Почему фокусное расстояние телескопа влияет на увеличение?

Объектив телескопа формирует реальное изображение ночного неба, размер которого пропорционален фокусному расстоянию объектива. Причина этого в простой геометрии: если две звезды находятся на расстоянии 1 угловой минуты друг от друга, и линза формирует их изображение, то чем дальше изображение от линзы, тем дальше будут друг от друга изображения двух звезд.

Затем окуляр увеличивает изображение. При использовании линзы для увеличения вы помещаете объект на (или близко) фокусное расстояние от линзы. Чем короче фокусное расстояние окуляра, тем ближе вы можете подойти к объекту и тем больше он кажется. Все это означает, что увеличение объектива обратно пропорционально фокусному расстоянию.

В случае телескопа увеличиваемый «объект» — это изображение, формируемое линзой объектива. Соединим это вместе: видимый размер изображения прямо пропорционален фокусному расстоянию линзы объектива и обратно пропорционален фокусному расстоянию окуляра, а константа пропорциональности равна 1 (только представьте, что и объектив, и окуляр имеют одинаковое фокусное расстояние). Так

Было бы полезно упомянуть, что увеличение обычно является наименее полезной функцией астрономического телескопа. Их основная цель – собирать свет.

Иногда это может быть трудно понять в астрономии, поскольку телескопы обычно имеют фиксированную апертуру и фокусное расстояние, и просто используют окуляр на конце, чтобы иметь значение.

Если вместо этого вы посмотрите на камеру, вы сможете довольно быстро понять концепцию. Цифровые зеркальные камеры имеют сменные объективы, а многие объективы имеют нефиксированное фокусное расстояние (зум-объективы). Таким образом, когда вы увеличиваете масштаб с помощью объектива, вы фактически изменяете фокусное расстояние камеры, что приводит к увеличению и уменьшению изображения. Если вы какое-то время занимаетесь фотографией, вы, вероятно, также понимаете, что когда вы делаете это, это также влияет на ваше освещение, поскольку чем больше ваше фокусное расстояние, тем меньше общего света вы фактически используете. Вот довольно грубая (и упрощенная) диаграмма того, что происходит:

Размер обрезки определяется размером сенсора. Любой свет, выходящий за пределы сенсора, не фиксируется. При увеличении площади изображения часть, находящаяся внутри сенсора, уменьшается, в результате чего обрезанное изображение кажется увеличенным.

Телескоп работает очень похожим образом, но телескоп имеет фиксированное фокусное расстояние и фиксированную апертуру. Поскольку все они фиксированные, телескоп, как правило, спроектирован так, чтобы использовать весь свет, тогда как камера уровня DSLR будет построена так, чтобы можно было выбирать различные объективы, что приводит к потере большого количества света (свет, который обрезается, не достигая видоискателя или датчик). Наконец, свет регулируется окуляром. Поскольку все, что находится перед окуляром, более или менее фиксировано, тип окуляра напрямую зависит от общего освещения и размера изображения.

Вероятно, следует также отметить, что «большее расстояние = большее увеличение» не везде верно в оптике. Например, микроскопы, как правило, устроены противоположным образом.