A távcső távoli tárgyak látószögének felnagyítására szolgáló eszköz. Teleszkóp és messzelátó néven is ismert, ezen elnevezései a görög tele = „messze", „távol” és szkopein = „látni”, „nézni” szavakból (teleszkoposz = messzelátó) származnak.
A távcső kifejezés a szélesebb néprétegek számára az optikai távcsöveket jelenti. Ezek a látható fény tartományába eső elektromágneses sugárzást gyűjtik össze lencsékkel vagy tükrökkel. A lencsés távcsövek összefoglaló neve refraktor, mivel ezek a fénytöréssel (refrakcióval) állítják elő a képet, a tükrös távcsövek pedig a reflektorok (reflexió = fényvisszaverődés). Távcsöveket nemcsak a látható, hanem az emberi szem számára láthatatlan (infravörös, rádió-, röntgen-, gamma-) sugárzások megfigyelésére is kifejlesztettek. A rádióhullámú tartományokban működő eszközöket rádiótávcsöveknek nevezik. bélyegkép|jobbra|200px|50 centiméteres lencsés távcső (refraktor) a nizzai csillagvizsgálóban bélyeg|200px|60 centiméteres tükrös távcső Ostrowikban, Varsó mellett
A távcsövek különösen a csillagászatban nélkülözhetetlenek, de gyakran alkalmazzák őket más műszerekben (például teodolitokban, éjjellátó készülékekben) is.
Története Már az ókori Asszíriában is viszonylag jó lencséket állítottak elő,World's oldest telescope? de csak feltételezés, hogy ezekből távcsöveket is építettek volna. Az optikai lencséket ismerték az arabok és a perzsák is. Roger Bacon a 13. században írt arról, hogy optikai elemek felhasználásával a távoli tárgyak közelebbinek láttathatók. Leonard Digges angol földmérő 1540 körül már készített olyan távcsövet,Gribbin, John: A tudomány története 1543-tól napjainkig, Bp., Akkord, 2004. amellyel 2-3-szoros nagyítást ért el. Halála után kiadott könyvében, a Pantometriában valószínűleg katadioptrikus távcsövet ír le, teljesen valószínűtlen, hogy azt kísérletezés nélkül, spekuláció útján kitalálhatta volna. Leonardo da Vinci jegyzetei között szerepel egy nagyon pontosan leírt távcső, amelynek még okulárkihuzata is volt (hogy a lencsék távolságát változtatva élesíthesse a képet). Ez olyan praktikus eszköz, amelynek kifejlesztése távcsőkészítő tapasztalatok és használat nélkül szintén nem valószínű.
Az első, biztosan létező távcsöveket Hollandiában készítették 1608 körül; a távcső feltalálását Hans Lippershey-nek (vagy Lipperhey) tulajdonítják, aki 1608. október 2-án kért rá szabadalmi védettséget. Két hét múlva Lipperhey konkurense, Jacob Adriaanszon (majd kicsit később az összetett mikroszkóp feltalálója, Zacharias Janssen) is bejelentést tett, de Lipperhey ismertette meg a világgal az új eszközt, amelyet rövidesen gyártani kezdtek.
Amikor az új találmány híre elért hozzá, Galileo Galilei is megépítette saját, lényegesen jobb távcsövét. Míg a korábbi műszerek nagyjából tízszeres nagyításra voltak képesek, Galilei a maga alaposabb optikai ismereteivel hatvanszoros nagyítást ért el. Az új eszközt 1609 augusztusában, a velencei Szent Márk-székesegyház harangtornyában mutatta be Leonardo Donato velencei dózsénak.Simon Singh: A Nagy Bumm, Park Könyvkiadó Kft., 2006, 78–79. o.
Elsőként Galilei használta a távcsövet csillagászati megfigyelésekhez: vele fedezte fel a Jupiter négy holdját, a Vénusz fázisváltozásait és a Hold hegyeit. Galilei kezdetben perspicillumnak, később telescopiumnak nevezte el az eszközt. Ezeket a korai – domború és homorú lencsékből álló, egyenes állású képet adó – műszereket holland, vagy Galilei-féle távcsöveknek nevezik; napjainkban is hasonló elven működik a hétköznapi életben használt kézi távcsövek többsége.
bélyegkép|200px|Newton 1672-ben használt teleszkópjának másolata
Johannes Kepler elsőként írta le az optikai lencsék tulajdonságait és használatát az Astronomiae Pars Optica és Dioptrice című könyveiben. Kepler újfajta, két domború lencsét tartalmazó (Kepler-féle vagy csillagászati) távcsövet épített, amely fordított állású képet adott ugyan, de csillagászati célokra alkalmasabb volt elődeinél.
Az első tükrös távcsövet (reflektort) 1672-ben építette Isaac Newton, miután a fénytörés jelenségét vizsgálva ráébredt arra, hogy nemcsak a prizmák de a lencsék is színeire bontják a fehér fényt, azaz a csillagok fehér pontok helyett színes foltok lesznek. Ez az úgynevezett kromatikus aberráció (színhiba) kiküszöbölhető, ha az objektív helyett homorú tükröt használunk. Jelenleg szinte minden komoly, nagy teljesítményű távcső reflektor, mivel a tükröket olcsóbb és egyszerűbb előállítani, továbbá egy méternél nagyobb átmérőjű lencséket gyakorlatilag lehetetlen a szükséges pontossággal előállítani és torzulásmentesen távcsőtubusba szerelni. Napjainkban több, 10 méter körüli tükörátmérőjű csillagászati távcső működik, és megkezdődött a Giant Magellan Telescope építése, ennek átmérője 24,5 méter lesz. A napjainkban tervezett legnagyobb távcső az Overwhelmingly Large Telescope, ennek tükre 100 méter átmérőjű lenne, ha megépülne.
A Newton-féle távcső mára több változatban létezik, de a reflektorok népszerűsége töretlen; a Hubble űrtávcső is tükrös rendszerű. A kisebb távcsövek—műszerek, kamerák, binokulárok — viszont mind lencsések.
Távcsövek jellemző paraméterei
Fókusztávolság A távcső eredő fókusztávolsága meghatározza az általa létrehozott valódi kép méretét (amit nézhetünk okulárral, vagy rögzítjük azt kamerával). A kép mérete a fókusztávolsággal arányos, nagyobb fókusztávolsággal nagyobb kép adódik. Mivel ugyanazt a fénymennyiséget nagyobb felületre juttatjuk, ilyenkor a képet nagyobbnak, de halványabbnak látjuk.
Nyílásviszony A nyílásviszonyt az hányados definiálja, ahol a távcső (belépőnyílásának, objektívjének) átmérője, a távcső fókusztávolsága. Minél nagyobb ez az arány, annál fényesebb képet kapunk, ezért ezt a hányadost néha a távcső fényerejének is nevezik (kis változtatással, a távcső objektívjének lefókuszált fényére vonatkozó numerikus apertúrája).
Felbontóképesség Az a látószög, aminél közelebb levő objektumokat a távcső már nem tud különállóként mutatni. Azért lesz ez egy véges érték, mert a belépőnyíláson a fény elhajlik, ezért a leképezés sosem lehet tökéletesen éles, a pontszerű csillagok mérettel rendelkező fénypontokként jelennek meg. Minél jobb a felbontása egy távcsőnek, a csillagok annál kisebb fénypontokként jelennek meg a képén.
Az alábbi képlet megadja egy (méterben mért) átmérőjű belépőnyílással rendelkező távcső felbontóképességét, radiánban: (ahol a fény hullámhossza).
Minél nagyobb a átmérő, annál jobb lesz a felbontóképesség (és egyben a begyűjtött fény mennyisége is). Ha belépőnyílás átmérőjét centiméterben adjuk meg, az ívmásodpercben mért felbontóképesség így számolható:
Még egyszerűbben és könnyebben megjegyezhető módon, a távcső felbontóképessége nagyjából szögmásodperc, ahol a távcső objektívjének átmérője milliméterben.
Nagyítás A távcső nagyítását, a leképező rendszerének eredő fókusztávolsága, illetve az okulár fókusztávolsága határozza meg, a következőképpen: . Az emberi szem legérzékenyebb az 500nm-es hullámhosszon (zöld fény), itt a felbontóképessége körülbelül 60 ívmásodperc (1 ívperc). Ha a távcső által létrehozott képen a még elkülöníthető részletek látószöge ennél nagyobbá válik (növeljük a távcső nagyítását) azzal már nem láthatunk meg újabb részleteket (az már az úgynevezett üres nagyítás). A fenti összefüggések alapján. az a nagyítás, ami fölé már nem érdemes menni: .
Távcsőtípusok 600px|center|bélyegkép
Lencsés távcsövek A lencsés távcsövek testesítik meg a távcsövekről alkotott hagyományos képet. Mivel ezek a fénytörés (más szóval: refrakció) elvén működnek, refraktoroknak is hívják őket.
Leképzésük a fénytörésen alapszik: a tárgylencse (objektív) a párhuzamosan érkező fénysugarakat megtöri és a lencse mögötti fókuszpontban egyesíti. A képet a szemlencsén (okuláron) át szemlélhetjük. A leggyakoribb refraktorok átmérője 5–15 cm, fényerejük leggyakrabban f/8 – f/15. Hátrányuk a leképezés többféle optikai hibája: szférikus aberráció (gömbi hiba) kromatikus aberráció (színhiba) kóma hiba (az optikai tengelytől távolabbi pontok képe nem gömbszimmetrikus, hanem almamag alakú folt) asztigmatizmus (az optikai tengellyel nem párhuzamosan érkező fénysugár fókusza nem pontszerű) diffrakciós hiba (elhajlási hiba; a fényes pontok képe nem pontszerű) diffrakció a távcső kerek belépő nyílásán (a kép egy folt, körülötte egyre halványabb gyűrűkkel) diffrakció a távcső segédtükrét tartó 4 rúdon (amitől a csillagok négyágúaknak látszanak)
E hibák csökkentése érdekében az objektívnek használt egyszerű lencsét egy olyan összetett lencsékre cserélik, amelyekben minimum két, különböző törésmutatójú gyűjtő-, illetve szórólencse kompenzálja egymás hibáit. ezek a két- vagy háromtagú, ún. akromatikus (akromát) lencsék.
A különösen kis színhibájú, ún. apokromatikus (apokromát) objektívek speciális üvegekből készülnek.
Hollandi (Galilei-féle) távcső
bélyegkép|center|800px|A hollandi vagy Galilei-távcső optikai felépítése
Az első csillagászati megfigyelésre is használt távcső, amelyet hollandi vagy Galilei-távcsőnek neveznek (színházi látcső), egy gyűjtő tárgy- (objektív) és egy szóró szemlencséből (okulár) áll. A távcső virtuális (látszólagos) képet ad, a kilépő fénysugarak sehol sem metszik egymást, így nem keletkezik valódi kép (A szemlélőben azonban, a kilépő, széttartó fénysugarak olyan érzést keltenek, mintha egy képről érkeznének (az ábrán a virtuális kilépő pupilla "kp"-vel jelölt síkja, lásd: Optikai lencsék képalkotása).
A mellékelt ábrán a hollandi vagy Galilei-távcső optikai felépítése valamint a távcsövet jellemző egyenletek láthatóak.
Az eddig megtalált okmányok tanúsága szerint Johannes Lipperhey hollandiai szemüveglencse-csiszoló mester találta fel, ezért nevezik hollandi távcsőnek is. A tévedés onnan származik, hogy Lipperhey az egyik példányt elküldte Galileinek, aki módosította és csillagászati megfigyeléseihez használta.
Végtelenre állított helyzetben az L1 objektív F’ képoldali gyújtópontja egybeesik az L2 okulár F tárgyoldali gyújtópontjával.
Ha az y tárgypontot végtelenben fekvőnek tekintjük, az a – a’ fénysugarak által határolt nyalábon belül fekvő összes sugarak egymással párhuzamosnak tekinthetőek.
Az y tárgypont fordított kicsinyített valódi képe jelenne meg az L1 tárgylencse (objektív) F’ gyújtópontjában, amennyiben a sugarak útjában nem állna az L2 negatív hatású lencse, amely az F’ képpontba tartó sugarakat egymással párhuzamossá teszi (1 – 4 sugarak).
Ezeknek a párhuzamosan széttartó sugaraknak látszólagos kiindulási a pontja az O2 pont amely egyben az okulártól e távolságban fekvő d átmérőjű virtuális kilépő pupilla helyének felel meg.
A kilépő pupilla nem más, mint az okulár által leképzett L1 tárgylencse D átmérőjű belépő nyílásának virtuális képe, amelyen keresztül az y tárgy y’ nagyított képe látható.
Az ábrán láthatóan a kilépő pupilla az okulár és az objektív között foglal helyet. Mivel ide a szem pupillája nem helyezhető, a látszólagos látómező nagysága sokkal korlátozottabb, mint az egyéb távcsöveké.
A látszólagos látómező nagysága függ a szempupillának az L2 okulártól való z távolságtól, a távcső l építési hosszától, az L1 objektív átmérőjétől, a nagyítástól, az e távolságtól stb.
A fentiekből láthatóan a távcső látszólagos látómezeje sok mindentől függ, ezért nagyon ritka esetben tüntetik fel az 1000 m-re látható látómező két széle közötti távolságot, mint ahogyan ezt teszik a prizmás vagy egyéb távcsövek esetében.
A hollandi vagy Galilei-távcső látszólagos látómezejének számítása eléggé bonyolult, ezért ritkán térnek ki rá a szakkönyvek (lásd: ).
Alkalmazási példák
A hollandi (Galilei-féle) távcsövet széles körben alkalmazzák a legkülönbözőbb optikai műszerekben.
Néhányat megemlítve:
1 – Színházi látcső: 250px|bal|bélyegkép|Színházi távcső
2 – Galilei-rendszerű távcsőszemüveg 3 – Különböző fényképezőgépeknél mint képkereső (Newton – kereső – fordított szerelésű hollandi távcső): 250px|bal|bélyegkép|Fényképezőgép képkeresője