Bài 34: Kính thiên văn

I. Công dụng và cấu tạo của kính thiên văn

Kính thiên văn là dụng cụ quang bổ trợ cho mắt có tắc dụng làm tăng góc trông ảnh của những vật ở rất xa (các thiên thể).

Một cạnh của thiên hà xoắn ốc khi xuất hiện trong một kính thiên văn 8″

Kính thiên văn có hai bộ phận chính là vật kính và thị kính:

Vật kính $L_{1}$ là một thấu kính hội tụ có tiêu cự lớn, có thể đến hàng chục mét.
Thị kính $L_{2}$ 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 ta quan sát hình 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.

Do ảnh nhìn thấy đi qua kính thiên văn được tạo bởi ánh sáng nhìn qua các gương

Khi sử dụng kính thiên văn, mắt phải đặt sát thị kính, điều chỉnh kính bằng cách dời thị kính để ảnh sau cùng nằm trong khoảng nhìn rõ của mắt.

Cấu trúc quang học của một kính thiên văn Schmidt-Cassegrain. Ánh sáng đi vào ống từ phía bên phải

(Nguồn https://vatlythienvan.com/)

Nếu muốn quan sát trong thời gian dài mà không bị mỏi mắt thì phải đưa ảnh sau cùng ra vô cực tức là ngắm chừng vô cực.

III. Số bội giác của kính thiên văn

Xét trường hợp ngắm chừng vô cực:

$G_{\infty }=\frac{f_{1}}{f_{2}}$

với $f_{1}$ : tiêu cự của vật kính

$f_{2}$ : tiêu cự của thị kính

Có thể bạn chưa biết:

Kính viễn vọng đầu tiên được chế tạo vào năm 1608 bởi một nhà sản xuất kính mắt người Hà Lan.
Tuy không phải là người đầu tiên nhưng Ga-li-lê là người đầu tiên sử dụng kính thiên văn để quan sát bầu trời và đã khám phá ra nhiều điều quan trọng.

Các tuần của Sao Kim, quan sát bởi Galileo năm 1610

Ống nhòm cũng là một loại kính thiên văn dừng để quan sát vật ở xa trên mặt đất, mặt biển. Ảnh cuối cùng qua ống nhòm cùng chiều với vật.

Kính thiên văn được nói ở trên là kính thiên văn khúc xạ, sử dụng thấu kính làm vật kính.
Còn có kính thiên văn phản xạ, sử dụng gương parabol là vật kính.

IV. Bài tập

Bài tập 1: Góc trông của đường kính Mặt Trăng từ Trái Đất là 30′ $(1'=3.10^{-4} rad)$ . Một người cận thị quan sát Mặt Trăng qua một kính thiên văn trong trạng thái không điều tiết. Cho biết điểm cực viễn cách mắt 50 cm, tiêu cự của vật kính là 1 m và thị kính là 5 cm. Tính:

a) Khoảng cách giữa vật kính và thị kính

b) Đường kính ảnh cuối cùng của Mặt Trăng

Lời giải: Tại đây

Bài tập 2: Một kính thiên văn gồm hai thấu kính $O_{1}$ và $O_{2}$ đặt đồng trục. Vật kính $O_{1}$ có tiêu cự $f_{1}=1,5 m$ , thị kính $O_{2}$ có tiêu cự $f_{2}=1,5cm$ . Một người mắt tốt điều chỉnh kính để quan sát Mặt Trăng trong trạng thái mắt không điều tiết.

a) Tính độ dài ống kính $O_{1}O_{2}$ và số bội giác G

b) Biết rằng năng suất phân li của mắt người là $\varepsilon =1'$ . Tính kích thước nhỏ nhất của vật trên Mặt Trăng mà người đó còn phân biệt được đầu cuối khi quan sát qua kính nói trên. Cho biết khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng là d = 384000 km và lấy gần đúng $1'=3.10^{-4}rad$

Lời giải: Tại đây

Bài tập 3: Tiêu cự của vật kính và thị kính của một ống nhòm quân sự lần lượt là $f_{1}=30cm, f_{2}=5cm$ . Một người đặt mắt sát thị kính chỉ thấy được ảnh rõ nét của vật rất xa khi điều chỉnh khoảng cách giữa vật kính và thị kính trong khoảng từ $L_{1}=33cm$ đến $L_{2}=34,5 cm$ . Tìm giới hạn nhìn rõ của mắt người này.

Lời giải: Tại đây

Bài tập 4: 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. Cho mắt đặt sát kính, tính tiêu cự của vật kính và thị kính.

Lời giải: Tại đây

Bài tập 5: Vật kính của một kính thiên văn có tiêu cự là 90 cm, thị kính có tiêu cự 2,5 cm. Người quán sát có điểm cực cận cách mắt 20 cm, điểm cực viễn ở vô cực, đặt mắt sát kính để quan sát một chòm sao.

a) Tính khoảng cách giữa vật kính và thị kính khi ngắm chừng ở cực cận

b) Tính khoảng cách giữa vật kính và thị kính khi ngắm chừng ở vô cực và số bội giác lúc đó

Lời giải: Tại đây

Một số bài tập trắc nghiệm