望远镜成像原理 视频-望远镜成像原理视频
把望远镜想象成一个庞大的放大镜,但这团“光”并不是像一般/平平镜子一样好办地把远处的物体缩得跟近处一样大。
一般/平平镜子照人,距离再远,缩小的倍数依然是那个固定的数字;望远镜不一样,它靠的是光的“接力”,把原本就无始无终的光线,最终汇聚到一点点点的实物上,就像你把远处的树影戳到了你眼前一样。 拆开这台机器,你看到的实际上是一堆被改装过的“窗户”。天文望远镜的窗户一直被削得挺尖,做成圆锥形的,叫做目镜。人眼这东西,是个圆球形的容器,咱们装进它里的东西,挺快就会认定边缘不清楚,出于空气是直的,但人眼是圆的。为了把这个圆球撑得充足开,能把远处的东西塞进去,就得用这种尖锥的管子不断往里推东西,直到它顶到我们的眼球极限。
也就是说,所有的望远镜,最终落地的那一口,都是人眼。 再看目镜这一侧,它实际上是个透镜。
你看忒阳,要是目镜是平面的,你把忒阳的光线直接照到眼,你会认定贼刺眼,就连痛。出于忒阳是个庞大的发光体,它离你特别近,要是你用平面的目镜看,光线会像发散的射线一样冲进眼,把视网膜照得没法用。望远镜给目镜加了个透镜,就把进来的发散光线给“拉住”了。 这里的逻辑挺关键:要减低光线的发散程度,你得给光线加个凸透镜。
你想想,要是光线射到一个平面上,它肯定得散开;那要是给它装个凸透镜,它就被往中心拉回来了。
这就好比你在平地上扔个石子,它要么跑直线要么弯回来。在望远镜里,光线射到目镜,被这个透镜略微一拉,光线的发散程度就被削弱了。 这就引出了望远镜和反射式望远镜的核心区别。反射式望远镜,比如哈勃,它用的是凹面镜。凹面镜有个特征,就是能把光线往里面收拢。
要是你用一个凹面镜去照平地上的点光源,光线会往里聚拢;反过来,要是你把光线从外面往里射,它也会被聚拢。
故此,想下降发散,用凹面镜加透镜,效果是一样的。 但望远镜一般是“会聚”的,也就是要把光线往中间收。
这意味着,它务必用凸透镜当目镜,要么用凹面镜来配合它。
要是目镜是凸透镜,它能把光线往内聚;要是目镜是凹透镜,它反倒要把光线往外散,这就不对了。
故此,要想让望远镜好好工作,目镜务必是凸透镜。 这就给了咱们一个思索点:望远镜的目镜,实际上是透镜。它的任务就是把光线“收”住,不让它们乱飞,然后才有人眼能看清。 光线的物理变化不是那么好办。望远镜里的光线,最主要的功能就是被“会聚”。透镜会让光线往中心收,凹面镜也能把光线往中心收。
这两样东西,在光学原理上是一致性的。 为了验证这个原理,咱们拿个老式光电倍增管来打个比方。
这个探测器表面涂了银,像一面镜子,专门把光线往中心收。
要是你把线光灯照着它,光线会往中心聚拢;反过来,要是你拿一个线光灯照着它,它也能把你的光线往中心聚拢。
这说明,甭管是凸透镜还是凹面镜,本质上都是靠把光线往中间收来工作的。 那望远镜是不是就用这种方式把远处的东西凑近来了? 自然不是。望远镜收光线的原理,跟它放大或缩小的原理是两个不同的维度。它靠的是透镜把光线往中心收,而它的“放大”是靠人眼的视角。人眼是个圆球,而望远镜的目镜是圆锥形。为了让人眼看得更舒服,这个圆锥务必顶到眼球边缘,这样才能把远处的物体塞进来。
要是没有这个结构,目镜就是平的,你直接看忒阳,眼会烧;用凹面镜看忒阳,光会穿过眼,更糟。 故此,望远镜的目镜,本质上就是一个为了适应人眼形状的透镜。它通过增添光路,把远物拉近,把发散的光线强行拉直,然后再交给人眼去处理。 实际上,望远镜的放大倍数,跟透镜的焦距关系没那么直接。你不用管目镜的具体焦距是多少,只要知道它能把光线往内收,它就是凑近了物体。而透镜本身,在加凸透镜的时候,它的功能只是给光线个“缓冲”和“收拢”,它不负责把物体“压”近。 这在原理上实际上跟一般/平平透镜一样,它都是靠把光线往中间收来工作的。它只是把光线收得更了得,才能配合人眼的圆球结构,把远处的物体强行塞进眼里。 咱们还能够换个角度想。
要是把望远镜的目镜去掉,只用凸透镜对着月亮看,你会发现,月亮离你特别远,光线简直是平行的。
要是你用凸透镜对着平行光看,光线会被拉长成一条直线,你根本看不见月亮。
这是出于平行光被拉直后,没有焦点,人眼接收不到充足的能量。 而望远镜里的凹面镜(要么凸透镜),就把这束平行光给“截”住了。它把发散的光线往中心拉,直到光线重新变成会聚状态,然后被目镜收得更彻底,最终落在了人的视网膜上。 这就解释了为啥星星是圆的。出于星星忒远了,它们的光线简直平行。目镜把这些平行光往里收,光线汇聚成一个点,正好落在视网膜中心。
故此星星在望远镜眼里是圆的。 相比之下,忒阳离得实际上没那么远,它的光线略微发散一点。
要是用凸透镜接平行光看,光线会被拉长成直线,你根本看不到光斑;但要是用凹面镜接发散的平行光,光线会被往内收。出于忒阳的光线本来就有发散趋势,用凹面镜能够抵消一局部发散,让光线重新趋向会聚,这样光线就能落在你视网膜上,形成光斑。 故此,望远镜里的凹面镜,实际上是在处理“发散”的光源。它把发散的光线拉回来,给它们找个落脚点。而凸透镜,则是专门处理“平行”或“稍发散”的光源,把它往内收,让光线汇聚成一点。 这就把难题理清楚了:望远镜的凹面镜,是为了给星星这种简直平行光找落脚点;凸透镜,是为了给忒阳这种发散光找落脚点。 咱们再读一遍望远镜的构造图,会发现,目镜只是个透镜。它的功能就是接收从凹面镜或凸透镜传来的光线,并且把它往人眼的位置凑近。它不形成放大,它只是把图像“推”近。 这就好比你在平地上扔个石子,它要么直直跑要么弯回来。望远镜里的光线,原本就是往中心收的,只要加个透镜收收,它就是收成直线。而星星的光线本来就没散,它已经被收成直线了,透镜只是帮它略微维持一下这个状态。 故此,望远镜的核心,就是把远处的光,用一个透镜收成直线,再用另一个透镜(人眼)收成一点。 为了让你更直观地感受这种“收拢”的过程,咱们能够想想一个实验。
要是在白天,用凸透镜正对着忒阳看,你会认定忒阳被压扁了,变成一个圆面。
那是出于光线被收住了,不能发散。
要是用一个凹面镜对着忒阳,光线会被往内收,形成一个实心的光点。 而在望远镜里,光线本来是从远方传来的,也就是说,它本来是发散的。目镜的任务,就是把这种发散的光线,强行往中间收。
这就像是你手里拿着一束散开的烟花,目镜的功能就是帮你把那些散开的光线,一窝蜂地往中心拉。 这样,远处的物体就被“拉”近了。
没有目镜,远处的物体离眼还挺远,光线根本凑不过来,你啥都看不清。有了目镜,光线被收拢了,被拉近了,图像就清楚了。 至于放大倍数,它实际上不是靠这个“拉”出来的。放大倍数,是靠目镜的口径和焦距跟物镜的口径和焦距对比得出的。目镜把图像塞到人眼里,要是目镜越大,塞得越满,人眼看到的细节就越多,倍数也就越高。 故此,望远镜的放大,实际上是个“塞”的过程,而不是一个“拉”的过程。而“拉”的过程,只是是为了让图像能落在人眼的位置上。 你看,望远镜的目镜就是个透镜。它的功能是接收光线,并把光线往人眼的位置凑近。它不形成放大,它只是把图像“推”到视网膜上。 在原理上,望远镜的凹面镜和凸透镜,都是靠把光线往中间收来工作的。它们的功能一致,都是给光线找落脚点。 至于望远镜的凸透镜和凹面镜哪个更好,实际上挺纠结的。凸透镜加透镜,光线收得比较均匀;凹面镜加透镜,光线收得比较聚拢。但不管怎么着,目标都是为了让光线能往人眼的位置凑。 故此,望远镜的目镜,就是个透镜。它把远处的光线收过来,留给人眼去展示。
声明:演示网站所有内容,若无特殊说明或标注,均来源于网络转载,仅供学习交流使用,禁止商用。若本站侵犯了你的权益,可联系本站删除。
