Lupa, luneta i teleskop

Optyka to dział fizyki, zajmujący się badaniem natury światła, prawami opisującymi jego emisję, rozchodzenie się, oddziaływanie z materią oraz pochłanianie przez materię. Człowiek, dostrzegając potencjał tej gałęzi nauki zaczął wykorzystywać optykę w swoim życiu. Stworzył narzędzia, które z wielkim powodzeniem znalazły zastosowanie w różnorodnych dziedzinach. Przykładem są lupa, luneta i teleskop. Zacznijmy od lupy.

Leeuwenhok w XVII wieku opanował umiejętność wytwarzanie małych pojedynczych soczewek szklanych o bardzo krótkiej ogniskowej. Jego jednosoczewkowe lupy dawały powiększenie do 250 razy. Średnica tych soczewek wynosiła około 1 mm. Rekordowe jego soczewki miały ogniskową 0, 3 mm i osiągały powiększenie do 900 razy, jednak, jakość obrazu przy tak wielkich powiększeniach była bardzo słaba. Na początku XVIII wieku wytwarzano lupy w kształcie cyrkla kreślarskiego. Na jednej nóżce mocowało się obserwowany przedmiot, do drugiej była przymocowana miniaturowa soczewka dająca kilkusetkrotne powiększenie. Ponieważ głębia ostrości obrazu otrzymywanego przy pomocy takiej lupy była bardzo mała, ostrość regulowało się delikatnie pokręcając śrubą z bardzo drobnym gwintem, jak w zerownikach kreślarskich, regulując rozstaw nóżek cyrkla, a tym samym odległość soczewki od obserwowanego przedmiotu.
Dziś lupa jest, typowym przyrządem optycznym powiększającym kąt widzenia. To tak naprawdę oprawiona soczewka skupiająca. Powstawanie obrazu w lupie i sposób powiększania kąta widzenia przedstawiłyśmy na rysunku: (Rysunek numer 1). Jak używać lupy, wie chyba każdy z nas. Wystarczy oddalać lub przybliżać przyrząd od danego przedmiotu, co sprawia, że powiększa się on i zmniejsza wyostrzając się. Drugim przydatnym przyrządem jest luneta.
Trudno orzec, w którym roku została wynaleziona. Przypuszczalnie pierwszą taką lunetę skonstruował w 1604 roku Zachariasz Janssen. Galileusz zbudował w 1906 roku lunetę z obiektywem 38 mm, dającą powiększenie 20-krotne, które pozwoliło dostrzec księżyc. W styczniu 1610 roku, dzięki 30-krotnym powiększeniu można już było zobaczyć Księżyce Jowisza.

Składa się ona z okularu i obiektywu. Obraz odległego przedmiotu powstaje tuż za ogniskową obiektywu, a jednocześnie tuż przed ogniskiem okular. Okular pełni, więc rolę lupy. Luneta zwiększa kąt widzenia. Do oka dociera wiązka światła pod kątem α1. Kąt ten jest większy od kąta α, pod jakim widzimy przedmiot bez użycia lunety. (Rysunek 2). Obiektywem jest w lunecie soczewka o długiej ogniskowej, ponieważ przedmiot jest bardzo daleko. Jego rzeczywisty, ale odwrócony obraz wytworzony przez obiektyw, powstaje tuż za ogniskiem obiektywu i jest bardzo mały. Okular jest ustawiony w taki sposób, aby jego ognisko przypadało niemal dokładnie w ty samym punkcie osi optycznej, co ognisko obiektywu. Tym samym odległość między okularem, a obiektywem jest równa w przybliżeniu sumie ich ogniskowych. Obraz rzeczywisty znajdzie się, zatem między ogniskiem okularu, a okularem. W okularze powstanie obraz pozorny znacznie powiększony. No i na koniec pozostał teleskop.

Jest to przyrząd optyczny złożony z dwóch elementów optycznych: obiektywu i okularu lub okularu i zwierciadła, połączonych tubusem.
Służy do powiększania odległych obrazów. Zarówno teleskop soczewkowy, jak i teleskop zwierciadlany dają obraz rzeczywisty powiększony, odwrócony. Buduje się wiele rodzajów teleskopów od prostych przyrządów optycznych służących do obserwacji krajobrazu po złożone urządzenia służące w astronomii. Znaczna większość używanych na świecie teleskopów o przeznaczeniu astronomicznym to sprzęt amatorski znajdujący się w prywatnych rękach miłośników astronomii. Hobby, jakim jest oglądanie obiektów niebieskich zyskało w ciągu ostatnich lat również w Polsce ogromne rzesze entuzjastów, czego skutkiem jest znaczna ilość nierzadko nawet dość zaawansowanego optycznie sprzętu w rękach amatorów. Pierwszy teleskop zwierciadlany skonstruował Izaaka Newton w roku 1668. Mógł za jego pomocą obserwować księżyce Jowisza. (Zdjęcie numer 3)

Promienie świetlne odbite od dużego zwierciadła wklęsłego są kierowane do okularu za pomocą małego zwierciadła wklęsłego teleskopy zwierciadlane mogą posiadać w swych obiektywach zwierciadła o kilkumetrowych średnicach, dlatego są one bardzo duże a ich masa sięga kilkaset ton.

Teleskop optyczny umożliwia otrzymywanie wiernego (zarówno pod względem rozmieszczenia przestrzennego szczegółów, jak i rozkładu jasności), możliwie najjaśniejszego obrazu badanego wycinka nieba lub obiektu astronomicznego. Zastosowanie w teleskopie zwierciadeł lub soczewek o dużej średnicy umożliwia wychwycenie rozproszonego światła pochodzącego od odległych obiektów, dzięki, czemu możliwa jest obserwacja lub rejestracja fotograficzna nawet bardzo słabo widocznych obiektów. Użycie teleskopu umożliwia również znaczne zwiększenie zdolności rozdzielczej, dzięki czemu stają się rozróżnialne obiekty (np. składniki gwiazdy podwójnej), które nieuzbrojonym okiem są widoczne, jako pojedynczy obiekt. Współcześnie buduje się teleskopy ogromnej wielkości. Jako ciekawostki możemy podać przykłady niesamowitych konstrukcji.

W 1992 roku zostało uruchomione Obserwatorium Keck na Manua Kea na Hawajach. Znajduje się w nim interferometr składający się z dwóch teleskopów o zwierciadłach średnicy 9, 8 metra każde.

Budowany od 2005 roku Large Binoculat Telescope składa się z dwóch zwierciadeł o średnicy 8, 4 metra zamontowanych na wspólnym montażu znajdujący się w Mount Graham International Observatory w Arizonie, odpowiadających pojedynczemu lustru o średnicy 11, 9 m. W lipcu 2007 roku, oba lustra zostały zamocowane, a system kontrolny uruchomiony. Uzyskane zostały pierwsze obrazy, na razie z jednego ze zwierciadeł.