ideen helt tilbage i 1616. Newton kan endda have læs James Gregorys 1663 -bog Optica Promota, der beskrev reflekterende teleskopdesign ved hjælp af parabolske spejle (et teleskop Gregory havde forsøgt at bygge uden held).

Newton byggede sit reflekterende teleskop, fordi han havde mistanke om, at det kunne bevise hans teori om, at hvidt lys består af et spektrum af farver. Farvedistorsion ( kromatisk aberration ) var den primære fejl ved at bryde teleskoper fra Newtons tid, og der var mange teorier om, hvad der forårsagede det. I midten af 1660'erne med sit arbejde med teorien om farve konkluderede Newton, at denne defekt skyldtes, at linsen i brydningsteleskopet opførte sig det samme som prismer, han eksperimenterede med, og brød hvidt lys ind i en regnbue af farver omkring lyse astronomiske objekter . Hvis dette var sandt, kunne kromatisk aberration elimineres ved at bygge et teleskop, der ikke brugte en linse - et reflekterende teleskop.

I slutningen af 1668 byggede Isaac Newton sit første reflekterende teleskop . Han valgte en legering ( speculum metal ) af tin og kobber som det mest egnede materiale til sit objektive spejl. Han udtænkte senere midler til at forme og slibe spejlet og kan have været den første til at bruge en pitch -lap til at polere den optiske overflade. Han valgte en sfærisk form til sit spejl i stedet for en parabel for at forenkle konstruktionen; selvom det ville indføre sfærisk aberration , ville det stadig korrigere kromatisk aberration. Han tilføjede til sin reflektor, hvad der er kendetegnet ved designet af et Newtonsk teleskop, et sekundært diagonalt monteret spejl nær det primære spejles fokus for at afspejle billedet i en 90 ° vinkel til et okular monteret på siden af teleskopet. Denne unikke tilføjelse tillod billedet at blive set med minimal obstruktion af objektivspejlet. Han lavede også røret, beslaget og beslagene. Newtons første version havde en primær spejldiameter på 1,3 tommer (33 mm) og et brændvidde på f/5. Han fandt, at teleskopet arbejdede uden farve forvrængning og at han kunne se de fire Galileiske måner af Jupiter og halvmåne fase af planeten Venus med det. Newtons ven Isaac Barrow viste et andet teleskop til en lille gruppe fra Royal Society of London i slutningen af 1671. De var så imponeret over det, at de demonstrerede det for Charles II i januar 1672. Newton blev optaget som en med i samfundet i samme år.

Som Gregory før ham fandt Newton det svært at konstruere en effektiv reflektor. Det var svært at slibe speculummetallet til en regelmæssig krumning. Overfladen blev også hurtigt plettet ; den deraf følgende lave refleksionsevne af spejlet og også dets lille størrelse betød, at udsigten gennem teleskopet var meget svag i forhold til nutidige refraktorer. På grund af disse vanskeligheder ved konstruktionen blev det newtonianske reflekterende teleskop i første omgang ikke bredt vedtaget. I 1721 viste John Hadley en meget forbedret model for Royal Society. Hadley havde løst mange af problemerne med at lave et parabolsk spejl. Hans Newtonian med en spejldiameter på 150 mm sammenlignede sig positivt med datidens store luftbrydende teleskoper . Størrelsen på reflekterende teleskoper voksede efterfølgende hurtigt med design fordoblet i primær spejldiameter omkring hvert 50. år.

Fordele ved det newtonske design

Newtonsk optisk samling, der viser røret (1), det primære spejl (2) og den sekundære diagonale spejlstøtte (også kaldet en " edderkoppestøtte ") (3).

De er fri for kromatisk aberration, der findes i brydningsteleskoper.
Newtonske teleskoper er normalt billigere for en given objektivdiameter (eller blænde ) end sammenlignelige kvalitetsteleskoper af andre typer.
Da der kun er en overflade, der skal slibes og poleres til en kompleks form, er den overordnede fremstilling meget enklere end andre teleskopdesigner ( gregorianere , kassegraner og tidlige refraktorer havde to overflader, der skal figureres . Senere havde akromatiske refraktormål fire overflader, der skal regnes med).
Et kort fokalforhold kan lettere opnås, hvilket fører til et bredere synsfelt .
Okularet er placeret i den øverste ende af teleskopet. Kombineret med korte f- forhold kan dette give mulighed for et meget mere kompakt monteringssystem, reducere omkostninger og øge bærbarheden.

Ulemper ved det newtonske design

Newtonianere lider, ligesom andre reflekterende teleskopdesigner, der bruger parabolske spejle, af koma , en afvigelse fra aksen, som får billedet til at blusse indad og mod den optiske akse (stjerner mod kanten af synsfeltet får en "kometlignende" form) . Denne flare er nul på aksen og er lineær med stigende feltvinkel og omvendt proportional med firkantet af spejlbrændstofforholdet (spejlets brændvidde divideret med spejldiameteren). Formlen for tredje ordens tangentiel koma er 3θ / 16F², hvor θ er vinklen fra aksen til billedet i radianer og F er brændværdien . Newtonianere med et brændforhold på f/6 eller lavere (f.eks. F/5) anses for at have en stadig mere alvorlig koma til visuel eller fotografisk brug. Primære spejle med lavt fokalforhold kan kombineres med objektiver, der korrigerer for koma for at øge billedets skarphed over feltet.

En stor Newtonsk reflektor fra 1873 med struktur for at få adgang til okularet .

Newtonianere har en central obstruktion på grund af det sekundære spejl i lysbanen. Denne forhindring og også diffraktionspigerne forårsaget af understøttelsesstrukturen (kaldet edderkoppen ) i det sekundære spejl reducerer kontrasten. Visuelt kan disse effekter reduceres ved hjælp af en to- eller trebenet buet edderkop. Dette reducerer diffraktion sidesløjfer intensiteter med en faktor på omkring fire og hjælper til at forbedre billedkontrasten, med den potentielle straf, cirkulære edderkopper er mere tilbøjelige til wind-induceret vibration.
For bærbare newtonere kan kollimering være et problem. Det primære og sekundære kan komme ud af justering fra de stød, der er forbundet med transport og håndtering. Det betyder, at teleskopet muligvis skal justeres (kollimeres) igen, hver gang det sættes op. Andre designs som refraktorer og katadioptri (specifikt Maksutov -kassegraner ) har fast kollimering.
Fokalplanet er på et asymmetrisk punkt og i toppen af det optiske rør. Til visuel observation, især på ækvatoriale teleskopbeslag , kan rørorientering sætte okularet i en meget dårlig visningsposition, og større teleskoper kræver stiger eller støttestrukturer for at få adgang til det. Nogle designs giver mekanismer til at rotere okularbeslaget eller hele rørmonteringen til en bedre position. For forskningsteleskoper skal der tages højde for modvægt af meget tunge instrumenter monteret på dette fokus.

Variation

Jones-Bird

Et Jones-Bird-reflektorteleskop (undertiden kaldet et Bird-Jones) er en spejl-linse ( katadioptrisk ) variation på det traditionelle Newton-design, der sælges på amatørteleskopmarkedet. Designet bruger et sfærisk primært spejl i stedet for et parabolsk, med sfæriske aberrationer korrigeret af sub-aperture corrector linse, der normalt er monteret inde i focusserrøret eller foran det sekundære spejl. Dette design reducerer teleskopets størrelse og omkostninger med en kortere samlet teleskoprørlængde (med korrektoren, der forlænger brændvidden i et " telefoto " -layout) kombineret med et mindre kostbart sfærisk spejl. Kommercielt producerede versioner af dette design er blevet noteret for at være optisk kompromitteret på grund af vanskeligheden ved at producere en korrekt formet sub-aperture corrector i et teleskop, der er målrettet mod den billige ende af teleskopmarkedet.