Hvis du tænker over det, var det bare et spørgsmål om tid, før det første teleskop blev opfundet. Folk har været fascineret af krystaller i årtusinder. Mange krystaller - for eksempel kvarts - er helt gennemsigtige. Andre - rubiner - absorberer nogle lysfrekvenser og passerer andre. Formning af krystaller til kugler kan udføres ved spaltning, tumling og polering - dette fjerner skarpe kanter og afrunder overfladen. At dissekere en krystal begynder med at finde en fejl. Oprettelse af en halvkugle - eller krystalsegment - skaber to forskellige overflader. Lys samles af den konvekse forside og projiceres mod et punkt med konvergens af den plane bagside. Da krystalsegmenter har svære kurver, kan fokuspunktet være meget tæt på selve krystallen. På grund af korte fokallængder gør krystalsegmenter bedre mikroskoper end teleskoper.
Det var ikke krystalsegmentet - men glassets linse - der gjorde moderne teleskoper mulige. Konvekse linser kom ud af glasgrund på en måde til at korrigere synet med synet. Selvom både briller og krystalsegmenter er konvekse, har langsynte linser mindre svære kurver. Lysstråler er kun svagt bøjede fra parallellen. På grund af dette er det punkt, hvor billedet formes, langt længere væk fra linsen. Dette skaber billedskalaer, der er store nok til detaljeret menneskelig inspektion.
Den første brug af linser til at øge synet kan spores tilbage til Mellemøsten i det 11. århundrede. En arabisk tekst (Opticae Thesaurus skrevet af forsker-matematiker Al-hazen) bemærker, at segmenter af krystalkugler kunne bruges til at forstørre små objekter. I slutningen af det 13. århundrede siges det, at en engelsk munk (muligvis henviser til Roger Bacons Perspectiva fra 1267) har skabt de første praktiske bril i nær fokus til at hjælpe med at læse Bibelen. Først i 1440, hvor Nicholas fra Cusa jordede den første linse for at korrigere nærsynethed -1. Og det skulle være yderligere fire århundreder, før defekter i selve linseformen (astigmatisme) ville blive hjulpet af et sæt briller. (Dette blev udført af den britiske astronom George Airy i 1827 ca. 220 år efter den anden - mere berømte astronom - Johann Kepler beskrev først nøjagtigt effekten af linser på lys.)
De tidligste teleskoper fandt form lige efter, at brille-slibning blev veletableret som et middel til at korrigere både nærsynethed og presbyopi. Fordi langsynte linser er konvekse, udgør de gode "samlere" af lys. En konveks linse tager parallelle stråler fra afstanden og bøjer dem til et fælles fokuspunkt. Dette skaber et virtuelt billede i rummet - et, der kan inspiceres nærmere ved hjælp af en anden linse. Dyden ved en samleobjektiv er todelt: Den kombinerer lys sammen (øger dens intensitet) - og forstærker billedskalaen - begge i en grad, der er potentielt langt større end øjet alene er i stand til.
Konkave linser (bruges til at korrigere nærsynethed) spreder lys udad og får tingene til at se mindre ud for øjet. Et konkavt objektiv kan øge brændvidden af øjet, hver gang øjeets eget system (fast hornhinde og morfinglinse) mangler at fokusere et billede på nethinden. Konkave linser giver gode okularer, fordi de gør det muligt for øjet at inspicere det virtuelle billede støbt af en konveks linse. Dette er muligt, fordi konvergente stråler fra en opsamlingslinse brydes mod parallel med en konkav linse. Effekten er at vise et nærliggende virtuelt billede som om det er i stor afstand. En enkelt konkav linse giver øjenlinsen mulighed for at slappe af, som om den er fokuseret på uendelig.
At kombinere konvekse og konkave linser var bare et spørgsmål om tid. Vi kan forestille os den allerførste lejlighed, der opstår, når børn legede med linsekvernens daglige arbejde - eller muligvis, da optikeren følte sig kaldet til at inspicere en linse ved hjælp af en anden. En sådan oplevelse må have virket næsten magisk: Et fjernt tårn væver øjeblikkeligt som om det nærmer sig ved afslutningen af en lang gåtur; ukendte figurer ses pludselig som nære venner; naturlige grænser - såsom kanaler eller floder - springes over, som om Merkurius egne vinger var knyttet til helene ...
Når teleskopet blev det, præsenterede to nye optiske problemer sig selv. Lette samleobjektiver skaber buede virtuelle billeder. Denne kurve er let “skålformet” med bunden drejet mod observatøren. Dette er selvfølgelig bare det modsatte af, hvordan øjet selv ser verden. For øjet ser tingene som omhyggede på en stor sfære, hvis centrum ligger på nethinden. Så der skulle gøres noget for at trække perimeterstråler tilbage mod øjet. Dette problem blev delvist løst af astronom Christiaan Huygens i 1650'erne. Han gjorde dette ved at kombinere flere linser sammen som en enhed. Brug af to linser bragte flere af de perifere stråler fra en opsamlingslinse mod parallellen. Huygens nye okular fladt effektivt ud billedet og gjorde det muligt for øjet at opnå fokus på tværs af et bredere synsfelt. Men dette felt ville stadig fremkalde klaustrofobi hos de fleste iagttagere i dag!
Det sidste problem var mere ufravigeligt - refracerende linser bøjer lys baseret på bølgelængde eller frekvens. Jo større frekvens, jo mere bøjes en bestemt farve på lyset. Af denne grund ses objekter, der viser lys i forskellige farver (polykromatisk lys) ikke på det samme fokuspunkt over det elektromagnetiske spektrum. Grundlæggende fungerer linser på måder, der ligner prismer - skaber en spredning af farver, hver med sit eget unikke fokuspunkt.
Galileos første teleskop løste kun problemet med at få et tæt øje til at forstørre det virtuelle billede. Hans instrument var sammensat af to linser, der kunne adskilles med en kontrolleret afstand for at sætte fokus. Objektivlinsen havde en mindre alvorlig kurve til at samle lys og bringe det til forskellige fokuspunkter afhængigt af farvefrekvens. Den mindre linse - besat af en mere alvorlig kurve med kortere brændvidde - gjorde det muligt for Galileos observerende øje at komme tæt på billedet til at se forstørrede detaljer.
Men Galileos rækkevidde kunne kun bringes i fokus nær midten af okularens synsfelt. Og fokus kunne kun sættes på baggrund af den dominerende farve, der udsendes eller reflekteres af hvad Galileo så på det tidspunkt. Galileo observerede normalt lyse undersøgelser - som Månen, Venus og Jupiter - ved hjælp af et blændeåbningsstop og stolte over at være kommet på ideen!
Christiaan Huygens skabte den første - Huygenian - okular efter Galileos tid. Dette okular består af to plano-konvekse linser, der vender mod opsamlingslinsen - ikke en enkelt konkav linse. Fokusplanet for de to linser ligger mellem objektivelementet og øjenlinselementerne. Brug af to linser fladede billedets kurve ud - men kun over en gradvis grad af synligt synsfelt. Siden Huygens tid er okularerne blevet meget mere sofistikerede. Begyndende med dette originale koncept med mangfoldighed, kan dagens okularer tilføje endnu et halvt dusin optiske elementer, der er arrangeret i både form og position. Amatørastronomer kan nu købe okularer fra hylden, hvilket giver rimeligt flade felter over 80 grader i tilsyneladende diameter-2.
Det tredje problem - det ved kromatisk farvede flerfarvebilleder - blev ikke løst ved teleskopi, før et fungerende reflektorteleskop blev designet og konstrueret af Sir Isaac Newton i 1670'erne. Dette teleskop fjernede samleobjektivet helt - skønt det stadig krævede brug af et ildfast okular (hvilket bidrager langt mindre til "falsk farve" end målet gør).
I mellemtiden var de tidlige forsøg på at fikse refraktoren blot ved at gøre dem længere. Omfang til 140 fod i længden blev udtænkt. Ingen havde særligt ublu linsediametre. Sådanne spindly dynasaurs krævede en virkelig eventyrlysten observatør til at bruge - men "tone ned" farveproblemet.
På trods af at eliminere farvefejl havde tidlige reflekser også problemer. Newtons rækkevidde anvendte et sfærisk bundet spekulespejl. Sammenlignet med aluminiumsbelægningen af moderne refleksspejle er spekulum en svag kunstner. Ved ca. tre fjerdedele mister aluminiums lysopsamlingsevne, spekulum mister cirka en styrke i lysgreb. Således optrådte det seks tommer instrument, som Newton havde udviklet, mere som en moderne 4 tommer model. Men det er ikke det, der gjorde Newtons instrument svært at sælge, det leverede ganske enkelt meget dårlig billedkvalitet. Og dette skyldtes brugen af det sfærisk jordede primære spejl.
Newtons spejl bragte ikke alle lysstråler til fælles fokus. Fejlen lå ikke hos spekulummet - den lå med spejlets form, der - hvis den blev forlænget 360 grader - ville gøre en komplet cirkel. Et sådant spejl er ikke i stand til at bringe centrale lysstråler til det samme fokuspunkt som dem, der er nærmere på kanten. Det var først i 1740, da Skotlands John Short korrigerede dette problem (til lys på aksen) ved at parabolisere spejlet. Kort gennemførte dette på en meget praktisk måde: Da parallelle stråler nærmere midten af et sfærisk spejl overskrider marginale stråler, hvorfor ikke bare uddybe midten og tømme dem ind?
Først i 1850'erne erstattede sølv spekulum som den valgte spejleoverflade. Naturligvis havde de mere end 1000 parabolske reflektorer fremstillet af John Short alle spejlspejle. Og sølv, som spekulum, mister refleksionsevne temmelig hurtigt over tid til oxidation. I 1930 blev de første professionelle teleskoper belagt med mere holdbart og reflekterende aluminium. På trods af denne forbedring bringer små reflekser mindre lys i fokus end refraktorer med sammenlignelig blænde.
I mellemtiden udviklede refraktorer sig også. I løbet af John Short's tid regnede optikere ud med, hvad Newton ikke havde - hvordan man får rødt og grønt lys til at smelte sammen på et fælles fokuspunkt ved brydning. Dette blev først udført af Chester Moor Hall i 1725 og genopdaget et kvart århundrede senere af John Dolland. Hall og Dolland kombinerede to forskellige linser - den ene konveks og den anden konkave. Hver bestod af en anden glastype (krone og flint), der refraherer lys forskelligt (baseret på brydningsindeks). Den konvekse linse af kronglas udførte den øjeblikkelige opgave med at samle lys i alle farver. Dette bøjede fotoner indad. Den negative linse spredte den konvergerende stråle lidt udad. Hvor den positive linse fik rødt lys til at overskride fokus, forårsagede den negative linse rødt til at undersøge. Røde og grønne blandede, og øjet så gult. Resultatet var det achromatiske refraktorteleskop - en type, der foretrækkes af mange amatørastronomer i dag for billig, lille blænde, bredfelt, men - i kortere fokusfrekvens - mindre end ideel brug af billedkvalitet.
Det var først i midten af det 19. århundrede, at optikere formåede at få blå-violet til at gå sammen med rødt og grønt i fokus. Denne udvikling kom oprindeligt ud af brugen af eksotiske materialer (melit) som et element i dublet-målene for højdrevne optiske mikroskoper - ikke teleskoper. Tre elementsteleskopdesign ved hjælp af standardglastyper - trillinger - løste også problemet nogle fyrre år senere (lige før det tyvende århundrede).
Dagens amatørastronomer kan vælge mellem et bredt sortiment af omfangstyper og producenter. Der er ingen muligheder for alle himmelundersøgelser, øjne og himmelundersøgelser. Spørgsmål om feltfladhed (især med hurtige Newtonian-teleskoper) og heftige optiske rør (forbundet med store refraktorer) er blevet behandlet af nye optiske konfigurationer udviklet i 1930'erne. Instrumenttyper - såsom SCT (Schmidt-Cassegrain-teleskop) og MCT (Maksutov-Cassegrain-teleskop) plus newton-esque Schmidt- og Maksutov-varianter og skrå reflekser - fremstilles nu i USA og over hele verden. Hver omfangstype udviklet til at tackle en eller anden gyldig bekymring eller anden relateret til omfangstørrelse, bulk, feltfladhed, billedkvalitet, kontrast, omkostninger og portabilitet.
I mellemtiden har refraktorer taget centrum mellem optofiler - folk der ønsker den højest mulige billedkvalitet uanset andre begrænsninger. Fuldt apokromatiske (farvekorrektion) refraktorer giver nogle af de mest fantastiske billeder, der er tilgængelige til optisk, fotografisk og CCD-billeddannelse. Men desværre er sådanne modeller begrænset til mindre åbninger på grund af væsentligt højere omkostninger til materialer (eksotiske lavdispersionskrystaller & glas), fremstilling (op til seks optiske overflader skal formes) og større belastningsbærende krav (på grund af tunge glasskiver ).
Alle dagens variationer i omfangstyper begyndte med opdagelsen af, at to linser med ulig krumning kunne holdes op til øjet for at transportere menneskelig opfattelse over store afstande. Som mange store teknologiske fremskridt fremkom det moderne astronomiske teleskop ud af tre grundlæggende ingredienser: Nødvendighed, fantasi og en voksende forståelse af den måde, energi og stof interagerer på.
Så hvor kom det moderne astronomiske teleskop fra? Bestemt teleskopet gennemgik en lang periode med konstant forbedring. Men måske, måske, er teleskopet i det væsentlige en gave fra universet selv, der glæder sig i dyb beundring gennem menneskelige øjne, hjerter og sind ...
-1 Spørgsmål findes om, hvem der først skabte briller, der korrigerede nær- og nærsynt vsion. Det er usandsynligt, at Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haitham eller Roger Bacon nogensinde har brugt en linse på denne måde. Forvirrende spørgsmålet om herkomst er spørgsmålet om, hvordan briller faktisk blev båret. Det er sandsynligt, at den første visuelle hjælp simpelthen blev holdt i øjet som en monokel - nødvendighed at overtage derfra. Men ville en sådan primitiv metode historisk genfortælles som ”skueets oprindelse”?
-2 En bestemt okulars evne til at kompensere for et nødvendigvis buet virtuelt billede er grundlæggende begrænset af effektiv fokale forhold og omfangsarketektur. Teleskoper, hvis brændvidde er mange gange deres blænde, er således mindre end en øjeblikkelig kurve i "billedplanet". I mellemtiden har scopes, der først bryter lys (katadioptik såvel som refraktorer) fordelen ved bedre håndtering af lys fra aksen. Begge faktorer øger krumningsradiusen for det projicerede billede og forenkler okularens opgave med at præsentere et fladt felt for øjet.
Om forfatteren:
Inspireret af det tidlige 1900's mesterværk: "Himmelen gennem tre, fire og fem tommer teleskoper" fik Jeff Barbour en start i astronomi og rumvidenskab i en alder af syv år. For tiden bruger Jeff meget af sin tid på at observere himlen og vedligeholde webstedet Astro.Geekjoy.
