istorijat optičkih instrumenata

Univerzitet u Novom Sadu Prirodnomatematiki fakultet Departman za Fiziku

Istorijat optikih instrumenata

Seminarski rad iz predmeta ISTORIJSKI RAZVOJ FIZIKE

Ime, prezime i broj indeksa studenta: Profesor : Miodrag Krmar

Filip Uljarevi 156/10

Novi Sad, februar, 2012.


SADRAJ1. UVOD..................................................................................................................................... 3 2.OPTIKI INSTRUMENTI ISTORIJAT ................................................................................ 4 2.1 Naoare ................................................................................................................................. 5 2.2 Teleskop ............................................................................................................................... 8 2.2.1 Istorijat teleskopa........................................................................................................... 9 2.2.1.1 Teleskop Habl ........................................................................................................... 14 2.3 Mikroskop .......................................................................................................................... 15 2.3.1 Istorijat mikroskopa ..................................................................................................... 16 2.3.1.1 Antoni van Levenhuk ............................................................................................... 17 2.3.1.2 Kasnija dostignua.................................................................................................... 18 2.3.1.3 Princip rada ............................................................................................................... 19 LITERATURA ......................................................................................................................... 20

.

2


1. UVODOptika je grana fizike koja proucava svjetlost i osobine svjetlosti, optike instrumente i talasnu prirodu svjetlosti.Postoje dvije glavne grane optike, a to su fizikalna i geometrijska.Fizikalna optika se bavi prirodom i osobinama same svjetlosti, geometrijska optika se bavi principima koji omogucavaju stvaranje likova i slike preko soiva, ogledala prizmi i drugih instrumenata koje koriste svjetlost.Takoe ukljuuje optiko procesovanje podataka koje se sastoji od manipulacije informacije slike nastale preko nekog optikog sistema. U poetku pojam optika je bio sinonim za oko i vid.Kasnije kada su se razvila optika soiva i drugi instrumenti koji pomau i poboljavaju vid, a koji dobijaju ime optiki instrumenti, znaenje pojma optika se iri na bilo koju primjenu svjetlosti, ak i ako kranji receptor nije oko nego fiziki detektor kao to je fotoaparat ili televizijska kamera. Optiki instrumenti daju umanjene ili uveane slike predmeta tako da poveavaju vidni ugao pod kojim gledamo bliske male predmete, ili udaljene velike predmete.To su naoare, teleskop, mikroskop, ali i fotoaparat,projektor,grafoskop...

3


2. OPTIKI INSTRUMENTI -IstorijatStari feniani su kuvajui pijesak otkrili staklo oko 3500 godine prije nove ere, ali trebalo je proi dugo vremena posle toga kako bi covek mogao oblikovati prva soiva i uptrijebiti ih za pravljenje sloenih optikih instrumenata. U jako burnoj davnoj prolosti ostalo je zabiljeeno nekoliko upotreba najprostijih optikih instrumenata,tako je neko uzeo komad transparentnog kristala i primjetio da predmeti posmatrani kroz njega izgledaju vei.Takoe neko je primjetio da komad takvog kristala moe fokusirati suneve zrake i na taj nain zapaliti pergament ili deo odjee.Poveala,, zapaljujua stakla ili ,,uveliavajua stakla su bili pominjani u spisima Seneke, rimskog filozofa u prvom vijeku nove ere. Stari kinezi su koristili ravne komadie stakla radi smanjenja odbljeska, mada time nisu poboljavali karakteristike vida.Pria se da je rimski imperator Neron koristio komad smaragda kroz koji je posmatrao borbe glaijatora, mada je to verovatno radio zbog dobijanja razliitih boja , a ne da bi bolje vidio. Od najranijih dana u Aleksandriji kada je strogrki naunik Euklid opisao refleksiju svjetlosti,ljudi su sve vie postajali opinjeni svjetlou i njenim zakonima sto je dovelo do sve veeg razvoja ljudke misli a samim tim i do razvoja optikih instrumenata Arapski naunici su imali dosta uspeha u poetnim izuavanjima optike.Evropski monasi su sa druge strane, razvili tzv ,, kamenie za itanje sastavljene od tankih komadia providnog materijala berila i kvarca. Najraniji pioniri u optici su pravili dosta gruba soiva i ogledala, daljim usavravanjem i finom obradom dobili smo ogledala i soiva koja su se mogla koristiti za pravljenje optikih instrumenata koji su viestruko poboljavali optike karakteristike oka.Prvobitni sloeni optiki instrumenti kao to su mikroskop i teleskop su uveavali optike karakteristike oka svega nekoliko desetina puta ali sve veim razvojem dolo smo do monih instrumenata kao to je elektronski mikroskop ili Nasin teleskop Hubble.

4


2.1 NAOARENaoare su neizostavni deo naeg svakidanjeg ivota. Istorija naoara obuhvata period od otprilike 600-700 godina do dananjeg dana, iako nije sporno da su bili pojedinci kojima su bile nephodne i tokom prethodnih vekova. Ko, kada, i kako je izumio naoare? injenica je da su uslovi nastanka naoara sa znanjem optike ve odavno bili poznati, no do pronalaska je dolo dosta vremena kasnije. Prvi podaci poticu iz 2000 g. p.n.e iz Ninivee. Ova soiva bila su polirana iz kvarcnih kristala. Otkrio ih je arheolog Sir Austin Henry Layard na poetku 19. veka. Soiva iz ninivee bile su jaine oko 10 dioptrija. Objekte slinih karakteristika nalazili su i na drugim mestima: meu ruevinama Pompeja i u Tyrusu u Feniciji. esto su na objektima nalazili rupice koje su sluile za privrivanje, u koje su stavljali konu traku, no u nekim sluajevima naeni su tragovi ostataka i bakarnih i zlatnih okvira. Ova soiva koriena su na odei vie kao ukras nego kao optika sredstva, jer su ovi polirani kristali bili veoma slabo providni. U rimskom carstvu klesai su koristili polirani emerald za promatranje detalja kada su im se oi umorile. Uglavnom se smatra da nije bilo naprava za korekciju vida kod starih Egipana , Grka ili Rimljana.To se barem potvruje iz pisma jednog vienijeg Rimljanija koji u svom pismu izaziva aljenje zbog gubitka vida , i to vie ne moe da ita sam za sebe, nego to moraju da rade njegove sluge umjesto njega. U III. veku paralelno sa propadanjem rimskog carstva, iri se hrianstvo. Carstvo se raspalo na dva dela, crkva nastoji proiriti svoj rastui uticaj u svim pravcima, vatrom i maem unitavaju tzv "Paganska" grko-rimska kulturna dostignua. Nastaje razdor u hronolokom redosledu razvoja, to e iznenaujuom brzinom irei islam, prednje Azijsko - Severno Africko, znanje prosleeno arapskim naunicima, dopuniti razvoj znanja. Optika zapaanja i iskustva koje su oni razvili, nose dalje napredak koje je tek kasnije preuzela srednjo vekovna hrianska Evropa od IX-X veka. U arapskom svetu veliki naglasak su stavili na matematiku, prirodne nauke i znanja u okviru ove nauke - optiku. Znali su da su boje sastavljene od njihovih komponenata. Izvanredno dostignuce iz IX. veka je optika Alhazana, otkriveno je da zraci svetla ne polaze iz oka ve se kreu od objekta, a oko je samo prijemnik. Poznavao je i zakon refleksije. Optika Alhazana sastojala se iz tri dela. Prvi i drugi deo bavili su se anatomijom, okolnostima vida, prepoznavanjem boja i objekata, dok se trei deo bavio optikim varkama, razlikama gledanja sa jednim i dva oka , zatim bavio se zakljukom da se oivieni sloj povrinskog i sfernog iseka iz staklene kugle plankonveksno soivo moe koristiti za uveliavanje slova. Ovo je bio tzv kamen za itanje, koji su monasi iz manastira sa oslabljenim vidom koristili prilikom prepisa kodeksa ili crtanja inicijala. Za pronalazaa uveliavajueg soiva smatramo franjevakog monaha Rodera Bejkona (1214-1294) . Po njegovom shvatanju ljudima sa oslabjenim vidom, naroito starijima plankonveksna soiva mogu biti od velike koristi za poboljanje vida. Svoja uenja nije 5


mogao iriti nesmetano, konfrontirao se sa crkvom pa je 40 godina bio pod njihovim strogim nadzorom. Njegova dela su uglavnom zaboravljena, do razmatranja dolo je mnogo kasnije. Prve naoare su prema zabiljekama Dominikanskog fratra Djordana od Pize(1255 - 1311) napravljene u Italiji.Obino se spominju Alessandro della Spina kao prvi izumitelj naoara ili kao prvi koji je javno predstavio svoj izum.Vec 1301 u Veneciji su se pojavili esnafi koji su prodavali naoare.

prvobitne naoare

Mada je bilo i tvrdnji da je naoare ustvari patentirao Salvino D'Armate, meutim takve tvrdnje su odbacene i oznaene su kao najobinija podvala.Dalje postoje tvrenja da je Marko Polo naiao na naoare tokom putovanja u Kinu u 13 vijeku, mada ne postoji takva izjava u njegovim izvjetajima.Kasnije je u nekim pisanim izvorima iz Kine pronaeno da su se naoare u toj zemlji pojavili tek u 15 vijeku i to da su naoare uvezene. Naoare su veoma brzo stekle veliku popularnost.Godine 1289 jedan italijanski pisac po imenu Sandro od Popoze belei da je nedavni izum ,,dobro doao siromanima (ukljuujui i njega samog) kojima je oslabio vid.Do 1326 naoare su bile dostupne najirim masama.Italijanu su ih nazivali lentile, zato to su podseale na semenke-odatle potie i enlgleska re lens(soivo). Naoare nisu bile od neke pomoi kratkovidima , poto su se soiva koja ispravljaju kratkovidost pojavila tek u 16 vijeku , a bile su i prilino skupe.Optika soiva ispravljaju refrakcijske nedostatke oka kao to su: kratkovidost (miopija) , dalekovidost (hiperopija) , astigmatizam i prezbiopija. U refrakcijske greke oka spadaju kratkovidnost, dalekovidnost, prezbiopija i astigmatizam. Kratkovidne osobe dobro vide bliske objekte, a udaljeni objekti su im zamagljeni.S dalekovidnim osobama je suprotno, one imaju problema prilikom psmatranja predmeta na blizinu. Dok je uzrok kratkovidnosti prevelika duina one jabuice, dalekovidnost nastaje zbog toga to je ona prekratka sto uzrokuje prelamanje zraka iza take jasnog vida , dok je kod suprotno , zraci se prelamaju ispred take jasnog vida Astigmatizam je refrakcijska grela oka takoe nazivana cilindar. Nastaje zbog nepravilno zakrivljene ronice, koja zrake svjetla ne lomi u svim meridijanima jednako, a ponekad i zbog nepravilno zakrivljenog onog soiva. Ako svetlost takastog izvora ulazi u soivo pod odreenim uglom u odnosu na optiku osu, ina daljina zraka koji lee u tancencijalnoj ravni (ravan koja sadri i optiku osu i takasti objekat iju sliku posmatramo) razlikovati e se od ine daljine zraka koji su normalni na tangencijalnu ravan (tzv. transverzalni zraci). To znai

6


ako pokuavamo da posmatramo krst, vertikalna i horizontalna linija krsta e izgledati otro (u fokusu) na razliitim inim daljinama (na razliitim udaljenostima od soiva). Drugi razlog pojavljivanja astigmatizma je soivo koje nije potpuno simetrino u odnosu na optiku osu. U ovom sluaju astigmatizam se javlja i kod zraka koji lee na samoj optikoj osi.

Astigmatizam Poremeaj kod kojeg osoba ne moe fokusirati sliku koja se nalazi blizu naziva se prezbiopija. Pojavljuje se s godinama, a veina osoba izmeu 40. i 50. godine primjeti da tekstove smjetene blizu oiju vie ne moe itati. Oblik soiva ovisi o greci koju ispravljaju. Tako se kod kratkovidnosti koriste konkavna soiva, kod dalekovidnosti konveksna, kod astigmatizma cilindrina stakla, a pacijenti s kombinacijom refraktivnih greaka nose naoare s vie fokusa. Iako se prema svemu sudei naoare koriste ve od 13 vijeka princip njihovog rada je bio dugo nepoznat.Tek je Johan Kepler (1571-1630) 1606 predstavio tano objanjenje zato soiva otklanjaju refrakcijske nedostatke oka. Ameriki naunik Bendamin Frenklin (1706-1790) koji je patio i od dalekoovidosti i kratkovidosti izumio je bifokalne naoare. U okviru su se nalazila po dve dve polovine soiva podjednaka sa sredinjim poloajem. Sa ovim je bilo omoguceno da sa jednim naoarama se moglo pisati, itati i raditi Prva soiva za otklanjanje astigmatizma je konstruisao Engleski astronom George Airy 1825. Tokom vremena konstrukcija ramova za naoare je takodje evulirala , rane naoare su se morale drat vrsto jednom rukom ili su konstatno morale biti pritiskane uz nos ili se koristia obina vrpca koja bi se vezivala oko glave i na taj naion pridravala naoare.Tek u 18 vijeku se pojavljuju naoare sa metalnim okvirima.Danas se ramovi prave od mnogo lakih materijala koji su prije bili nepoznati kao to je naprimer titanijum.

7


2.2 TELESKOPTeleskop (grki: tele = daleko, skopein = gledati) je optiki instrument namenjen posmatranju udaljenih objekata. Teleskop sakuplja i fokusira elektromagnetno zraenje tako da poveava izgled tela koja se posmatraju. Teleskopi se koriste u neastronomske svrhe i to kod: dvogleda, durbina, kamera. Osnovni optiki deo teleskopa je objektiv, ija je funkcija da prikupi to vie svetlosti. Zavisno od toga da li je objektiv soivo ili ogledalo, optiki teleskopi se dele na refraktore i reflektore. Poznati tipovi teleskopa su: Keplerov refraktor, Njutnov reflektor, Gregorijev reflektor, Kasegrenov reflektor, itd. Pod teleskopom se najee misli na optiki teleskop, ali postoje i teleskopi koji prikupljaju zraenje iz nekog drugog dela spektra elektromagnetskog zraenja. Radio teleskopi koriste radio antene, a postoje i teleskopi za gama-zrake. Svaki teleskop sastoji se od tubusa (teleskopske cevi), objektiva i okulara. Svetlost ulazi na strani objektiva, a izlazi kroz okular, gde promatra naslanja oko. Teleskop je montiran na montau (postolje), a moe imati i pomoni paralelni mali durbin, tzv. trailac, za lake traenje objekta koji elite da videti i snalaenje meu mnotvom zvezda koje vidite u okularu. Svetlost prolazi teleskopom, sabira se objektivom i zatim prolazi okularom. Slika zvezde nastaje u ii gde se zraci skupljaju. Okular je soivo (tanije sistem soiva) kroz koju posmatramo nastalu sliku. Neki teleskopi imaju soivo kao objektiv: zovu se refraktori jer kod njih slika nastaje prelomom svetlosti (refrakcijom) na povrinama soiva. Delimo ih na refraktore Galilijevog tipa, refraktore Keplerovog tipa, ahromate i apohromate. Kod refraktora Galilijevog tipa objektiv je rasipno (konkavno) soivo, a kod Keplerovog tipa je sabirno (konveksno) soivo. Ahromati imaju objektiv sastavljen od dva optika elementa, dva soiva. A apohromati imaju objektive sastavljene od vie soiva - kvalitetno, ali i skuplje reenje. Druga vrsta teleskopa ima ogledalo kao svoj objektiv - to su reflektori. Kod njih slika nastaje odbijanjem, refleksijom na povrini ogledala. U estoj je upotrebi reflektor Njutnovog tipa, kojeg je prvi konstruisao Isak Njutn. Postoje jo drugi tipovi reflektora: Gregorijev, Kasegrenov, Herelov tip, i modernija Rii-Kretjen konstrukcija teleskopa. Katadiopteri su slini reflektorima iako imaju neto drukiju konstrukciju. Skupljaju svetlost pomou soiva i ogledala, a glavna prednost im je kompaktnost. Primeri su mitova kamera, mit-Kasegrenov teleskop, teleskop Maksutova.

8


2.2.1 Istorijat teleskopaOtkrie teleskopa se obino vezuje uz ime Hans Lipershey (1570 1619),holandskom optiaru,koji je svoj izum predstavio 1608 , mada on gotovo sigurno nije bio prvi koji ga je napravio.Ono to je sigurno je da je bio prvi koji je svoj izum predstavio iroj javnosti i tako teleskop uinio iroko rasprostanjenim instrumentom. Teleskop koji je Hans Lipershey predstavio javnosti je bio refraktorski tj koristio je soiva kako bi dobio uveanu sliku.Liperhey je do svog otkria moda doao sam medjutim postoje mnoge prie u vezi sa njegovim otkriem.Postoji verzija po kojoj je posmatrao dvoje djece koja su se igrala sa soivima u njegovoj optiarskoj radnji i komentarisala kako vetrokaze na krovima udaljenih zgrada vide uveana kada ih posmatraju kroz dva soiva.Po jednoj prii on je samo kopirao neiji drugi izum.Lipershiev originalni instrument se satojao ili od dva konveksna soiva tako da je dobijao izvrnutu sliku ili od konveksnog objektiva i konkavnog okulara tako da je mogao dobiti uspravnu sliku.Njegov teleskop je imao uveanje od svega 3 puta.On je prijavio svoj patent Holandskom udruenju a svoj istrument je u slobodnom prevodu nazvao ,, za gledanje udaljenih stvari kao da su blizu.Rije teleskop e tek 3 godine kasnije skovati Giovanni Demisiani. Pominju se imena Jacob Metius(1571-1631) i Zacharias Janssen(1580 -1638) kao mogui pronalazai teleskopa, koji su takodje bili Holanani koji su u gotovo isto vrijeme objavili svoja otkria, pa se jo uvijek vodi polemika ovo pravog pronalazaa.Ono to je sigurno da je ovaj instrument uao u iru upotrebu iz Holandije.

Ovo otkrie se ubrzo proulo irom Evrope ,pa je tako stiglo i do Italije tj do velikog Italijanskog naunika i koga mnogi smatraju ,,ocem nauke po imenu Galileo Galilej ,koji se tada nalazio u Veneciji.On je odmah po povratku u Padovu iz Venecije na osnovu skica koje 9


je dobio konstruisao svoj teleskop. Galilejev teleskop je u stvari cev u koju je na jednom kraju ugraeno konveksno, a na drugom konkavno soivo. Prvo je objektiv, tj. primarno soivo i ono slui da sabere to vie svetla od posmatranog objekta. Drugo je okular, mesto gde se putanja zraka koriguje kako bi se uputili ka oku posmatraa. Galilejev teleskop je bio optereen manama. Imao je hromatsku i sfernu aberaciju, stakla su mu zbog loe tehnologije bruenja bila puna sitnih pukotina te su rasejavala prikupljeno svetlo. Ali svoju slavu ovaj teleskop je zasluio time to je to bio prvi astronomski teleskop i to je Galilej sa njim doao do velikih i za istoriju astronomije, pa i itave nauke, veoma znaajnih otkria. Galilej je s njim video reljef Meseca, mene Venere, otkrio je etiri Jupiterova satelita, te da je Mleni Put sainjen od zvezda. Svako to otkrie udaralo je temelj modernoj astronomiji i menjalo pogled oveka na vasionu, Zemlju i sebe samog.

ema Galilejevog teleskopa Prvi teleskop koji je Galileo napravio je uveavao 3x, kasnije je usavravao svoj instrument da bio dobio poveanja od 30x.Galilejev teleskop je bio prvi koji je zaista tako nazvan tj uveden je nativ ,,teleskop(tele=daleko,skopein=gledati).Ovaj izum donio je veliki ugled Galileju pa je tako primljen u Italijansku akademniju nauka tzv ,, Accademia dei Lincei.Godina 1609 se smatra poetkom moderne astronomije pa je tako 2009 progaena godinom astronomije u ast Galilea, kao 400 godina od njegovog velikog otkria. Godine 1611 Johan Kepler je prvi teorisjki objasno prednosti koje bi imao teleskop u kome bi se koristila dva konveksna soiva.Prvi koji je napravio teleskop te vrste je bio Jezuitski svetenik Christoph Scheiner(1573-1650).Prednosti ovakvog teleskopa je detaljno objasnio Engleski astronom William Gascoigne (16121644), a to je da svjetlost koju prikuplja objektiv konvergira ka oku zbog konveksnog soiva okulara i da je zbog toga mnogo vei ugao gledanja nego kod Galilejevog teleskopa,mada je slika obrnuta,ali to i nema neki znaaj kada su u pitanju astronomska posmatranja.Takoe ovakav teleskop bi davao mnogo vea uveanja nego Galilejev ali da bi se nadjala aberacija soivo objektiva bi moralo biti jako velikih dimenzija.Prvi monij teleskop na osnovu Keplerove eme je napravio Christiaan Huygens (1629-1695) poslije mnogo napornog rada.Njegov teleskop je imao objektiv prenika 2.24 ina (57mm) i 12 stopa (3.7 m) inu daljinu i pomou njega je otkrio Saturnov satelit Titan 1655.U svom djelu "Systema Saturnium" je po prvi put dato pravo objanjenje Saturnovog prstena , koji je takodje posmatrao pomou svog instrumenta. 10


Otrina slike kod Keplerovskih teleskopa je bila limitiran zbog hromatske aberacije, koja je posebno dolazila do izraaja kad bi se traila vea uveanja.Jedini nain je bio da se prave teleskopi jako velikih dimenzija sa jako velikom inom daljinom i velikim tubusom.Tako je astronom Giovanni Cassini otkrio peti Saturnov satelit(Rhea) 1672 sa teleskopom koji je bio dug 35 stopa(10.7 m).Ako bi npr dijametar htjeli poveati 2 puta ina daljina je morala biti 4 puta vea,znai ila je kvadratno a to je opet znailo veu duinu tubusa.Astronom Johannes Hevelius(1611-1687) je konstruisao telekop ogromnih dimenzija koji je imao inu daljinu od 150 stopa(45metara) i koji je najvjerovatnije najdui teleskop do tad.Takvi telekopi su zahtjevali izgradnju dodatnih skela koji bi pridravali i bili su vrlo nepraktini za astronomska osmatranja zbog nestabilnosti i estih vibracija koje bi javljale usled ogromnih dimenzija. U drugoj polovini 17 vijeka se pojavljuju bez tubusni teleskopi(vazduni teleskopi), ciji se izum pripisuje brai Christian Huygens i Constantijn Huygens, mada nije potpuno jasno jesu li oni prvi patentirali ovaj izum. Christian Huygens i njegov brat su napravili objektiv od 8.4 ina(220 milimetara) u preniku sa inom daljinom od 210 stopa (64 metra).Ovakav teleskop nije imao tubus, objektiv je bio privren za pokretni zglob koji bi se nalazio na nekom stubu,zgradi ili bilo kojem drugom uzvienju dok bi u rukama posmatra drao okular koji je je sa objektivom bio povezan icom ili kanapom.Princip rada je opisan u Hajgensovom djelu ,,Aeral Telescope.Teleskopi koji su pravljeni na ovaj nain su mogli imati jako veliku inu daljinu, tako je Adrien Auzout(1622-1691) napravio teleskop sa inom daljinom od 600 stopa(180m).Prirodno korienje ovakvih teleskopa je zahtjevalo vjetinu i veliko strpljenje i bilo je prilino zamorno pa su astronomi bili prinueni da trae bolje alternative. Prvi teleskopi bili su optereeni mnogim optikim manama. Hromatsku aberaciju savladao je Isak Njutn(1642-1727). Do ovog deformisanja dolazi zato to se svetlosni zraci razliitih talasnih duina pri prolasku kroz soivo razliito prelamaju pa je posmatrani objekt po ivicama zamuen i obojen. Njutn je problem izbegao tako to je umesto soiva upotrebio ogledalo. Zakrivljeno ogledalo reflektuje (zato se takvi teleskopi nazivaju kratko: reflektori) prikupljeno svetlo i usmerava ga na drugo (sekundarno) ogledalo koje opet alje svetlo u

11


okular.Njutn je svoj pronalazak objavio 1704 godine i to je svakako otvorilo vrata mnogo monijim teleskopima koji e moi uveavati i po nekoliko hiljada puta.

Replika Njutnovog teleskopa prezentovanog Kraljevskom Udruenju 1672 Kako sad svetlo nije prolazilo kroz staklo nije vie postojala hromatska aberacija. Odnosno ona je jo uvek postojala pri prolasku svetla kroz okular, ali u sasvim zanemarljivoj kolilini. Meutim, ovaj Njutnov teleskop je jo uvek bio optereen sfernom aberacijom. Reenje je bilo u bruenju ogledala sa veim centralnim zakrivljenjem, tj. u bruenju ogledala parabolinog oblika, a to je u ono vreme bio suvie velik izazov za samograditelje teleskopa. On lino, sam je brusio ogledalo za svoj teleskop, koristei tzv. Njutnove prstenove za procenu kvaliteta optike za svoj teleskop, te je tako bio u stanju da napravi jedan novi astronomski instrument, superioran u odnosu na tadanje refrakcione teleskope.Sekundarno dijagonalno ogledalo je postavljeno blizu fokusa glavnog da reflektije zrake ka okularu koji se nalzio sa strane teleskopa.Umesto stakla za svoja ogledala je koristio meavinu bakra i kalaja.Ovakav tip teleskopa je nazvan Njutnovksi teleskop,i dan danas telekopi koji rade po ovom principu nose to ime.

Ubrzo po pojavljivanju Njutnovog teleskopa, pojavio se katoliki svetenik po imenu Laurent Cassegrain(1629-1693) koji je predstavio svoj tip reflektorskog teleskopa.On je koristio malo konveksno hiperbolino ogledalo kao sekundarno , koje je bilo smjeteno blizu 12


glavnog fokusa i tako bi sekundarno ogledalo reflektovalo svetlost kroz centralnu upljinu glavnog ogledala.Ime ovog pronalaa je medjutim ubrzo zaboravljeno,ali se njegove ideje i dan danas koriste kod katadioptrikih teleskopa.

Godine 1740 Britanski matematiar i optiar James Short(1710-1768) je napravio prva perfektno iskrivljena parabolina i eliptina ogledala koja su svakako idealna za reflektorske teleskope.On se prvo kolovao za crkvu ali je svojim talentom privukao panju jednog profesora matematike na lokalnom univerzitetu koji mu je dozvolio da koristi prostorije univerziteta za svoje eksperimente. James Short je prvo svoja ogledala pravio od stakla al je kasnije preao na metal.Kasnije je usvojio pravljenje teleskopa kao svoju profesiju i tokom ivota je napravio oko 1360 ovakvih instrumenata. Njutnov fundametalni pricnip kod reflektorkih teleskopa je ostao isti.Glavna promjena se deslia u veliini reflektujueg ogledala,od 6 ina u preniku koliko je koristio Njutn do 6 metara (236 ina) koliko je imalo ogledalo teleskopa Specijalne Astrofizike Opservatorije u Rusiji 1974. Refraktorskim teleskopima najvei problem bio hromatska aberacija tj nejednako prelamanje svetlosnih zraka razliitih talasnih duina, pa se pokualo doi do soiva koje bi sve nijanse bele svetlosti fokusiralo u jednoj taki.Prva osoba koja je uspjela da konstruie prvo ahromatsko soivo je bio Chester Moore Hall(1703-1771).On je doao na ideju da bi se tako soivo moglo napraviti ako bi se koristili materijali razliitih optikih karakteristika(indeksa prelamanja).Nakon mnogo uloenog rada uspio je napraviti takvo soivo koristei dvije vrste stakla razliitih indeksa prelamanja,1733 je uspio napraviti i teleskop koristei takvo soivo sa relativno kratkom inom daljinom od 51 cm.Kasnije je Hall bio optuen da nije prvi koji je otkrio ahromatsko soivo.Peter Dolland je 1765 predstavio objektiv sainjen od 3soiva, dva konveksna i izmedju njih jedno konkavno. Neprektina ogledala od metala kod reflektora i sve vei napredak ahromatskih soiva doveo je do konstrukcije ogromnih refraktorskih teleskopa kulminirajui sa teleskopom koji je nazvan ,,Great refractor u observatoriji u Beu, a 1897 je dosegnuo svoj maksimalni limit sa 13


prenikom od 49,2 ina(1,25 metara), to je bio teleskop napravljen u opservatoriji ,,Yerkes a imao je 40 ina(101,6 cm) u preniku.Vei teleskop nije bilo mogue napraviti zbog gravitacijskih efekata na soivo, jer u tom sluaju bi dolo do deformacije soiva i krivljenja slike.

2.2.1.1 Teleskop HablSvemirski teleskop Habl (HST) je projekat nastao saradnjom Nase i Evropske svemirske agencije. Teleskop se nalazi u orbiti oko Zemlje i snima 5 puta kvalitetnije slike svemirskih tela i pojava, kao i mnotvo naunih informacija. Promatranja se mogu izvoditi u vidljivom, infracrvenom i ultraljubiastom delu spektra. Habl je na mnoge naine izmenio ljudsko razmiljenje o svemiru doneo je revoluciju u modernu astronomiju i to ne samo kao vrlo dobar instrument, ve i kao stalan podsticaj novim istraivanjima. Smeten je na 600 km visine uz pomou svemirskog atla. Zemlju obilazi pod nagibom od 28,5, i napravi pun krug za proseno 96 minuta.

Slanje teleskopa u orbitu je bila zamiljeno puno pre lansiranja Hablovog teleskopa u svemir. Pa ipak nauka i tehnologija su napredovali toliko da su ljudi mogli poslati teleskop u orbitu. Gradnja je zapoeta 1977. godine a odlueno je da se teleskop nazove po Edwinu Hubbleu. Teleskop je zavren 1985., a nakon odlaganja zbog katastrofe elendera 1986., teleskop je lansiran 1990. godine. Uskoro, nakon prvih snimaka, bilo je jasno da s Hablom neto nije u redu. Slike su bile mutne i nisu se mogle fokusirati. Sa sledeim letom atla greka je popravljena - ogledalo je zamjenjeno novim. Zatim slike koje su usledile bile su bolje od svih do tada. Usledile su jo misije servisiranja SM2 u 1997. godini, SM3 u 1999. godini. Hablov svemirski teleskop je postavljen u krunu orbitu oko Zemlje na visini od 600 km. Srce teleskopa ini 2,4 metarsko ogledalo. Teak je oko 10 tona a veliine kao manji autobus. Energiju dobija iz solarnih ploa dimenzija 2.6 x 7.1 metara koje mu daju energiju potrebne 14


za rad. Deo energije se akumulira u 6 nikal-vodikovih baterija koje mu daju energiju dok je u Zemljinoj senci. Teleskop ima dve antene. Jednu za primanje naredbi sa Zemlje a drugu za slanje podataka na Zemlju. Habl, naravno, ima sistem za ispravljanje poloaja, i precizne iroskope koji pomau u vrlo preciznim merenjima. Habl moe pomou 4 instrumenta snimati u rasponu od infracrvenog pa sve do ultraljubiastog dela spektra. Uz jednu kameru ima dva kombinovana ureaja spektrograf kombinovam s kamerom. Lako se moe popraviti u svemiru, bez potrebe vraanja na Zemlju. Sastoji se od puno odvojenih modula koji se mogu lako zameniti i odvojiti.

2.3 MIKROSKOPMikroskop (grki: micron = mali i scopos = ciljanje) je instrument za posmatranje predmeta koji su previe mali da bi se mogli videti golim okom. Nauka istraivanja malih predmeta koristei ovakve instrumente se naziva mikroskopija, a termin mikroskopski ima znaenje veoma mali, slabo vidljiv golim okom. Najuobiajeni tip mikroskopa - ujedno i prvi koji je pronaen - je optiki ili svetlosni mikroskop. Ovo je optiki instrument koji sadri jedno ili vie soiva koja proizvode uveanu sliku predmeta postavljenog u inu ravan soiva. Gornji sistem soiva u cevi se naziva okular i kroz njega se posmatra dati objekat. Ukoliko mikroskop ima dva okulara, tada je binokularni. Donji sistem soiva je objektiv i okrenut je prema objektu koji se posmatra. Ogledalo se nalazi ispod objekta i prima svetlosne zrake. Neki mikroskopi u tu svrhu mogu imati lampicu. Svetlosni mikroskop uveava do 4.000 puta. Poseban tip je mineroloki mikroskop koji se koristi za identifikaciju minerala i slian je prethodnom. Razlikuje se po nekim sastavnim delovima kao to su polarizacioni filteri. Od minerala se isee veoma tanka ploica i kroz nju se propusti svetlosni zrak. Taj proputeni zrak se polarizuje po prolasku kroz filtere. Poto svaki mineral poseduje razliite polarizacione osobine, na ovaj nain je mogue identifikovati mineral u sklopu aglomerata ili stene. Od ostalih mikroskopa treba pomenuti jo i elektronski mikroskop ije uveanje moe biti i jedan i po miliona puta. Ovakav mikroskop je veoma skup i koristi se u naunim laboratorijama, a za rukovanje njime potrebna je obuka.

15


2.3.1 Istorijat mikroskopaIzum mikroskopa je jedno od najupeatljivijih otkria u ljudskoj istoriji, instrumenta koji je omoguio da se kombinacijom soiva dobije uveana slika siunih predmeta.Uinio je vidljivim fascinatne detalje mikrosvijeta. Pravog pronalazaa mikroskopa je gotovo nemogue otkriti ali u literaturi se obino pominju Zacharias Jannsen(isti onaj koji se pominje kod teleskopa) i njegov sin Hans Jansen koji su bili Holandski optiari.Oni su eksperimentisali sa vie soiva koja su bila postavljena u neku cijev i primjetili su da se objekti koji su se nalazili ispred cijevi prilikom gledanje kroz cijev pojavljuju znatno uveani.Ovo njihovo otkrie je svakako doprinjelo daljem razvoju i pojavi sve sloenijih mikroskopa. Smatra se da je Galileo 1610 koristio teleskop na veoma malim udaljenostima kako bi vidio delove insekata.On je ustvari kasnije 1624 prepravio svoj teleskop i tako dobio sloeni mikroskop, koji je kao i teleskop imao jedno konkavno i jedno konveksno koje je bilo smjeteno u cevi.Jedan od ovih instrumenata je poslao kardinalu Zollern-u te iste godine dok je jo jedan takav instrument poslao Federico Cesi-u.Tek je za Galileov instrument prvi put upotrijebljen naziv ,,mikroskop termin koji je skovao Giovanni Faber(1574-1629), Galileo je svoj instrument zvao ,,occhialino ili u prevodu ,,malo oko. Ilustracije insekata koje su napravljene pomou Galilejvog mikroskopa je najstarija zabiljeena primjena sloenog mikroskopa. Slava koju je ponio Galilejev optiki instrument je podstakla druge istraivae, tako su se ubrzo pojavili mikroskopi Keplervovkog tipa sa dva konveksna soiva koji su davali obrnutu sliku.U drugoj polovini vijeka znaajan doprinos su dali italijanski optiari Eustachio Divini (1610-1685) i Giuseppe Campani (1635-1715), dok je u Engleskoj izuzetan nivo dostigao Robert Hooke(16351702).Ova sprava je postala glavna igraka bogate aristokratije u Evropi koji su je koristili samo radi zabave.Medjutim optike karakteristike ovih instrumenata su ostale jako slabe sve do prve polovine 19 vijeka prije svega zbog sferne i hromatske aberacije.

Galilejeve ilustracije insekata

Otkrie mikroskopa i razvoj mikroskopije omoguilo je ulazak u svijet mikroorganizama to e svakako igrati kljunu ulogu u razvoju ostalih prirodnih nauka pogotovo biologije i medicine.Robert Hooke je 1665 posmatrao pod mikroskopom komadie plute.Uoio je veliki broj komorica koje su podseale na pelinje sae i koje su medjusobno odvojene tankim pregradama.Komorice naziva elije(cells) i taj se naziv zadrao do danas.Hooke je napisao 16


knjigu Microcraphia(sitno crtanje) u kojoj je opisano miskroskopiranje koje je vrio kao i crtei onog to je vidio i ta knjiga predstavlja prvu te vrste. Mada sloeni mikroskopi sadre dva ili vie soiva i samim tim prirodno imaju sloeniji princip rada ipak su prva otkria u mikrosvijetu ostvarena sa prostim mikroskopom koji se sastoji od samo jednog soiva zbog toga to su davali mnogo jasniju sliku dok su sloeni bili optereeni sfernim i hromatskim aberacijama.

2.3.1.1Antoni van LevenhukHolandjanin Antoni Van Levenhuk(1632-1723) je napravio oko 550 mikroskopa sastavljenih od samo jednog soiva i to bikonveksnog(dvostruko konveksnog).Od toga je 9 sauvano do dananjeg dana koji imaju poveanje od 270 puta, mada detalji sa njegovih skica ukazuju i na to da je imao i mikroskope sa dosta veim veanjima. Poznat je kao "otac mikrobiologije" i strastveni posmatra misroskopski sitnog sveta. Roen je kao sin izraivaa korpi, a sa svojih 16 godina osigurao je egrtovanje kod kotskog trgovca robom u Amsterdamu. Koristei runo izraene mikroskope, bio je prvi ovek koji je promatrao jednoelijske organizme, miino tkivo, bakterije, spermatozoide i protok krvi u kapilarima. Protozoe je izuavao u vezi sa tropskim oboljenjima, ukljuujui malariju. Otkrio je je da su bakterije uzronik kolere i tetanusa. Godine 1648. u Amsterdamu van Levenhuk zamislio je svoj prvi jednostavni mikroskop, lupu, koje bi koristili trgovci tekstilom, a omoguavalo bi im poveanje do 3 puta. Uskoro je izradio jednu za vlastitu upotrebu. 1654., napustivi Amsterdam preselio se nazad u Delft zapoevi vlastiti posao izrade tekstila i odee, a kasnije, 1660., imenovan je kuepaziteljem Lorda Delfta. Veruje se da je oko 1665. proitao knjigu Roberta Huka, Mikrografiju, i da ga je upravo to podstaklo na pomisao da bi se njegov izum mogao koristiti pri vanijim stvarima od izrade tekstila to mu je bila prvobitna ideja. Poeo je da razmilja o upotrebi mikroskopa u prouavanju sitnog sveta nevidljivog ljudskom oku. Levenhuk je usavrio izradu soiva i mikroskopa i poeo da ih primenjuje u otkrivanju mikroskopskog sveta. Prvi je uspeo da vidi strukturu miia, bakterije, spermatozoide. Godine 1669. dobio je akademsku diplomu iz geografije.

17


Nakon to je razradio svoju metodu za izradu jakih soiva i koritenja u istraivanju mikroskopskog sveta, Levenhuk je pomou veze dospeo u Kraljevsko drutvo Londona za unapreenje prirodnih znanja zahvaljujui poznatom Holandskom fiziaru Regnijer de Grafu. Uskoro je poeo slati kopije svojih posmatranja Drutvu, pa su njegova najranija izuavanja zabeleena u asopisu Kraljevskog Drutva, Filozofski izvetaji. U tim objavljenim radovima bili su i van Leeunjenhoekovi "Pelinja usta i aoka". Uprkos prvobitnom uspehu u saradnji Kraljevskog drutva i Levenhuka, veza je uskoro ozbiljno prekinuta. Godine 1676. njegovo poverenje je dovedeno u pitanje kada je Drutvu poslao kopiju svojih istraivanja o jednoelijskim organizmima za ije se postojanje nije znalo. Tako su, uprkos njegovoj steenoj reputaciji u saradnji sa Drutvom, njegovi radovi jako skeptino promatrani. Na kraju je, zbog van Levehukove nepopustljivosti pri svojim tvrdnjama, Drutvo poslalo Engleskog vikara i grupu pravnika i doktora u Delft, kako bi utvrdili da li je van Levenhukova sposobnost zapaanja bila zdrava, kao i njegov razum. Jer u protivnom, Drutvo bi trebalo reformisati svoje teorije o samom ivotu. Konano, 1680. Van Levehukova istraivanja opravdana su u drutvu to je rezultovalo njegovim imenovanjem kao vanog lana i saradnika Kraljevskog Drutva. Kasnije tokom svoga ivota, napisao je oko 560 pisama Drutvu i drugim naunim institucijama u periodu od 50 godina. Tu je objasnio svoja daljnja istraivanja. Godine 1981., britanski mikroskopist Brajan Ford otkrio je da su Levenhukovi izvorni uzorci preiveli u kolekciji Kraljevskog Drutva Londona, i da su bili izvanrednog kvaliteta i dobro ouvani. Ford je nastavio da prouavat nizom mikroskopa dajui nam na znanje vanost Levenhukovog rada. Umro je sa 90 godina, 26. avgusta 1723., u svom rodnom Delftu, ostavivi za sobom otkria koja su podigla nauna istraivanja na vio nivo. Opte je rasprostranjeno miljenje da je on otkrio mikroskop, medjutim to nije tano, ali je nesumnjivo odigrao jako bitnu ulogu u razvoju mikroskopije.

2.3.1.2 Kasnija poboljanjaZnaajnijih poboljsanja nije bilo sve do sredine 19 vijeka: Ernst Abbe(1840-1905), briljantni njemaki matematiar i fiziar jedan je od najzaslunijih za dalje poboljanje mikroskopa.On je 1872 formulisao svoju talasnu teoriju formiranja slike kod mikroskopa koja ce postati poznata ka ,,Abbe-ov uslov sinusa( Abbe sine condition). Richard Zsigmondy(1865 - 1929) je 1903 razvio ultramikroskop koji je mogao posmatrati objekte koji su manji od talasne duine svjetlosti.Rad ovakvih mikroskopa se ne zasniva na refleksiji ve na rasipanju svetlosti. Njemaki fiziar Ernst Ruska(1906-1988) i elektro ininjer Max Knoll(1897-1969) su konstruisali prototip elektronskog mikroskopa 1931. Umjesto vidljive svjetlosti i optikih soiva, elektronski mikroskop koristi zraku elektrona, koju usmjerava fokusirajui 18


elektromagnetsko polje.Sa elektronskim mikroskopom je kasnije postignuto uveanje od jedan i po milion puta, i to iz razloga sto je talasna duina elektrona mnogo manja od talasne duine fotona pa se zbog toga sa ovim mikroskopom mogu posmatrati estice mnogo manje od talasne duine svjetlosti. Zbog niske prodorne snage elektrona, uzorci koji se pripremaju za elektronsko mikroskopiranje moraju biti iznimno tanki.

2.3.1.3 Princip radaU svojoj klasinoj formi mikroskop je sastvaljen od 3 optika elementa: objektiva, okulara i jo jedno pomonog soiva koje se nalazi izmedju njih. Objektiv skuplja svjetlost koja se iri od posmatranog objekta i stvara pomonu sliku.Ova slika je uveana slika objekta koji se posmatra.Okular takodje slui kao uveliavajue soivo putem koga se posmatra slika dobijena objektivom.(sl 1) Sa ova dva soiva mikroskop ve ima svoju funkciju, ali jedan problem preostaje.Neki zraci koji dolaze sa perifernih podruja objektiva se izgube, ne stignu do okulara odnosno zjenice oka.Zbog toga je polje gledanja isuvie malo i nije dobro osvijetljeno.(sl 2) Pomono soivo sluzi kako bi rijesilo ovaj problem, ono ustvari iskrivljuje zrake koji idu u pogresnom pravcu i skrece ih ka okularu odnosno zjenici oka.(sl 3)

sl 1

sl 2

sl3

19


LITERATURA1. 2. 3. 4. Instituto E Museo, Di Storia Della Scienza, Galileo's microscope http://inventors.about.com http://www.wikipedia.org http://www.antiquetelescopes.org/history.html

20


21

istorijat optičkih instrumenata

Documents