Задача 3
Астроном наблюдает полную Луну в два телескопа с одинаковыми окулярами с фокусным расстоянием 2.5 см. Объектив первого телескопа имеет диаметр 5 см и фокусное расстояние 1 метр. Второй телескоп имеет объектив диаметром 50 см с фокусным расстоянием 5 метров. Центр диска Луны совпадает с центром поля зрения. Сравните освещенность центральной части глазного дна наблюдателя в обоих случаях.
Решение
Показать решение
Построим оптическую схему системы «телескоп глаз наблюдателя».
Обозначим диаметр объектива через D. На него в единицу времени будет падать световая энергия от Луны в количестве
где – поток энергии от полной Луны на Земле. Захваченное объективом излучение будет передаваться на фокальную плоскость, в которой получится изображение диска Луны диаметром
где — угловой диаметр Луны, а F — фокусное расстояние объектива. Освещенность в центре изображения будет равна
Далее свет проходит систему из окуляра с фокусным расстоянием f и глаза с фокусным расстоянием l. Чтобы весь свет попал в глаз, диаметр выходного пучка не должен превышать диаметр зрачка глаза, равный мм. Для диаметра выходного пучка справедливо выражение
Для двух рассматриваемых телескопов диаметр выходного пучка получается равным соответственно 1.25 и 2.5 мм, что удовлетворяет указанному условию. В этом случае на сетчатке формируется еще одно изображение диска Луны с размером
и освещенностью в центре
Так как речь идет о центре поля зрения, данная величина не зависит от величины поля зрения окуляра. Отношение величин освещенности сетчатки для первого и второго телескопов составит
Освещенность при использовании второго телескопа будет вчетверо больше, чем при использовании первого телескопа.