SGK Vật Lí 11 - Bài 34. Kính thiên văn
Kính thiên văn Hình 34.1 Kính thiên văn cổ của Ga-li-lê được lưu giữ tại Viện Bảo tàng thành phố Flo-răng-xơ (Florence) , Hình 34.2 Kính thiên văn cùng với mái vổm có đường hở để quan sát bầu trời Tuy không phải là người chế tạo ra kính thiên văn đầu tiên, nhưng Ga-li-lê là người đầu tiên đã sử dụng kính thiên văn để quan sát bầu trời và có nhiều khám phá quan trọng : phát hiện ra 4 vệ tinh của Mộc tinh, vành đai của Thổ tinh, các ngọn núi trên Mặt Trăng,... I - CÔNG DỤNG VÀ CẤU TẠO CỦA KÍNH THIÊN VÃN Kính thiên văn là dụng cụ quang bổ trợ cho mắt, có tác dụng tạo ảnh có góc trông lớn đối với những vật ở rất xa (các thiên thể). Kính thiên văn có hai bộ phận chính : . Vật kính Lị là một thấu kính hội tụ có tiêu cự lớn (có thể đến hàng chục mét). • Thị kính L-, là một kính lúp để quan sát ảnh tạo bởi vật kính. II - Sự TẠO ẢNH BỞI KÍNH THIÊN VĂN Vật kính tạo ảnh thật của vật (ở vô cực) tại tiêu diện ảnh. Thị kính giúp mắt quan sát ảnh này. Ảnh của thiên thể tạo bởi kính thiên văn là ảnh ảo, ngược chiều với vật, có góc trông lớn hơn nhiều lần so với góc trông trực tiếp vật. Hl Tại sao khi điều chỉnh kính thiên văn, ta không phải dời toàn bô kính như với kính hiển vi ? Khi sử dụng kính thiên văn, mắt người quan sát được đặt sát thị kính. Phải điều chỉnh kính bằng cách dời thị kính sao cho ảnh sau cùng nằm' trong khoảng nhìn rõ của mắt. 51 Để có thể quan sát trong một thời gian dài mà không bị mỏi mắt, ta phải đưa ảnh sau cùng ra vô cực : ngắm chừng ở vô cực (nếu mắt không có tật) (Hình 34.3). Chú ý : Giá trị của Gx được ghi trên các kính thiên văn. Khi mắt ngắm chừng ở vô cực, kính thiên văn là một hệ vô tiêu (không có tiêu điểm). Ill - SỐ BỘI GIÁC CỦA KÍNH THIÊN VĂN Xét trường hợp ngắm chừng ở vô cực (Hình 34.3). aữ tan an tan a Vì tan a = ——1 /2 ; tana. /1 (môi thiên thể có góc trông a0 nhất định). Do đó : ^00 - /2 Số bội giác của kính thiên văn trong điều kiện này không phụ thuộc vị trí đặt mắt sau thị kính. Bài tập ví dụ Vật kính của một kính thiên văn là một thấu kính hội tụ có tiêu cự lớn ; thị kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cự nhỏ. Một người, mắt không có tật, dùng kính thiên văn này để quan sát Mặt Trăng ở trạng thái không điều tiết. Khi đó khoảng cách giữa vật kính và thị kính là 90 cm. Số bội giác của kính là 17. Tính các tiêu cự của vật kính và thị kính. Giải Nếu mắt không có tật, quan sát ảnh ở trạng thái không điều tiết thì ảnh này ở vô cực (ngắm chừng ở vô cực) (Hình 34.4). Sơ đồ tạo ảnh : AB- d2‘, d'2 + AB' Với A'B' : d'2-> 00 => d2 =/2 Với : dị —> 00 =>'d\ =fị Ta suy ra : d2 = / - d\ => l =fị +-f2 Vậy, theo đề bài : fị+f2 = 90 cm (1) Mặt khác, số bội giác của kính khi ngắm chừng ở vô cực được tính bời: G«, = 4 = 17 (2) /2 Từ (1) và (2), ta tìm được : Hình 34.4 Chú ý : Kính thiên văn trình bày ở Trên thuộc loại kính thiên văn khúc xạ, sử dụng thấu kính làm vật kính. Còn có loại kính thiên văn phản xạ, sử dụng gương parabol làm vật kính. Ông nhòm là một loại kính thiên văn dùng để quan sát vật ở xa trên mặt đất, mặt biển (Hình 34.5). Ảnh cuối cùng qua ống nhòm cùng chiều với vật. Ống nhòm /j = 85 cm ;f2 = 5 cm Kính thiên văn là dụng cụ quang để quan sát các thiên thể. Nó gồm hai bộ phận chính : Vật kính : thấủ kính hội tụ có tiêu cự lớn (có thể đến hàng chục mét). Thị kính : kính lúp có tiêu cự nhỏ (vài xentimét). Phải điều chỉnh để ảnh sau cùng hiện ra trong khoảng nhìn rõ của mắt. Sô' bội giác trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực : CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ' Nêu công dụng và cấu tạo của kính thiên văn. Vẽ đuờng truyén của chùm tia sáng qua kính thiên văn ngắm chùng ở vô cục. Viết công thức về số bội giác của kính thiên văn ngắm chùng ở vô cực. Giải thích tại sao tiêu cự vật kính cùa kính thiên văn phải lớn. Đặt í| và f2 lần lượt là tiêu cụ của vật kính và thị kính của kính thiên văn. Xét các biểu thức: ®.f-ị + f2\ ®. Ỵ-- '2 '1 Em có biết ? Hãy chọn đáp án đúng ở các bài tập 5 và 6 dưới đây. Số bội giác của kính thiên văn ngắm chùng ở vô cục có biểu thức nào ? A. ©. B. ©. c. 1. D. Biểu thức khác. Khoảng cách giũa vật kính và thị kính cùa kính thiên vần ngắm chùng ỏ vô cục có biểu thức nào ? A. ©.. B. ® . c. ©. D. Biểu thức khác. Vật kính của một kính thiên văn dùng ở truờng học có tiêu cụ fị = 1,2 m. Thị kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cụ f2 = 4 cm. Tính khoảng cách giữa hai kính và sô' bội giác của kính thiên văn khi ngắm chùng ở yô cục. Hình 34.6 Kính thiên văn l-éc-xơ TÙ KÍNH THIÊN VÁN CÚA GA-LI-LÊ ĐẾN KÍNH THIÊN VĂN HỚP-BƠN (1> Ga-li-lê là người đầu tiên có ý tưởrig dùng kính thiên văn Kính này được' đặt theo tên của nhà thiên văn Mĩ Hớp-bơn, người đã phát hiện ra quy luật về chuyển động của các thiên hà mang tên ông. Ta thường hiểu kính viễn vọng là kính dùng để quan sát các vật ở xa trên mặt đất, còn kính thiên văn là kính dùng để quan sát các thiên thể. Hai loại kính này đều có cùng nguyên lí cấu tạo, gồm vật kính (là thấu kính hội tụ hay một gương cầu lõm) và thị kính. do Líp-pơ-si (Hans Lippershey) ớ Hà Lan phát minh vào năm 1608 (ban đầu gọi là "‘kính thám tử” : spyglass) vào việc quan sát bầu trời. Chính ông đã tự chế tạo ra chiếc kính thiên văn có số bội giác khoảng 30 và hiện được lưu giữ tại Viện bảo tàng Flo-răng-xơ. Dùng kính này, Ga-li-lê đã có nhiều khám phá quan trọng về Thái Dương hệ. Đây là loại kính thiên văn khúc xạ dùng thấu kính hội tụ làm vật kính. Cho tới nay, kính thiên văn lớn nhất thuộc loại này là kính của Đài thiên văn l-éc-xơ (Mĩ). Kính có tiêu cự 19,8 m và vật kính có đường kính bề mặt là 1,02 m. Chế tạo các kính thiên văn khúc xạ lớn rất phức tạp và khó khăn. Việc chế tạo các thấu kính có bề mặt lớn đòi hỏi chất liệu thuỷ tinh phái tinh khiết, làm nguội phải thật chậm và cấu trúc cơ học phải thật vững chắc... Dù vậy, theo thời gian, thấu kính làm vật kính vẫn bị biến dạng (do thuý tinh là chất vô định hình) ánh hướng đến sự tạo ảnh. Vì những lí do nêu trên mà về sau các kính thiên văn đều thuộc loại phán xạ, trong đó vật kính là một gương parabol. Loại kính thiên văn này được Niu-tơn phát minh ra và sử dụng đầu tiên vào năm 1672, được gọi là kính viễn vọng. Hiện nay, kính thiên văn phán xạ lớn nhất là kính thiên văn Kếch của Đài thiên văn Mao-na Ki đặt tại Ha-oai, có đường kính bề mặt 10 m. Hình 34.7 Kính thiên văn Niu-tơn Tuy nhiên, việc quan sát bầu trời từ các kính thiên văn đặt trên mặt đất đều bị trở ngại bởi bầu khí quyển. Ngoài sự cản trớ do các hiện tượng thời tiết (mưa, bão...) thì sự khúc xạ cúa ánh sáng khi truyền vào bầu khí quyển cũng ánh hưởng đến sự tạo ảnh. Đế khắc phục nhuợc điếm này, vào ngày 24-4-1990, cơ quan NASA đã phóng vào không gian kính thiên văn Hớp-bơn bay quanh Trái Đất. Nhờ hoạt động ở ngoài bầu khí quyến và sứ dụng các thiết bị hiện đại nhất về quang học và viễn thông, kính thiên văn Hớp-bơn là công cụ tinh vi nhất giúp con người thu nhận được thông tin từ những vật thế rất xa xăm cúa vũ trụ. Hình 34.8 Ảnh chụp thiên hà Tiên Nữ (Andromeda) cách Trái Đất 900 000 năm ánh sáng qua kính thiên văn. Hình 34.9 Kính thiên văn Hỡp-bơn Có thể tìm đọc thêm về kính Hớp-bơn ở địa chỉ :