Статьи и обзоры | Виды телескопов | Интернет-магазин компьютерной и бытовой техники Rix.com.ua


20 апреля	06	Виды телескопов

Многие виды деятельности — астрономия, изучение природы, наблюдение за ходом спортивных состязаний — приходится осуществлять с большого расстояния. Бывают ситуации, когда по разным причинам мы не можем приблизиться к изучаемому объекту и рассмотреть его в необходимых подробностях. Наши глаза — это инструмент общего назначения: их чувствительность и разрешающая способность ограничены, а увеличение минимально. Чтобы усилить свои возможности, мы используем телескопы. Телескоп — это оптический прибор, предназначенный для наблюдения удаленных объектов. Параллельные лучи света, попадающие в телескоп, собираются объективом в точке фокуса. Затем они проходят через окуляр — систему линз, действие которой противоположно действию объектива. Окуляр преобразует расходящиеся из точки фокуса лучи в параллельные, обеспечивая увеличение построенного объективом изображения.

Рефракторы (линзовые телескопы)

Есть два основных метода фокусировки световых лучей в телескопе. В первом методе лучи фокусируются стеклянным объективом, который состоит из одной или нескольких линз. Работающие таким образом телескопы называют рефракторами.

Рефракторы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими конструкциями телескопов. Во-первых, в них не проникает пыль и влага, так как труба закрыта объективом. Во-вторых, оптические элементы рефрактора фиксируются на фабрике и не требуют юстировки — тонкой настройки оптической системы. В-третьих, в отличие от других систем, в рефракторах нет экранирования объектива, которое уменьшает количество собираемого света и искажает дифракционную картину. В результате получается высококонтрастное, с прекрасным разрешением изображение, идеально подходящее для наблюдений Луны и планет.

Одним же из основных недостатков рефракторов является окрашивание ярких объектов цветными ореолами (этот дефект называется хроматической аберрацией).

Хроматическая аберрация

Когда свет проходит через линзу из обычного стекла, лучи разных длин волн преломляются в ней по-разному. (По той же причине свет, проходя через стеклянную призму, разлагается в спектр). Таким образом, лучи разных длин волн будут фокусироваться в разных точках. Фокус красных лучей будет находиться дальше от линзы, фокус синих — ближе. В результате, вместо одной общей точки фокуса получается целая "область фокусов". Это явление называют хроматической аберрацией. Если объектив телескопа страдает сильной хроматической аберрацией, то изображение в нем становится менее четким, и вокруг ярких объектов наблюдаются цветные ореолы.

Одним из методов борьбы с этим недостатком является увеличение длины трубы телескопа. Чем больше отношение фокусного расстояния телескопа к диаметру его объектива, тем менее заметными становятся оптические аберрации. Однако увеличение длины телескопа хорошо только при маленькой апертуре; крупный рефрактор с большим фокусным расстоянием становится громоздким и плохо управляемым.

Второй вариант — добавить в объектив компенсирующую линзу из стекла с другим показателем преломления. Например, система, состоящая из двояковыпуклой линзы из стекла BK7 (кронглас) с малым показателем преломления и выпукло-вогнутой линзы из стекла F2 (флинтглас) с большим показателем преломления, собирает прошедшие через нее лучи света примерно в одной точке. Линзы могут быть

склеены вместе или разделены воздушной прослойкой. Телескопы с такими объективами называют ахроматическими рефракторами. Современные двухэлементные объективы в большой мере устраняют хроматическую аберрацию. Например, в 120- и 150-мм рефракторах Sky-Watcher она доведена до очень низкого уровня.

В непрекращающихся поисках "совершенного телескопа" оптики рассчитали немало других интересных комбинаций линз разной формы и разных сортов стекла. Так, были разработаны полу-апохроматы (почти свободны от эффекта окрашивания ярких объектов) и апохроматы (вообще не окрашивают), но по своей стоимости эти системы выходят существенно дороже обычных ахроматических рефракторов.

Причина появления ореолов заключается в том, что лучи разных длин волны преломляются линзой по-разному. Этот недостаток можно исправить практически полностью, если сделать объектив из нескольких очень точно выполненных линз, изготовленных из специально подобранных сортов стекла. Однако стоимость таких объективов очень высока.

Рефлекторы (зеркальные телескопы)

Второй способ фокусировки света — отражение входящих лучей вогнутой зеркальной поверхностью. Так устроены телескопы, называемые рефлекторами. Наиболее распространенные на сегодняшний день рефлекторы называют рефлекторами Ньютона, потому что первым такую конструкцию создал Исаак Ньютон.
Зеркало представляет собой стеклянный диск, одна из сторон которого имеет сферическую или параболическую форму и покрыта отражающим слоем. При этом окрашивания предметов, как в рефракторе, не происходит, т.к. попадающий в телескоп свет не проходит через стекло, а отражается от зеркальной поверхности объектива. Наиболее просты в производстве зеркала сферической формы. Однако если сделать такое зеркало достаточно светосильным (f/7 и менее), лучи с его краев и лучи из центра будут сходиться в разных точках, что приведет к падению четкости изображения. Чтобы устранить этот дефект, называемый сферической аберрацией, поверхность зеркала делают параболической.

Параболизация зеркала

Неприятной особенностью зеркал со сферической поверхностью (наиболее простых в изготовлении) является их неспособность собрать входящие параллельные лучи в одну точку. Лучи, попадающие на края сферического зеркала, фокусируются ближе к нему, чем лучи, попадающие в центральную зону. В результате этого точка фокуса объектива растягивается в некоторую "область фокусов" (ситуация подобна хроматической аберрации, только здесь разные точки фокуса имеют не лучи разных длин волн, а лучи, попавшие на разные зоны объектива), и изображение становится менее четким. Этот дефект называется сферической аберрацией.

Так же как и в случае хроматической аберрации, простейшим способом борьбы со сферической аберрацией является производство длиннофокусных рефлекторов — в системах с большим фокальным отношением (отношением фокусного расстояния к диаметру объектива) влияние сферической аберрации пренебрежимо мало. Этот вариант хорош для малых апертур, но не годится для крупных инструментов, имеющих ограничения по длине трубы.

Гораздо более действенным способом борьбы с этим недостатком является придание зеркалу в процессе полировки параболической формы. Параболическое зеркало несколько сложнее в изготовлении, чем сферическое, но оно собирает все лучи в одной точке, таким образом, полностью устраняя действие сферической аберрации.

Поскольку собранный главным зеркалом свет отражается обратно, его нужно перенаправить, чтобы вывести из трубы. Это делается с помощью небольшого плоского зеркала эллиптической формы (называемого вторичным), расположенного под углом в 45 градусов к оптической оси главного зеркала. К сожалению, вторичное зеркало и система его крепления неизбежно будут экранировать главное зеркало, уменьшая количество собираемого им света и снижая общий контраст изображения.

Вследствие того, что для изготовления рефлектора требуется отполировать всего две оптические поверхности (главное и вторичное зеркала), причем качество каждой из них можно проконтролировать отдельно, производство телескопов этой системы является наиболее дешевым, по сравнению с телескопами других конструкций. С другой стороны, длинная оптическая труба рефлектора Ньютона делает его более чувствительным к колебаниям от ветра, по сравнению с более компактными системами. Еще одним недостатком рефлекторов является необходимость периодически производить юстировку (настройку) его оптических элементов.

Катадиоптрические (зеркально-линзовые) телескопы

Третья группа телескопов, называемых катадиоптрическими (зеркально-линзовыми), представляет собой гибрид двух предыдущих систем — для того чтобы управлять ходом лучей в них используются и линзы, и зеркала. Примерами таких инструментов являются катадиоптрические телескопы Ньютона, телескопы Шмидта-Кассегрена и Максутова-Кассегрена.

Катадиоптрический рефлектор Ньютона — это классический рефлектор, в который добавлена корректирующая линза, расположенная на пути световых лучей перед точкой фокуса. Этот корректор увеличивает эффективное фокусное расстояние объектива, позволяя значительно укоротить длину трубы.

Например, сочетание главного зеркала с фокусом 500 мм и 2-кратного корректора дает результирующее фокусное расстояние 1000 мм, но длина трубы остается такой же, как и у обычного ньютоновского рефлектора с фокусом 500 мм! Катадиоптрические рефлекторы более компактны и меньше подвержены колебаниям от ветра, чем простые Ньютоны, но имеют большее экранирование и могут быть более сложными в юстировке.

В телескопах Шмидта-Кассегрена световые лучи вначале проходят через тонкую асферическую пластину, подобранную таким образом, чтобы она исправляла сферическую аберрацию главного зеркала.

Отразившись от главного, а затем и вторичного зеркала, лучи вновь отправляются в сторону главного зеркала и выходят из трубы через отверстие в нем. Прямо за этим отверстием устанавливается окуляр или диагональное зеркало. Фокусировка осуществляется перемещением окуляра или главного зеркала. Основное достоинство Шмидта-Кассегрена — компактность (труба получается в три раза короче рефлектора Ньютона с тем же фокусным расстоянием). Основной недостаток — относительно большое вторичное зеркало, которое уменьшает количество собираемого света и приводит к небольшому падению контраста изображения.

Телескопы Максутова-Кассегрена схожи с телескопами Шмидта-Кассегрена, только вместо корректирующей пластины Шмидта в них используется выпукло-вогнутая линза (мениск), обе поверхности которой имеют сферическую форму. Роль вторичного зеркала в этих телескопах играет небольшой центральный "пятачок", расположенный с внутренней стороны мениска и покрытый отражающим материалом. Проходя через мениск, свет попадает на главное зеркало, отражается от него, попадает на зеркальный "пятачок" на внутренней стороне мениска, вновь отражается и, так же как и в телескопах Шмидта-Кассегрена, выходит из трубы через отверстие в главном зеркале. Такая конструкция проще в изготовлении по сравнению с телескопами Шмидта-Кассегрена, но имеет больший вес за счет более тяжелого мениска.

Купить телескоп