Ein nachdenkendes Fernrohr (hat auch einen Reflektor genannt), ist ein optisches Fernrohr, das eine Single oder Kombination von gekrümmten Spiegeln verwendet, die Licht widerspiegeln und ein Image bilden. Das nachdenkende Fernrohr wurde im 17. Jahrhundert als eine Alternative zum brechenden Fernrohr erfunden, das damals ein Design war, das unter der strengen chromatischen Aberration gelitten hat. Obwohl nachdenkende Fernrohre andere Typen von optischen Abweichungen erzeugen, ist es ein Design, das sehr große Diameter-Ziele berücksichtigt. Fast alle in der Astronomie-Forschung verwendeten Hauptfernrohre sind Reflektoren. Das Reflektieren von Fernrohren kommt in vielen Designschwankungen und kann optische Extraelemente verwenden, um Bildqualität zu verbessern oder das Image in eine mechanisch vorteilhafte Position zu legen. Da nachdenkende Fernrohre Spiegel verwenden, wird das Design manchmal ein "catoptric" Fernrohr genannt.

Geschichte

Die Idee, die Spiegel gebogen hat, benimmt sich wie Linsen geht mindestens auf die Abhandlung des 11. Jahrhunderts von Alhazen auf der Optik, Arbeiten zurück, die in lateinischen Übersetzungen im frühen modernen Europa weit verbreitet worden waren. Bald nach der Erfindung des brechenden Fernrohrs, Galileos, Giovanni Francesco Sagredos, und haben andere, die durch ihre Kenntnisse der Grundsätze von gekrümmten Spiegeln angespornt sind, die Idee besprochen, ein Fernrohr mit einem Spiegel als das Bildformen-Ziel zu bauen. Es gab Berichte, dass der Bolognese Cesare Caravaggi denjenigen 1626 gebaut hatte und der italienische Professor Niccolò Zucchi, in einer späteren Arbeit, geschrieben hat, dass er mit einem konkaven Bronzespiegel 1616 experimentiert hatte, aber gesagt hat, dass er kein befriedigendes Image erzeugt hat. Die potenziellen Vorteile, parabolische Spiegel, in erster Linie die Verminderung der kugelförmigen Abweichung ohne chromatische Aberration zu verwenden, haben zu vielen vorgeschlagenen Designs geführt, um Fernrohre das bemerkenswerteste zu widerspiegeln, das die 1663 veröffentlichten Ideen von James Gregory dafür ist, was gekommen ist, um das Gregorianische Fernrohr genannt zu werden, aber keine Arbeitsmodelle wurden bis 1673 von Robert Hooke gebaut.

Isaac Newton ist allgemein das Gebäude des ersten nachdenkenden Fernrohrs 1668 zugeschrieben worden. Es hat kugelförmig Boden-Metall primärer Spiegel und ein kleiner diagonaler Spiegel in einer optischen Konfiguration verwendet, die gekommen ist, um als das Newtonische Fernrohr bekannt zu sein.

Trotz der theoretischen Vorteile des Reflektor-Designs hat die Schwierigkeit des Aufbaus und der schlechten Leistung der Spiegel-Metallspiegel, die zurzeit verwenden werden, bedeutet, dass es 100 Jahre für sie übernommen hat, um populär zu werden. Viele der Fortschritte in nachdenkenden Fernrohren haben die Vollkommenheit der parabolischen Spiegelherstellung im 18. Jahrhundert, angestrichenes Silber eingeschlossen Glasspiegel im 19. Jahrhundert, andauernde Aluminiumüberzüge im 20. Jahrhundert, haben Spiegel segmentiert, um größeren Diametern und aktiver Optik zu erlauben, die Gravitationsdeformierung zu ersetzen. Eine Neuerung der Mitte des 20. Jahrhunderts war catadioptric Fernrohre wie die Kamera von Schmidt, die beide eine Linse (corrector Teller) und Spiegel als primäre optische Elemente verwenden, die hauptsächlich für die Bildaufbereitung des breiten Feldes ohne kugelförmige Abweichung verwendet sind.

Das Ende des 20. Jahrhunderts hat die Entwicklung der anpassungsfähigen Optik und glückliche Bildaufbereitung gesehen, um die Probleme des Sehens und Reflektierens zu überwinden, dass Fernrohre auf Raumfernrohren und vielen Typen von Raumfahrzeugbildaufbereitungsgeräten allgegenwärtig sind.

Technische Rücksichten

Ein gekrümmter primärer Spiegel ist das grundlegende optische Element des Fernrohrs des Reflektors, das ein Image am im Brennpunkt stehenden Flugzeug schafft. Die Entfernung vom Spiegel bis das im Brennpunkt stehende Flugzeug wird die im Brennpunkt stehende Länge genannt. Film oder ein Digitalsensor können hier gelegen werden, um das Image zu registrieren, oder ein sekundärer Spiegel kann in der Nähe vom Fokus hinzugefügt werden, um die optischen Eigenschaften zu modifizieren und/oder das Licht umzuadressieren, um sich, Digitalsensoren oder ein Okular für die Sehbeobachtung verfilmen zu lassen.

Der primäre Spiegel in den meisten modernen Fernrohren wird aus einem festen Glaszylinder zusammengesetzt, dessen Vorderoberfläche Boden zu einer kugelförmigen oder parabolischen Gestalt gewesen ist. Eine dünne Schicht von Aluminium ist auf den Spiegel abgelegtes Vakuum, einen hoch reflektierenden ersten Oberflächenspiegel bildend.

Einige Fernrohre verwenden primäre Spiegel, die verschieden gemacht werden. Geschmolzenes Glas wird rotieren gelassen, um seine Oberfläche paraboloidal zu machen und wird behalten rotierend, während es kühl wird und fest wird. (Sieh Rotierenden Brennofen.) Kommt die resultierende Spiegelgestalt einer gewünschten Paraboloid-Gestalt näher, die verlangt, dass minimaler Schleifen und das Polieren reichen, hat die genaue Zahl gebraucht.

Optische Fehler

Das Reflektieren von Fernrohren, gerade wie jedes andere optische System, erzeugt "vollkommene" Images nicht. Das Bedürfnis, Gegenstände in Entfernungen bis zur Unendlichkeit darzustellen, sehen Sie sie an verschiedenen Wellenlängen des Lichtes zusammen mit der Voraussetzung an, um eine Weise zu haben, das Image anzusehen, das der primäre Spiegel, Mittel erzeugt, dort ist immer etwas Kompromiss in einem optischen Design eines nachdenkenden Fernrohrs.

Weil das primäre Spiegelfokus-Licht zu einem allgemeinen Punkt vor seiner eigenen nachdenkenden Oberfläche fast alle nachdenkenden Fernrohr-Designs einen sekundären Spiegel, Filmhalter oder Entdecker in der Nähe von diesem Brennpunkt hat, der teilweise das Licht davon versperrt, den primären Spiegel zu erreichen. Nicht nur verursacht das etwas Verminderung des Betrags des Lichtes, das das System sammelt, verursacht es auch einen Verlust im Gegensatz im Image wegen Beugungseffekten des Hindernisses sowie der durch die meisten sekundären Unterstützungsstrukturen verursachten Beugungsspitzen.

Der Gebrauch von Spiegeln vermeidet chromatische Aberration, aber sie erzeugen andere Typen von Abweichungen. Ein einfacher kugelförmiger Spiegel kann Licht von einem entfernten Gegenstand bis einen allgemeinen Fokus seit dem Nachdenken von leichten Strahlen nicht bringen, die schlagen, dass der Spiegel in der Nähe von seinem Rand mit denjenigen nicht zusammenläuft, die von näher dem Zentrum des Spiegels nachdenken, hat ein Defekt kugelförmige Abweichung genannt. Um dieses Problem zu vermeiden, verwenden die meisten nachdenkenden Fernrohre Spiegel in der parabolischen Form, eine Gestalt, die das ganze Licht zu einem allgemeinen Fokus einstellen kann. Parabolische Spiegel arbeiten gut mit Gegenständen in der Nähe vom Zentrum des Images, das sie erzeugen, (leichte Reisen-Parallele zur optischen Achse des Spiegels), aber zum Rand dieses desselben Feldes der Ansicht leiden sie unter von Achse-Abweichungen:

• Koma - eine Abweichung, wo Punkt-Quellen (Sterne) am Zentrum des Images zu einem Punkt eingestellt werden, aber normalerweise als "einem Kometen ähnliche" radiale Schmutzflecke erscheinen, die schlechter zu den Rändern des Images werden.
• Feldkrümmung - Das beste Bildflugzeug wird im Allgemeinen gebogen, der der Gestalt des Entdeckers nicht entsprechen kann und zu einem Fokus-Fehler über das Feld führt. Es wird manchmal durch eine Feldflachdrücken-Linse korrigiert.
• Astigmatismus - eine scheitelwinklige Schwankung des Fokus um die Öffnung, die Punkt-Quellimages verursacht, die außer Achse sind zu scheinen, elliptisch. Astigmatismus ist nicht gewöhnlich ein Problem in einem schmalen Feld der Ansicht, aber in einem breiten Feldimage wird es schnell schlechter und ändert sich quadratisch mit dem Feldwinkel.
• Verzerrung - Verzerrung betrifft Bildqualität (Schärfe) nicht, aber betrifft wirklich Gegenstand-Gestalten. Es wird manchmal durch die Bildverarbeitung korrigiert.

Dort widerspiegeln Fernrohr-Designs, die modifizierte Spiegeloberflächen (wie das Fernrohr von Ritchey-Chrétien) oder eine Form verwenden, Linse zu korrigieren (wie Catadioptric-Fernrohre), die einige dieser Abweichungen korrigieren.

Verwenden Sie in der astronomischen Forschung

Fast der ganze große Forschungsrang astronomische Fernrohre ist Reflektoren. Es gibt mehrere Gründe dafür:

• In einer Linse muss das komplette Volumen des Materials frei vom Schönheitsfehler und den Inhomogenitäten sein, wohingegen in einem Spiegel nur eine Oberfläche vollkommen poliert werden muss.
• Das Licht von verschiedenen Wellenlängen reist durch ein Medium außer dem Vakuum mit verschiedenen Geschwindigkeiten. Das verursacht chromatische Aberration in unkorrigierten Linsen, und das Schaffen einer großen Linse ohne Abweichungen ist ein kostspieliger Prozess. Ein Spiegel kann dieses Problem völlig beseitigen.
• Die Reflektor-Arbeit in einem breiteren Spektrum des Lichtes seit bestimmten Wellenlängen wird absorbiert, wenn man Glaselemente wie diejenigen durchführt, die in einem Refraktoren oder catadioptric gefunden sind.
• Es gibt Strukturprobleme, die an der Herstellung und Manipulierung von Linsen der großen Öffnung beteiligt sind. Da eine Linse nur im Platz durch seinen Rand gehalten werden kann, wird sich das Zentrum einer großen Linse wegen des Ernstes senken, das Image verdrehend, das es erzeugt. Die größte praktische Linse-Größe in einem brechenden Fernrohr ist ungefähr 1 Meter. Im Gegensatz kann ein Spiegel von der ganzen Seite gegenüber seinem nachdenkenden Gesicht unterstützt werden, nachdenkende Fernrohr-Designs berücksichtigend, die Gravitationsabsacken überwinden können. Die größten Reflektor-Designs gehen zurzeit um 10 Meter im Durchmesser zu weit.

Das Reflektieren von Fernrohr-Designs

Gregorianisch

Das Gregorianische Fernrohr, das von James Gregory seinen 1663 beschrieben ist, schreibt Optica Promota ein, verwendet einen konkaven sekundären Spiegel, der das Image zurück durch ein Loch im primären Spiegel widerspiegelt. Das erzeugt ein aufrechtes Image, das für Landbeobachtungen nützlich ist. Einige kleine fleckig werdende Spielraume werden noch dieser Weg gebaut. Es gibt mehrere große moderne Fernrohre, die eine Gregorianische Konfiguration wie der Vatikan Fortgeschrittenes Technologiefernrohr, die Fernrohre von Magellan, das Große Beidäugige Fernrohr und der Riese Fernrohr von Magellan verwenden.

Newtonisch

Das Newtonische Fernrohr war das erste erfolgreiche nachdenkende Fernrohr, das von Isaac Newton 1668 vollendet ist. Es hat gewöhnlich einen paraboloid primären Spiegel, aber an im Brennpunkt stehenden Verhältnissen von f/8 oder länger kann ein kugelförmiger primärer Spiegel für die hohe Sehentschlossenheit genügend sein. Ein flacher sekundärer Spiegel widerspiegelt das Licht zu einem im Brennpunkt stehenden Flugzeug an der Seite der Spitze der Fernrohr-Tube. Es ist eines der einfachsten und am wenigsten teuren Designs für eine gegebene Größe der Vorwahl, und ist bei Amateurfernrohr-Schöpfern populär, weil ein Haus - Projekt baut.

Das Cassegrain Design und seine Schwankungen

Das Fernrohr von Cassegrain (hat manchmal den "Klassiker Cassegrain" genannt), wurde zuerst in einem Laurent Cassegrain zugeschriebenen 1672-Design veröffentlicht. Es hat einen parabolischen primären Spiegel und einen sekundären Hyperbelspiegel, der nachdenkt, das Licht treten durch ein Loch in der Vorwahl zurück. Wenn sie sich faltet und abweicht, schafft die Wirkung des sekundären ein Fernrohr mit einer langen im Brennpunkt stehenden Länge, während sie eine kurze Tube-Länge hat.

Ritchey-Chrétien

Das Fernrohr von Ritchey-Chrétien, das von George Willis Ritchey und Henri Chrétien am Anfang der 1910er Jahre erfunden ist, ist ein Spezialreflektor von Cassegrain, der zwei Hyperbelspiegel (statt einer parabolischen Vorwahl) hat. Es ist frei von Koma und kugelförmiger Abweichung an einem fast flachen im Brennpunkt stehenden Flugzeug, wenn die primäre und sekundäre Krümmung richtig bemalt wird, hat das Machen davon gut für breite fotografische und Feldbeobachtungen gepasst. Fast jedes Berufsreflektor-Fernrohr in der Welt ist des Designs von Ritchey-Chrétien.

Dall-Kirkham

Das Fernrohr-Design von Dall-Kirkham Cassegrain wurde von Horace Dall 1928 geschaffen und hat den Namen in einem Artikel übernommen, der im Wissenschaftlichen Amerikaner 1930 im Anschluss an die Diskussion zwischen dem Amateurastronomen Allan Kirkham und Albert G. Ingalls, dem Zeitschrift-Redakteur zurzeit veröffentlicht ist. Es verwendet einen konkaven elliptischen primären Spiegel und einen konvexen kugelförmigen sekundären. Während dieses System leichter ist zu mahlen als ein System von Klassiker oder Ritchey-Chrétien Cassegrain, korrigiert es für Koma außer Achse und Feldkrümmung nicht, so baut sich das Image schnell außer Achse ab. Weil das an längeren im Brennpunkt stehenden Verhältnissen weniger bemerkenswert ist, sind Dall-Kirkhams selten schneller als f/15.

Designs außer Achse

Es gibt mehrere Designs, die versuchen zu vermeiden, das eingehende Licht durch das Beseitigen des sekundären oder das Bewegen jedes sekundären Elements von der optischen Achse des primären Spiegels, allgemein genannten optischen Systemen außer Achse zu versperren.

Herschelian

Der Herschelian Reflektor wird nach William Herschel genannt, der dieses Design verwendet hat, um sehr große Fernrohre einschließlich eines 49.5 Zoll (126 Cm) Diameter-Fernrohrs 1789 zu bauen. Im Reflektor von Herschelian wird der primäre Spiegel so gekippt der Kopf des Beobachters blockiert das eingehende Licht nicht. Obwohl das geometrische Abweichungen einführt, hat Herschel dieses Design verwendet, um den Gebrauch eines Newtonischen sekundären Spiegels zu vermeiden, seitdem die Spiegel-Metallspiegel dieser Zeit getrübt schnell und nur 60-%-Reflexionsvermögen erreichen konnten.

Schiefspiegler

Eine Variante von Cassegrain, das Fernrohr von Schiefspiegler ("verdrehter" oder "schiefer Reflektor"), der gekippte Spiegel verwendet, um den sekundären Spiegel zu vermeiden, einen Schatten auf der Vorwahl werfend. Jedoch, während das Beseitigen der Beugung gestaltet, führt das zu einer Zunahme in Koma und Astigmatismus. Diese Defekte werden lenksam an großen im Brennpunkt stehenden Verhältnissen — die meisten Schiefspieglers verwenden f/15 oder länger, der dazu neigt, nützliche Beobachtung zum Mond und den Planeten einzuschränken.

Mehrere Schwankungen sind mit unterschiedlichen Zahlen von Spiegeln von verschiedenen Typen üblich. Der Kutter Stil verwendet eine einzelne konkave Vorwahl und einen konvexen sekundären. Eine Schwankung eines multi-schiefspiegler verwendet eine konkave Vorwahl, konvex sekundär und ein parabolischer tertiärer. Einer der interessanten Aspekte von einem Schiefspieglers ist, dass einer der Spiegel am leichten Pfad zweimal beteiligt werden kann — denkt jeder leichte Pfad entlang einem verschiedenen Südländer-Pfad nach.

Yolo

Der Yolo wurde von Arthur S. Leonard Mitte der 1960er Jahre entwickelt. Wie Schiefspiegler ist es ein unversperrtes, gekipptes Reflektor-Fernrohr. Der Yolo besteht aus einem primären und sekundären konkaven Spiegel, mit derselben Krümmung und derselben Neigung zur Hauptachse. Die meisten Yolos verwenden toroidal Reflektoren. Das Yolo Design beseitigt Koma, aber verlässt bedeutenden Astigmatismus, der durch die Deformierung des sekundären Spiegels um eine Form des sich wellenden Geschirrs, oder wechselweise reduziert wird, eine Toroidal-Zahl ins sekundäre polierend.

Flüssige Spiegelfernrohre

Ein Design des Fernrohrs verwendet einen rotierenden Spiegel, der aus einem flüssigen Metall in einem Tablett besteht, das mit der unveränderlichen Geschwindigkeit gesponnen wird. Da das Tablett spinnt, bildet die Flüssigkeit eine paraboloidal Oberfläche der im Wesentlichen unbegrenzten Größe. Das berücksichtigt sehr große Fernrohr-Spiegel (mehr als 6 Meter), aber leider können sie nicht gesteuert werden, weil sie immer vertikal hinweisen.

Im Brennpunkt stehende Flugzeuge

Hauptfokus

In einem Hauptfokus-Design wird keine sekundäre Optik verwendet, auf das Image wird am Brennpunkt des primären Spiegels zugegriffen. Am Brennpunkt ist ein Typ der Struktur, für einen Filmteller oder elektronischen Entdecker zu halten. In der Vergangenheit, in sehr großen Fernrohren, würde ein Beobachter innerhalb des Fernrohrs in einem "Beobachten-Käfig" sitzen, um das Image direkt anzusehen oder eine Kamera zu bedienen. Heutzutage berücksichtigen CCD Kameras entfernte Operation des Fernrohrs von fast überall in der Welt. Der am Hauptfokus verfügbare Raum wird durch das Bedürfnis streng beschränkt zu vermeiden, das eingehende Licht zu versperren.

Radiofernrohre haben häufig ein Hauptfokus-Design. Der Spiegel wird durch eine Metalloberfläche ersetzt, um Funkwellen zu widerspiegeln, und der Beobachter ist eine Antenne.

Nasmyth und Coudé-Fokus

Nasmyth

Das Nasmyth Design ist Cassegrain außer keinem Loch ähnlich wird im primären Spiegel gebohrt; statt dessen widerspiegelt ein dritter Spiegel das Licht beiseite.

Coudé

weitere Optik zu einem Nasmyth-artigen Fernrohr hinzufügt, um das Licht (gewöhnlich durch die Neigungsachse) zu einem festen Fokus-Punkt zu liefern, der sich nicht bewegt weil, wird das Fernrohr neu eingestellt gibt einen Coudé-Fokus (vom französischen Wort für den Ellbogen). Dieses Design ist häufig auf großen Sternwarte-Fernrohren verwendet worden, weil es schwere Beobachtungsausrüstung wie Spektrographen erlaubt, um leichter verwendet zu werden.

Der Coudé-Fokus wurde in großen im grössten Teil des Zwanzigsten Jahrhunderts gebauten Fernrohren weit verwendet, seitdem Grenzen auf dem optischen Design und der Herstellung verlangt haben, dass hochauflösende Spektrographen insbesondere große zusammenfallen lassende Spiegel (ideal mit demselben Diameter wie der primäre Spiegel des Fernrohrs) und sehr lange im Brennpunkt stehende Längen hatten. Solche Instrumente konnten nicht widerstehen, und das Hinzufügen bewegt zu werden, dass Spiegel zum leichten Pfad, um das Licht zu einer festen Position zu solch einem Instrument abzulenken, das auf oder unter dem Beobachten-Fußboden aufgenommen ist (und gewöhnlich als ein feststehender integraler Bestandteil des Sternwarte-Gebäudes gebaut ist), die einzige Auswahl waren. Die 1.5 M Hale Telescope, Hooker Telescope, 200 Zoll Hale Telescope, Shane Telescope und Harlan J. Smith Telescope wurden alle mit der coudé Fokusse-Instrumentierung gebaut. Die Entwicklung von echelle Spektrometern hat hochauflösende Spektroskopie mit einem viel kompakteren Instrument, dasjenige erlaubt, das manchmal auf dem Fokus von Cassegrain erfolgreich bestiegen werden kann. Jedoch, da billige und entsprechend stabile computergesteuerte Alt-Az-Fernrohr-Gestelle in den 1980er Jahren entwickelt wurden, hat das Design von Nasmyth den Coudé-Fokus für große Fernrohre verdrängt.

Siehe auch

• Fernrohre von Catadioptric
• Waffelspiegel
• Liste von größten optischen nachdenkenden Fernrohren
• Liste von größten optischen Fernrohren historisch
• Liste von Fernrohr-Typen
• Spiegelunterstützungszelle
• Teller OPtimizer
• Brechendes Fernrohr