2.10. - Den, kdy Hans Lippershey patentoval dalekohled

Hans Lippershey, též Hans Lipperhey či Johann Lippershey narozený nejspíše roku 1570 v Německém Weselu byl německo-nizozemský brusič skla a výrobce brýlí, který je považován za vynálezce moderního dalekohledu.

V roce 1594 se Lippershey přestěhoval z rodného německého Weselu do nizozemského Middelburgu v provincii Zeeland. Zde 2.10.1608 požádal o patent na "přístroj přibližující pomocí čoček věci vzdálené". Podle legendy princip dalekohledu náhodou objevily Lippersheyovy děti nebo jeho učeň. Několik dní po podání patentové žádosti se sešla komise pro posouzení vynálezu. Doporučila objeviteli sestrojit přístroj pro pozorování oběma očima. Vyrobil tři kusy a v prosinci 1608 je předal komisi. Dva týdny po Lippersheyovi, 17. října 1608, nicméně požádal o patent na dalekohled také Jakob Meteus. O práva na nový vynález se navíc brzy přihlásil další brusič z Middelburgu, Zacharias Jansen. Komise nakonec patentová práva nikomu z nich neudělila. O rok později v roce 1609 sestrojil Ital Galileo Galilei na základě zpráv z Nizozemska vlastní dalekoled a jako první ho použil k astronomickému pozorování. Lippersheyův model se užívá dodnes například v divadelních kukátcích, říká se mu „dalekohled holandského typu“, avšak je také znám pod jménem Galileovým, protože ten byl ze všech kandidátů na vynálezce dalekohledu nejznámějším. Galileo Galilei pak pomocí zdokonaleného dalekohledu, složeného ze spojky a rozptylky učinil řadu převratných objevů, jako jsou Jupiterovy měsíce nebo skvrny na Slunci. Další zdokonalení má nasvědomí Jahannes Kepler, který použil dvě spojky. Získal tak sice převrácený ale ostřejší obraz a do jeho dalekohledu bylo možno vložit například nitkový kříž pro přesnější zaměření. Rozvoj astronomických dalekohledů v 18. a 19. století vedl k stále delším (kvůli zvětšení) a hmotnějším (kvůli světelnosti) dalekohledům, které však byly stále obtižněji použitelné.

Optický dalekohled či teleskop je přístroj k optickému přiblížení pomocí dvu soustav čoček nebo zrcadel, objektivu a okuláru, jimž se obraz pozoruje. Hlavními parametry optických dalekohledů jsou světelnost a zvětšení. Opticky účinná plocha objektivu (apertura) určuje světelnost dalekohledu a poměr ohniskových vzdáleností objektivu a okuláru jeho zvětšení.

Podle konstrukce objektivu se optické dalekohledy dělí na refraktory, jejichž objektiv je tvořen čočkou nebo soustavou čoček a reflektory, jejichž objektiv je tvořen zrcadlem. Podle konstrukce pak dělíme dalekohledy buďto na přenosné monokulátory – menší dalekohledy pro pozorování jedním okem nebo binokuláry pro pozorvání oběma očima. Podle hlavního účelu pak rozdělujeme dalekohledy na astronomické, pozemní (zaměřovací a geodetické), divadelní kukátka a triedry.

První reflektor, dalekohled se zrcadlem jako objektivem navrhl v roce 1668 Isaac Newton, který tak vyřešil problém chromatické čili barevné vady, která vzniká rozdílným indexem lomu pro světlo různé vlnové délky (barvy) v čočce objektivu a projevuje se „duhovými okraji“ pozorovaných předmětů. Od konce 19. století začli převládat reflektory, díky snažší výrobě a jednodušší konstrukci. Největší současné reflektory mají průměr zrcadla kolem 10m, největší dalekohled v ČR je v Ondřejově a má průměr zrcadla 2m. Také Hubbleův vesmírny dalekohled je reflektor o průměru zrcadla 2,4m a ohniskové vzdálenosti téměř 60m. V oučasnosti probíhá rychlý vývoj dalekohledů, využívajících adaptivní techniku optiky. Ty umožňují získat velice dobré výsledky i bez nutnosti vyslat dalekohled mimo rušivý vliv zemské atmosféry. V současné době se pro astronomická pozorování používají i jiné než optické dalekohledy, například radioteleskopy, které pracují s elektromagnetickými vlnami větší délky a s anténami. Definitivním řešením je triedr, kde se mezi okulár a objektiv vkládá dvojice hranolů, takže dráha světla se dvakrát zalomí. Pro účely vojenského i geodetického zaměřování se dalekohledy opatřují nitkovými kříži pro přesné zacílení. Čím větší je zvětšení dalekohledu, tím větší nároky se kladou na jejich uložení a upevnění. Zhruba do 10násobného zvětšení lze dalekohled držet v ruce, pro větší zvětšení je třeba stativ a pro astronomické dalekohledy pevný sloup, zakotvený hluboko do země. Takové dalekohledy se umisťují do velkých a pohyblivých kopulí.

Druhy dalekohledů:

A-Čočkové dalekohledy kdy objektiv refraktoru je čočka nebo soustava čoček, která umožňuje korigovat barevnou vadu. Optická „velikost“ (apertura) objektivu určuje světelnost dalekohledu, ohnisková vzdálenost maximální možné zvětšení.

1.Keplerův dalekohled: Příkladem konstrukce refraktoru může být tzv hvězdářský (Keplerův) dalekohled. Tento dalekohled je tvořen dvěma soustavami spojných čoček, které mají společnou optickou osu. Objektiv tohoto dalekohledu má velkou ohniskovou vzdálenost, zatímco v okuláru je ohnisková vzdálenost malá. Obrazové ohnisko objektivu splývá s předmětovým ohniskem okuláru. Obraz velmi vzdáleného předmětu vytvořený objektivem se nachází v ohnisku okuláru, přičemž se jedná o obraz skutečný, zmenšený a převracený. Tento obraz je pak pozorován okulárem jako lupou. Obraz však zůstává převrácený i po zvětšení okulárem, což je nevýhoda tohoto typu dalekohledu, která je však pro astronomická pozorování nepodstatná. Pro jiná použití, kde by byl převrácený obraz na závadu, se používá modifikace tohoto dalekohledu, nazývaná triedr. V triedru je obraz převrácen zpět pomocí soustavy čtyř rovinných zrcadel, která obvykle tvoří stěny dvou skleněných hranolů.

2. Galileův (Lippersheyho) dalekohled: Tento dalekohled je tvořen spojným objektivem, který má velkou ohniskovou vzdálenost a rozptýlným okulárem s malou ohniskovou vzdáleností. Obrazové ohnisko objektivu u tohoto typu dalekohledu splývá s obrazovým ohniskem okuláru. Tento typ dalekohledu se využívá např. jako divadelní kukátko, kter poskytuje zhruba čtyřnásobné zvětšení.

B-Zrcadlové dalekohledy (reflektory), kdy objektivem reflektoru je primární duté zrcadlo kulové, parabolické případně i hyperbolické, jehož plocha určuje světelnost dalekohledu. Obraz předmětu se odráží ještě tzv. sekundárním zrcadlem a pak pozoruje okulárem. Hlavní výhody reflektorů jsou nepřítomnost barevné vady, snazší výroba velkých zrcadel a výhodnější uspořádání tubusu. Světlo se v nich totiž odráží zrcadly, takže tubus má teoreticky jen poloviční délku a těžké zrcadlo je umístěno na straně pozorovatele, nikoli na vnějším konci tubusu jako objektiv refraktoru. Správně má mít primární zrcadlo parabolický povrch, ale při malé ploše a velké ohniskové vzdálenosti je kulová plocha dostatečnou aproximací pokud nelpíme na špičkové kvalitě obrazu. Kulová plocha má výhodu z hlediska nižších nároků na vytvoření a tím v praxi i nižších výrobních nákladů.

1. Cassegrainův dalekohled. V Cassegrainově dalekohledu se paprsky odražené dutým primárním parabolickým zrcadlem soustředí do malého vypuklého hyperbolického zrcadla, které je odrazí do okuláru, umístěného v ose dalekohledu; primární zrcadlo musí tedy mít uprostřed otvor. Navrhl jej sochař Guillaume Cassegrain v roce 1672. Z původní konstrukce vychází řada dalších modifikací. Konstrukčně podobný Cassegrainu je například typ Ritchey-Chrétien, který však jako primární plochu používá plošší hyperbolické zrcadlo a jako sekundární zrcadlo hyperbolické s velkým ohybem. Navíc v ohnisku musí být korekční člen. Takovýto typ dalekohledu však odstraňuje vadu parabolických reflektorů, která se nazývá koma. Typ Ritchey-Chrétien využívá většina velikých dalekohledů současnosti včetně Hubbleova vesmírného dalekohledu.

2.Newtonův dalekohled: V Newtonově dalekohledu se oproti Cassgrainově konstrukci používá rovinné sekundární zrcadlo, které odráží paprsky do okuláru na boku přístroje. Dalekohled je tvořen tubusem, ve kterém se nachází primární a sekundární zrcadlo. Primární zrcadlo má parabolický tvar a je uloženo ve spodní části tubusu. Přijímá přicházející světlo a odráží ho do svého ohniska, kde je umístěno malé sekundární zrcadlo, které odráží paprsky mimo tubus do okuláru. Optická soustava dvou zrcadel a okulárů způsobuje, že vzniklý obraz je převrácen stranově a pólově. Je proto vhodný pro astronomická pozorování, kde obrazová převrácenost nevadí. Pro pozemské použití lze okulár doplnit hranoly, které upraví obraz do správné polohy.

C-Kombinované systémy zrcadla a čočky:

Schmidt-Cassegrainův dalekohled má v rovině sekundárního zrcadla předřazenou korekční desku (meniskus) velmi složitého tvaru, která koriguje různé vady dalekohledu. Deska je opticky umístěna před primárním zrcadlem-paprsky tedy nejdříve procházejí jí a teprve pak dopadají na hlavní zrcadlo. Díky složitému tvaru je meniskus tenčí než u systému Maksutov-Cassegrain.

Maksutov-Cassegrainův systém je historicky následníkem Schmidt-Cassegrainova dalekohledu. Pro zjednodušení jsou optické plochy korekční desky (menisku před primárním zrcadlem) konfigurované do kulového tvaru, takže se poměrně snadno vyrábějí.Primární zrcadlo je také kulové.Výsledkem je poměrně levná výroba. Nežádoucím důsledkem je ale to, že je korekční člen masivní. Maksutov-Cassegrain je použitelný pro fotografii velkých částí oblohy a pro svoji nenáročnost je velmi oblíbený i mezi astronomy amatéry. Je také dobře použitelný pro pozemní pozorování. Systém je omezený právě masivností menisku, proto bývají dalekohledy relativně menších průměrů a proto mají i menší světelnost.

Dalekohled Schmidt-Newton má v rovině sekundárního zrcadla předřazenou korekční desku (meniskus) velmi složitého tvaru stejnou jako Schmidt-Cassegrain, jejíž funkce je shodná – omezuje sklenutí pole a komu. Sekundární zrcadlo je také v jednom konstrukčním celku s tímto meniskem, ale odklání paprsek ven z tubusu kolmo na předmětnou osu stejně jako klasický Newtonův dalekohled. Stejně jako tento systém ale pochopitelně nemá otvor v primárním zrcadle, což zjednodušuje jeho provedení.Na druhou stranu je díky tomu při srovnatelné optické délce (ohnisku) hlavní tubus téměř dvojnásobně dlouhý.

Klevcovův dalekohled má korekční člen umístěn před sekundárním zrcadlem. Sekundární zrcadlo tvoří s korekčním meniskem konstrukčně jeden celek. Meniskus má tvar mezikruží čočky se středovým otvorem, kudy prochází paprsek od druhého zrcadla směrem k okuláru. Aktivní částí menisku prochází paprsek před dopadem na sekundární zrcadlo.

Systém Ritchey-Chretien používá obě zrcadla hyperbolického tvaru. Tím koriguje velkou část vad a odstraňuje vložený meniskus. Systém je však náročný na výrobu. Nejznámější takto konfigurovaný je Hubbleův vesmírný dalekohled. Chystané největší pozemní optické přístroje budou také používat tento systém.

Systém Coudé není přímo typem dalekohledu, ale systémem nastavení dráhy paprsku po průchodu sekundárním zrcadlem – nejčastěji se mluví o coudé ohnisku konkrétního dalekohledu. Velké dalekohledy mohou mít k dispozici více ohnisek podle toho, jaké vesmírné objekty chceme pozorovat a co na nich chceme měřit. Systém Coudé umístěním dalších zrcadel svede paprsky do pevně umístěného ohniska v polární ose montáže dalekohledu.