We współczesnej astronomii Wszechświat obserwowany jest praktycznie na wszystkich możliwych zakresach fal elektromagnetycznych - od najdłuższych fal radiowych do promieniowania γ. Ogólnie wszystkie instrumenty, które służą do odbioru tych informacji nazywane są teleskopami, ewentualnie z odpowiednim przedrostkiem jak na przykład radioteleskop. Podstawowa zasada działania każdego teleskopu jest taka sama: pewien element skupia wiązkę fal elektromagnetycznych i tworzy obraz obserwowanego obiektu, a odpowiedni odbiornik obraz ten rejestruje. Nas interesuje jedynie drobny zakres widma fal elektromagnetycznych 380-780 nm (w skrajnych przypadkach nieco szerzej), czyli światło widzialne. Dalej skupię się więc jedynie na teleskopach optycznych.
Podstawowa różnica w budowie tego typu instrumentów sprowadza się do rodzaju elementu optycznego wykorzystywanego do skupiana światła. Zgodnie z tym kryterium teleskopy dzielimy na refraktory (nazywane również lunetami) i reflektory (do nich stosuje się zazwyczaj określenie teleskop). W refraktorach używane są soczewki, czyli elementy w których zachodzi zjawisko refrakcji (załamania światła) w reflektorach natomiast zwierciadła, czyli elementy wykorzystujące zjawisko refleksji (odbicia) - rys.1.1.
Rys.1.1. Bieg promieni w soczewce skupiającej i zwierciadle wklęsłym
Poza tymi dwoma podstawowymi typami istnieją również teleskopy soczewkowo-zwierciadlane nazywane katadioptrykami. W tego typu konstrukcjach podstawowym elementem skupiającym jest zwierciadło, natomiast dodatkowe elementy refrakcyjne spełniają rolę dodatkowych korektorów eliminujących pewne niedoskonałości obrazu.
Dwa podstawowe parametry opisujące każdy teleskop związane są z wymiarami i własnościami użytego elementu skupiającego światło (soczewki lub zwierciadła). Pierwszy to apertura określająca efektywną średnicę elementu zapoczątkowującego układ optyczny teleskopu, drugi ogniskowa określająca odległość pomiędzy obiektywem, a punktem w którym skupiają się promienie światła (ogniskiem). Temat zasługuje na dokładne opracowanie, ale na razie w pewnym uproszczeniu można przyjąć, że apertura określa ilość światła, które potrafi skupić obiektyw, natomiast ogniskowa decyduje o skali odwzorowania, czyli wielkości obrazu tworzonego przez dany element optyczny. Nie wolno w tym miejscu zapomnieć o pewnej zależności pomiędzy tymi dwoma elementami - powiększanie ogniskowej daje co prawda większy obraz, ale jednocześnie ta sama ilość światła rozkłada się na większej powierzchni więc obraz jest ciemniejszy i trudniej go zarejestrować. Jeżeli chcemy uzyskać tą samą jasność obrazu powiększając ogniskową musimy również powiększyć aperturę.
Ze względu na zasygnalizowany powyżej związek pomiędzy aperturą i ogniskową do określenia parametrów teleskopu często posługujemy się również pojęciem światłosiły, która charakteryzuje stosunek ogniskowej teleskopu do jego średnicy. Jest ona oznaczana jako f/n (ewentualnie fn), gdzie n to wartość światłosiły. Wielkość ta stanowi odpowiednik przysłony w klasycznej fotografii i należy rozumieć ją w ten sam sposób. Z punktu widzenia astrofotografa światłosiła jest podstawowym parametrem określającym tzw. "jasność" teleskopu. Ogólnie za jasne uznaje się teleskopy poniżej f6, za ciemne f8 i więcej, ale ten podział nie jest ścisły i wiele zależy od indywidualnych poglądów na tą sprawę (niektórzy uznają za "jasne" teleskopy f4 lub mniej).
Soczewka lub zwierciadło tworzą obraz skupiając światło docierające do teleskopu od obserwowanego obiektu. W przypadku astrofotografii obraz ten powinien być zarejestrowany przez aparat lub kamerę. Niezbędne jest więc precyzyjne i nieruchome ustawienie naszego detektora, w odpowiednim punkcie (ognisku obiektywu) tak, aby rejestrowany obraz był osty. Element, który realizuje to zadania nazywany jest wyciągiem. W najprostszym wypadku są to dwie metalowe tuleje, jedna wewnątrz drugiej, wyposażone w mechanizm umożliwiający ich precyzyjne przemieszczane. Zewnętrzna tuleja jest nieruchoma i pełni rolę obudowy, wewnętrzna jest elementem ruchomym (można ją wsuwać lub wysuwać) i z nią właśnie połączony jest aparat lub kamera (rys.1.2.).
Rys.1.2. Schemat wyciągu teleskopu
Każdy wyciąg zawiera mechanizm umożliwiający precyzyjne przesuwanie wewnętrznej tulei (czyli właściwe ustawienie pozycji połączonego z nią detektora). Najczęściej spotykane są rozwiązania oparte na przekładni ciernej lub zębatej. Jeden element przekładni (np. koło cierne lub zębate) jest umieszczony na osi obracanej za pomocą pokrętła i przenosi swój ruch na wewnętrzną tuleje wyciągu (rys.1.3.).
Rys.1.3. Wyciąg oparty na przekładni zębatej
Oczywiście różnych konstrukcji wyciągów jest bardzo dużo, podobnie jak wiele mechanizmów umożliwiających precyzyjne przesuwanie części ruchomej. Schematyczna konstrukcja przedstawiona na rys.1.2. jest uzupełniana o elementy likwidujące luzy i zapewniające maksymalnie gładki ruch, blokady uniemożliwiające wysuwanie wyciągu pod ciężarem kamery lub przekładnie zwiększające precyzję pozycjonowania (przy ustawianiu ostrości istotne są setne części milimetra). Oczywiście poruszanie wyciągiem nie musi odbywać się ręcznie - pokrętło można wyposażyć w odpowiedni silnik. Takie rozwiązanie pozwala unikać dotykania teleskopu (minimalizujemy uciążliwe czasami drgania), a jeżeli dodamy do tego wszystkiego odpowiednią elektronikę i oprogramowanie można nawet uzyskać system automatycznie ustawiający ostrość.
Jakości wyciągu nie można lekceważyć, ponieważ decyduje on o precyzyjnym ustawieniu ostrości. Jak wyjaśniałem to wcześniej (patrz W nocy jest ciemno) ustawienie ostrości w przypadku astrofotografii jest trudne, a bez dobrej ostrości nie da się zrobić dobrej fotki. Stąd też zaawansowani astrofotografowie potrafią wydać na wyciąg więcej niż niejeden początkujący na cały swój sprzęt. Jak widać wyciąg to dla astrototografa drugi podstawowy element każdego teleskopu.
Teleskop nie może składać się wyłącznie z soczewki/zwierciadła i wyciągu - muszą one być ze sobą połączone w sposób zapewniający odpowiednią sztywność. Tubus teleskopu (bo o nim tu właśnie mowa) to zazwyczaj rura do której przymocowane są pozostałe elementy. Niestety tak jakoś już jest, że w astrofotografii nic nie może być proste, nawet jeżeli wydaje się, że jakiegoś problemu nie da się skomplikować. Tubus nie może być byle jaką rurką. Przede wszystkim musi zachować odpowiednią sztywność. Jeżeli będzie uginał się pod ciężarem pozostałych elementów, to odbije się to niekorzystnie na jakości zdjęć (np. będziemy tracić ostrość z jednej strony kadru). Może trudno w to na tym etapie uwierzyć, ale w wielu przypadkach będzie istotna zmiana jego długości pod wpływem zmian temperatury (znowu ta ostrość). Dodatkowo chcielibyśmy oczywiście, żeby był możliwie lekki i wytrzymały mechanicznie. Hmmm... Rozwiązań jest wiele i jak zwykle trzeba pójść na kompromis. Albo tanio i kiepsko, albo drogo i przyzwoicie, albo bardzo (czasami bardzo, bardzo) drogo i prawie idealnie, czy plastik, metal, kompozyty, włókna węglowe, itp. kosmiczne wynalazki. W przypadku większych konstrukcji (zwierciadła 30, 40 lub więcej cm) zamiast rury stosuje się często konstrukcje kratownicowe, które pozwalają na "odchudzenie" całej konstrukcji, jednak pozostałe wymagania pozostają oczywiście niezmienione.
W astrofotografii teleskop tworzy obraz, który będzie zarejestrowany przez odpowiedni detektor. Podstawowe elementy składowe teleskopu to tubus, umieszczona w nim soczewka lub zwierciadło oraz wyciąg. Parametry teleskopu określamy podając efektywną średnicę i ogniskową, ewentualnie światłosiłę elementu optycznego.