Dalekohled

Perkův dalekohled. Zrcadlový dalekohled hvězdárny v Ondřejově.

Optický dalekohled či teleskop je přístroj k optickému přiblížení pomocí dvou soustav čoček nebo zrcadel: objektivu a okuláru, jímž se obraz pozoruje.

Hlavními parametry optických dalekohledů jsou světelnost a zvětšení. Opticky účinná plocha objektivu (apertura) určuje světelnost dalekohledu a poměr ohniskových vzdáleností objektivu a okuláru jeho zvětšení.

Slovo teleskop pochází z řečtiny. τῆλε – téle znamená daleko a σκοπεῖν – skopein znamená hledět. τηλεσκόπος – teleskopos je tedy daleko-hled.

Dělení dalekohledů

Podle konstrukce objektivu se optické dalekohledy dělí na

  • refraktory, jejichž objektiv je tvořen čočkou nebo soustavou čoček,
  • reflektory, jejichž objektiv je tvořen zrcadlem.

Podle konstrukce přenosné dalekohledy:

  • monokuláry – menší dalekohledy pro pozorování jedním okem
  • binokuláry – pro pozorování oběma očima

Podle hlavního určení se rozlišují

  • dalekohledy astronomické
  • dalekohledy pozemní (terestrické) včetně zaměřovacích a geodetických
  • divadelní kukátka
  • triedry a další.

Vývoj dalekohledů

Optické schéma námořního dalekohledu
Schéma Keplerova dalekohledu:
1 – objektiv, 2 – okulár, 3 – oko, 4 – předmět, 6 – zvětšený obraz, 7 – tubus; f1 – ohnisková vzdálenost objektivu, f2 – ohnisková vzdálenost okuláru

První dalekohled si 2. října 1608 nechal patentovat holandský optik Hans Lippershey[1][2]. Jeho poznatky použil již o rok později známý italský vědec Galileo Galilei a pomocí zdokonaleného dalekohledu, složeného ze spojky a rozptylky učinil řadu převratných objevů, jako jsou Jupiterovy měsíce nebo skvrny na Slunci.

Dalekohled dále zdokonalil Johannes Kepler, který použil dvou spojek. Získal tak sice převrácený, ale ostřejší obraz a do jeho dalekohledu bylo možno vložit například nitkový kříž pro přesnější zaměření. Rozvoj astronomických dalekohledů v 18. a 19. století vedl k dalekohledům stále delším (kvůli zvětšení) i hmotnějším (kvůli světelnosti), které byly stále obtížněji použitelné. Nejdelší refraktory měřily kolem 60 m.

50cm čočkový dalekohled z hvězdárny v Nice

První reflektor, dalekohled se zrcadlem jako objektivem, navrhl Isaac Newton roku 1668 a vyřešil tak problém chromatické čili barevné vady, která vzniká rozdílným indexem lomu pro světlo různé vlnové délky (barvy) v čočce objektivu a projevuje se „duhovými okraji“ pozorovaných předmětů. Od konce 19. století začínají pro astronomické účely převládat reflektory, neboť zrcadla velkých průměrů lze snáze vyrobit a také konstrukce dalekohledu je jednodušší. Největší současné reflektory mají průměr zrcadla kolem 10 m, největší dalekohled v ČR je umístěn v Ondřejově a má průměr zrcadla 2 m. Pro ještě větší projekty se užívá automaticky koordinovaných soustav segmentovaných zrcadel. Také Hubbleův vesmírný dalekohled je reflektor o průměru zrcadla 2,4 m o ohniskové vzdálenosti téměř 60 m.

V poslední době probíhá rychlý vývoj dalekohledů, využívajících techniku adaptivní optiky. Ty umožňují získat velice dobré výsledky i bez nutnosti vyslat dalekohled mimo rušivý vliv zemské atmosféry.

Různé konstrukce dalekohledů

Námořní dalekohled, vysouvací, tzv. teleskopické konstrukce.

V současné době se pro astronomická pozorování používají i jiné než optické dalekohledy, například radioteleskopy, které pracují s elektromagnetickými vlnami větší délky a s anténami.

Čím větší je zvětšení dalekohledu, tím větší nároky se kladou na jejich uložení a upevnění. Zhruba do 10x zvětšení lze dalekohled držet v ruce, pro větší zvětšení je třeba stativ a pro astronomické dalekohledy pevný sloup, zakotvený hluboko do země. Takové dalekohledy se umisťují do velkých a pohyblivých kopulí.

Přenosné dalekohledy

Na tuto kapitolu jsou přesměrována hesla teleskopický dalekohled a námořní dalekohled.

Pro přenosné pozemní dalekohledy činila potíže jejich délka. U námořních dalekohledů se problém řešil skládáním: zasunovacím tubusem, sama do sebe, a to i vícenásobně. Této konstrukci se tedy všeobecně říká „teleskop“, tedy teleskopická konstrukce. Běžně se dnes mluví například o vytahovací „teleskopické anténě“: Ta však není parabolická, jak by napadlo astronoma, nýbrž jde o prutovou anténu, zato však teleskopicky skládací. A to právě podle zasouvání námořního dalekohledu, běžně též označovaného jako „teleskopický dalekohled“: To pro jeho konstrukci, než pro účel použití.

Definitivním řešením je triedr, kde se mezi okulár a objektiv vkládá dvojice hranolů, takže dráha světla se dvakrát zalomí, tedy prodlouží teoreticky na trojnásobek. Fakticky se však vnitřní optický kužel protáhne jen cca na dvojnásobek. I tak jde o praktické řešení problému s celkovými rozměry dalekohledu a současně se zajištěním vzpřímeného obrazu. Pro účely vojenského i geodetického zaměřování se hranolové dalekohledy opatřují nitkovými kříži: pro přesné zacílení a odhad vzdáleností a výšek porovnáváním vůči známým a změřeným objektům ve známé vzdálenosti a o známých rozměrech.

Čočkové dalekohledy (refraktory)

Keplerův dalekohled – refraktor s hledáčkem. Na dolním řezu je vidět jednotlivé čočky i mechanismus zaostřování.

Objektiv refraktoru je čočka nebo soustava čoček, která umožňuje korigovat barevnou vadu (achromát, apochromát). Optická „velikost“ (apertura) objektivu určuje světelnost dalekohledu, ohnisková vzdálenost maximální možné zvětšení. Pro úhlové zvětšení refraktoru platí vztah

Keplerův dalekohled

Příkladem konstrukce refraktoru může být tzv. hvězdářský (Keplerův) dalekohled. Tento dalekohled je tvořen dvěma soustavami spojných čoček, které mají společnou optickou osu. Objektiv tohoto dalekohledu má velkou ohniskovou vzdálenost , ohnisková vzdálenost okuláru je malá. Obrazové ohnisko objektivu splývá s předmětovým ohniskem okuláru.

Obraz velmi vzdáleného předmětu vytvořený objektivem se nachází v ohnisku okuláru, přičemž se jedná o obraz skutečný, zmenšený a převrácený. Tento obraz je pak pozorován okulárem jako lupou. Obraz však zůstává převrácený i po zvětšení okulárem, což je nevýhoda tohoto typu dalekohledu, která je však pro astronomická pozorování nepodstatná.

Pro jiná použití, kde by byl převrácený obraz na závadu, se používá modifikace tohoto dalekohledu, nazývaná triedr. V triedru je obraz převrácen zpět pomocí soustavy čtyř rovinných zrcadel, která obvykle tvoří stěny dvou skleněných hranolů.

Galileův dalekohled

Kukátko – Galileův dalekohled

Poněkud jiný princip je použit v tzv. Galileiho (holandském) dalekohledu. Tento dalekohled je tvořen spojným objektivem, který má velkou ohniskovou vzdálenost a rozptylným okulárem s malou ohniskovou vzdáleností . Obrazové ohnisko objektivu u tohoto typu dalekohledu splývá s obrazovým ohniskem okuláru. Tento typ dalekohledu se využívá např. jako divadelní kukátko, které poskytuje zhruba čtyřnásobné zvětšení.

Zrcadlové dalekohledy (reflektory)

Srovnání velikostí primárních zrcadel astronomických dalekohledů (realizovaných i plánovaných).

Objektivem reflektoru je primární duté zrcadlo kulové, parabolické případně i hyperbolické, jehož plocha určuje světelnost dalekohledu. Obraz předmětu se odráží ještě tzv. sekundárním zrcadlem a pak pozoruje okulárem.

Hlavní výhody reflektorů jsou nepřítomnost barevné vady, snazší výroba velkých zrcadel a výhodnější uspořádání tubusu. Světlo se v nich totiž odráží zrcadly, takže tubus má teoreticky jen poloviční délku a těžké zrcadlo je umístěno na straně pozorovatele, nikoli na vnějším konci tubusu jako objektiv refraktoru.

Správně má mít primární zrcadlo parabolický povrch, ale při malé ploše a velké ohniskové vzdálenosti je kulová plocha dostatečnou aproximací pokud nelpíme na špičkové kvalitě obrazu. Kulová plocha má výhodu z hlediska nižších nároků na vytvoření a tím v praxi i nižších výrobních nákladů.

Cassegrainův dalekohled

Cassegrainův zrcadlový dalekohled

V Cassegrainově dalekohledu se paprsky odražené dutým primárním parabolickým zrcadlem soustředí do malého vypuklého hyperbolického zrcadla, které je odrazí do okuláru, umístěného v ose dalekohledu; primární zrcadlo musí tedy mít uprostřed otvor.

Navrhl jej sochař Guillaume Cassegrain (1672). Z původní konstrukce vychází řada dalších modifikací – viz níže. Konstrukčně podobný Cassegrainu je například typ Ritchey-Chrétien, který však jako primární plochu používá plošší hyperbolické zrcadlo a jako sekundární zrcadlo hyperbolické s velkým ohybem. Navíc v ohnisku musí být korekční člen. Takovýto typ dalekohledu však odstraňuje vadu parabolických reflektorů, která se nazývá koma. Typ Ritchey-Chrétien využívá většina velikých dalekohledů současnosti včetně Hubbleova vesmírného dalekohledu.

Newtonův dalekohled

Newtonův zrcadlový dalekohled

V Newtonově dalekohledu se oproti Cassgrainově konstrukci používá rovinné sekundární zrcadlo, které odráží paprsky do okuláru na boku přístroje.

Dalekohled je tvořen tubusem, ve kterém se nachází primární a sekundární zrcadlo. Primární zrcadlo má parabolický tvar a je uloženo ve spodní části tubusu. Přijímá přicházející světlo a odráží ho do svého ohniska, kde je umístěno malé sekundární zrcadlo, které odráží paprsky mimo tubus do okuláru. Optická soustava dvou zrcadel a okulárů způsobuje, že vzniklý obraz je převrácen stranově a pólově. Je proto vhodný pro astronomická pozorování, kde obrazová převrácenost nevadí. Pro pozemské použití lze okulár doplnit hranoly, které upraví obraz do správné polohy.


Kombinované systémy zrcadlo/čočka

Schmidt-Cassegrainův dalekohled
  • Schmidt-Cassegrainův dalekohled má v rovině sekundárního zrcadla předřazenou korekční desku (meniskus) velmi složitého tvaru (v podstatě toroidní rozptylka, kruhová střední část je rovinná pro umístění sekundárního zrcadla), která koriguje různé vady dalekohledu. Deska je opticky umístěna před primárním zrcadlem – paprsky tedy nejdříve procházejí jí a teprve pak dopadají na hlavní zrcadlo. Díky složitému tvaru je meniskus tenčí než u systému Maksutov-Cassegrain.
Maksutov-Cassegrainův dalekohled
  • Systém Maksutov-Cassegrain – Je historicky následníkem Schmidt-Cassegrainova dalekohledu. Pro zjednodušení jsou optické plochy korekční desky (menisku před primárním zrcadlem) konfigurované do kulového tvaru, takže se poměrně snadno vyrábějí. Primární zrcadlo je také kulové.Výsledkem je poměrně levná výroba. Nežádoucím důsledkem je ale to, že je korekční člen masivní. Maksutov-Cassegrain je použitelný pro fotografii velkých částí oblohy a pro svoji nenáročnost je velmi oblíbený i mezi astronomy amatéry. Je také dobře použitelný pro pozemní pozorování. Systém je omezený právě masivností menisku, proto bývají dalekohledy relativně menších průměrů a proto mají i menší světelnost.
  • Dalekohled Schmidt-Newton má v rovině sekundárního zrcadla předřazenou korekční desku (meniskus) velmi složitého tvaru stejnou jako Schmidt-Cassegrain, jejíž funkce je shodná – omezuje sklenutí pole a komu. Sekundární zrcadlo je také v jednom konstrukčním celku s tímto meniskem, ale odklání paprsek ven z tubusu kolmo na předmětnou osu stejně jako klasický Newtonův dalekohled.Stejně jako tento systém ale pochopitelně nemá otvor v primárním zrcadle, což zjednodušuje jeho provedení.Na druhou stranu je díky tomu při srovnatelné optické délce (ohnisku) hlavní tubus téměř dvojnásobně dlouhý.
Klevcovův dalekohled
  • Klevcovův dalekohled má korekční člen umístěn před sekundárním zrcadlem. Sekundární zrcadlo tvoří s korekčním meniskem konstrukčně jeden celek. Meniskus má tvar mezikruží čočky se středovým otvorem, kudy prochází paprsek od druhého zrcadla směrem k okuláru. Aktivní částí menisku prochází paprsek před dopadem na sekundární zrcadlo.
  • Systém Ritchey-Chretien používá obě zrcadla hyperbolického tvaru. Tím koriguje velkou část vad a odstraňuje vložený meniskus. Systém je však náročný na výrobu. Nejznámější takto konfigurovaný je HST – Hubbleův vesmírný dalekohled (u něj se také projevil problém s výrobou, kdy bylo nepřesně vybroušeno primární zrcadlo, což zejména zpočátku znemožňovalo většinu měření). Chystané největší pozemní optické přístroje budou také používat tento systém.

Systém Coudé není přímo typem dalekohledu, ale systémem nastavení dráhy paprsku po průchodu sekundárním zrcadlem – nejčastěji se mluví o coudé ohnisku konkrétního dalekohledu. Velké dalekohledy mohou mít k dispozici více ohnisek podle toho, jaké vesmírné objekty chceme pozorovat a co na nich chceme měřit (fotografovat je, získávat spektrum aj.). Systém Coudé umístěním dalších zrcadel svede paprsky do pevně umístěného ohniska v polární ose montáže dalekohledu.

Největší teleskopy v Česku

V Česku je pět vědeckých dalekohledů s průměrem větším než půl metru.[3]

Tyto největší teleskopy doplňuje dalekohled ve Rtyni v Podkrkonoší, asi 82 cm, který je však soukromý a neslouží vědeckým účelům

Odkazy

Reference

  1. Hans Lippershey z Middelburgu, skutečný vynálezce dalekohledu. www.seaplanet.eu [online]. [cit. 2011-10-17]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2011-11-06. 
  2. Proč dalekohled nebyl vynalezen dříve?
  3. http://relax.lidovky.cz/nejvetsi-dalekohledy-v-cesku-slouzi-i-k-mezinarodnim-vyzkumum-pvf-/veda.aspx?c=A170819_162015_ln_veda_ELE

Literatura

  • S. N. Blažko, Praktická astronomie. Praha: SNTL 1956
  • V. Erhart, Praktická astronomická optika. Praha: SNTL 1955
  • Paulina Šafaříková. Dějiny dalekohledu. Praha: J. Otta, [1897]. 43 s. Dostupné online. 

Související články

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Szinhazitavcso.jpg
Autor: Tamasflex, Licence: CC BY-SA 3.0
Galilean type binocular
Negretti zambra telescope 2.jpg
Photograph of Negretti Zambra telescope issued by British military.
Telescope.jpg
Autor: Users Ericd on en.wikipedia, Licence: CC-BY-SA-3.0
Nice Observatory - 50cm Refractor
Imageinverting-2.png
Autor: Tamasflex, Licence: CC BY-SA 3.0
Image inverting.
ApoRef.png
Autor: Tamasflex, Licence: CC BY-SA 3.0
Apochromatic refractor.
Comparison optical telescope primary mirrors.svg
Autor: Cmglee; data on holes in mirrors provided by an anonymous user from IP 71.41.210.146, Licence: CC BY-SA 3.0
Comparison of nominal sizes of primary mirrors of notable optical reflecting telescopes, and a few other objects. Dotted lines show mirrors with equivalent light-gathering ability.

The telescopes shown in this comparison are listed below, ordered in each sub-section by (effective) mirror/lens area , low to high, and then by actual/planned first light date, old to new. The "present-day" status is given as of July 2020. See also List of largest optical reflecting telescopes.

Largest refractors (for comparison):

1) Yerkes Observatory's 40-inch (1.02 m) refractor, 1893 (largest refractor consistently used for scientific observations)
2) Great Paris Exhibition Telescope, 49-inch (1.24 m), 1900 (largest refractor ever built; had practically no scientific usage)

Ground-based reflectors:

3) Hooker Telescope, 100-inch (2.5 m), 1917; world's largest telescope from 1917 to 1949
4) Multiple Mirror Telescope, 186-inch (4.72 m) effective, 1979–1998; 6.5 m, from 1998
5) LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope), 4.9 m effective at best, 2009
6) Hale Telescope, 200-inch (5.1 m), 1949; world's largest telescope from 1949 to 1975
7) BTA-6, 6 m, 1975; world's largest telescope from 1975 to 1990 (when it was surpassed by the partially-completed Keck I telescope)
8) Large Zenith Telescope, 6 m, 2003; largest liquid-mirror telescope ever built; decommissioned in 2019
9) Magellan Telescopes, two 6.5‑m individual telescopes, 2000 and 2002;
10) Vera C. Rubin Observatory (formerly Large Synoptic Survey Telescope), 6.68 m effective (8.4‑m mirror, but with a big hole in the middle), planned 2022
11) Gemini Observatory, 8.1 m, 1999 and 2001
12) Subaru Telescope, 8.2 m, 1999; largest monolithic (i.e. non-segmented) mirror in an optical telescope from 1999 to 2005
13) Southern African Large Telescope, 9.2 m effective, 2005 (largest optical telescope in the southern hemisphere)
14) Hobby–Eberly Telescope, 10 m effective, 1996
15) Gran Telescopio Canarias, 10.4 m, 2007 (world's largest single-aperture optical telescope)
16) Large Binocular Telescope, 11.8 m effective (two 8.4‑m telescopes on a common mount), 2005 and 2006; each individual telescope has the largest monolithic (i.e. non-segmented) mirror in an optical telescope, while the combined effective light collecting area is the largest for any optical telescope in non-interferometric mode
17) Keck Telescopes, 14 m effective (two 10‑m individual telescopes), 1993 and 1996; similarly to VLT, the two telescopes were combined only for interferometric observations rather than to simply achieve larger light collecting area; furthermore, this mode has been discontinued
18) Very Large Telescope, 16.4 m effective (four 8.2 m individual telescopes), 1998, 1999, 2000, and 2000; total effective light collecting area would have been world's largest for any present-day optical telescope, but the instrumentation required to obtain a combined incoherent focus was not built
19) Giant Magellan Telescope, 22.0 m effective, planned 2029
20) Thirty Meter Telescope, 30 m effective, planned 2027
21) Extremely Large Telescope, 39.3 m effective, planned 2025
22) Overwhelmingly Large Telescope, 100 m, cancelled

Space telescopes:

23) Gaia, 1.45 m × 0.5 m (area equivalent to a 0.96‑m round mirror), 2013
24) Kepler, 1.4 m, 2009
25) Hubble Space Telescope, 2.4 m, 1990 (largest space optical telescope to date)
26) James Webb Space Telescope, 6.5 m effective, planned 2022

Radio telescopes for comparison:

27) Arecibo Observatory's 307‑m dish; largest fully-filled single-aperture telescope from 1963 to 2016 (the largest-aperture telescope of any kind is the very-sparsely-filled RATAN-600 radio telescope)
28) Five-hundred-meter Aperture Spherical [radio] Telescope, 500‑m dish (effective aperture of ≈300 m), 2016; world's largest fully-filled single-aperture telescope (since 2016)

Other objects for comparison:

29) Human height, 1.77 m on average
30) Tennis court, 78 × 36 ft (23.77 × 10.97 m)
31) Basketball court, 94 × 50 ft (28.7 × 15.2 m)
Schmidt-Cassegrain.png
Autor: Szőcs Tamás Tamasflex, Licence: CC BY-SA 3.0
Schmidt-Cassegrain telescope.
Maksutov-Cassegrain.png
Autor: Szőcs TamásTamasflex, Licence: CC BY-SA 3.0
Maksutov-Cassegrain telescope.
Newtontelescope.png
Autor: Szőcs Tamás Tamasflex, Licence: CC BY-SA 3.0
Newtonian telescope design.
2-m Telescope3, Ondřejov Astronomical.jpg
Autor: Czech Wikipedia user Packa, Licence: CC BY-SA 2.5
Největší český astronomický dalekohled – reflektor o průměru objektivu (zrcadla) 2 m v Astronomickém ústavu na Ondřejově
Casegraintelescope.png
Autor: Szőcs Tamás Tamasflex, Licence: CC BY-SA 3.0
Cassegrain telescope design.
Kepschem2.jpg
Autor: Szőcs TamásTamasflex, Licence: CC BY-SA 3.0
Refracting telescope.