Nguyên lý làm việc của ống nhòm và các bộ phận của nó

Làm thế nào chúng ta có thể nhìn thấy các thiên thể cách hành tinh Trái đất hàng trăm đến hàng tỷ km ánh sáng? Đó là lý do khiến Galileo Galilei vào những năm 1700 tạo ra kính viễn vọng hoặc ống nhòm với độ phóng đại gấp 3 lần và cấp bằng sáng chế cho khám phá của mình trong lĩnh vực thiên văn học. Kính thiên văn hay ống nhòm là một dụng cụ quang học dùng để nhìn và quan sát các vật ở xa khi dùng mắt thường để có thể nhìn thấy chúng ở gần và rõ hơn. Đặc biệt, trong lĩnh vực thiên văn học, công cụ này rất quan trọng và rất hữu ích trong việc quan sát các thiên thể, chẳng hạn như các ngôi sao và hành tinh.

Ống nhòm hay kính thiên văn mà bạn muốn sử dụng phụ thuộc vào những gì chúng ta muốn quan sát, ví dụ như chức năng của ống nhòm Trái đất. Nếu chúng ta muốn quan sát các thiên thể như các ngôi sao ngoài không gian vào ban đêm, chúng ta có thể chọn một số loại ống nhòm hoặc kính thiên văn có các đặc điểm và bộ phận khác nhau. Nhìn chung, kính thiên văn được chia làm hai, nhưng có bốn loại kính thiên văn hay ống nhòm thường được sử dụng, đó là:

  • Kính thiên văn phản xạ của Newton. Kính thiên văn này có một gương đường kính 150 mm có thể giúp chúng ta quan sát các thiên hà, Mặt trăng, một số hành tinh và tinh vân với một tầm nhìn khá rõ ràng.
  • Kính thiên văn phản xạ Dobson. Kính thiên văn này có một gương có đường kính lớn hơn và có thể tiếp cận một số thiên hà rất xa hành tinh Trái đất.
  • Kính thiên văn chịu lửa (khúc xạ). Kính thiên văn này sử dụng một bộ thấu kính có thể quan sát và nhìn rõ hơn Mặt trăng và một loạt các ngôi sao.
  • Kính thiên văn catadioptric. Kính thiên văn này sử dụng kết hợp hoặc kết hợp các thấu kính và gương điều chỉnh. So với kính thiên văn khúc xạ, kính thiên văn này có khả năng tập trung quan sát và nhìn thấy các cấp bậc hành tinh và quỹ đạo của Mặt Trăng tốt hơn nhiều.

Về nguyên tắc, bốn loại kính thiên văn nêu trên sử dụng thấu kính thủy tinh và / hoặc gương để thu ánh sáng từ phản xạ của các ngôi sao, mặt trăng hoặc hành tinh trong không gian vũ trụ.

Trước khi biết nguyên lý hoạt động của kính thiên văn như thế nào, sau đây sẽ giải thích một số bộ phận cấu tạo nên ống nhòm hay kính thiên văn sao. Một số phần như sau:

  • Thấu kính lồi là thấu kính có dạng lồi, có tính chất thu hoặc hội tụ ánh sáng.
  • Thấu kính lõm là thấu kính có dạng lõm, có tính chất tán xạ ánh sáng hoặc phân kì.
  • Gương cầu lồi, là gương tán xạ ánh sáng nhận được.
  • Gương cầu lõm, là gương thu ánh sáng nhận được.
  • Trường nhìn, là khu vực hoặc vị trí tọa độ của các ngôi sao trên bầu trời khi được nhìn thấy qua kính thiên văn.
  • Khoảng cách tiêu cự, là khoảng cách mà thấu kính hoặc gương yêu cầu để đưa ánh sáng nhận được đến tiêu điểm.
  • Tiêu điểm, là điểm mà ánh sáng từ thấu kính hoặc gương hội tụ hướng tới một tiêu điểm duy nhất.
  • Độ phóng đại là tiêu cự của kính thiên văn chia cho tiêu cự của thị kính.

Về mặt kỹ thuật, nguyên lý hoạt động của ống nhòm cũng giống như nguyên lý hoạt động của mắt vì trong mắt có các bộ phận có chức năng giống như bộ phận trong ống nhòm, đó là giác mạc và thấu kính kết tinh có chức năng khúc xạ và hội tụ ánh sáng tới. . Tuy nhiên, ống nhòm hữu ích hơn để chụp và nhìn các vật thể hoặc các vật thể ở xa tầm nhìn của con người. Đây là cách thức hoạt động của kính hiển vi.

Bản thân kính hiển vi là một dụng cụ quang học có thể tạo ra độ phóng đại lớn hơn độ phóng đại vòng và thường được sử dụng để xem các vật thể rất nhỏ. Tương tự như ống nhòm, kính hiển vi có hai thấu kính lồi là thấu kính ở sát vật cần quan sát (vật kính) và thấu kính ở sát mắt người quan sát gọi là thấu kính mắt. Tuy nhiên, có một phần phân biệt hai công cụ này. Nếu trên kính hiển vi, tiêu cự của thị kính dài hơn vật kính, nhưng trên kính thiên văn, điều ngược lại áp dụng khi tiêu điểm của vật kính dài hơn tiêu cự của thị kính, hoặc fob> fok.

Cụ thể, nguyên lý hoạt động của kính thiên văn như sau:

  1. Khi ánh sáng từ một ngôi sao đi vào ống nhòm, tia sáng (khoảng cách pháp tuyến của một vật) = (tia song song) sẽ bị khúc xạ bởi vật kính rơi vào tiêu điểm sao cho s’ob = fob
  2. Khi ánh sáng hội tụ trên vật kính và bẻ cong nó về phía tiêu điểm thì điểm cực cận (PP) = s’ob = fob
  3. Tại tiêu điểm, khi đó tia sáng bị bẻ cong về phía một điểm. Khi quan sát sao bằng mắt thường, áp dụng s’ok = -ꚙ, khi đó ảnh của vật kính cũng là một vật trên thấu kính mắt phải nằm tại tiêu điểm hoạt động của thấu kính mắt, tức là sok = fok, khi đó d = fob + fok
  4. Khi ánh sáng đi vào thị kính sẽ cho ảnh sáng và hội tụ. Khi phóng đại thấu kính của kính thiên văn, độ phóng đại của thị kính (Mok) = fob / fok.
  5. Đồng tử mắt có thể nhìn thấy rõ vị trí và hình ảnh của các vì sao.

Giải thích ở trên là làm thế nào một ngôi sao trên bầu trời có thể được quan sát và nhìn thấy rõ ràng bằng mắt thường do sự chiếu của mắt và vật kính trong ống nhòm. Tuy nhiên, khi quan sát các ngôi sao bằng ống nhòm, chúng ta phải chú ý đến tình trạng của bầu trời. Nói chung, ngắm sao được thực hiện vào ban đêm khi bầu trời rất tối và có nhiều ngôi sao.

Tình trạng của bầu trời cũng được xác định bởi hai đặc điểm của các lớp khí quyển hiện có, đó là sự ổn định của không khí khi thực hiện các quan sát và mức độ trong sáng của bầu trời khi không có hơi nước hoặc vật chất ô nhiễm nào cả. Ngoài ra, trạng thái của bầu trời cũng bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của nhiễu động không khí. Nếu bầu trời vào ban đêm rất quang đãng, không bị mây che khuất hay ô nhiễm thì ta có thể ngắm và quan sát các cụm sao mà không cần dùng ống nhòm, còn đối với các ngôi sao ở rất xa thì ta phải dùng ống nhòm mặc dù bầu trời đêm rất sáng. .