Galileusz zbudował swój teleskop w 1609 roku z dwóch soczewek i kawałka rury. Można to zrobić dziś z soczewek ze starych okularów – i zobaczyć kratery Księżyca.

Co nam będzie potrzebne?

Alternatywnie: kup na allegro za kilka złotych soczewki akrylowe w rozmiarze ok. 50 mm i odpowiednich ogniskowych – działają lepiej niż soczewki z okularów, bo są okrągłe i wypełniają całe pole widzenia.

Jak wykonać doświadczenie?

Wyznaczenie ogniskowych soczewek:

Najpierw musisz zmierzyć ogniskową każdej soczewki. W jasny dzień wyjdź z obiema soczewkami na zewnątrz. Trzymaj soczewkę skupiającą nad kartką papieru i przesuwaj ją, aż na kartce pojawi się ostry obraz Słońca (nigdy nie patrz na Słońce przez soczewkę!). Odległość od soczewki do kartki to ogniskowa (f). Zmierz i zanotuj dla obu soczewek.

Powiększenie teleskopu Galileusza = f_obiektyw / f_okular. Np. obiektyw 500 mm i okular 50 mm daje 10-krotne powiększenie.

Budowa teleskopu:

Zrób dwie kartonowe rury: zewnętrzna powinna być nieco szersza od wewnętrznej, żeby wewnętrzna mogła w niej swobodnie się przesuwać (jak zoom w aparacie). Długość zewnętrznej rury powinna być nieco krótsza od f_obiektywu, wewnętrznej – trochę dłuższa niż f_okularu.

Przyklej obiektyw (słabsza soczewka, dłuższa ogniskowa) do jednego końca zewnętrznej rury. Przyklej okular (silniejsza soczewka, krótsza ogniskowa) do końca wewnętrznej rury.

Wsuń wewnętrzną rurę do zewnętrznej. Skieruj teleskop na odległy przedmiot i przesuwaj rury, aż obraz będzie ostry.

Wyjaśnienie naukowe

Teleskop Galileusza (refrakcyjny) składa się z dwóch soczewek skupiających:

Obiektyw (słabsza soczewka, długa ogniskowa) zbiera światło z odległego obiektu i tworzy jego odwrócony, pomniejszony obraz rzeczywisty w swojej ogniskowej (lub w pobliżu). Ogniskowa obiektywu wyznacza długość teleskopu.

Okular (silniejsza soczewka, krótka ogniskowa) działa jak lupa: powiększa obraz wytworzony przez obiektyw. Umieszczasz oko za okularem, który wysyła równoległe wiązki światła do oka – jak patrzenie na nieskończoność, bez zmęczenia oka.

Powiększenie teleskopu refrakcyjnego = F_obiektywu / F_okularu. Przykład: obiektyw 60 cm, okular 3 cm → powiększenie 20×. Większy obiektyw i krótszy okular = większe powiększenie.

Galileusz użył dokładnie takiego układu w 1609 r. i był pierwszym człowiekiem, który systematycznie obserwował Księżyc, odkrył cztery duże księżyce Jowisza (tzw. księżyce galileuszowe: Io, Europa, Ganimedes, Kallisto) i obserwował plamy na Słońcu. Te obserwacje były kluczowym dowodem na to, że nie wszystkie ciała niebieskie krążą wokół Ziemi – Kopernik miał rację.

Ograniczenia naszego teleskopu to głównie aberracja chromatyczna: soczewki skupiają różne kolory w różnych miejscach, więc obraz ma kolorowe obwódki. Dlatego współczesne teleskopy refrakcyjne używają soczewek achromatycznych (dwie sklejone soczewki ze szkła o różnym współczynniku załamania), a większe teleskopy astronomiczne używają luster zamiast soczewek (teleskopy refleksyjne – jak teleskop Newtona).

Warianty

Teleskop odwracający – klasyczny teleskop astronomiczny Galileusza daje obraz odwrócony (do góry nogami). Aby uzyskać prosty obraz (jak w lornetce), potrzeba trzeciej soczewki lub układu pryzmatów. Spróbuj dodać trzecią soczewkę skupiającą między obiektyw a okular – obraz się wyprostuje, ale teleskop będzie dłuższy.

Obserwacja Księżyca – Księżyc jest najlepszym obiektem do obserwacji przez domowy teleskop. Przy 10-krotnym powiększeniu zobaczysz kratery, góry i morza księżycowe. Najlepszy moment to półksiężyc – cienie na granicy światła i cienia uwydatniają kratery.

Pomiar powiększenia – skieruj teleskop na drzewo w odległości 100 m i zmierz, jak wiele razy bliżej wygląda. Porównaj z obliczonym powiększeniem z f_obiektywu / f_okularu.

Często zadawane pytania

Dlaczego teleskop Hubble’a jest tak wyjątkowy, skoro można zbudować teleskop samemu? Hubble orbytuje ponad atmosferą, która dla teleskopów naziemnych jest jak obserwowanie przez wzburzoną wodę – mieni się i faluje. Poza tym ma lustro o średnicy 2,4 m (im większe lustro/soczewka, tym więcej światła zbiera teleskop i tym słabsze obiekty można zobaczyć). Nasz teleskop ma soczewkę o średnicy kilku centymetrów – Hubble zbiera milion razy więcej światła.

Jak wyliczyć pole widzenia teleskopu? Pole widzenia (angular field of view) = pole widzenia okularu / powiększenie. Typowy okular ma pole widzenia ok. 45–60°. Przy powiększeniu 10× daje pole widzenia 4,5–6° na niebie. Księżyc ma średnicę ok. 0,5° – więc przy 10× wypełni ok. 1/10 pola widzenia i będzie doskonale widoczny.

Czy mogę zobaczyć planety przez domowy teleskop? Tak – Mars, Jowisz i Saturn są widoczne. Przy 30–50-krotnym powiększeniu zobaczysz dysk Jowisza i jego księżyce galileuszowe. Saturn z pierścieniami jest widoczny już przy 25×. Mars przy opozycji (gdy jest najbliżej Ziemi) pokazuje lodowe czapy polarne. Merkury i Wenus pokazują fazy (jak Księżyc), ale nie mają widocznych detali powierzchni.