Чем больше диаметр объектива, тем больше тусклого света он может собрать и быстрее построить изображение далекого объекта. Чтобы оценить возможности телескопа, сравним, например, зрачок нашего глаза и объектив обычного фотоаппарата. Диаметр нашего зрачка около 5 мм, а диаметр объектива фотокамеры около 50 мм. То есть площадь объектива фотокамеры в 100 раз больше. Поэтому нашему глазу для фиксации изображения днем требуется экспозиция около 1/10 секунды, а фотокамере – всего около 1/1000 с. Современные крупные телескопы имеют объектив диаметром около 5000 мм (а некоторые даже больше), поэтому их светособирающая площадь в 1 млн раз больше, чем у нашего зрачка. К тому же и экспозиция при фотографировании неба телескопом составляет не доли секунды, как у глаза, а минуты, часы и порою даже сутки. Поэтому телескоп способен увидеть очень тусклые и далекие космические объекты.
Конструкции телескопов постоянно совершенствуются и усложняются, поскольку астрономы предъявляют к ним все более высокие требования. Идеальный телескоп должен одновременно видеть все небо, различая все самые мелкие детали у всех сколь угодно удаленных и тусклых объектов во всем диапазоне электромагнитного спектра. Понятно, что это фантастическое требование никогда не будет выполнено в полном объеме. Поэтому конструкции телескопов эволюционируют в каждом из этих направлений по отдельности, подобно живым существам. Одни животные хорошо плавают, другие хорошо бегают, третьи хорошо летают. Так же и телескопы: одни из них видят большие области неба, но не очень четко; другие видят четко, но лишь крохотные клочки небосвода; одни видят в оптическом диапазоне, другие – в инфракрасном, третьи – в рентгеновском, и т. д.
Специализация телескопов сейчас настолько велика, что некоторые из них уже ничем не напоминают классический телескоп с его трубой, системой наведения (монтировкой), объективом и окуляром. Особенно это касается астрофизических инструментов. Ведь разные физические процессы проявляют себя разными видами излучений и частиц: одни испускают оптические кванты, другие – рентгеновское или гамма-излучение, третьи – радиоволны. В одних процессах рождаются протоны и нейтроны, в других – электроны и нейтрино, в третьих – гравитационные волны. Телескопы всех типов важны для астрофизики, но все же наибольший объем информации о Вселенной мы до сих пор получаем от оптических телескопов. О них и продолжим разговор.
Чтобы созданное объективом телескопа изображение зарегистрировать и запомнить, нужна камера с памятью. У человека эту роль исполняют сетчатка глаза и мозг. У современной электронной фотокамеры – светочувствительная пластинка (ПЗС-матрица из фотодиодов) и компьютер с его памятью (например, на флеш-карте), а в XIX и XX веках для этой цели служила фотографическая эмульсия, которая и регистрировала изображение, и хранила его.