Зрительные трубы

Определение "Зрительные трубы" в словаре Брокгауза и Ефрона

Зрительные трубы (подзорные трубы, телескопы) — оптические инструменты, служащие для рассматривания отдаленных предметов, которые при этом принимают большую кажущуюся величину, чем при рассматривании их простым (невооруженным) глазом. При этом мелкие части предмета, невидимые простым глазом, могут быть различаемы в З. трубу, как будто бы рассматриваемый предмет приблизился к наблюдателю; поэтому З. трубы называются увеличивающими или приближающими. Труба, увеличивающая в 10-20 раз, представляет рассматриваемый предмет в таких размерах, как будто бы он приближен на расстояние, в 10-20 раз меньшее действительного расстояния. Однако, предмет представляется менее ясным, чем он представился бы в том случае, когда действительно подойти к нему на расстояние в 10-20 раз меньшее. Эта неотчетливость и бледность изображения, которая тем ощутительнее, чем больше (сильнее) увеличение трубы, происходит от того, что труба не уничтожает ослабляющего влияния воздуха, поглощающего свет тем больше, чем удаленнее предмет; причина, по которой увеличение трубы сопровождается ослаблением светлоты изображения, независимо от поглощения света воздухом, объяснена ниже. З. трубы могут быть составлены из одних оптических стекол, или же из сочетания таких стекол и вогнутых или выпуклых зеркал; трубы первого рода называются преломляющими, второго — отражательными. Преломляющие З. трубы значительных размеров называют также рефракторами, отражательные — рефлекторами, а те и другие — телескопами. Устройство З. труб изменяется, смотря по назначению их (астрономические, земные), но в основании одно и тоже во всех случаях: одна часть трубы (стекло или зеркало) принимает лучи света от отдаленного предмета и образует его изображение, другая часть (всегда состоящая из стекол) служит для рассматривания этого изображения. Стекло, направленное в сторону предмета и собирающее его лучи, называется предметным или объективом; стекла для рассматривания изображения, составленного объективом, к одному из которых наблюдатель приставляет глаз, называются глазными или окуляром. Астрономическая труба имеет ахроматический объектив и окуляр, состоящий из двух и более стекол. Изображение представляется в положении обратном действительному, т. е. верх кажется внизу и правая сторона предмета — на левой; движение небесных светил представляется в астрономической трубе также обратным действительному. Эти неудобства наблюдений посредством астрономических труб так малы, что к ним легко привыкнуть, оптические же качества З. труб этого рода выше, чем земных, потому что первые составлены из возможно малого числа стекол. Трубы, для рассматривания земных предметов, должны изображать их в действительном их положении; для этого земные З. трубы составляются из 5 стекол: одного объектива и 4 стекол, составляющих сложный окуляр. Собственно для устройства земной трубы можно было бы обойтись 3 стеклами, а для астрономической — двумя, но такие инструменты давали бы изображения неотчетливые, по причине сферической и хроматической аберрации. Названные З. трубы составляются из выпуклых оптических стекол; в галилеевой же трубке окуляр вогнутый. В отражательных инструментах, рефлекторах или отражательных телескопах изображение отдаленных предметов составляется лучами, отраженными от вогнутого зеркала телескопа. Эти лучи еще раз отражаются выпуклым (в телескопе Кассегрена) или вогнутым (в телескопе Грегори) зеркалами, меньшей величины, по направлению к большому зеркалу, а именно в вырезанное в его средине круглое отверстие, где собственно и составляется изображение рассматриваемого предмета. В это отверстие ввинчивается трубка со сложным окуляром, устроенным так же как и в рефракторах. Изображение получается прямое. В телескопе системы Ньютона, лучи, отброшенные первым зеркалом, отражены в сторону стеклянной призмой (в прежних инструментах этого рода — плоским зеркальцем) с полным внутренним отражением, и составляют, по выходе из нее, изображение, рассматриваемое чрез окуляр, вделанный сбоку трубы и направленный к призме. Этого рода телескоп представляет то неудобство, что наблюдатель должен смотреть по направлению, перпендикулярному к общему направлению трубы телескопа. Еще один вид телескопа (Гершеля) представляет ту особенность, что изображение, составленное вогнутым зеркалом, находится близ верхнего края самой трубы и рассматривается окуляром, направленным вниз; наблюдатель обращен затылком к действительному предмету (звезде). Подробности об окулярах, объективах о ходе лучей в З. трубах см. в статьях: Преломляющие и отражательные инструменты и Оптические стекла. Здесь же помещается общий обзор свойств З. труб.

Отчетливость изображения , составляемого оптическими стеклами, зависит от степени уничтожения в них аберрации сферической и ахроматической, что достигается сложным объективом, состоящим из двух или более стекол (см. Ахроматические и Оптические стекла), а также соответственным устройством окуляров. От отчетливости изображения зависит разлагающая сила астрономической трубы, вследствие которой могут быть видимы отдельно звезды, составляющие так называемые двойные звезды (см.), и вообще близкие друг к другу, отдаленные предметы или части одного и того же предмета. Земная З. труба дает изображения меньшей отчетливости, чем астрономическая, составляемая из меньшего числа стекол. Если необходимо известное число стекол для отчетливости изображения, то с другой стороны введение новых добавочных стекол может снова произвести хроматическую и сферическую аберрацию в изображении. При устройстве отражательных телескопов главная забота состоит в уничтожении сферической аберрации зеркала, хроматическая же аберрация проявляется только в окуляре.

Увеличение З. труб производится частью тем, что изображение отдаленного предмета, образующееся в фокусе объектива или вогнутого зеркала, рассматривается окуляром, на подобие того, как рассматриваются действительные малые предметы увеличительными стеклами. Так как окуляр, в сущности, есть стекло с коротким фокусным расстоянием, и близко пододвигается к рассматриваемому изображению, то последнее представляется под большим углом, чем действительный предмет представляется глазу. Чем короче фокусное расстояние окуляра, тем значительнее производимое им увеличение, именно оно почти обратно пропорционально главному фокусному расстоянию окуляра. Кроме того оно прямо пропорционально фокусному расстоянию объектива: стекло с фокусным расстоянием в один метр дает изображение солнца, имеющее в поперечнике 8,7 мм, а с фокусным расстоянием в 10 м дает изображение 87 мм в поперечнике. Но чем более поперечник изображения солнца, тем больше можно видеть на его поверхности подробностей, даже без помощи окуляра. Вообще же увеличение предмета зрительной трубой измеряется приблизительно отношением главного фокусного расстояния объектива к главному фокусному расстоянию окуляра, который предполагается состоящим из одного выпуклого стекла. Сложные окуляры каких бы то ни было систем могут быть, для расчета увеличения, заменены мысленно простым окуляром, который производил бы одинаковое со сложным окуляром увеличение; этот простой окуляр и его фокусное расстояние назыв. эквивалентными сложному окуляру. В действительности увеличение практически определяется отношением поперечника объектива к поперечнику наименьшего кружка, образуемого пересечением лучей, выходящих из окуляра трубы, раздвинутой так, что в нее отчетливо мог бы быть виден какой-либо отдаленный предмет. В галилеевой З. трубке окуляр состоит из вогнутого стекла, которое ставится между главным фокусом объектива и самим объективом, вследствие чего эта труба короче, чем равносильная астрономическая с выпуклым окуляром, помещаемым за главным фокусом объектива, если мерить расстояние от этого последнего стекла. Ход лучей в галилеевой трубке см. Оптические стекла. Увеличение галил. тр. нельзя делать большим, вследствие слишком малого поля зрения (см. ниже) трубок этой системы. В полевых трубках этого рода увеличение редко достигает 20, обыкновенно же довольствуются увеличением в 10 и менее раз; в биноклях театральных увеличение составляет только 2,5 и 3,5 раза. Вообще увеличение земных З. труб обыкновенных размеров доводят до 30-40 раз, и только трубы с большими объективами и, по большой длине, неудобные для переноски могли бы служить для увеличений до 100 раз, при чем изображения становятся очень бледными. Увеличения же рефракторов и отражательных телескопов, при рассматривании небесных светил, доводятся до 1000-2000, а в исключительных случаях и превосходят эти числа (6000 и 10000). Надо отличать номинальное увеличение от полезного. Если глаз видит с расстояния в 1 м некоторый ряд прямых линий, проведенных до того близко друг к другу, что они кажутся только что раздельными, то при увеличении в 100, 1000 раз, эти самые линии, помещенные в 100 и 1000 м расстояния от З. трубы, должны бы тоже казаться раздельными, но в действительности этого не замечается, т. е. линии остаются слитными, когда по цифре увеличения они должны бы разделяться. Несовершенство отчетливости изображения обнаруживает вредное влияние, возрастающее с увеличительной силой трубы, вследствие чего действительно полезное увеличение трубы выражается числом меньшим, чем номинальное ее увеличение. Для всякой З. трубки есть предельное номинальное увеличение, зависящее и от размеров объектива, превосходить которое усилением окуляров — бесполезно. Кроме неотчетливости изображений на предел увеличения влияет еще и яркость изображений. При всякой несколько значительной трубе имеется несколько окуляров, дающих разные увеличения.

Яркость изображения. Яркость освещения какого-нибудь предмета определяют количеством света, приходящегося на единицу (1 кв. мм, 1 кв. см. и т. п.) его поверхности. В глазу образуется изображение внешних предметов; величины этих изображений пропорциональны величинам предметов, а яркость изображения, зависящая от количества света, попадающего в зрачок, может быть названа натуральной. При рассматривании какого-нибудь предмета З. трубой, составляется в глазу изображение, которого величина пропорциональна увеличению трубы. При увеличении в 10 раз площадь изображения будет в 100 раз больше площади изображения, составляющегося в глазу без зрительной трубы. Чтобы яркость изображения была прежней величины, которую мы назвали натуральной, надо, во-первых, чтобы в приведенном частном случае объектив трубы принял света в 100 раз более, чем зрачок, что легко достигнуть, сделав поперечник объектива в 10 раз большим поперечника зрачка. Но при этом расчете еще не принято во внимание, что от каждой поверхности всякого из стекол трубы отражается некоторое количество света, которое поэтому не служит для составления изображения. Увеличением поперечника объектива легко возместить вышеуказанную потерю света, но кроме того необходимо, чтобы все пучки света, выходящие из окуляра, попадали в зрачок. Ближайшее рассмотрение совокупности всех перечисленных требований показывает, что яркость изображения рассматриваемых в З. трубу предметов не только никогда не превосходит натуральной яркости, но что в действительности наибольшая телескопическая яркость меньше натуральной по причине света, отражаемого стеклами. С возрастанием числа, определяющего увеличение трубы, уменьшается яркость изображения: это обстоятельство также ограничивает предел увеличения каждой трубы.

Вышеприведенным выводам противоречит, но только по-видимому, возможность видимости чрез З. трубу небесных светил, которые, по слабости испускаемого ими света, не видны невооруженному глазу. Так, напр., планета Нептун, не видимая простым глазом, видна в З. трубу. Объектив значительных размеров собирает много света в изображении этой планеты, которое хотя и бледно, но представляет кружок значительных размеров; количество света на каждой единице поверхности весьма мало, но значительное количество света на всем кружке дает возможность его видеть. Что же касается неподвижных звезд, то угловая их величина, по причине чрезвычайно большого их удаления от земли, так мала, что и после огромных увеличений в 1000 и более раз изображение звезды еще имеет неощутительные для нашего зрения размеры. Поэтому так как с увеличением размеров объектива или вогнутого зеркала увеличивается количество света, на него падающего, то почти в таком же отношении возрастает яркость изображения звезды в глазу. Отсюда видна возможность видеть в телескопы слабосветящиеся звезды, вообще невидимые глазом; большой объектив позволяет видеть то, что не видно в малый. Значение увеличения, при прочих хороших качествах трубы, можно вообще пояснить следующим рядом чисел: увеличение в 10 раз уже позволяет видеть спутников Юпитера, в 50 раз — видеть вообще кольца Сатурна, в 300-400 раз, при очень большом объективе — видеть подробно раздельность их.

Поле зрения. Этим названием обозначается угловая величина пространства, зараз обозреваемого З. трубой, т. е. без ее передвижения. Так, например, если лунный диск занимает 1/2 поперечника всего видимого в З. трубу кругового пространства, то последнее составляет 1,5°, так как угловая величина луны — около 0,5°. Поле зрения всякой З. трубы тем меньше, чем больше ее увеличение, по той причине, что с увеличением угловых размеров изображения становится возможным обозревать все меньшую его часть посредством окуляров. Чем фокусное расстояние окуляра короче, тем более должно его приблизить к изображению, по общему правилу пользования увеличительными стеклами, и тем меньшую часть можно зараз обозревать. В старом пулковском рефракторе (объектив 379 мм в поперечнике), при увеличении в 152 раза, поле зрения составляет 13,2', а так как угловая величина луны составляет около 30', то при этом увеличении можно видеть зараз менее половины луны (считая по поперечнику) и только около одной пятой ее поверхности. Тот же рефрактор, употребляемый с окуляром, дающим увеличение в 573 раза представляет поле зрения в 4,5', a при увеличении в 1800 раз — поле зрения немногим больше 1' . При малом поле зрения З. труб трудно наводить их на то или другое определенное светило, поэтому большие трубы всегда снабжены скрепленными с ними параллельными им малыми трубами с увеличениями, сравнительно слабыми, но с полем зрения значительным, напр. в 1°. Эти малые вспомогательные трубы, называемые искателями, служат для предварительного отыскания светила, которое хотят наблюдать. Кометоискатели отличаются большим полем зрения (5° и более), но слабым увеличением (менее 10 раз). Галилеева трубка, при небольших, сравнительно, увеличениях (напр. в 20 раз), имеет уже столь малое поле зрения, что неудобна для астрономических целей. Причина малости поля зрения заключается в том, что из вогнутого стекла, составляющего окуляр, пучки лучей расходятся под такими углами, что, как бы близко ни приставлять глаз к стеклу, значительная часть лучей проходит мимо зрачка.

Внешний вид З. труб. Трубы, назначаемые для точных наблюдений и измерений, имеют вид цилиндра или конуса, на одном конце которого находится сравнительно короткая выдвижная трубка с окуляром и микрометром. Трубы для больших инструментов — деревянные, для малых — медные; трубы отражательных телескопов — металлические цилиндры, иногда решетчатые. Земные З. трубы состоят из нескольких трубок, вдвигающихся одна в другую, что в точных инструментах не допускается, так как в раздвижных трубах могут быть отклонения оси от прямой линии. Корпус небольших З. труб иногда делается из алюминия, ради легкости этого металла. При рассматривании предметов, находящихся в различных расстояниях от наблюдателя, надо трубу раздвигать различно. Чем ближе предмет, тем более должна быть вытянута труба, потому что с уменьшением расстояния предмета от объектива удаляется от объектива изображение предмета. В астрономические трубы рассматривают небесные светила и потому, для одного и того же глаза, длина трубы остается постоянной; небольшие выдвигания окулярной трубы нужны лишь для установки окуляра по различно приспособляющимся глазам. Многие внешние разновидности З. труб описаны в ст. Оптические инструменты. Сравнение отражательных и преломляющих оптич. инструментов см. соответствующие статьи.

Ф. Петрушевский.