Всичко за космоса

Космос. Астрономия. Вселена. Науката

Начало Статии за космоса Разпространение на светлинна енергия и нейните приемници

Както показва името на телескопа (от гръцки - наблюдавам в далечината), това устройство е предназначено за гледане на много отдалечени обекти. Той „носи“ тези обекти стотици и хиляди пъти. Необходимо е обаче донякъде да се обобщи и изясни това определение, което датира от времето на Галилей и Декарт.

На първо място, трябва да се отбележи, че окото съвсем не е единственият възможен приемник на светлинна енергия, излъчвана от небесните тела и преминаваща през телескоп. Такива приемници могат да бъдат фотографска плоча (спектрографска цепка), електронен преобразуващ катод, фотоклетка, болометър, термодвойка и др. Излъчваната от осветителните тела лъчиста енергия не е ограничена до видимата част от спектъра. Той може да принадлежи към ултравиолетовата или инфрачервената област на спектъра, ако само материалите, приети за производството на оптични части, предават или отразяват лъчите на тези части от спектъра.

Попадайки в телескопа от небесни обекти, лъчистата енергия претърпява сложен процес на преразпределение в него, след което постъпва в приемника - окото, фоточувствителния слой на плочата или друго приемащо устройство - в модифицирана форма. Основната промяна се крие във факта, че върху приемника се създава "изображение" на обекта, увеличено многократно и освен това повече или по-малко изкривено в сравнение с него. Приликата между обекта, гледан през телескопа и неговото изображение е толкова по-лоша, колкото по-малък е ъгловият размер на наблюдавания обект. Например изображенията на звезди, които се виждат с просто око като точки, се виждат през астрономическите лещи, поне теоретично, като ярки петна, заобиколени от пръстени; на практика тази картина се изкривява допълнително от производствените дефекти на системата и атмосферния шум. Когато през тръбата се гледат големи обекти - Слънцето, Луната, звездните купчини, мъглявините, тези изкривявания, като правило, едва ли се забелязват, стига наблюдателят да се ограничи да наблюдава общата картина; но щом започне подробно проучване на някакъв малък обект, колкото по-малки са детайлите, толкова по-изразени са те. Създава се своеобразна усъвършенствана оптична илюзия, която понякога заблуждава астрономите. Например, когато Меркурий преминава през диска на Слънцето, в момента, в който планетата изглежда потъва в него, на димната дифракция се появява ярка точка на тъмния диск на Меркурий, създавайки впечатление за вулкан. Дифракционните явления несъмнено изиграха важна роля в картината на добре познатите „канали“ на Марс. Очевидно те обясняват „раздвоението“ на каналите, наблюдавани и описани от известния астроном Скиапарели през 1882 г.

Отклонението от приликата между изображението и обекта се дължи на различни причини: дифракция на светлината, преминаваща през оптичната система, аберация на последната, несъвършенство на стъклото на лещата и формата на повърхностите, атмосферни смущения, причинени от движението на въздушните слоеве отделяне на оптичния инструмент от наблюдавания обект и др. Ако изброените явления обикновено са вредни за което и да е оптично устройство, то те са особено вредни за астрономическите инструменти, които са предмет на най-високите изисквания в сравнение с други оптични системи.

Естествено, развитието на астрономическата оптика следва пътя на преодоляване на всички тези препятствия.

Теорията на изображенията в оптичните системи, ако вземем предвид дифракционните явления, представлява някои трудности, не толкова в същността на явлението, колкото поради тромавостта на математическия апарат, необходим за неговото изучаване. Въпреки това, дори без сложни математически формули, базирани на принципите на разпределение на енергията на светлинните вълни, е лесно да се получи доста ясна представа за дифракцията и как основните свойства на оптичните системи, например, разделителната способност, са свързани с характеристиките на тези системи.

Дифракцията и всички нейни последици, открити в изображения на обекти с фина структура, се обясняват лесно с концепциите за вълнова оптика, изразени за първи път от Хюйгенс в края на 17 век и допълнени от Френел (1818). В бъдеще тези идеи се развиват, изясняват, усложняват, но към това, което е било известно преди, не се добавя нищо съществено.

Всеки източник на светлина излъчва енергия, която се разпространява под формата на вълни. Всеки знае аналогията с вълните на повърхността на водата, причинени от падането на камък. Но това, което представлява интерес, не са онези явления, които са причинени от изолиран импулс, а картина, поддържана дълго време от постоянен източник на правилни трептения. Такъв източник може да бъде камертон с връх, прикрепен към един от краката му, спуснат към повърхността на водата.

Сферичните вълни се разпространяват около източника. Ако по пътя на разпространението на вълната се постави екран, в който се пробива малка дупка B, тогава от тази дупка, като от нов център, започват да се разпространяват същите вълни като тези, излъчвани от източника на трептения, но с по-слаба амплитуда. Екранът с две дупки поражда две нови вълнови системи, когато те се срещнат, възниква така наречената интерференция или суперпозиция на вълните. На местата, където срещащите се вълни имат противоположни посоки на движение и гребените на едната система от вълни съвпадат с коритата на другата, водната повърхност остава неподвижна (възли), а на местата, където гребените на две системи или корита съвпадат, се получават "антиноди". В резултат на интерференцията се създава специална картина, характерна за вълновите процеси.

Дифракцията може да се разглежда като генерализирана интерференция, при която всички елементи на екрана са дупки. Разбира се, има нещо парадоксално в подобно представяне: екран, състоящ се от плътни дупки, вече не е екран, а твърда вълна.

Този принцип на суперпозиция на елементарните вълни обаче е напълно естествено допълнение към теорията на Хюйгенс за вълните. Той беше формулиран от Френел и даде на вълновата теория силата, която липсваше без него. Това добавяне на Френел даде възможност за точно изчисляване на разпределението на интензитета на светлинната енергия за всяка форма на повърхността на вълната и всяка от нейните граници. Самият Хюйгенс не обръща внимание на това свойство на теорията на вълните; той знае твърде малко за новооткрития феномен на дифракцията. По това време не се подозира дори по-проста намеса и само Ойлер през 1746 г., g. беше първият, който създаде идеята за „светлинен лъч като вид конична струна, по която се разпространяват надлъжни светлинни вибрации“. Оттук и възможността и необходимостта от намеса.