Рас­смот­рим не­ко­то­рые по­греш­но­сти (абер­ра­ции), ко­то­рые дают оп­ти­че­ские при­бо­ры, ос­но­ван­ные на ис­поль­зо­ва­нии линз: сфе­ри­че­ские и хро­ма­ти­че­ские абер­ра­ции.

На прак­ти­ке часто при­хо­дит­ся при­ме­нять со­би­ра­ю­щие линзы боль­шо­го диа­мет­ра, поз­во­ля­ю­щие со­брать ши­ро­кие све­то­вые по­то­ки. Од­на­ко в этом слу­чае не удаётся по­лу­чить рез­кое изоб­ра­же­ние ис­точ­ни­ка (рис. 1). Как бы мы ни пе­ре­ме­ща­ли экран (Э), на нём по­лу­ча­ет­ся до­воль­но рас­плыв­ча­тое изоб­ра­же­ние. И толь­ко огра­ни­чив пучки, па­да­ю­щие на линзу, с по­мо­щью диа­фраг­мы Д (не­про­зрач­но­го экра­на с от­вер­сти­ем), можно по­лу­чить до­ста­точ­но рез­кое изоб­ра­же­ние ис­точ­ни­ка (рис. 2). По­греш­ность, свя­зан­ная с тем, что линза боль­шо­го диа­мет­ра даёт изоб­ра­же­ние то­чеч­но­го ис­точ­ни­ка S не в виде точки, а в виде рас­плыв­ча­то­го свет­ло­го пятна, на­зы­ва­ет­ся сфе­ри­че­ской абер­ра­ци­ей.

Хро­ма­ти­че­ская абер­ра­ция свя­за­на с тем, что по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния све­то­вых лучей в стек­ле за­ви­сит от длины волны: крас­ные лучи пре­лом­ля­ют­ся сла­бее, чем зелёные, зелёные – сла­бее, чем фи­о­ле­то­вые. Из-за этого изоб­ра­же­ние в линзе по­лу­ча­ет­ся окра­шен­ным.

Рас­смот­рим, как можно убрать хро­ма­ти­че­скую абер­ра­цию в оп­ти­че­ских те­ле­ско­пах. Те­ле­скоп со­сто­ит из двух ос­нов­ных ча­стей – объ­ек­ти­ва и оку­ля­ра. В пер­вых те­ле­ско­пах (т. н. ре­фрак­тор­ных) в ка­че­стве объ­ек­ти­ва ис­поль­зо­ва­лась со­би­ра­ю­щая линза. В фо­ку­се объ­ек­ти­ва фор­ми­ру­ет­ся дей­стви­тель­ное изоб­ра­же­ние весь­ма удалённого ис­точ­ни­ка света (на­при­мер, звез­ды). Чтобы раз­гля­деть по­лу­чен­ное с по­мо­щью объ­ек­ти­ва изоб­ра­же­ние, ис­поль­зу­ет­ся оку­ляр. В ка­че­стве оку­ля­ра может ис­поль­зо­вать­ся со­би­ра­ю­щая линза, дей­ству­ю­щая как лупа. На рис. 3 пред­став­лен ход лучей в те­ле­ско­пе И. Кепле­ра (1611 г.).

С по­мо­щью те­ле­ско­па Кепле­ра яркие звёзды на­блю­да­тель уви­дит как сине-зелёные точки (к сине-зелёной части спек­тра че­ло­ве­че­ский глаз наи­бо­лее чув­стви­те­лен ночью), окружённые крас­ной и синей кай­мой.

Чтобы устра­нить ис­ка­же­ния изоб­ра­же­ния, свя­зан­ные с хро­ма­ти­че­ской абер­ра­ци­ей, И. Нью­тон в 1668 году пред­ло­жил новую мо­дель те­ле­ско­па – ре­флек­тор­ный те­ле­скоп, в ко­то­ром вме­сто со­би­ра­ю­щей линзы ис­поль­зо­ва­лось во­гну­тое зер­ка­ло (рис. 4).

С по­верх­но­сти Земли че­ло­век из­дав­на на­блю­да­ет кос­ми­че­ские объ­ек­ты в ви­ди­мой части спек­тра элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния (диа­па­зон ви­ди­мо­го света вклю­ча­ет волны с дли­ной при­мер­но от 380 нм до 760 нм).

При этом боль­шой объём ин­фор­ма­ции о не­бес­ных телах не до­хо­дит до по­верх­но­сти Земли, т. к. боль­шая часть ин­фра­крас­но­го и уль­тра­фи­о­ле­то­во­го диа­па­зо­на, а также рент­ге­нов­ские и гамма-лучи кос­ми­че­ско­го про­ис­хож­де­ния не­до­ступ­ны для на­блю­де­ний с по­верх­но­сти нашей пла­не­ты. Для изу­че­ния кос­ми­че­ских объ­ек­тов в этих лучах не­об­хо­ди­мо вы­ве­сти те­ле­ско­пы за пре­де­лы ат­мо­сфе­ры. Ре­зуль­та­ты, по­лу­чен­ные в кос­ми­че­ских об­сер­ва­то­ри­ях, пе­ре­вер­ну­ли пред­став­ле­ние че­ло­ве­ка о Все­лен­ной. Общее ко­ли­че­ство кос­ми­че­ских об­сер­ва­то­рий пре­вы­ша­ет уже не­сколь­ко де­сят­ков.

Так, с по­мо­щью на­блю­де­ний в ин­фра­крас­ном (ИК) диа­па­зо­не были от­кры­ты ты­ся­чи га­лак­тик с мощ­ным ин­фра­крас­ным из­лу­че­ни­ем, в том числе такие, ко­то­рые из­лу­ча­ют в ИК-диа­па­зо­не боль­ше энер­гии, чем во всех осталь­ных ча­стях спек­тра. Ак­тив­но изу­ча­ют­ся ин­фра­крас­ные ис­точ­ни­ки в га­зо­пы­ле­вых об­ла­ках. Ин­те­рес к га­зо­пы­ле­вым об­ла­кам свя­зан с тем, что, со­глас­но со­вре­мен­ным пред­став­ле­ни­ям, в них рож­да­ют­ся и вспы­хи­ва­ют звёзды.

Уль­тра­фи­о­ле­то­вый спектр раз­де­ля­ют на уль­тра­фи­о­лет-А (УФ-A) с дли­ной волны 315–400 нм, уль­тра­фи­о­лет-В (УФ-B) – 280–315 нм и уль­тра­фи­о­лет-С (УФ-С) – 100–280 нм. Прак­ти­че­ски весь УФ-C и при­бли­зи­тель­но 90% УФ-B по­гло­ща­ют­ся озо­но­вым слоем при про­хож­де­нии лучей через зем­ную ат­мо­сфе­ру. УФ-A не за­дер­жи­ва­ет­ся озо­но­вым слоем.

С по­мо­щью уль­тра­фи­о­ле­то­вых об­сер­ва­то­рий изу­ча­лись самые раз­ные объ­ек­ты: от комет и пла­нет до удалённых га­лак­тик. В УФ-диа­па­зо­не ис­сле­ду­ют­ся звёзды, в том числе, с не­обыч­ным хи­ми­че­ским со­ста­вом.

Гамма-лучи до­но­сят до нас ин­фор­ма­цию о мощ­ных кос­ми­че­ских про­цес­сах, свя­зан­ных с экс­тре­маль­ны­ми фи­зи­че­ски­ми усло­ви­я­ми, в том числе и ядер­ных ре­ак­ци­ях внут­ри звёзд. Де­тек­то­ры рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния от­но­си­тель­но легки в из­го­тов­ле­нии и имеют не­боль­шую массу. Рент­ге­нов­ские те­ле­ско­пы уста­нав­ли­ва­лись на мно­гих ор­би­таль­ных стан­ци­ях и меж­пла­нет­ных кос­ми­че­ских ко­раб­лях. Ока­за­лось, что рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние во Все­лен­ной яв­ле­ние такое же обыч­ное, как и из­лу­че­ние оп­ти­че­ско­го диа­па­зо­на. Боль­шое вни­ма­ние уде­ля­ет­ся изу­че­нию рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния ней­трон­ных звёзд и чёрных дыр, ак­тив­ных ядер га­лак­тик, го­ря­че­го газа в скоп­ле­нии га­лак­тик.

Любой объ­ект из­лу­ча­ет элек­тро­маг­нит­ные волны в очень ши­ро­ком диа­па­зо­не ча­стот. При этом ин­тен­сив­ность из­лу­че­ния на­пря­мую за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры объ­ек­та (рис. 1).

Мак­си­мум из­лу­че­ния Солн­ца, по­верх­ность ко­то­ро­го имеет тем­пе­ра­ту­ру около 6000 К, при­хо­дит­ся на диа­па­зон длин волн, ко­то­рые в про­цес­се эво­лю­ции опре­де­ли­ли цве­то­вое зре­ние че­ло­ве­ка.

Среди ор­га­нов чувств глаз за­ни­ма­ет осо­бое место. На долю зре­ния при­хо­дит­ся до 80% ин­фор­ма­ции, вос­при­ни­ма­е­мой ор­га­низ­мом извне. Че­ло­век с по­мо­щью зре­ния вос­при­ни­ма­ет раз­ме­ры пред­ме­тов, их форму, рас­по­ло­же­ние в про­стран­стве, дви­же­ние, а, глав­ное, цвет.

При­ем­ни­ка­ми све­то­во­го из­лу­че­ния че­ло­ве­ка слу­жат кол­боч­ки (фо­то­ре­цеп­то­ры трёх типов) и па­лоч­ки (фо­то­ре­цеп­то­ры од­но­го типа).

Кол­боч­ки, в за­ви­си­мо­сти от их спек­траль­ной чув­стви­тель­но­сти, под­раз­де­ля­ют­ся на три типа и обо­зна­ча­ют­ся гре­че­ски­ми бук­ва­ми ρ, γ и β. Мак­си­му­мы спек­траль­ной чув­стви­тель­но­сти этих типов кол­бо­чек на­хо­дят­ся в трёх раз­ных спек­траль­ных участ­ках: крас­ном, зелёном и синем (рис. 2).

Спек­тры по­гло­ще­ния по­ка­зы­ва­ют ве­ро­ят­ность по­гло­ще­ния фо­то­на для дан­ной длины волны. Спек­тры по­гло­ще­ния пе­ре­кры­ва­ют­ся, а это озна­ча­ет, что зри­тель­ная си­сте­ма в со­сто­я­нии раз­ли­чить ча­сто­ту волны, срав­ни­вая ко­ли­че­ства по­гло­ще­ния энер­гии раз­ных видов кол­бо­чек.

Па­лоч­ки, рас­по­ло­жен­ные по пе­ри­фе­рии сет­чат­ки, иг­ра­ют ос­нов­ную роль в со­зда­нии ахро­ма­ти­че­ских зри­тель­ных об­ра­зов. Па­лоч­ки об­ла­да­ют вы­со­кой чув­стви­тель­но­стью к свету, вос­при­ни­ма­ют волны с малой ам­пли­ту­дой, но не умеют раз­ли­чать их длину, то есть ре­зуль­тат вос­при­я­тия волн раз­ной длины у всех па­ло­чек оди­на­ков.