Pokud jste někdy použili dalekohled, je pravděpodobné, že jste si všimli, že obrázek, který ukazuje, vypadá divně. Obrázek obvykle vypadá obráceně, to znamená, že horní část objektu je dole a spodní část nahoře. Možná vás zajímá, proč se to děje.
Převrácený obraz v podstavci souvisí se zásadou jeho fungování. Když světlo prochází objektivem, mění svou cestu čočkami. Výsledkem je, že obraz, který vidíte, se vytvoří na ohniskové obrazovce dalekohledu. Snímky, které vznikají, se však liší od obrázků, které známe.
Základem tohoto jevu je vlastnost čoček měnit směr světla. Při průchodu světelných paprsků konvexní čočkou (jako je ta v tubusu) se překrývají a protínají a poté mění svůj směr. Tento jev se nazývá lom. Výsledkem je, že obraz, který se tvoří na ohniskové obrazovce dalekohledu, je obrácený směrem k objektu.
Proč převrácený obraz v podstavci
Světelná trubka se skládá ze dvou hlavních optických prvků: objektivu a okuláru. Objektiv shromažďuje světelné paprsky vzdáleného objektu a vytváří obraz ve své zadní ohniskové rovině, která je obvykle uvnitř trubky. Okulár zvětšuje velikost tohoto obrázku před jeho pozorováním člověkem.
Obrácený obraz vzniká lomem světla v objektivu. Při průchodu čočkou světelné paprsky mění směr svého pohybu. Pro pochopení tohoto procesu si lze představit, že světelné paprsky při průchodu čočkou mění své "chování", jako by působily neviditelné síly. V důsledku tohoto lomu světla mění horní a spodní část obrazu svou polohu vzhledem k původnímu objektu.
V dílčích trubicích se však v praxi vždy uplatňují další optické prvky, které korigují převrácenost obrazu před jeho pozorováním v okuláru. Například uvnitř podtlakové trubky může být použit hranolový systém, který obrací obraz ve svislé rovině a opravuje jeho polohu vzhledem k původnímu objektu. Takové systémy hranolů se nazývají zrcadlové, diagonální nebo hranoly Porro.
| Objekt: | Obraz: |
| ↑ Vrch | ↓ Spodek |
| ↓ Spodek | ↑ Vrch |
Je třeba poznamenat, že převrácení obrazu v subtilním potrubí není problém, protože hlavním účelem takových trubek je pozorování vzdálených objektů, jako je pozorování ptáků nebo astronomie. V takových případech není směr horní a spodní části obrázku důležitý, ale je důležitější získat detailní a zvětšený obraz objektu.
Optická funkce subtilní trubky
Optický prvek subtilní trubky spojený s obráceným obrazem je způsoben použitím systému čoček. V běžném tubusu se používají dvě čočky: objektivní a okulární.
Objektivní čočka shromažďuje světlo a vytváří obraz vnějšího objektu v opačném směru na středně zvětšeném obrázku. Tento obrázek je však již obrácený.
Mezilehlý obraz pak prochází oční čočkou, která poskytuje další zvětšení. Nemění směr obrazu, takže obraz zůstává obrácený.
Jedním z důvodů použití převráceného obrazu v subtilních trubkách je zvětšení obrazu a poskytnutí většího detailu. Kromě toho není podtlak určen k pozorování pohybujících se objektů, takže převrácený obraz uživateli nedělá problémy.
Je důležité poznamenat, že ne všechny podzemní trubky poskytují obrácený obraz. Existují speciální hranolové systémy, které umožňují získat vertikální nebo správně orientovaný obraz. Tento systém však komplikuje konstrukci a zvyšuje náklady na potrubí.
Převrácený obraz v podélné trubce je tedy optickým rysem způsobeným používáním systému čoček. To poskytuje velké zvětšení obrazu a dostatečné detaily při pozorování vzdálených objektů.
Fyzikální vysvětlení efektu převrácení
Efekt převrácení obrazu v dalekohledu má fyzické vysvětlení. Je spojen s lomem světla a fungováním čoček.
| Vysvětlení | Ilustrace |
|---|---|
| 1. Světelné paprsky přicházející z objektu a vstupující do podtlakové trubky se protínají v objektivu, což je systém čoček. | 🔴 |
| 2. Objektiv láme (ohýbá) světelné paprsky tak, že se sbíhají v ohnisku a vytvářejí obrácený obraz objektu. | 🔵 |
| 3. K získání přímého obrazu se však pomocí okuláru používá jiná čočka zvaná okulár. | 🟢 |
| 4. Okulár láme paprsky tak, že obnovují svůj směr a vytvářejí přímý obraz pro pozorovatele. | 🟡 |
Obraz v podélné trubce se tak převrací v důsledku lomu světla v systému čoček objektivu a okuláru. Je důležité poznamenat, že tento efekt je inertní a je přítomen ve většině optických přístrojů se systémem čoček, včetně dalekohledů a mikroskopů.
Historické kořeny obráceného obrazu
Antika. Ve starověku byla astronomie a optika dědictvím staré řecké vědy. Aristoteles a další starověcí učenci studovali vlastnosti paprsků světla a také používali podzemní trubky pro astronomická pozorování. Pak už bylo zjištěno, že obraz přes dalekohled je zobrazen obráceně.
Středověk. Ve středověku přežilo studium optiky druhé zrození díky arabským vědcům, jako je al-Hasen. Podařilo se jim ještě jednou ověřit, zda je obraz přes čočky z tubusu zobrazen obráceně.
Renesance. Během renesance v Evropě se zájem o optiku a astronomii nadále rozvíjel. Optické trubky, které převádějí a vylepšují obrazy, jsou stále běžnější. Otázka převráceného obrazu však zůstala na tehdejší dobu složitá.
Vědecká zkoumání. Od konce 19.století se věda začala vážně zabývat studiem optiky a mechanismů, které jsou základem provozu podzemních trubek. Bylo zjištěno, že převrácení obrazu souvisí s působením čoček a reflexních hranolů v optickém systému trubky. Takže i když se převrácený obraz v podélné trubce může zdát zvláštní a neobvyklý, jeho příčina spočívá ve funkcích optiky.
S postupem času se převrácený obraz v podzemních trubkách začal jednoduše přijímat a používat vědci a milovníci přírody. Dnes se to stalo tak obvyklým rysem subtilního potrubí, že mnozí už ani nepřemýšlejí o důvodech spojených s historickými kořeny obráceného obrazu.
Aplikace obráceného obrazu v dalekohledech
První důvod souvisí s historickým vývojem dalekohledů. Teleskopy byly původně navrženy pro astronomická pozorování a na začátku jejich použití nebyl obrácený obraz problémem. Astronomové nepotřebovali správnou orientaci obrazu, záleželo jim jen na tom, aby získali co nejjasnější obraz nebeských těles.
S příchodem pozemských pozorování pomocí dalekohledů se však otázka správné orientace obrazu stala mnohem relevantnější. Vertikální a horizontální odraz obrazu se stal stále větším problémem pro pozemská pozorování, zejména v námořní navigaci a vojenském výzkumu.
K vyřešení tohoto problému byla vyvinuta speciální zařízení známá jako prismatická zařízení, která mohou měnit orientaci obrazu v dalekohledu. Použití těchto přístrojů však není vždy možné nebo praktické, zejména pro astronomická pozorování.
Dnes většina dalekohledů stále ukazuje obraz obrácený. To je způsobeno tím, že výhody obráceného obrazu v astronomických pozorováních převažují nad jeho nevýhodami. Obrácený obraz neovlivňuje přesnost pozorování astronomických objektů, ale zrcadlový systém, který umožňuje pozorování dalekohledem spolu s dalšími optickými zařízeními, je složitý v konstrukci a funguje spolehlivěji, když je obraz obrácen.
Převrácený obraz navíc není pro astronomy problém, protože jsou na to zvyklí a vědí, kterým směrem by se měli pohybovat po obloze, aby našli správné objekty.
Výhody obráceného obrázku:
- Nemá vliv na přesnost astronomických pozorování
- Usnadňuje konstrukci zrcadlového systému
- Není problém pro zkušené astronomy
Nevýhody obráceného obrázku:
- Může být nepraktický pro pozorování Země
- Vyžaduje použití speciálních zařízení ke změně orientace