Newton-Teleskop - Newtonian telescope

Newton-Teleskop
NewtonsTeleskopReplica.jpg
Eine Nachbildung von Newtons zweitem Spiegelteleskop, das er 1672 der Royal Society vorstellte .
Benannt nach Isaac Newton Bearbeiten Sie dies auf Wikidata
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Newton-Teleskop-Design

Das Newton - Teleskop , auch der angerufene Newton - Reflektor oder nur die Newtonsche , ist eine Art von Spiegelteleskop nach dem englischen Physiker erfunden Sir Isaac Newton (1642-1727), unter Verwendung einen konkaven Primärspiegel und einen flachen diagonal Sekundärspiegel . Newtons erstes Spiegelteleskop wurde 1668 fertiggestellt und ist das früheste bekannte funktionsfähige Spiegelteleskop. Das komplexe Design des Newton-Teleskops hat es bei Amateurteleskopbauern sehr beliebt gemacht .

Geschichte

Newtons Idee für ein Spiegelteleskop war nicht neu. Galileo Galilei und Giovanni Francesco Sagredo hatten kurz nach der Erfindung des Brechungsteleskops die Verwendung eines Spiegels als bildgebendes Objektiv diskutiert , und andere wie Niccolò Zucchi behaupteten, bereits 1616 mit der Idee experimentiert zu haben Lesen Sie James Gregorys Buch Optica Promota aus dem Jahr 1663, in dem die Konstruktion von Spiegelteleskopen mit Parabolspiegeln beschrieben wurde (ein Teleskop, das Gregory erfolglos zu bauen versucht hatte).

Newton baute sein Spiegelteleskop, weil er vermutete, es könne seine Theorie beweisen, dass weißes Licht aus einem Farbspektrum besteht . Farbverzerrung ( chromatische Aberration ) war der Hauptfehler der brechenden Teleskope zu Newtons Zeiten, und es gab viele Theorien darüber, was sie verursachte. Mitte der 1660er Jahre kam Newton mit seiner Arbeit an der Farbtheorie zu dem Schluss, dass dieser Fehler dadurch verursacht wurde, dass sich die Linse des brechenden Teleskops genauso verhält wie Prismen, mit denen er experimentierte, und weißes Licht um helle astronomische Objekte herum in einen Regenbogen von Farben brach . Wenn dies der Fall wäre, könnte die chromatische Aberration durch den Bau eines Teleskops ohne Objektiv – einem Spiegelteleskop – beseitigt werden.

Ende 1668 baute Isaac Newton sein erstes Spiegelteleskop . Als am besten geeignetes Material für seinen Objektivspiegel wählte er eine Legierung ( Spekulummetall ) aus Zinn und Kupfer . Später entwickelte er Mittel zum Formen und Schleifen des Spiegels und war möglicherweise der erste, der eine Pechschleife zum Polieren der optischen Oberfläche verwendet hat. Er wählte für seinen Spiegel eine Kugelform anstelle einer Parabel, um die Konstruktion zu vereinfachen; obwohl es sphärische Aberration einführen würde , würde es immer noch chromatische Aberration korrigieren. Er fügte seinem Reflektor das Kennzeichen des Designs eines Newton-Teleskops hinzu, einen sekundären, schräg montierten Spiegel in der Nähe des Fokus des Hauptspiegels, um das Bild in einem Winkel von 90 ° zu einem an der Seite des Teleskops angebrachten Okular zu reflektieren . Diese einzigartige Ergänzung ermöglichte es, das Bild mit minimaler Behinderung des Objektivspiegels zu betrachten. Er machte auch das Rohr, die Halterung und die Armaturen. Newtons erste Version hatte einen Hauptspiegeldurchmesser von 33 mm und ein Öffnungsverhältnis von f/5. Er stellte fest, dass das Teleskop ohne Farbverzerrung funktionierte und er damit die vier Galileischen Monde des Jupiter und die Sichelphase des Planeten Venus sehen konnte. Newtons Freund Isaac Barrow zeigte Ende 1671 einer kleinen Gruppe der Royal Society of London ein zweites Teleskop . Sie waren davon so beeindruckt, dass sie es im Januar 1672 Charles II vorführten . Newton wurde als Fellow der Gesellschaft aufgenommen im selben Jahr.

Wie Gregory vor ihm fiel es Newton schwer, einen effektiven Reflektor zu konstruieren. Es war schwierig, das Spekulummetall auf eine regelmäßige Krümmung zu schleifen. Auch die Oberfläche trübte sich schnell an; die daraus resultierende geringe Reflektivität des Spiegels und auch seine geringe Größe führten dazu, dass der Blick durch das Teleskop im Vergleich zu zeitgenössischen Refraktoren sehr trüb war. Aufgrund dieser Konstruktionsschwierigkeiten wurde das Newtonsche Spiegelteleskop zunächst nicht weit verbreitet. 1721 zeigte John Hadley der Royal Society ein stark verbessertes Modell. Hadley hatte viele der Probleme bei der Herstellung eines Parabolspiegels gelöst . Sein Newton mit einem Spiegeldurchmesser von 6 Zoll (150 mm) war im Vergleich zu den großen luftbrechenden Teleskopen der Zeit günstig . Die Größe der Spiegelteleskope wuchs in der Folge schnell, wobei sich der Durchmesser des Hauptspiegels etwa alle 50 Jahre verdoppelte.

Vorteile des Newtonschen Designs

Newtonsche optische Baugruppe mit der Röhre (1), dem Hauptspiegel (2) und dem sekundären Schrägspiegelträger (auch " Spiderträger " genannt) (3).
  • Sie sind frei von chromatischen Aberrationen, die in brechenden Teleskopen vorkommen.
  • Newton-Teleskope sind in der Regel für jeden gegebenen Objektivdurchmesser (oder Öffnung ) günstiger als vergleichbare Qualitätsteleskope anderer Typen.
  • Da nur eine Oberfläche geschliffen und in eine komplexe Form poliert werden muss, ist die Gesamtherstellung viel einfacher als bei anderen Teleskopkonstruktionen ( Gregorians , Cassegrains und frühe Refraktoren hatten zwei Oberflächen, die bearbeitet werden mussten . Spätere achromatische Refraktorobjektive hatten vier Oberflächen, die muss gerechnet werden).
  • Ein kurzes Öffnungsverhältnis kann leichter erreicht werden, was zu einem breiteren Sichtfeld führt .
  • Das Okular befindet sich am oberen Ende des Teleskops. In Kombination mit kurzen f- Verhältnissen dies für ein viel kompaktere Montagesystem ermöglichen kann, die Kosten reduziert und die Erweiterung Portabilität.

Nachteile des Newtonschen Designs

  • Newtonianer leiden wie andere reflektierende Teleskopkonstruktionen mit Parabolspiegeln an Koma , einer außeraxialen Aberration, die dazu führt, dass die Bilder nach innen und zur optischen Achse hin flackern (Sterne zum Rand des Sichtfelds nehmen eine "kometenähnliche" Form an). . Dieses Leuchtsignal ist Null auf der Achse und ist linear mit zunehmenden Feldwinkeln und umgekehrt proportional zum Quadrat des Spiegel Öffnungsverhältnisses (das Spiegelbrennweite durch das Spiegeldurchmesser dividiert). Die Formel für die tangentiale Koma dritter Ordnung lautet 3θ / 16F², wobei θ der Winkel zur Bildachse im Bogenmaß und F das Öffnungsverhältnis ist. Newtonianer mit einem Öffnungsverhältnis von f/6 oder niedriger (z. Primärspiegel mit niedrigem Öffnungsverhältnis können mit Linsen kombiniert werden, die das Koma korrigieren, um die Bildschärfe über das Feld zu erhöhen.
Ein großer Newton-Reflektor von 1873 mit Struktur zum Zugang zum Okular .
  • Newtons haben eine zentrale Behinderung durch den Fangspiegel im Strahlengang. Diese Behinderung und auch die Beugungsspitzen, die durch die Stützstruktur (die sogenannte Spinne ) des Fangspiegels verursacht werden, reduzieren den Kontrast. Optisch können diese Effekte durch die Verwendung einer zwei- oder dreibeinigen Bogenspinne reduziert werden. Dies reduziert die Intensitäten der Beugungs- Nebenkeulen um einen Faktor von etwa vier und hilft, den Bildkontrast zu verbessern, mit dem potenziellen Nachteil, dass kreisförmige Spinnen anfälliger für windinduzierte Vibrationen sind.
  • Bei tragbaren Newtonschen kann die Kollimation ein Problem sein. Der Primär- und Sekundärteil können durch die Stöße, die mit Transport und Handhabung verbunden sind, aus der Ausrichtung geraten. Dies bedeutet, dass das Teleskop bei jeder Einrichtung möglicherweise neu ausgerichtet (kollimiert) werden muss. Andere Konstruktionen wie Refraktoren und Katadioptriken (insbesondere Maksutov-Cassegrains ) haben eine feste Kollimation.
  • Die Brennebene befindet sich an einem asymmetrischen Punkt und an der Spitze des optischen Tubus. Bei der visuellen Beobachtung, insbesondere bei äquatorialen Teleskopmontierungen , kann die Tubusausrichtung das Okular in eine sehr schlechte Sichtposition bringen, und größere Teleskope erfordern Leitern oder Stützstrukturen, um darauf zuzugreifen. Einige Konstruktionen bieten Mechanismen zum Drehen der Okularhalterung oder der gesamten Tubusbaugruppe in eine bessere Position. Bei Forschungsteleskopen muss ein Gegengewicht sehr schwerer Instrumente in diesem Fokus berücksichtigt werden.

Variation

Jones-Vogel

Ein Jones-Bird-Reflektorteleskop (manchmal auch Bird-Jones genannt) ist eine Spiegellinsen- ( katadioptrische ) Variante des traditionellen Newton-Designs, die auf dem Markt für Amateurteleskope verkauft wird. Das Design verwendet einen sphärischen Primärspiegel anstelle eines parabolischen, wobei sphärische Aberrationen durch eine Subapertur -Korrekturlinse korrigiert werden, die normalerweise im Fokussierrohr oder vor dem Sekundärspiegel montiert ist. Diese Konstruktion reduziert die Größe und die Kosten des Teleskops mit einer kürzeren Gesamtlänge des Teleskoptubus (wobei der Korrektor die Brennweite in einer " Tele "-artigen Anordnung verlängert) kombiniert mit einem weniger kostspieligen sphärischen Spiegel. Es wurde festgestellt, dass kommerziell hergestellte Versionen dieser Konstruktion aufgrund der Schwierigkeit, einen korrekt geformten Subaperturkorrektor in einem Teleskop herzustellen, das auf das preiswerte Ende des Teleskopmarktes abzielt, optisch kompromittiert sind.

Galerie

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

  • Smith, Warren J., Modern Optical Engineering , McGraw-Hill Inc., 1966, p. 400