Kaukoputki

Linssikaukoputki

Linssikaukoputkessa kaukoputken putken päässä oleva linssi eli objektiivi kerää valoa, jonka se taittaa okulaarille putken toiseen päähän. Koska yksielementtinen linssi taittaa eri aallonpituudet eri kohtaan, kaukoputkien objektiivit täytyy tehdä useammasta eri lasilaadusta (kaksi eri lasilaatua: akromaatti, kolme eri lasilaatua: apokromaatti) (esimerkiksi kruunulasista ja piilasista). Tämä kasvattaa linssin paksuutta ja sitä myöten hintaa, sillä tarkasti hiottavia pintoja on nyt kahden sijasta neljä tai useampia kappaletta.

Peilikaukoputki

Linssikaukoputkesta poiketen objektiivin virkaa toimittaa peili putken pohjalla. Kuva heijastetaan apupeilin avulla joko putken sivulla sijaitsevaan okulaariin tai pääpeilin keskellä olevan reiän läpi putken taakse. Koska peilissä ei ole kuin yksi hiottava pinta, sen valmistus on edullisempaa verrattuna monielementtilinssiin ja lisäksi peili heijastaa kaikkia valon aallonpituuksia samalla tavalla, joten linssikaukoputkesta poiketen värivirhettä ei synny. Tosin peilikaukoputken erotuskyky ei ole yhtä hyvä kuin vastaavan kokoisen linssikaukoputken, koska apupeili on pääpeilin edessä aiheuttamassa diffraktiota kuvaan. Ennen peilit tehtiin metallista, mutta sen huonona puolena oli suhteellisen nopea tummuminen. Sitten siirryttiin käyttämään hopeapinnoitusta, mutta tämäkin tummui liian nopeasti. Nykyään peilit pinnoitetaan alumiinilla, joka ei tummu yhtä nopeasti, noin 5–10 vuodessa. Infra-alueen kaukoputkien peilit päällystetään kullalla, sillä alumiinipinta säteilee paljon voimakkaammin infrapunassa. Peilikaukoputken tyyppejä ovat Newton sekä Cassegrain, jonka alatyyppejä ovat klassinen Cassegrain, Ritchey-Chrétien (kuuluisin tämän lajin kaukoputki on Hubble-avaruuskaukoputki) sekä Dall-Kirkham.

Katadioptrinen kaukoputki

Katadioptrinen kaukoputki koostuu sekä linsseistä että peileistä. Yleensä putken 'pohjalla' on pääpeili ja edessä korjauslinssi jota kutsutaan meniskukseksi, jonka tarkoitus on poistaa tyypillisiä peilikaukoputken kuvavirheitä, kuten koma ja palloaberraatio. Useimmissa katadioptrisissa kaukoputkissa valo kulkee siten, että pohjassa oleva peili heijastaa valon putken meniskuksessa olevaan apupeiliin ja se taas edelleen pääpeilissä olevan reiän kautta fokusointilaitteeseen. Katadioptrisen putken pituus saadaan näin pieneksi, mutta sen valoakselilla polttoväli suureksi. Yleensä mittakaava noudattaa kaavaa jossa putki on noin viidesosan polttovälistä. Katadioptrisen kaukoputken tyyppejä ovat muun muassa Schmidt-kamera, Schmidt-Cassegrain ja Maksutov-Cassegrain sekä uusimpia innovaatioita ovat Ritchey-Chrétien ja Klevtsov-Cassegrain. Nämä mallit eroavat edellisistä siinä, ettei niissä ole ns. Meniskus-linssiä, vaan aberraation poistaa erityisesti hiottu apupeilin pyöreä pallomuoto. Avaruuskaukoputki Hubble on Ritchey-Chrétien-kaukoputki.

Kaukoputken tärkeimmät osat

Ehkä tärkein kaukoputken optisista osista on objektiivi, jonka virkaa toimittaa joko peili tai linssi. Maakaukoputkissa objektiivi voi olla pienempi kuin tähtikaukoputkissa, koska valoa on enemmän saatavilla. Sen tehtävä on kerätä mahdollisimman paljon valoa ja koota se yhdelle alueelle, fokukseen (peilikaukoputkissa tähän tarvitaan vielä apupeili, koska fokus muodostuu muuten peilin eteen). Sitten valo kootaan okulaarilla yhdeksi yhdensuuntaiseksi kimpuksi, joka silmän verkkokalvolla luo kuvan kohteesta. Tarkennuslaitteen tehtävä on liikuttaa okulaaria (joissakin malleissa liikutetaan objektiivia, näin saadaan suurempi tarkennusvara) pitkin optista akselia mahdollisimman terävän tarkennuksen aikaansaamiseksi. Jalustan tehtävä on saada kaukoputken okulaari sille korkeudelle, että sen läpi havaitseminen onnistuu ilman suurempaa akrobatiaa. Toinen jalustan päätehtävistä on suunnata kaukoputken optinen akseli kohti tarkkailtavaa kohdetta. Jalustan kolmas tehtävä on tukea kaukoputkea niin että se ei tärise.
Tähtikaukoputkessa on vielä joitain osia, joita maakaukoputkessa ei ole. Etsin on periaatteessa kaukoputken päällä sijaitseva pieni kaukoputki, jonka tehtävänä on osoittaa sinne minne pääkaukoputken optinen akseli osoittaa. Kohteen etsinnän helpottamiseksi etsimen näkökentän on oltava suurempi kuin pääputken. Lisäksi kaukoputken kiinnitys jalustaan eli ripustus on erilainen kuin maakaukoputkessa: maakaukoputkissa on yleensä niin sanottu altatsimutaalinen (tarkoittaa samaa kuin atsimutaalinen) ripustus, mikä tarkoittaa sitä että kaukoputkea kierretään vain vaaka- ja pystysuunnassa. Tähtikaukoputkissa on yleensä seurannan mahdollistava ekvatoriaalinen ripustus, mikä tarkoittaa sitä että kaukoputki seuraa tähtitaivaan ekvaattoria kun kaukoputkea liikutetaan vain vaaka-akselin suunnassa. Atsimutaalisella ripustuksella joudutaan liikuttelemaan molempia akseleita tähden seuraamiseen, joten se on jossain määrin hankalampaa kuin ekvatoriaalisessa ripustuksessa. Seuranta on yleensä toteutettu joko hienoliikuntaruuvilla tai seurantamoottorilla. Sen tarkoitus on pitää tarkasteltava kohde kaukoputken näkökentässä Maan pyöriessä. Kolmas tapa, joka on yleisin ja halvin pienemmillä kaukoputkilla, on yksinkertaisesti liikutella sitä käsin.
Erikoisimpiin tähtikaukoputken osiin kuuluu napatähtäin, joka sijaitsee yleensä kaukoputken ripustuksissa ja osoittaa samaan suuntaan kuin rektaskensioakseli. Sen ainoa tarkoitus on auttaa suuntaamaan putki oikein eli osoittaa kohti taivaannapaa, joka on lähellä Pohjantähteä. Lisäksi käytetään Barlow-putkea, joka yleensä kaksin- tai kolminkertaistaa putkessa käytettävänä suurennoksen kasvattamalla teleskoopin polttoväliä. Lisäksi on vielä erilaisia suotimia, joiden tarkoitus on parantaa heikkojen yksityiskohtien erottumista kohteessa. Suotimista hyödyllisimpiä ovat aurinkosuotimet, H-alfa-suotimet ja O(III)-suotimet. Aurinkosuotimet tehdään mylarkalvosta, joka läpäisee heikosti valoa. Tällä saadaan Auringon valo himmenemään niin että kaukoputkella Aurinkoon katselu on turvallista. Auringon katseleminen ilman suotimia saattaa polttaa silmän verkkokalvon toimintakyvyttömäksi ja johtaa sokeutumiseen. H-alfa- ja O(III) -suotimet päästävät lävitseen vain erittäin kapean aallonpituuskaistan ja niiden käyttö rajoittuu siksi vain muutamiin kohteisiin. Kuun havaitsemiseen on myös kehitetty oma suotimensa: se on aurinkosuodinta vastaava, mutta päästää paljon paremmin valoa lävitseen. Täydenkuun aikaan Kuu on nimittäin niin kirkas, että sen katsominen kaukoputken läpi häikäisee epämiellyttävästi vaikkei se vahinkoa aiheutakaan. Valosaastesuodin on kehitetty erityisesti kaupunkien lähettyvillä asuvia tähtiharrastajia varten, joita nykyään melko yleinen valosaaste kiusaa. Se ei päästä lävitseen natriumlamppujen tuottamia kapeita aallonpituuskaistoja ja parantaa taustataivaan ja kohteen välistä kontrastia. Koska peilikaukoputkissa kuva on ylösalaisin ja peilikuva, on maakohteiden tarkkailua silmällä pitäen kehitetty okulaaripitimeen kiinnitettävä peili- ja linssijärjestelmä, joka kääntää kuvan oikein päin.

Kaukoputken varhaista historiaa

Linssejä valmistettiin ehkä jo Kreikassa ja Roomassa. Gotlannista Ruotsista on löydetty 1000-luvulta peräisin olevia linssejä, joita on väitetty kaukoputken osiksi. Roger Baconin sanotaan usein rakentaneen kaukoputken 1200-luvulla, mutta tätä ei ole kyetty todistamaan. Kuperia silmälaseja alettiin valmistaa Italiassa 1200-luvun lopussa, ja keksintö oli ehkä tehty Kiinassa.
Kaukoputken keksijäksi väitetään usein Galileo Galileita, mutta näitä laitteita tehtiin jo ennen häntä. Galilei teki ensimmäiset merkittävät havainnot muun muassa Jupiterin kuista. Englantilaisen Leonard Diggesin sanotaan aikalaiskirjeissä keksineen linssikaukoputken 1570, mutta keksintö ei levinnyt laajalle. Vuonna 1608 saman viikon aikana yritti jopa kolme henkilöä patentoida keksimänsä kaukoputken.
Tavallisemmin ensimmäisen kaukoputken valmistajana pidetään hollantilaista silmälasintekijää, joka rakensi ensimmäisen putkensa 1608.
Jotkut väittävät täksi kaukoputken keksijäksi Hans Lipperheytä, joka eli noin 1570 – noin 1619 ja levitti kaukoputken ajatuksen julkiseen tietoisuuteen. Muita kaukoputken keksijöiksi sanottuja ovat Jacob Metius Alkmaarin kaupungista ja Zacharias Janssen Middelburgista, ja myös Jacob Adriaanszoon. Lipperhey, Metius ja Janssen kaikki hakivat patenttia kaukoputkilleen samoihin aikoihin parin viikon aikana, mutta Nick Pellingin tutkimusten mukaan kukaan heistä ei ollut sen oikea keksijä. Alkuperäisissä hollantilaisissa kaukoputkissa oli kupera ja kovera linssi. Pellingin mukaan Janssen oli ostanut kaukoputkensa sen keksineeltä espanjalaiselta Jaime Galvanylta. Galilei teki kaukoputkensa vasta maaliskuussa 1609 kuultuaan hollantilaisesta keksinnöstä. 
Peiliteleskooppeja kehittivät 1600-luvun alussa englantilainen maanmittari Leonard Digges ja italialainen jesuiitta Niccolo Zucchi 1616. James Gregory rakensi "gregoriaanisen peilikaukoputken" 1660-luvulla. Isaac Newton rakensi 1666 ensimmäisen peilikaukoputkensa. Cassegrain loi 1670-luvulla oman peiliteleskooppinsa. Voimakkaita teleskooppeja rakensi ensi kertaa Christiaan Huygens 1600-luvun puolivälissä, ja Giovanni Cassini 1670-luvulla sekä James Bradley 1700-luvun alussa.