Наблюдения с помощью микроскопа и телескопа

В начале XVII в. были созданы приборы для изучения микромира - микроскопы и мира астрономического - телескопы.

Глаз человека также является простейшим оптическим прибором. Возможности глаза, как и любого прибора, ограничены. Минимальный угол между двумя точками, при котором эти точки не сливаются, называется разрешением глаза. В среднем эта величина равна \(0,5'\).

Глаз может разглядеть детали \(Δx = L · φ\), где \(φ\) - угол зрения на предмет и измеряется в радианах. Одна угловая минута \(1' = \frac{1}{60} · 57\) радиан, \(0,5' = \frac{1}{2} · 60 · 57\). Таким образом, \(Δx = \frac{L}{2} · 60 · 57\).

Объекты, которые наблюдаются глазом под углом, меньшим \(0,5'\), сливаются в одну точку. Это могут быть либо мелкие объекты, например клетки организмов, имеющие размер около 0,01 - 0,001 мм, либо крупные объекты, удаленные от глаза на большое расстояние, например детали поверхности Марса. Микроскоп и телескоп увеличивают угол наблюдения, т.е. помогают рассмотреть мелкие или удаленные объекты.

Увеличение микроскопа может быть рассчитано по формуле \[\Gamma = \frac{LΔ}{f_{об}f_{ок}},\] где \(Δ\) - длина тубуса микроскопа, \(L\) - расстояние наилучшего зрения, \(f_{об}\) и \(f_{ок}\) - фокусные расстояния объектива и окуляра.

Увеличение телескопа можно рассчитать по формуле \[\Gamma = \frac{f_{об}}{f_{ок}}.\]

Ни в коем случае не смотрите в телескоп, бинокль или подзорную труба на Солнце. Это слишком яркий объект - можно повредить сетчатку глаза. Наблюдают Солнце, построив его изображение на экране. Впрочем, и без телескопа смотреть прямо на Солнце не рекомендуется. Например, для наблюдения солнечного затмения невооруженным глазом следует приготовить плотно закопченное стекло.

В практике своей работы астрономы используют телескопы-рефракторы (объектив - линза) и телескопы-рефлекторы (объектив - зеркало). Линзовые телескопы в основном используют с целью наблюдения положений объектов, а зеркальные - для получения и исследования спектров светил. Для этого вместо окуляра помещают спектроскоп. Спектры позволяют получить информацию о физических условиях в атмосферах звезд, планет, о свойствах межзвездных туманностей.

Самые большие современные оптические телескопы - это телескопы-рефлекторы, размеры объектива которых достигают 10 м, например телескоп Кека, который находится на Гавайских островах. Самый крупный российский телескоп находится на Северном Кавказе и имеет диаметр 6 м. Чем больше объектив, тем больше света от слабых объектов он собирает и тем больше разрешение телескопа.

Помимо наземных телескопов, астрономы используют космические телескопы, например телескоп Хаббла с диаметром объектива 2,5 м. Поскольку наблюдениям не мешает атмосфера Земли, этот телескоп дает прекрасные изображения далеких объектов Вселенной. На орбите также работают гамма-, рентгеновские, инфракрасные телескопы. Самыми крупными по размерам являются всепогодные радиотелескопы, например РАТАН 600, который находится на Северном Кавказе, состоит из специальных металлических щитов, расположенных по окружности диаметром 600 м.

Оптические приборы - микроскоп и телескоп - дают возможность увеличить угол зрения на объект, позволяя глазу с помощью окуляра разглядеть либо очень мелкие близкие, либо далекие космические объекты. Увеличение прибора показывает, во сколько раз оптическая система увеличивает угол зрения на предмет. Современная наука использует электронные микроскопы и телескопы больших диаметров или заатмосферные для изучения природы объектов микромира и мегамира.

Читать далее