Heute in der Wissenschafts- und Technologiegeschichte | 1609·8·21 Das erste astronomische Teleskop wurde geboren

Seit der Antike haben die Menschen nie aufgehört, den fernen Sternenhimmel zu erforschen. Als leistungsstarkes Instrument zur Beobachtung weit entfernter Himmelskörper ist die Entwicklung des Teleskops nicht nur ein Beweis für die allmähliche Vertiefung des menschlichen Verständnisses des Universums, sondern spiegelt auch den brillanten Fortschritt der wissenschaftlichen und technologischen Zivilisation wider. Am 21. August 1609 erfand der italienische Wissenschaftler Galileo das erste astronomische Teleskop, das revolutionäre Veränderungen in der Entwicklung der Astronomie mit sich brachte. Von den ersten optischen Teleskopen bis hin zu modernen Weltraumteleskopen war diese Reise nicht nur Zeuge einer kontinuierlichen Vertiefung des menschlichen Verständnisses des Universums, sondern demonstrierte auch die enorme Kraft der wissenschaftlichen und technologischen Entwicklung.

◆Der Ursprung des antiken Teleskops

Bereits im 4. Jahrhundert v. Chr. schlug der antike griechische Philosoph Aristoteles die Methode vor, Objekte mithilfe konvexer Linsen zu vergrößern, und legte damit den Grundstein für die Erfindung des Teleskops. Im Jahr 1608 machte der niederländische Brillenmacher Hans Lippershey diese großartige Erfindung. Vor dem Laden sah er zwei Kinder, die durch zwei Linsen, eine Vorder- und eine Rückseite, die Wetterfahne auf der entfernten Kirche betrachteten. Also begann er, es zu versuchen. Er stellte fest, dass bei der Beobachtung mit zwei Gläsern die Wetterfahne in der Ferne stark vergrößert wurde. Also versuchte er, die beiden Linsen zusammenzusetzen und ein Rohr als Skelett zu verwenden. Nach vielen Experimenten gelang es ihm schließlich, das erste Teleskop der Geschichte zusammenzubauen. Seine Erfindung gilt weithin als Ursprung des modernen Teleskops.

Im Jahr 1609 verbesserte der italienische Astronom Galileo Galilei das Teleskop. Er verwendete konvexe Linsen anstelle von konkaven Linsen und baute ein etwa 1,2 Meter langes und 4 Zentimeter im Durchmesser großes Linsenteleskop. Es kann Objekte um das 20- bis 30-fache vergrößern, wodurch eine höhere Vergrößerung und eine bessere Bildqualität erreicht werden, wodurch das beobachtete Bild klarer wird. Insgesamt baute Galilei etwa 30 Teleskope, von denen 10 für Himmelsbeobachtungen verwendet wurden. Er nutzte es zur wissenschaftlichen Beobachtung der Mondoberfläche und erreichte damit die erste wissenschaftliche Beobachtung des Mondes durch die Menschheit. Anschließend erforschte er mit Hilfe selbstgebauter Geräte systematisch das Sonnensystem. Galilei beschrieb detailliert die Phasenänderungen der Venus, der vier Jupitermonde, der Sonnenflecken und anderer Phänomene und fand eine faktische Grundlage für Kopernikus‘ „heliozentrische Theorie“. Zur Erinnerung an diese Entdeckung nannte man die vier größeren Satelliten des Jupiters „Galiläische Satelliten“.

Galileos Teleskop gilt auch als das erste astronomische Teleskop der Welt, das revolutionäre Veränderungen in der Entwicklung der Astronomie mit sich brachte.

◆Der Aufstieg moderner Teleskope

Im Jahr 1668 baute Newton das erste Spiegelteleskop der Welt, das eine Öffnung von 25 mm und einen sphärischen Spiegel als Hauptspiegel hatte. Obwohl die Leistung dieses Teleskops nicht als hervorragend bezeichnet werden kann, kann der Austausch des Refraktors durch einen Reflektor als enorme Verbesserung angesehen werden.

Da jedoch die sphärische Aberration, die durch sphärische Spiegel verursacht wird, sehr gravierend ist und Parabolspiegel schwierig zu verarbeiten sind, haben sich Spiegelteleskope in den 100 Jahren seit ihrer Erfindung nicht wesentlich weiterentwickelt. Die Industrielle Revolution im 18. Jahrhundert brachte die Garantie der Fertigungstechnologie. Im Jahr 1773 baute der britische Astronom William Herschel ein Spiegelteleskop mit einem Durchmesser von 1.300 mm und entdeckte mit diesem Teleskop im Jahr 1781 erstmals Uranus. Im Gegensatz zum Newton-Teleskop verfügt dieses Teleskop mit dem Spitznamen „Cannon“ nicht über einen Sekundärreflektor. Der Hauptreflektor ist schräg angebracht, sodass der Beobachter hoch oben an der Öffnung des Teleskops stehen und nach unten schauen muss. Im Laufe seines Lebens polierte Herschel persönlich über 400 Spiegel, zeichnete Daten zu 117.600 Sternen auf und versuchte, die Struktur der Milchstraße zu beschreiben. Man kann sagen, dass es sein Engagement für die Technologie der Spiegelherstellung war, das die Menschheit in das Zeitalter der Sternenastronomie führte.

Mit Beginn des 20. Jahrhunderts begann für das Spiegelteleskop sein goldenes Zeitalter. Das 1908 fertiggestellte Mount-Wilson-Teleskop hat eine Öffnung von 1,5 Metern; das 1917 in Betrieb genommene Hooker-Teleskop hat einen Durchmesser von 2,5 Metern; und das 1948 in Betrieb genommene Hale-Teleskop hat einen Durchmesser von 5 Metern.

Im Vergleich zur rasanten Entwicklung der Spiegelteleskope verlief die Entwicklung der Refraktorteleskope als ältester Teleskoptyp aufgrund der Schwierigkeiten bei der Herstellung großer Linsen relativ langsam. Erst im Jahr 1757 stellte der französische Chemiker Dulong eine vorläufige Theorie der chromatischen Aberration auf, schlug die achromatische Linse vor und baute sie, und das Linsenteleskop leitete eine weitere rasante Entwicklungsstufe in der Geschichte der Optik ein. Der Vertreter der Linsenteleskope ist das Yerkes-Teleskop, das größte Linsenteleskop der Welt, das 1897 gebaut wurde und eine Öffnung von 1,02 Metern hat. Seit dem Yerkes-Teleskop scheint die Entwicklung von Linsenteleskopen jedoch an ihre Grenzen gestoßen zu sein, denn je größer und schwerer die Linse ist, desto leichter verformt sie sich aus der zentralen Vertiefung heraus, was mit der Zeit die Qualität der Beobachtung beeinträchtigt.

Das goldene Zeitalter moderner Teleskope

Die letzten 40 Jahre waren das goldene Zeitalter der Entwicklung astronomischer Teleskope, in dem eine große Vielfalt an Teleskopen mit unterschiedlichen Funktionen zum Einsatz kam.

Heutzutage haben Teleskope die Grenzen des sichtbaren Lichtbandes durchbrochen und bewegen sich in Richtung Vollbandbeobachtungen. Von „Wukong“ im Gammaband über das erdgebundene Teleskop Keck und das weltraumgestützte Teleskop Hubble im sichtbaren Licht und im nahen Infrarotband bis hin zu „Sky Eye“ (FAST) im Radioband. Gleichzeitig wurden die Funktionen von Teleskopen erheblich erweitert und sind nicht mehr länger auf die Bildanalyse der Vergangenheit beschränkt. Moderne Teleskope für sichtbares Licht und nahes Infrarot können anhand ihrer Funktionen in drei Hauptkategorien unterteilt werden. Die erste Kategorie sind Allzweckteleskope, vertreten durch das Very Large Telescope mit einer Öffnung von 8,2 Metern. Die zweite Kategorie sind große bildgebende Durchmusterungsteleskope, vertreten durch das Large Synoptic Survey Telescope (LSST) mit einer Öffnung von 8,4 Metern. Die dritte Kategorie sind spektroskopische Durchmusterungsteleskope, repräsentiert durch das 4-Meter-Guo-Shoujing-Teleskop (LAMOST).

Viele moderne Teleskope haben uns wertvolle Beobachtungsdaten geliefert und so die Entwicklung der Astronomie, Kosmologie und Physik enorm gefördert. Einige dieser Teleskope sind Meilensteine ​​in der Geschichte der wissenschaftlichen Entwicklung. Das Palomar-Hale-Teleskop ist das weltweit erste moderne wissenschaftliche Teleskop mit einer Öffnung von über 3 Metern. Sein Durchmesser beträgt 5 Meter. Der Bau begann 1930 und wurde 1948 abgeschlossen. Seine Daten haben den Menschen geholfen, das Rätsel der Entstehung schwerer Elemente zu lösen. Es ist noch heute funktionsfähig. Das Sloan Digital Sky Survey Telescope ist hinsichtlich der wissenschaftlichen Leistung derzeit das produktivste Teleskopprojekt der Welt. Es wurde 1986 gebaut und 1998 fertiggestellt. Obwohl das Teleskop nur eine Öffnung von 2,5 Metern hat, wurden aus seinen Daten fast 9.000 Artikel mit insgesamt mehr als 470.000 Zitaten generiert. Es liefert den Astronomen noch immer umfangreiche Daten, mit denen sie die Geheimnisse des Universums erforschen können.

Das Hubble-Weltraumteleskop ist das erste astronomische Weltraumteleskop in der Geschichte der Menschheit. Es durchbricht die Beobachtungshindernisse der Atmosphäre und erhöht die Auflösung menschlicher Teleskope erstmals bis an die Beugungsgrenze, was das Verständnis des Menschen vom Universum erheblich bereichert. Am 24. April 1990 wurde das Hubble-Weltraumteleskop an Bord der Raumfähre Discovery gestartet und erreichte anschließend eine Umlaufbahn 600 Kilometer über der Erde. Der optische Teil des Hubble-Weltraumteleskops verwendet ein Cassegrain-Reflexionssystem, das aus zwei hyperbolischen Spiegeln mit einem Primärspiegeldurchmesser von 2,4 Metern und einem Sekundärspiegeldurchmesser von 0,4 Metern besteht. Das Licht wird vom Primärspiegel zum Sekundärspiegel reflektiert und dann zur zentralen Öffnung des Primärspiegels emittiert, um ein Bild auf der Brennebene des Primärspiegels zu erzeugen. Nach der Verarbeitung durch Präzisionsinstrumente werden die Daten über einen Relaissatelliten zur Erde zurückgesendet.

Da es keine Störungen durch die Atmosphäre gibt, kann Hubble eine siebenmal größere Entfernung beobachten als das leistungsstärkste Hale-Teleskop auf der Erde und das 350-fache des Universums erfassen. Die Bildschärfe kann das Zehnfache von bodengestützten Beobachtungen erreichen. Die vom Hubble-Teleskop zur Erde gesendeten Bilder des ultratiefen Himmelsfeldes haben zur Lösung vieler grundlegender Probleme beigetragen, die Astronomen seit langem vor Rätsel gestellt haben, darunter die Berechnung der Hubble-Konstante und die Bestimmung des Alters des Universums auf 13,7 Milliarden Jahre.

Umfassend aus "Huazhong Astronomy", "Observing the Sky Giant Eye", Guangming.com