Teleskope

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Teleskope sind optische Instrumente, durch die entfernte Objekte durch die Anordnung von Linsen oder gekrümmten Spiegeln und Linsen oder durch verschiedene Geräte, die zur Beobachtung entfernter Objekte durch Emission, Absorption oder Reflexion elektromagnetischer Strahlung verwendet werden, vergrößert erscheinen.

Die ersten bekannten praktischen Teleskope waren brechende Teleskope, die Anfang des 17. Jahrhunderts in den Niederlanden unter Verwendung von Glaslinsen erfunden wurden. Sie fanden sowohl in terrestrischen Anwendungen als auch in der Astronomie Anwendung.

Das Spiegelteleskop, bei dem Licht zum Sammeln und Fokussieren von Licht verwendet wird, wurde innerhalb weniger Jahrzehnte nach dem ersten Brechteleskop erfunden. Im 20. Jahrhundert wurden viele neue Arten von Teleskopen erfunden, darunter Radioteleskope in den 1930er Jahren und Infrarot-Teleskope in den 1960er Jahren. Das Wort Teleskop bezieht sich jetzt auf eine breite Palette von Instrumenten, die in der Lage sind, verschiedene Bereiche des elektromagnetischen Spektrums zu erfassen, und in einigen Fällen auch andere Detektortypen.

Typen

Der Name “Teleskop” umfasst eine breite Palette von Instrumenten. Die meisten erkennen elektromagnetische Strahlung, es gibt jedoch große Unterschiede darin, wie Astronomen Licht (elektromagnetische Strahlung) in verschiedenen Frequenzbändern sammeln müssen.

Teleskope können nach den Wellenlängen des von ihnen erfassten Lichts klassifiziert werden:

  • Röntgenteleskope mit kürzeren Wellenlängen als ultraviolettes Licht
  • Ultraviolett-Teleskope mit kürzeren Wellenlängen als sichtbares Licht
  • Optische Teleskope mit sichtbarem LichtInfrarot-Teleskope mit längeren
  • Wellenlängen als sichtbares Licht
  • Submillimeter-Teleskope mit längeren Wellenlängen als Infrarotlicht
  • Fresnel Imager, eine optische Linsentechnologie
  • Röntgenoptik, Optik für bestimmte Röntgenwellenlängen

Wenn die Wellenlängen länger werden, wird es einfacher, die Antennentechnologie zur Interaktion mit elektromagnetischer Strahlung zu verwenden (obwohl sehr kleine Antennen hergestellt werden können). Das nahe Infrarot kann ähnlich wie sichtbares Licht erfasst werden. Im Ferninfrarot- und Submillimeterbereich können Teleskope jedoch mehr wie ein Radioteleskop arbeiten. Das Maxwell-Teleskop von James Clerk beobachtet beispielsweise Wellenlängen von 3 μm (0,003 mm) bis 2000 μm (2 mm), verwendet jedoch eine parabolische Aluminiumantenne. Andererseits verwendet das Spitzer-Weltraumteleskop bei Betrachtung von etwa 3 μm (0,003 mm) bis 180 μm (0,18 mm) einen Spiegel (reflektierende Optik). Das Hubble-Weltraumteleskop mit der Weitfeldkamera 3 kann ebenfalls mit reflektierenden Optiken im Frequenzbereich von etwa 0,2 μm (0,0002 mm) bis 1,7 μm (0,0017 mm) (von ultraviolettem bis infrarotem Licht) beobachten.

Bei Photonen der kürzeren Wellenlängen werden bei höheren Frequenzen Glanzeinfall-Optiken anstelle von vollständig reflektierenden Optiken verwendet. Teleskope wie TRACE und SOHO verwenden spezielle Spiegel, um extremes Ultraviolett zu reflektieren, wodurch eine höhere Auflösung und hellere Bilder erzielt werden, als dies ansonsten möglich wäre. Eine größere Blende bedeutet nicht nur, dass mehr Licht aufgenommen wird, sondern auch eine feinere Winkelauflösung.

Teleskope können auch nach Standort klassifiziert werden: Bodenteleskop, Weltraumteleskop oder fliegendes Teleskop. Sie können auch danach klassifiziert werden, ob sie von professionellen Astronomen oder Amateurastronomen betrieben werden. Ein Fahrzeug oder ein permanenter Campus, der ein oder mehrere Teleskope oder andere Instrumente enthält, wird Observatorium genannt.

Optische Teleskope

Ein optisches Teleskop sammelt und fokussiert das Licht hauptsächlich aus dem sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums (obwohl einige im infraroten und ultravioletten Bereich arbeiten).Optische Teleskope erhöhen die scheinbare Winkelgröße entfernter Objekte sowie deren scheinbare Helligkeit. Damit das Bild beobachtet, fotografiert, untersucht und an einen Computer gesendet werden kann, arbeiten Teleskope unter Verwendung eines oder mehrerer gekrümmter optischer Elemente, die üblicherweise aus Glaslinsen und / oder Spiegeln bestehen, um Licht und andere elektromagnetische Strahlung zu sammeln, um dies zu bringen Licht oder Strahlung zu einem Brennpunkt. Optische T-e werden für die Astronomie und in vielen nicht-astronomischen Instrumenten verwendet, einschließlich: Theodoliten (einschließlich Transiten), Spektiven, Monokularen, Ferngläsern, Kameraobjektiven und Ferngläsern. Es gibt drei optische Haupttypen:

  • Das Brechungsfernrohr, das Linsen verwendet, um ein Bild zu erzeugen.
  • Das reflektierende Teleskop verwendet eine Spiegelanordnung, um ein Bild zu erzeugen.
  • Das katadioptrische Teleskop, bei dem Spiegel mit Linsen kombiniert werden, um ein Bild zu erzeugen.

Neben diesen optischen Grundtypen gibt es viele Untertypen mit unterschiedlichem optischem Design, die nach der von ihnen ausgeführten Aufgabe klassifiziert werden, wie Astrographen, Kometensucher und Sonnenteleskope.

Radioteleskope

Radioteleskope sind Richtfunkantennen, die für die Radioastronomie verwendet werden. Die Schalen sind manchmal aus einem leitfähigen Drahtgeflecht aufgebaut, dessen Öffnungen kleiner sind als die beobachtete Wellenlänge. Mehrelement-Radioteleskope bestehen aus Paaren oder größeren Gruppen dieser Schalen, um große “virtuelle” Öffnungen herzustellen, die in der Größe dem Abstand zwischen den Teleskopen ähneln. Dieser Vorgang wird als Apertursynthese bezeichnet. Seit 2005 ist die derzeitige Rekordfeldgröße ein Vielfaches der Breite der Erde – unter Verwendung weltraumgestützter VLBI-Teleskope (Very Long Baseline Interferometry) wie dem japanischen VSOP (VLBI-Weltraumbeobachtungsprogramm HALCA) Satellit. Die Blendensynthese wird jetzt auch auf optische Teleskope angewendet, bei denen optische Interferometer (Arrays von optischen Teleskopen) und Blendenüberdeckungsinterferometrie an einzelnen reflektierenden Teleskopen verwendet werden. Radioteleskope werden auch zum Sammeln von Mikrowellenstrahlung verwendet, die zum Sammeln von Strahlung verwendet wird, wenn sichtbares Licht blockiert wird oder schwach ist, wie z. B. von Quasaren. Einige Radioteleskope werden von Programmen wie SETI und dem Arecibo-Observatorium zur Suche nach außerirdischem Leben verwendet.

Röntgenteleskope

Röntgenteleskope können Röntgenoptiken verwenden, beispielsweise Wolter-Teleskope, die aus ringförmigen Spiegeln aus Schwermetallen bestehen, die die Strahlung nur wenige Grad reflektieren können. Die Spiegel sind normalerweise ein Abschnitt einer gedrehten Parabel und einer Hyperbel oder Ellipse. Im Jahr 1952 skizzierte Hans Wolter drei Möglichkeiten, wie ein Teleskop nur mit dieser Art von Spiegeln gebaut werden konnte.Beispiele für ein Observatorium, das diese Art von Teleskop verwendet, sind das Einstein-Observatorium, ROSAT und das Chandra-Röntgenobservatorium. Bis 2010 sind Wolter fokussierende Röntgenteleskope bis 79 keV möglich.

Gammastrahlen-Teleskope

Röntgen- und Gammastrahlen-Teleskope mit höherer Energie verzichten auf eine vollständige Fokussierung und verwenden kodierte Blendenmasken: Die Muster der Schatten, die die Maske erzeugt, können zu einem Bild rekonstruiert werden.

Röntgen- und Gammastrahlen-Teleskope befinden sich normalerweise auf erdumlaufenden Satelliten oder hochfliegenden Ballonen, da die Erdatmosphäre für diesen Teil des elektromagnetischen Spektrums undurchsichtig ist. Hochenergetische Röntgen- und Gammastrahlen bilden jedoch nicht wie Teleskope bei sichtbaren Wellenlängen ein Bild. Ein Beispiel für diese Art von Teleskopen ist das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop.

Die Detektion sehr hochenergetischer Gammastrahlen mit kürzerer Wellenlänge und höherer Frequenz als bei regulären Gammastrahlen erfordert eine weitere Spezialisierung. Ein Beispiel für diese Art von Observatorium ist VERITAS. Gamma-Strahlen mit sehr hoher Energie sind immer noch Photonen wie sichtbares Licht, wohingegen kosmische Strahlen Teilchen wie Elektronen, Protonen und schwerere Kerne umfassen.

Eine Entdeckung im Jahr 2012 könnte die Fokussierung von Gammastrahlen-Teleskopen ermöglichen. Bei Photonenenergien von mehr als 700 keV steigt der Brechungsindex wieder an.

Hochenergiepartikelteleskope

Die energiereiche Astronomie erfordert zur Beobachtung spezialisierte Teleskope, da die meisten dieser Teilchen durch die meisten Metalle und Gläser gehen.

Bei anderen Arten von Hochenergiepartikelteleskopen gibt es kein optisches Bildgebungssystem. Cosmic-Ray-Teleskope bestehen in der Regel aus einem Array verschiedener Detektortypen, die sich über einen großen Bereich erstrecken. Ein Neutrino-Teleskop besteht aus einer großen Masse von Wasser oder Eis, die von einer Reihe empfindlicher Lichtdetektoren umgeben ist, die als Photovervielfacher bezeichnet werden. Die Ursprungsrichtung der Neutrinos wird bestimmt, indem der Weg der durch Neutrinoeinschläge gestreuten Sekundärteilchen aus ihrer Wechselwirkung mit mehreren Detektoren rekonstruiert wird. Energetische Sternwarte wie der Interstellar Boundary Explorer detektiert Teilchen, die sich bei bestimmten Energien bewegen.

Andere Arten von Teleskopen

Astronomie ist nicht auf die Verwendung elektromagnetischer Strahlung beschränkt. Zusätzliche Informationen können mit anderen Medien abgerufen werden. Die zur Beobachtung des Universums verwendeten Detektoren sind analog zu Teleskopen. Diese sind:

  • Gravitationswellendetektor, das Äquivalent eines Gravitationswellenteleskops, das für die Gravitationswellenastronomie verwendet wird.
  • Neutrino-Detektor, das Äquivalent eines Neutrino-Teleskops, das für die Neutrino-Astronomie verwendet wird.

Arten der Montierung

Eine Teleskophalterung ist eine mechanische Struktur, die ein Teleskop trägt. Teleskophalterungen sind so ausgelegt, dass sie die Masse des Teleskops tragen und ein genaues Ausrichten des Instruments ermöglichen. Im Laufe der Jahre wurden viele Arten von Reittieren entwickelt, wobei der größte Teil der Anstrengungen in Systeme investiert wurde, die die Bewegung der Sterne bei Rotation der Erde verfolgen können. Die zwei Haupttypen der Spurhalterung sind:

  • Altazimuth Montierung
  • Äquatoriale Montierung

Geschichte

Der früheste Rekord eines Teleskops war ein 1608-Patent, das der niederländische Brillenhersteller Hans Lippershey für ein Brechungsfernrohr bei der niederländischen Regierung eingereicht hatte.

Der eigentliche Erfinder ist nicht bekannt, aber er hat sich in ganz Europa verbreitet. Galileo hörte davon und baute 1609 seine eigene Version und machte seine teleskopischen Beobachtungen von Himmelsobjekten.

Die Idee, dass das Objektiv oder das Lichtsammelelement ein Spiegel anstelle einer Linse sein könnte, wurde kurz nach der Erfindung des Brechungsfernrohrs untersucht. Die möglichen Vorteile der Verwendung von Parabolspiegeln – Verringerung der sphärischen Aberration und keine chromatische Aberration – führten zu vielen vorgeschlagenen Konstruktionen und mehreren Versuchen, Spiegelteleskope zu bauen. Im Jahr 1668 baute Isaac Newton das erste praktische Spiegelteleskop, dessen Entwurf nun den Newtonschen Reflektor trägt.

Die Erfindung der achromatischen Linse in 1733 korrigierte teilweise in der einfachen Linse vorhandene Farbaberrationen und ermöglichte die Konstruktion kürzerer, funktionellerer Brechungsfernrohre.

Reflektierende Teleskope wurden, obwohl sie nicht durch die Farbprobleme bei Refraktoren eingeschränkt sind, durch die Verwendung von schnell anlaufenden Spekulationsmetallspiegeln aus dem 18. und frühen 19. Jahrhundert behindert – ein Problem, das durch die Einführung silberbeschichteter Glasspiegel im Jahr 1857 gelindert wurde und aluminisierte Spiegel im Jahr 1932.

Die maximale physikalische Größengrenze für brechende Teleskope liegt bei etwa 1 Meter (40 Zoll), so dass die große Mehrheit der seit der Wende des 20. Jahrhunderts gebauten großen optischen Teleskope für die Erforschung Reflektoren sind. Die größten Spiegelteleskope haben derzeit Objektive, die größer als 10 m sind, und an mehreren 30-40-Meter-Konstruktionen wird gearbeitet.

Im 20. Jahrhundert wurden auch Teleskope entwickelt, die in einem breiten Wellenlängenbereich von Radio bis Gammastrahlen funktionierten. Das erste eigens gebaute Radioteleskop wurde 1937 in Betrieb genommen. Seitdem wurde eine Vielzahl komplexer astronomischer Instrumente entwickelt.

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