Geschiedenis

De geschiedenis van de telescoop gaat terug tot vóór de uitvinding van de vroegst bekende telescoop, die in 1608 in Nederland verscheen toen Hans Lippershey, een brillenmaker, een patent aanvroeg. Hoewel Lippershey zijn patent niet kreeg, verspreidde het nieuws van de uitvinding zich al snel over Europa. Het ontwerp van deze vroege refractietelescopen bestond uit een bolle objectieflens en een concave oculairlens. Galileo verbeterde dit ontwerp het volgende jaar en paste het toe op de astronomie. In 1611 beschreef Johannes Kepler hoe een veel nuttigere telescoop kon worden gemaakt met een bolle objectieflens en een bolle oculairlens. Rond 1655 bouwden astronomen zoals Christiaan Huygens krachtige, maar onhandige Kepler-telescopen met samengestelde oculairs.

TERUG

Isaac Newton wordt beschouwd als de bouwer van de eerste reflectortelescoop in 1668. Zijn ontwerp omvatte een kleine, platte diagonale spiegel die het licht reflecteerde naar een oculair aan de zijkant van de telescoop. Laurent Cassegrain beschreef in 1672 het ontwerp van een reflectortelescoop met een kleine, bolle secundaire spiegel die het licht door een centrale opening in de hoofdspiegel reflecteerde ...

Een korte geschiedenis

De achromatische lens, die kleurafwijkingen in objectieflenzen sterk verminderde en kortere en functionelere telescopen mogelijk maakte, verscheen voor het eerst in een telescoop uit 1733, gemaakt door Chester Moore Hall (foto), die er geen reclame voor maakte. John Dollond hoorde van Halls uitvinding en begon vanaf 1758 telescopen met deze lens in commerciële hoeveelheden te produceren.

Belangrijke ontwikkelingen in reflecterende telescopen waren de productie van grotere parabolische spiegels door John Hadley in 1721; het proces van het verzilveren van glazen spiegels, geïntroduceerd door Léon Foucault in 1857; en de toepassing van duurzame gealuminiseerde coatings op reflectorspiegels in 1932. De Ritchey-Chretien-variant van de Cassegrain-reflector werd rond 1910 uitgevonden, maar werd pas na 1950 op grote schaal toegepast; veel moderne telescopen, waaronder de Hubble-ruimtetelescoop, gebruiken dit ontwerp, dat een breder gezichtsveld biedt dan een klassieke Cassegrain.

Een korte geschiedenis

In de periode 1850-1900 kampten reflectortelescopen met problemen met spiegelende metalen spiegels, en er werden aanzienlijk veel "grote refractortelescopen" gebouwd met een opening van 60 cm tot 1 meter, met als hoogtepunt de refractortelescoop van het Yerkes Observatorium in 1897. Vanaf het begin van de twintigste eeuw werd echter een reeks steeds grotere reflectortelescopen met glazen spiegels gebouwd, waaronder de Mount Wilson 60-inch (1,5 meter / foto), de 100-inch (2,5 meter) Hooker-telescoop (1917) en de 200-inch (5 meter) Hale-telescoop (1948). Vrijwel alle grote onderzoekstelescopen sinds 1900 zijn reflectortelescopen. Een aantal telescopen van 4 meter (160 inch) werden gebouwd op superieure locaties op grote hoogte, waaronder Hawaï en de Chileense woestijn, in de periode 1975-1985. De ontwikkeling van de computergestuurde alt-azimutale montering in de jaren 70 en actieve optiek in de jaren 80 maakte een nieuwe generatie nog grotere telescopen mogelijk, te beginnen met de 10-meter (400 inch) Keck-telescopen in 1993/1996, en een aantal 8-meter telescopen, waaronder de ESO Very Large Telescope, het Gemini Observatory en de Subaru Telescope.

Eerste lenzen

Objecten die op lenzen lijken, dateren van 4.000 jaar geleden (foto), hoewel het onbekend is of ze werden gebruikt vanwege hun optische eigenschappen of slechts als decoratie. Griekse beschrijvingen van de optische eigenschappen van met water gevulde bollen (5e eeuw v.Chr.) werden gevolgd door vele eeuwen van geschriften over optica, waaronder die van Ptolemaeus (2e eeuw) in zijn Optica, die schreef over de eigenschappen van licht, zoals reflectie, breking en kleur, gevolgd door Ibn Sahl (10e eeuw) en Ibn Al-Haytham (11e eeuw).

Het daadwerkelijke gebruik van lenzen dateert van de wijdverspreide productie en het gebruik van brillen in Noord-Italië vanaf het einde van de 13e eeuw. De uitvinding van het gebruik van concave lenzen om bijziendheid te corrigeren wordt toegeschreven aan Nicolaas van Cusa in 1451.

Eerste telescopen

De eerste vermelding van een telescoop komt uit Nederland in 1608. Het betreft een patent dat de brillenmaker Hans Lippershey uit Middelburg op 2 oktober 1608 bij de Staten-Generaal van Nederland indiende voor zijn instrument "om dingen die ver weg zijn te zien alsof ze dichtbij zijn". Enkele weken later diende een andere Nederlandse instrumentenmaker, Jacob Metius, ook een patentaanvraag in. De Staten-Generaal verleende geen patent, omdat de kennis van het apparaat al alomtegenwoordig leek te zijn, maar de Nederlandse overheid gaf Lippershey wel een contract voor kopieën van zijn ontwerp.

De oorspronkelijke Nederlandse telescopen bestonden uit een bolle en een holle lens – telescopen die op deze manier zijn geconstrueerd, keren het beeld niet om. Lippersheys oorspronkelijke ontwerp had slechts een vergroting van 3x. Telescopen lijken kort na deze "uitvinding" in Nederland in aanzienlijke aantallen te zijn gemaakt en vonden snel hun weg over heel Europa.

Wie was de eerste ?

In 1655 probeerde de Nederlandse diplomaat Willem de Boreel het mysterie op te lossen van wie de telescoop had uitgevonden. Hij liet een lokale magistraat in Middelburg Boreels herinneringen aan een brillenmaker genaamd "Hans" uit zijn jeugd en vroege volwassenheid onderzoeken. De magistraat werd benaderd door een toen nog onbekende claimer: de Middelburgse brillenmaker Johannes Zachariasassen, die getuigde dat zijn vader, Zacharias Janssen, de telescoop en de microscoop al in 1590 had uitgevonden. Deze getuigenis leek Boreel overtuigend, die zich nu herinnerde dat Zacharias en zijn vader, Hans Martens, wel degenen moesten zijn die hij zich herinnerde. Boreels conclusie dat Zacharias Janssen de telescoop iets eerder had uitgevonden dan een andere brillenmaker, Hans Lippershey (foto), werd overgenomen door Pierre Borel in zijn boek De vero telescopii inventore uit 1656. Discrepanties in Boreels onderzoek en Zachariassens getuigenis hebben ertoe geleid dat sommige historici deze bewering als twijfelachtig beschouwen. De bewering dat het om Janssen ging, zou in de loop der jaren blijven bestaan en werd aangevuld met Zacharias Snijder die in 1841 vier ijzeren buizen met lenzen erin presenteerde, waarvan beweerd werd dat het exemplaren uit 1590 waren van Janssens telescoop, en met de bewering van historicus Cornelis de Waard in 1906 dat de man die op de Frankfurter Buchmesse van 1608 een kapotte telescoop probeerde te verkopen aan astronoom Simon Marius, Janssen moet zijn geweest.

Nog een claim ...

In 1682 merkte Robert Hooke in de notulen van de Royal Society in Londen op dat Thomas Digges' Pantometria (foto) uit 1571 (een boek over metingen, gedeeltelijk gebaseerd op de aantekeningen en observaties van zijn vader Leonard Digges) een Engelse claim op de uitvinding van de telescoop leek te ondersteunen. Hij beschreef Leonard als iemand die halverwege de 16e eeuw een goede telescoop had, gebaseerd op een idee van Roger Bacon. Thomas beschreef het als volgt : "Met behulp van proportionele glazen, die op geschikte hoeken waren geplaatst, ontdekte ik niet alleen dingen in de verte, las ik letters, telde ik geldstukken met de munt en het opschrift erop, die door enkele van mijn vrienden op de heuvels in open velden waren gegooid, maar kon ik ook op zeven mijl afstand zien wat er op dat moment in privéruimtes gebeurde." Opmerkingen over het gebruik van proportionele of "perspectiefglazen" zijn ook te vinden in de geschriften van John Dee (1575) en William Bourne (1585). In 1580 werd Bourne door Lord Burghley, de belangrijkste adviseur van koningin Elizabeth I, gevraagd het Diggs-apparaat te onderzoeken. Bourne's beschrijving ervan is de beste, en uit zijn geschriften blijkt dat het apparaat bestond uit het turen in een grote gebogen spiegel die het beeld reflecteerde dat door een grote lens werd geproduceerd.

Nog een claim ...

Het idee van een "Elizabethaanse telescoop" is in de loop der jaren verder uitgewerkt, waarbij astronoom en historicus Colin Ronan (foto) in de jaren negentig concludeerde dat deze reflecterende / brekende telescoop tussen 1540 en 1559 door Leonard Digges werd gebouwd. Deze "omgekeerde" reflecterende telescoop zou onhandelbaar zijn geweest; hij had zeer grote spiegels en lenzen nodig om te functioneren; de waarnemer moest achterstevoren staan om naar een omgekeerd beeld te kijken, en Bourne merkte op dat hij een zeer smal gezichtsveld had, waardoor hij ongeschikt was voor militaire doeleinden. De optische prestaties die nodig waren om de details van munten die in velden rondslingerden te zien, of privéactiviteiten op zeven mijl afstand, lijken de technologie van die tijd ver te boven te gaan, en het is mogelijk dat de beschreven "perspectieflens" een veel eenvoudiger idee was, afkomstig van Bacon, waarbij een enkele lens voor het oog werd gehouden om een ver beeld te vergroten.

In een onderzoekspaper uit 1959 beweerde Simon de Guilleuma dat het bewijsmateriaal dat hij had ontdekt, wees naar de in Frankrijk geboren brillenmaker Juan Roget (overleden vóór 1624) als een andere mogelijke bouwer van een vroege telescoop die dateerde van vóór de patentaanvraag van Hans Lippershey.

Nog een claim ...

In 2022 publiceerde de Italiaanse natuurkundeprofessor Alessandro Bettini een artikel over de vraag of Leonardo da Vinci (foto) een telescoop zou kunnen hebben uitgevonden. Voortbouwend op observaties uit 1939 van Domenico Argentieri van wat lijkt op lenzen die in de vorm van een telescoop zijn gerangschikt in tekeningen van da Vinci, legde Bettini Argentieri's lensopstelling over een aangrenzende tekening van divergerende stralen heen, waardoor hij tot een opstelling kwam die ook op een telescoop leek. Bettini verwees ook naar de geschriften van de Italiaanse geleerde en professor Girolamo Fracastoro uit 1538, over het combineren van lenzen in brillen om de "maan of een andere ster" "zo dichtbij te maken dat ze niet hoger zouden lijken dan de torens".

Leonardo di ser Piero da Vinci (15 april 1452 – 2 mei 1519) was een Italiaanse alleskunner uit de Hoogrenaissance die actief was als schilder, tekenaar, ingenieur, wetenschapper, theoreticus, beeldhouwer en architect. Hoewel zijn faam aanvankelijk gebaseerd was op zijn prestaties als schilder, is hij ook bekend geworden door zijn notitieboeken, waarin hij tekeningen en aantekeningen maakte over uiteenlopende onderwerpen, waaronder anatomie, astronomie, botanie, cartografie, schilder-kunst en paleontologie.

Verspreiding

Lippersheys aanvraag voor een patent werd vermeld aan het einde van een diplomatiek rapport over een ambassade naar Nederland van het Koninkrijk Siam, verzonden door de Siamese koning Ekathotsarot: Ambassades du Roy de Siam envoyé à l'Excellence du Prince Maurice, arrivé à La Haye le 10 Septemb. 1608 (Ambassade van de Koning van Siam, verzonden aan Zijne Excellentie Prins Maurice, aangekomen in Den Haag op 10 september 1608). Dit rapport werd in oktober 1608 uitgegeven en over heel Europa verspreid, wat leidde tot experimenten door andere wetenschappers, zoals de Italiaan Paolo Sarpi (foto), die het rapport in november ontving, en de Engelse wiskundige en astronoom Thomas Harriot, die in de zomer van 1609 een telescoop met zesvoudige vergroting gebruikte om kenmerken op de maan te observeren.

Verspreiding

De Italiaanse alleskunner Galileo Galilei (foto) voorbij zich in juni 1609 in Venetië en hoorde daar van de "Hollandse perspectiefkijker", een militaire verrekijker met verre objecten dichterbij en grotere lekken. Galileo lastig dat hij het probleem van de constructie van een telescoop de eerste nacht na zijn terugkeer uit Venetië naar Padua oploste en de volgende dag zijn eerste telescoop maakte door een bolle objectieflens aan het ene uiteinde van een loden buis te gebruiken en een concave oculairlens aan het andere uiteinde, een constructie die later de Galileïsche telescoop werd genoemd. Enkele dagen later, nadat hij erin slaagde een betere telescoop te maken dan de eerste, nam hij deze mee naar Venetië, waar hij de details van zijn uitvinding aan het publiek meedeelde en het instrument zelf gepresenteerde aan doge Leonardo Donato, die in volledige raadsvergaderingde. De senaat gaf hem in ruil voor een levenslange aanstelling als lector in Padua en een verdubbelde salaris.

Verspreiding

Galileo wijdde zich aan het verbeteren van de telescoop en produceerde telescopen met een steeds grotere vergroting. Zijn eerste telescoop had een vergroting van 3x, maar al snel maakte hij instrumenten met een vergroting van 8x, en uiteindelijk een telescoop van bijna een meter lang met een objectief van 37 mm (dat hij zou verkleinen tot 16 mm of 12 mm) en een vergroting van 23x. Met dit laatste instrument begon hij in oktober of november 1609 een reeks astronomische waarnemingen, waarbij hij de manen van Jupiter, heuvels en dalen op de Maan, de fasen van Venus en zonnevlekken observeerde (met behulp van de projectiemethode in plaats van directe waarneming). Galileo merkte op dat de omwenteling van de manen van Jupiter, de fasen van Venus, de rotatie van de Zon en het gekantelde pad dat de zonnevlekken gedurende een deel van het jaar volgden, wezen op de geldigheid van het zon-gecentreerde Copernicaanse systeem boven andere aard-gecentreerde systemen zoals dat van Ptolemaeus.

Verdere verfijningen

Johannes Kepler legde in zijn Catoptrics (1611) voor het eerst de theorie en enkele praktische voordelen uit van een telescoop die was opgebouwd uit twee bolle lenzen. De eerste die daadwerkelijk een telescoop van deze vorm construeerde, was de jezuïet Christoph Scheiner, die er een beschrijving van gaf in zijn Rosa Ursina (1630).

William Gascoigne was de eerste die een belangrijk voordeel van de door Kepler voorgestelde telescoopvorm ontdekte: dat een klein materieel object in het gemeenschappelijke brandpuntsvlak van het objectief en het oculair kon worden geplaatst. Dit leidde tot zijn uitvinding van de micrometer en zijn toepassing van telescoopvizieren op precisie-astronomische instrumenten. Pas rond het midden van de 17e eeuw raakte Keplers telescoop algemeen in gebruik: niet zozeer vanwege de voordelen die Gascoigne had genoemd, maar omdat het gezichtsveld veel groter was dan dat van de Galileïsche telescoop.

De eerste krachtige telescopen van Kepler-achtige constructie werden na veel moeite gebouwd door Christiaan Huygens (foto), waarbij zijn broer hem assisteerde. Met een van deze telescopen, met een objectiefdiameter van 2,24 inch (57 mm) en een brandpunts-afstand van 12 voet (3,7 m), ontdekte hij in 1655 de helderste van Saturnus' manen (Titan); in 1659 publiceerde hij zijn "Systema Saturnium", waarin hij voor het eerst een ware verklaring gaf voor de ringen van Saturnus, gebaseerd op waarnemingen die met hetzelfde instrument waren gedaan.

Lange focale lengte

De scherpte van het beeld in Keplers telescoop werd beperkt door de chromatische aberratie die werd veroorzaakt door de niet-uniforme brekingseigenschappen van de objectieflens. De enige manier om deze beperking bij hoge vergrotingen te overwinnen, was door objectieven met zeer lange brandpuntsafstanden te maken. Giovanni Cassini ontdekte Saturnus' vijfde maan (Rhea) in 1672 met een telescoop van 11 meter lang (foto).

Sterrenkundigen zoals Johannes Hevelius bouwden telescopen met brandpuntsafstanden tot wel 46 meter. Naast de uitzonderlijk lange buizen hadden deze telescopen steigers of lange masten en kranen nodig om ze te ondersteunen. Hun waarde als onderzoeksinstrumenten was minimaal, omdat het frame van de telescoopbuis bij het minste windje doorboog en trilde en soms zelfs helemaal instortte.

Luchtelescopen

In sommige van de zeer lange refractietelescopen die na 1675 werden gebouwd, werd helemaal geen buis gebruikt. Het objectief werd gemonteerd op een draaibare kogelkoppeling bovenop een paal, boom of een andere beschikbare hoge constructie en gericht door middel van een touw of verbindingsstang. Het oculair werd in de hand gehouden of op een statief in het brandpunt gemonteerd, en het beeld werd gevonden door middel van trial and error. Deze telescopen werden daarom luchttelescopen genoemd. Ze worden toegeschreven aan Christiaan Huygens en zijn broer Constantijn Huygens jr., hoewel het niet duidelijk is of zij de uitvinding ervan hebben gedaan. Christiaan Huygens en zijn broer maakten objectieven met een diameter tot 220 mm en een brandpuntsafstand van 64 m, terwijl anderen, zoals Adrien Auzout, telescopen maakten met brandpuntsafstanden tot 180 m. Telescopen van zulke grote lengte waren vanzelfsprekend moeilijk te gebruiken en moeten de vaardigheid en het geduld van de waarnemers tot het uiterste op de proef hebben gesteld. Verschillende andere astronomen gebruikten ook luchttelescopen. Cassini ontdekte in 1684 de derde en vierde maan van Saturnus met behulp van objectieven van luchttelescopen gemaakt door Giuseppe Campani, met brandpuntsafstanden van 30 en 41 m.

Gebogen spiegel

Het vermogen van een gebogen spiegel om een beeld te vormen was mogelijk al bekend sinds de tijd van Euclides en werd uitgebreid bestudeerd door Alhazen in de 11e eeuw. Galileo, Giovanni Francesco Sagredo (foto) en anderen, aangespoord door hun kennis dat gebogen spiegels vergelijkbare eigenschappen hadden als lenzen, bespraken het idee om een telescoop te bouwen met een spiegel als beeldvormend objectief. Niccolò Zucchi, een Italiaanse jezuïet, astronoom en natuurkundige, schreef in zijn boek Optica philosophia uit 1652 dat hij in 1616 probeerde de lens van een refractietelescoop te vervangen door een bronzen concave spiegel. Zucchi probeerde in de spiegel te kijken met een handgehouden concave lens, maar kreeg geen bevredigend beeld, mogelijk vanwege de slechte kwaliteit van de spiegel, de hoek waaronder deze gekanteld was, of het feit dat zijn hoofd het beeld gedeeltelijk blokkeerde.

Gebogen spiegel

In 1636 stelde Marin Mersenne (foto) een telescoop voor die bestond uit een parabolische primaire spiegel en een parabolische secundaire spiegel die het beeld door een gat in de primaire spiegel weerkaatste, waarmee het probleem van het bekijken van het beeld werd opgelost. James Gregory ging hier verder op in in zijn boek Optica Promota (1663), waarin hij erop wees dat een reflecterende telescoop met een spiegel die de vorm had van een deel van een kegelsnede, zowel sferische aberratie als de chromatische aberratie die bij refractoren werd waargenomen, zou corrigeren. Het ontwerp dat hij bedacht, draagt zijn naam: de "Gregoriaanse telescoop"; maar volgens zijn eigen bekentenis had Gregory geen praktische vaardigheden en kon hij geen opticien vinden die in staat was zijn ideeën te verwezenlijken. Na enkele vruchteloze pogingen was hij genoodzaakt alle hoop op te geven zijn telescoop in de praktijk te brengen.

Gebogen spiegel

In 1666 zag Isaac Newton (foto), op basis van zijn theorieën over breking en kleur, in dat de gebreken van de refractietelescoop eerder te wijten waren aan de variërende breking van licht van verschillende kleuren door een lens dan aan de onvolmaakte vorm van een lens. Hij concludeerde dat licht niet door een lens gebroken kon worden zonder chromatische aberraties te veroorzaken, hoewel hij uit enkele ruwe experimenten ten onrechte concludeerde dat alle brekende stoffen de prismatische kleuren in een constante verhouding tot hun gemiddelde breking zouden divergeren. Uit deze experimenten concludeerde Newton dat er geen verbetering mogelijk was in de refractietelescoop. Newtons experimenten met spiegels toonden aan dat ze geen last hadden van de chromatische fouten van lenzen, voor alle kleuren licht was de invalshoek die in een spiegel werd gereflecteerd gelijk aan de reflectiehoek, dus als bewijs voor zijn theorieën besloot Newton een reflecterende telescoop te bouwen.

Gebogen spiegel

Newton voltooide zijn eerste telescoop in 1668 en het is de vroegst bekende functionele reflecterende telescoop. Na veel experimenten koos hij een legering (spiegelmetaal) van tin en koper als het meest geschikte materiaal voor zijn objectiefspiegel. Later bedacht hij methoden om ze te slijpen en te polijsten, maar koos een bolvorm voor zijn spiegel in plaats van een parabool om de constructie te vereenvoudigen. Hij voegde aan zijn reflector wat kenmerkend is voor het ontwerp van een "Newtoniaanse telescoop" toe: een secundaire "diagonale" spiegel nabij het brandpunt van de primaire spiegel om het beeld onder een hoek van 90° te reflecteren naar een oculair dat aan de zijkant van de telescoop is gemonteerd. Deze unieke toevoeging maakte het mogelijk om het beeld te bekijken met minimale obstructie van de objectiefspiegel. Hij maakte ook alle buizen, de montering en de fittingen zelf. Newtons eerste compacte reflecterende telescoop had een spiegeldiameter van 1,3 inch en een brandpunts-verhouding van f/5. Hiermee ontdekte hij dat hij de vier Galileïsche manen van Jupiter en de sikkelvormige fase van de planeet Venus kon zien. Aangemoedigd door dit succes maakte hij een tweede telescoop met een vergrotingsfactor van 38x, die hij in december 1671 aan de Royal Society of London presenteerde. Dit type telescoop wordt nog steeds een Newton-telescoop genoemd.

Cassegrain reflector

Een derde vorm van reflecterende telescoop, de "Cassegrain-reflector", werd in 1672 bedacht door Laurent Cassegrain (foto). De telescoop had een kleine, bolvormige, hyperbolische secundaire spiegel die zich nabij het primaire brandpunt bevond om licht door een centraal gat in de hoofdspiegel te reflecteren.

Er lijkt gedurende de volgende 50 jaar geen verdere praktische vooruitgang te zijn geboekt in het ontwerp of de constructie van reflecterende telescopen, totdat John Hadley methoden ontwikkelde om nauwkeurige asferische en parabolische spiegels van spiegelmetaal te maken. In 1721 toonde hij de eerste parabolische Newton-reflector aan de Royal Society. Deze had een objectiefspiegel van spiegelmetaal met een diameter van 15 cm en een brandpuntsafstand van 159 cm. Het instrument werd onderzocht door James Pound en James Bradley. Nadat ze hadden opgemerkt dat Newtons telescoop vijftig jaar lang verwaarloosd was gebleven, stelden ze dat Hadley voldoende had aangetoond dat de uitvinding niet louter theoretisch was. Ze vergeleken de prestaties met die van een antennetelescoop met een diameter van 190 mm, die oorspronkelijk door Constantijn Huygens jr. aan de Royal Society was gepresenteerd. Ze ontdekten dat Hadley's reflector "een zodanige lading kan dragen dat het object evenveel vergroot wordt als de telescoop met de juiste lading", en dat objecten erdoor als afzonderlijk worden weergegeven, hoewel niet helemaal even scherp en helder.

Commercieel succes

Bradley (foto) en Samuel Molyneux, die door Hadley waren onderwezen in zijn methoden voor het polijsten van spiegelmetaal, slaagden erin grote reflecterende telescopen te maken, waarvan er één een brandpuntsafstand van 2,4 meter had. Deze methoden voor het vervaardigen van spiegels werden door Molyneux doorgegeven aan twee Londense opticiens – Scarlet en Hearn – die een bedrijf begonnen in de productie van telescopen.

De Britse wiskundige en opticien James Short begon in de jaren 1730 te experimenteren met het bouwen van telescopen gebaseerd op de ontwerpen van Gregory. Hij probeerde eerst zijn spiegels van glas te maken, zoals Gregory had voorgesteld, maar later schakelde hij over op spiegels van spiegelmetaal en creëerde Gregoriaanse telescopen met parabolische en elliptische vormen, ontworpen door de oorspronkelijke ontwerpers. Short koos vervolgens voor het bouwen van telescopen als zijn beroep, dat hij eerst in Edinburgh en later in Londen uitoefende. Alle telescopen van Short waren van het Gregoriaanse type. Short stierf in 1768 in Londen, nadat hij een aanzienlijk fortuin had vergaard met de verkoop van telescopen.

Grootste telescoop

Rond het jaar 1774 begon William Herschel zijn vrije tijd te besteden aan de constructie van spiegels voor reflector-telescopen. Uiteindelijk wijdde hij zich volledig aan de constructie en het gebruik ervan in astronomisch onderzoek. In 1778 selecteerde hij een reflectorspiegel van 16 cm en bouwde daarmee een telescoop met een brandpuntsafstand van 2,1 meter. Met deze telescoop deed hij zijn eerste briljante astronomische ontdekkingen. In 1783 voltooide Herschel een reflector met een diameter van ongeveer 46 cm en een brandpuntsafstand van 6,1 meter. Hij observeerde de hemel met deze telescoop gedurende zo'n twintig jaar en verving de spiegel verschillende keren. In 1789 voltooide Herschel de bouw van zijn grootste spiegeltelescoop met een spiegel van 120 cm en een brandpuntsafstand van 12 meter in zijn nieuwe huis, Observatory House in Slough, Engeland. Om het lichtverlies door de slechte reflectiviteit van de spiegels van die tijd te beperken, liet Herschel de kleine diagonale spiegel weg en kantelde hij zijn primaire spiegel zodat hij het gevormde beeld direct kon bekijken. Dit ontwerp is de Herschel-telescoop gaan heten. Hij ontdekte Saturnus' zesde bekende maan, Enceladus, de eerste nacht dat hij hem gebruikte, en op 17 september de zevende bekende maan, Mimas. Deze telescoop was meer dan 50 jaar lang 's werelds grootste telescoop. Deze grote telescoop was echter moeilijk te hanteren en werd daarom minder gebruikt dan zijn favoriete spiegeltelescoop van 47 cm.

Grootste telescoop

In 1845 bouwde William Parsons, de 3e graaf van Rosse, zijn 180 cm grote Newton-reflectortelescoop, de zogenaamde "Leviathan van Parsonstown", waarmee hij de spiraalvorm van sterrenstelsels ontdekte.

William Parsons, 3e graaf van Rosse KP FRS (17 juni 1800 – 31 oktober 1867), was een Engelse ingenieur en astronoom. Hij bouwde verschillende gigantische telescopen. Zijn 72-inch telescoop, gebouwd in 1845 en in de volksmond bekend als de "Leviathan van Parsonstown", was tot het begin van de 20e eeuw de grootste telescoop ter wereld, gemeten naar opening. Van april 1807 tot februari 1841 droeg hij de titel Baron Oxmantown.

Al deze grotere reflectortelescopen kampten met de slechte reflectiviteit en de snelle aantasting van hun spiegelende metalen spiegels. Dit betekende dat er meer dan één spiegel per telescoop nodig was, omdat de spiegels regelmatig verwijderd en opnieuw gepolijst moesten worden. Dit was tijdrovend, omdat het polijstproces de kromming van de spiegel kon veranderen, waardoor deze meestal opnieuw in de juiste vorm moest worden gebracht.

Chromatische fouten

Vanaf de uitvinding van de eerste refractietelescopen werd algemeen aangenomen dat chromatische fouten in lenzen simpelweg voortkwamen uit fouten in de bolvorm van hun oppervlakken. Opticiens probeerden lenzen met verschillende krommingen te construeren om deze fouten te corrigeren. Isaac Newton ontdekte in 1666 dat chromatische kleuren in werkelijkheid voortkwamen uit de ongelijkmatige breking van licht wanneer het door het glasmedium ging. Dit bracht opticiens ertoe te experimenteren met lenzen die waren gemaakt van meer dan één soort glas in een poging de fouten die door elk type glas werden veroorzaakt, op te heffen. Men hoopte dat dit een "achromatische lens" zou opleveren; een lens die alle kleuren tot één punt zou focussen en instrumenten met een veel kortere brandpuntsafstand zou produceren.

Chromatische fouten

De eerste persoon die erin slaagde een praktische achromatische refractietelescoop te maken, was Chester Moore Hall (foto) uit Essex, Engeland. [bronvermelding nodig] Hij betoogde dat de verschillende lichaamsvloeistoffen van het menselijk oog lichtstralen breken om een kleurloos beeld op het netvlies te produceren, en hij redeneerde terecht dat het mogelijk zou zijn een soortgelijk resultaat te bereiken door lenzen van verschillende brekende materialen te combineren. Na enige tijd aan dit onderzoek te hebben besteed, ontdekte hij dat hij door twee lenzen van verschillende glassoorten te combineren een achromatische lens kon maken waarbij de effecten van de ongelijke breking van twee kleuren licht (rood en blauw) werden gecorrigeerd. In 1733 slaagde hij erin telescooplenzen te construeren die een sterk verminderde chromatische aberratie vertoonden. Een van zijn instrumenten had een objectief van 6,4 cm met een relatief korte brandpuntsafstand van 51 cm.

Hall was een man met een onafhankelijk inkomen en lijkt zich weinig van roem te hebben aangetrokken; hij deed in ieder geval geen moeite om zijn uitvinding met de wereld te delen. Tijdens een rechtszaak in Westminster Hall over de patentrechten die aan John Dollond waren toegekend (Watkin tegen Dollond), werd Hall erkend als de eerste uitvinder van de achromatische telescoop.

Chromatische fouten

In 1747 stuurde Leonhard Euler (foto) een artikel naar de Pruisische Academie van Wetenschappen waarin hij probeerde aan te tonen dat het mogelijk was om zowel de chromatische als de sferische aberratie van een lens te corrigeren. Net als Gregory en Hall betoogde hij dat, aangezien de verschillende lichaamsvloeistoffen van het menselijk oog zo gecombineerd waren dat ze een perfect beeld produceerden, het mogelijk moest zijn om door geschikte combinaties van lenzen van verschillende brekende media een perfect telescoopobjectief te construeren. Door een hypothetische wet van de dispersie van verschillend gekleurde lichtstralen aan te nemen, bewees hij analytisch de mogelijkheid om een achromatisch objectief te construeren dat bestond uit lenzen van glas en water.

Al Eulers pogingen om een objectief van deze constructie te produceren bleven vruchteloos – een mislukking die hij uitsluitend toeschreef aan de moeilijkheid om lenzen te verkrijgen die precies aan de vereiste krommingen voldeden. John Dollond was het eens met de juistheid van Eulers analyse, maar betwistte zijn hypothese omdat deze puur een theoretische aanname was: de theorie was in tegenspraak met de resultaten van Newtons experimenten over de breking van licht, en het was onmogelijk om een natuurwet uitsluitend op basis van analytische redeneringen af te leiden.

Chromatische fouten

In 1754 stuurde Euler een nieuw artikel naar de Berlijnse Academie, waarin hij, uitgaande van de hypothese dat licht bestaat uit trillingen die in een elastische vloeistof worden opgewekt door lichtgevende lichamen – en dat het kleurverschil van licht te wijten is aan de grotere of kleinere frequentie van deze trillingen op een gegeven moment – zijn eerdere resultaten afleidde. Hij twijfelde niet aan de nauwkeurigheid van Newtons experimenten die door Dollond werden aangehaald.

Dollond reageerde hier niet op, maar kort daarna ontving hij een samenvatting van een artikel van de Zweedse wiskundige en astronoom Samuel Klingenstierna (foto), waardoor hij de nauwkeurigheid van Newtons resultaten over de dispersie van gebroken licht in twijfel trok. Klingenstierna toonde aan de hand van puur geometrische overwegingen (die Dollond volledig begreep) aan dat de resultaten van Newtons experimenten niet in overeenstemming konden worden gebracht met andere algemeen aanvaarde feiten over breking.

Chromatische fouten

Als pragmatisch ingestelde man stelde Dollond zijn twijfels onmiddellijk op de proef door middel van experimenten: hij bevestigde de conclusies van Klingenstierna, ontdekte een verschil dat zijn verwachtingen ver overtrof in de brekingseigenschappen van verschillende soorten glas met betrekking tot de divergentie van kleuren, en werd zo snel geleid tot de constructie van lenzen waarin eerst de chromatische aberratie – en later de sferische aberratie – werd gecorrigeerd.

Dollond was zich bewust van de voorwaarden die nodig waren om achromatisme te bereiken in refractietelescopen, maar vertrouwde op de nauwkeurigheid van experimenten van Newton. Zijn geschriften tonen aan dat hij, afgezien van zijn bravoure, eerder tot een ontdekking zou zijn gekomen waarvoor zijn geest volledig was voorbereid. Dollonds artikel beschrijft de opeenvolgende stappen waarmee hij tot zijn ontdekking kwam, onafhankelijk van Halls eerdere uitvinding – en de logische processen waarmee deze stappen in zijn geest werden ingegeven.

Chromatische fouten

In 1765 introduceerde Peter Dollond (zoon van John Dollond / foto) het drievoudige objectief, dat bestond uit een combinatie van twee bolle lenzen van kroonglas met daartussen een concave flintlens. Hij maakte veel telescopen van dit type.

De moeilijkheid om glazen schijven (vooral van flintglas) van voldoende zuiverheid en homogeniteit te verkrijgen, beperkte de diameter en het lichtverzamelend vermogen van de lenzen in de achromatische telescoop. Het was tevergeefs dat de Franse Academie van Wetenschappen prijzen uitloofde voor grote, perfecte schijven van optisch flintglas.

De problemen met de onpraktische metalen spiegels van reflecterende telescopen leidden tot de constructie van grote refractietelescopen. Tegen 1866 hadden refractietelescopen een opening van 46 cm bereikt, en in het midden tot het einde van de 19e eeuw werden er nog veel grotere "grote refractoren" gebouwd. In 1897 bereikte de refractor zijn maximale praktische limiet in een onderzoekstelescoop met de constructie van de 100 cm refractor van het Yerkes Observatorium. Grotere refractoren konden niet worden gebouwd vanwege de invloed van de zwaartekracht op de lens. Omdat een lens alleen door de rand op zijn plaats wordt gehouden, zal het midden van een grote lens door de zwaartekracht doorzakken, waardoor het beeld dat hij produceert vervormd raakt.

Moderne reflectoren

Aan het begin van de 20e eeuw werden de eerste van de "moderne" grote onderzoeksreflectoren gebouwd, ontworpen voor nauwkeurige fotografische beeldvorming en geplaatst op afgelegen locaties op grote hoogte met een heldere hemel, zoals de 60-inch Hale-telescoop uit 1908 en de 2,5 m Hooker-telescoop uit 1917, beide gelegen in het Mount Wilson Observatory. Deze en andere telescopen van deze omvang moesten voorzieningen hebben om de hoofdspiegels elke paar maanden te kunnen verwijderen voor het opnieuw verzilveren.

John Donavan Strong (foto), een jonge natuurkundige aan het California Institute of Technology, ontwikkelde een techniek om een spiegel te coaten met een veel duurzamere aluminiumlaag door middel van thermische vacuümverdamping. In 1932 werd hij de eerste die een spiegel "aluminiseerde"; Drie jaar later werden de 60-inch en 100-inch telescopen de eerste grote astronomische telescopen waarvan de spiegels gealuminiseerd waren. In 1948 werd de 200-inch Hale-reflector op Mount Palomar voltooid, de grootste telescoop ter wereld tot de voltooiing van de enorme 605 cm BTA-6 in Rusland zevenentwintig jaar later.

Actieve optica

In de jaren tachtig werden twee nieuwe technologieën geïntroduceerd voor de bouw van grotere telescopen en het verbeteren van de beeldkwaliteit: actieve optica en adaptieve optica. Bij actieve optica detecteert een beeldanalysator enkele malen per minuut de aberraties van een sterbeeld, waarna een computer diverse krachten op de primaire spiegel en de positie van de secundaire spiegel aanpast om de optiek in optimale vorm en uitlijning te houden. Dit proces is te traag om atmosferische onscherpte te corrigeren, maar maakt het gebruik van dunne, enkelvoudige spiegels met een diameter tot 8 meter, of zelfs grotere, gesegmenteerde spiegels, mogelijk. Deze methode werd eind jaren tachtig als eerste toegepast door de ESO New Technology Telescope (foto).

In de jaren negentig verscheen een nieuwe generatie gigantische telescopen die gebruik maakten van actieve optica, te beginnen met de bouw van de eerste van de twee 10 meter Keck-telescopen in 1993. Andere gigantische telescopen die sindsdien zijn gebouwd, zijn onder andere: de twee Gemini-telescopen, de vier afzonderlijke telescopen van de Very Large Telescope en de Large Binocular Telescope.

Adaptieve optica

Adaptieve optica gebruikt een vergelijkbaar principe, maar past correcties honderden keren per seconde toe om de effecten van snel veranderende optische vervorming als gevolg van turbulentie in de aardatmosfeer te compenseren. Adaptieve optica werkt door de vervormingen in een golffront te meten en deze vervolgens te compenseren door snelle veranderingen van actuatoren die worden toegepast op een kleine vervormbare spiegel of met een filter met vloeibare kristallen. AO werd voor het eerst bedacht door Horace W. Babcock (foto) in 1953, maar werd pas algemeen gebruikt in astronomische telescopen toen de vooruitgang in computer- en detectortechnologie in de jaren negentig het mogelijk maakte om de benodigde compensatie in realtime te berekenen. Bij adaptieve optica betekenen de benodigde snelle correcties dat een vrij heldere ster zeer dicht bij het doelwit nodig is (of dat een kunstmatige ster wordt gecreëerd door een laser). Bovendien zijn de correcties bij een enkele ster of laser alleen effectief over een zeer smal gebied (tientallen boogseconden), en de huidige systemen die op verschillende telescopen van 8-10 meter werken, maken voornamelijk gebruik van nabij-infrarode golflengten voor waarnemingen van afzonderlijke objecten.

Bronnen

- Wikipedia
- ESO
- NOVA
- Johns Hopkins University
- Science museum group collection
- Researchgate
- Science photo library
- Fine art storehouse

Astropolis respecteert logischerwijze de auteursrechten, maar het blijkt helaas niet altijd mogelijk om te achterhalen wie de rechtmatige eigenaar is van betreffende foto of video. Bent u de eigenaar en maakt u bezwaar ? Neem dan gerust contact met ons op !