Максутова кассегрена


Максутова кассегрена

Вы прочитали пост о том, что наблюдать на небе, посмотрели сами, показали друзьям и заинтересовались темой. Логичное следующее желание — купить телескоп и смотреть на те же красоты уже хорошо вооруженным глазом. Но эта задача не такая простая, как может показаться, выбор зависит от различных параметров. Поэтому пост с описанием различных оптических схем телескопов, монтировок, думаю, окажется полезным.

Необходимая демотивация и объекты для наблюдения

Для того, чтобы не было жалко потраченных денег, необходимо сделать несколько демотивирующее вступление.

Человеческий фактор

Во-первых, надо понимать, что объем и качество красот зависит от ваших усилий. Астрономия не относится к развлечениям типа «нажал кнопку и наслаждаешься». Необходимо заранее продумать ответы на следующие вопросы:


  1. Бюджет. Стоимость дополнительных аксессуаров может сравняться и с легкостью превысить стоимость телескопа, учтите это при формировании бюджетных ограничений на стоимость модели.
  2. Место наблюдений. Где вы планируете наблюдать? В городе с балкона, на даче, выезжать за город, в деревню, в глушь или вообще за границу?
  3. Хранение и транспортировка. Где и в каком виде вы собираетесь хранить телескоп? Как транспортировать на место наблюдений из предыдущего пункта? Как часто? Как упаковывать и на каком виде транспорта перевозить?
  4. Желаемые объекты наблюдений. Есть ли какие-то типы объектов, которые вы очень хотите наблюдать?
  5. Формат наблюдений. Вы собираетесь наблюдать визуально или заниматься астрофотографией? Будете наблюдать в одиночку, с семьёй/друзьями/единомышленниками?

Также весьма желательно было бы получить личный опыт наблюдений в телескоп. Существует много вариантов, как это сделать:

  • Поспрашивать знакомых, вдруг у кого есть?
  • Посмотреть наличие астроклубов в своём городе (в соцсетях или на Астрофоруме).
  • Сходить на вечер тротуарной астрономии, их проводят планетарии и магазины, торгующие телескопами.
Техника превзошла человека

Во-вторых, не стоит разжигать себя фотографиями туманностей с телескопа Хаббл, такого вы точно не увидите. К сожалению, человеческий глаз не может накапливать фотоны как плёнка или матрица фотоаппарата, а сумеречное зрение плохо различает цвета. Поэтому то, что вы увидите самолично, как правило (есть и исключения!), будет хуже выглядеть, чем на фото из Интернета. Поэтому я составил небольшой перечень с иллюстрациями, как будут выглядеть объекты в телескоп. Список отсортирован по простоте для наблюдений и субъективной красоте объектов.


Луна

Луна — это один из немногих объектов, которые визуально впечатляют больше, чем на фото. В окуляре Луна очень яркая, четкая, визуально очень большая, и очень красивая. Лучше всего наблюдать Луну в первой и последней четверти (т.е. когда видна примерно половина диска). В этом случае на границе света и тени (линии терминатора) очень хорошо виден рельеф — кратеры различной высоты, неровности морей и прочие красоты. Луна — это самый легкий и доступный для наблюдений объект, который виден каждый месяц, меняется каждый день, и никогда не надоедает. Я взял фотографию тверского астроклуба и несколько подредактировал её, чтобы создать максимально похожий вид:

Максутова кассегрена

При использовании большего увеличения можно смотреть на отдельные красивые элементы ландшафта, например, Залив Радуги:


Максутова кассегрена

Планеты

Второй по доступности тип объектов. Планеты сменяют друг друга по расписанию, поэтому этот круговорот вряд ли надоест, но, увы, в любительские телескопы они видны гораздо хуже, чем на астрофото, не говоря уже про фотографии с обсерваторий, Хаббла или межпланетных аппаратов.

Юпитер. Большая, яркая и красивая планета. В телескоп видны две полосы на диске и четыре галилеевых спутника, которые стали первыми объектами, открытыми на первом телескопе Галилея. Ио, Европа, Ганимед, Каллисто кружатся вокруг диска планеты яркими точками, иногда выстраиваясь в красивые фигуры — треугольники, ломанные линии. В окуляр телескопа это будет выглядеть примерно вот так:
Максутова кассегрена
Если приглядеться, видны две полосы на диске. На данной фотографии пришлось их пририсовывать, у глаза лучший динамический диапазон, чем у простого любительского астрофото.

Сатурн. Следующий по красоте объект, его уникальность — кольца. В окуляр он кажется нарисованным, но зрелище весьма красивое. В небольшой любительский телескоп щель Кассини видна далеко не всегда, за два года я её видел один раз и то не со стопроцентной уверенностью.


Максутова кассегрена

Венера. Очень яркая звезда на утреннем или вечернем небосклоне в телескоп видна равномерно белой, но у неё есть уникальная особенность — у неё видны фазы:
Максутова кассегрена

Марс. Марс уже находится в зоне разочарования. В небольшой любительский телескоп можно разве что убедиться, что он красный:
Максутова кассегрена

Меркурий и Уран находятся далеко в зоне разочарования. Если сильно интересно, найти их можно, но смотреть особо не на что.

Кратные звёзды

В телескоп уже виден цвет звезд. И если двойная звезда разноцветная, то это очень красиво. Самые яркие представители — Альбирео в Лебеде и Сердце Карла в Гончих Псах.


Максутова кассегрена
Альбирео, для лучшего восприятия цвета можно слегка расфокусировать телескоп.

Рассеянные скопления

Рассеянные скопления — это второй тип объектов, который впечатляет сильнее, чем их фотографии. Впервые увидев Хи/Аш Персея в телескоп один мой знакомый вспоминал финал «Космической одиссеи» — «Боже! Там полно звёзд!»

Плеяды. Глаз не видит голубые туманности, которые видны на хороших астрофото, но синий оттенок звёзд будет различим. Плеяды настолько большие, что помещаются целиком только в окуляры с небольшим увеличением.

Максутова кассегрена

Хи/Аш Персея
Очень красивые два рассеянных скопления рядом:

Максутова кассегрена
Нет, всё-таки смотреть вживую лучше

Шаровые скопления

Тут всё уже печальней. В любительский телескоп шаровые скопления видны как мутные пятна, но, если повезет с условиями наблюдения, то всё-таки можно увидеть, что они образованы тысячами и миллионами звёзд.


Максутова кассегрена
Большое скопление Геркулеса.

Туманности

Здесь всё совсем печально. Из-за свойств глаза туманности, во-первых, черно-белые, во-вторых, очень слабо видимые, в-третьих, надо выезжать далеко за город в темные места, чтобы их увидеть более-менее заметными.

Туманность Ориона
Максутова кассегрена

М57. Туманность «Кольцо» в Лире
Максутова кассегрена
И не говорите, что вы тут ничего не видите.

Солнце

Купив специальный фильтр, можно смотреть на Солнце. В обычный фильтр видны солнечные пятна, грануляция (выглядит как сетчатость поверхности).


Максутова кассегрена
Проходение Венеры по диску Солнца, 2012 год, вверху видны солнечные пятна.

ВНИМАНИЕ: При отсутствии специального фильтра не направляйте телескоп на Солнце. Возможно расплавление или даже взрыв установленных окуляров и необратимое ослепление глаза при попытке взглянуть через окуляр. Использование закопченных стекол, кулинарной фольги или других суррогатов вместо специального солнечного фильтра недопустимо!

Прочее

При наличии некоторого везения и ловкости можно наблюдать пролетающие мимо самолёты, МКС (четыре ряда солнечных батарей вполне различимы), китайские фонарики и прочее.

Также стоит обратить внимание на плагин «Окуляры», идущий в поставке Stellarium. Если ввести параметры телескопа и окуляра, Stellarium покажет размер объекта в окуляре.

Матчасть

Для того, чтобы предметно говорить о телескопах, необходимо разобраться, какие телескопы бывают и какими достоинствами и недостатками обладают.

Термины и определения

Апертура — диаметр главного зеркала телескопа.
воря простыми словами, чем больше апертура, тем лучше видно. Максимальное реальное увеличение телескопа — это две апертуры. В реальной жизни телескоп редко используется на увеличениях больше 150-200, не стоит гнаться за увеличением. Также, атмосфера редко бывает достаточно хорошей для того, чтобы телескопы с апертурой больше 300 мм смогли полностью проявить себя.
Фокусное расстояние — это расстояние, на котором телескоп строит изображение бесконечно удаленного объекта. Знание фокусного расстояния необходимо для расчета увеличения окуляра: увеличение — это фокусное расстояние телескопа, деленное на фокусное расстояние окуляра. Например, для телескопа с фокусным расстоянием 900 мм окуляр 10 мм даст увеличение 900/10=90х. Обратите внимание на то, что телескопы с маленьким фокусным расстоянием требуют очень короткофокусных окуляров для достижения высоких увеличений. Например, телескоп с апертурой 114 мм и фокусным расстоянием 500 мм потребует окуляра 2,5 мм для своего максимального увеличения. Такие окуляры дорогие и неудобные для наблюдения.
Относительное отверстие — это отношение апертуры к фокусному расстоянию. Важный для астрофото параметр, его можно приблизительно сравнить с диафрагмой фотоаппарата. Для визуальных наблюдений имеет значение то, что у телескопов с относительным отверстием меньше 1/6 возникают искажения на краю поля зрения окуляра.
Термостабилизация. Телескоп, температура которого отличается от температуры окружающей среды, создает дополнительные искажения изображения. Чем меньше время термостабилизации, тем лучше. К сожалению, у некоторых типов оно достаточно большое, а также, время термостабилизации растёт с размером телескопа.
Юстировка — процесс совмещения оптических осей элементов телескопа. В зависимости от конструкции, может быть сделана на заводе на весь срок эксплуатации, или же ей придётся заниматься с некоторой регулярностью самостоятельно.


Оптические схемы телескопов

Максутова кассегрена
Максутова кассегрена
Рефрактор, он же линзовый телескоп. Исторически первый тип, широко распространён до сих пор. Современные рефракторы существуют в двух видах — ахроматы и апохроматы. Ахроматы исправляют все искажения изображения (аберрации), кроме хроматической. Они дешевы, но объекты, наблюдаемые в них, имеют цветные кромки, что ухудшает изображение. Апохроматы устраняют и хроматическую аберрацию, но стоят сильно дороже.
Достоинства:

  1. Минимум обслуживания. Заводская юстировка сохраняется годами, труба закрыта от пыли и влаги.
  2. Очень быстрая термостабилизация.
  3. Апертура работает полностью (нет элементов, загораживающих часть апертуры в трубе), бОльшая контрастность изображения

Недостатки:

  1. Хроматическая аберрация для ахроматов, цена для апохроматов.
  2. Не бывают большой апертуры (большие линзы очень сложно и дорого сделать). 150 мм уже очень дорогие, большей апертуры практически не бывает.
  3. Длинная труба (может быть недостатком)

Максутова кассегрена
Максутова кассегрена
Рефлектор, он же зеркальный телескоп. Был создан Ньютоном как решение проблем тогдашних линзовых телескопов. Несмотря на наличие других зеркальных схем, именно схема Ньютона крайне популярна сейчас.
Достоинства:

  1. Отсутствие аберраций, отличное качество изображения.
  2. Самый дешевый миллиметр апертуры — с ростом апертуры рефлекторов всё больше относительно других схем.
  3. Небольшое время термостабилизации, которое, однако, увеличивается с размерами телескопа.

Недостатки:

  1. Вторичное зеркало с держателями «съедает» часть апертуры. Растяжки держателя дают характерные «лучики» звезд на астрофото.
  2. Открытая труба. Со временем зеркало загрязняется пылью.
  3. Необходимость юстировки. После перевозки юстировка рефлектора может сбиться, и её нужно будет восстанавливать. К счастью, с опытом это дело нескольких минут.

Максутова кассегрена
Максутова кассегрена
Катадиоптрик, он же зеркально-линзовый телескоп. Появились в 20 веке. Кстати, вместе с именами Галилея и Ньютона схемы телескопа увековечили отечественного астронома Максутова, изобретателя одной из популярных схем зеркально-линзовых телескопов — схемы Максутова-Кассегрена.
Достоинства:

  1. Компактность. Самые короткие телескопы.
  2. Закрытая труба предохраняет зеркало от пыли.
  3. Отсутствие аберраций.

Недостатки

  1. Менее контрастное изображение из-за зоны центрального экранирования, апертура работает не полностью.
  2. Самый дорогой миллиметр апертуры.
  3. Большое время термостабилизации.
Монтировки

Монтировка — это переходник между телескопом и штативом. От неё зависит, насколько удобно вам будет наблюдать, сколько тяжестей с собой таскать, и насколько сильно будет трястись телескоп при наблюдениях.
По принципиальному устройству монтировки делятся на альт-азимутальные и экваториальные.
Максутова кассегрена
Альт-азимутальная монтировка имеет две оси — азимут и высоту, отсюда и название. Она игнорирует тот факт, что ось вращения Земли находится под углом к горизонту.
Достоинства:

  1. Простая, легкая, грузоподъемная.
  2. Не нужна дополнительная подготовка к наблюдениям.

Недостатки:

  1. Объект надо сопровождать по двум осям.
  2. Объект медленно поворачивается в поле зрения, это усложняет астрофотографию.
  3. Как правило непригодна для наблюдения области зенита.

Чуть в стороне стоит альт-азимутальная монтировка Добсона, подробнее о ней будет ниже.

Максутова кассегрена
Экваториальная, она же немецкая, монтировка имеет третью, дополнительную, ось, за счет чего её можно установить параллельно оси вращения Земли.
Достоинства:

  1. Объект просто сопровождать вручную, даже на бюджетных монтировках есть место для крепления простого моторчика, который очень облегчает сопровождение объекта.
  2. Нет проблем с доступностью зенита.
  3. Поле зрения остаётся неподвижным, это хорошо для астрофото.

Недостатки:

  1. Монтировка более сложная и тяжелая, в состав входит весьма тяжелый противовес.
  2. Монтировка требует дополнительных операций перед началом наблюдений и после них.

Также монтировка может быть моторизованной и компьютеризованной.

  • В самом простом варианте экваториальная монтировка оснащается аналоговым или цифровым мотором для сопровождения объекта. Наведение осуществляется вручную.
  • Более сложный вариант — это приводы на обе оси монтировки, позволяющие наводить телескоп на объект с пульта (при наличии порта с ноутбука с соответствующим ПО) и сопровождать его автоматически.
  • Самый сложный вариант — компьютеризованная монтировка со своей базой объектов, способная самостоятельно наводиться на объект и сопровождать его. Самые продвинутые монтировки могут оснащаться GPS/ГЛОНАСС и компасом для полностью автоматической подготовки к наблюдениям.

Автоматизация очень упрощает жизнь, но нужно иметь в виду, что это дополнительные деньги, которые в случае ограниченного бюджета можно потратить на более мощный телескоп.

Меры предосторожности

Какие ошибки можно совершить при выборе телескопа?
Покупка телескопа в гипермаркете. Сейчас много специализированных магазинов с филиалами в крупных городах и доставкой по России. Не стоит рисковать, покупая телескоп неизвестного производителя с неизвестным качеством.
Слишком жадничать. Рефракторы с апертурой не больше 60 мм, рефлекторы не больше 76 мм и катадиоптрики не больше 80 мм не являются серьезными инструментами, как правило, они на очень хлипких монтировках, и если совсем швах с деньгами, лучше подкопить на нормальный инструмент или переключиться на бинокли.
Ньютоны с корректором. Существуют модели рефлекторов Ньютона с корректором в узле фокусера. Они короче обычных Ньютонов, но добавляют искажения.
Короткофокусные рефракторы-ахроматы. Как и в предыдущем случае, за уменьшение размеров заплатили качеством изображения. У таких телескопов сильнее хроматизм.

Логика выбора

Если вы четко представляете свои желания и ограничения, то выбор не будет очень сложным. Есть несколько типичных сценариев, которые можно упомянуть.

Балконные визуальные наблюдения в городе

Для наблюдения на балконе важна компактность телескопа. Поэтому при ограниченном бюджете более предпочтительными становятся рефракторы на азимутальной монтировке — у рефрактора бОльшая часть трубы будет торчать наружу, а с азимутальной монтировкой проще обращаться. Если денег много, то можно задуматься о катадиоптрике на моторизованной монтировке. В любом случае, не стоит сильно гнаться за апертурой, 100-150 мм для города вполне достаточно. Впрочем, подобные советы являются рекомендательными, я вполне успешно эксплуатирую на балконе рефлектор на экваториальной монтировке, потому что при выборе телескопа мне хотелось бОльшую апертуру без хроматизма в условиях ограниченного бюджета, и была запланирована покупка привода для монтировки.

Наблюдения на даче/за городом

В случае, если нет проблем с местом под телескоп и его транспортировкой, то, при наличии бюджета, можно задуматься о большой апертуре. Большая апертура за вменяемую цену — это рефлектор Ньютона. Также, большая апертура требует дорогой, тяжелой и сложной классической монтировки. Поэтому была разработана монтировка Добсона, в которой отсутствует тренога, а телескоп крепится на «табуретку»-лафет:
Максутова кассегрена
Обратите внимание на то, что труба складная — это повышает мобильность. Есть не-складные модели, дешевле.
Подобная конструкция позволяет производить телескопы очень большой апертуры 400 мм и выше. Такой телескоп высотой с человека.

Источник: habr.com

Основные оптические системы катадиоптрических телескопов

Согласно законам оптики, точность поверхности зеркала должна быть не хуже λ/8, где λ — длина волны (видимый свет — 550 нм). Таким образом, основная сложность изготовления зеркала состоит в необходимости очень точно соблюдать кривизну поверхности. Изготовить сферическое зеркало технологически гораздо проще, чем параболическое и гиперболическое, которые используются в телескопах-рефлекторах. Но сферическое зеркало само по себе обладает очень большими сферическими аберрациями и непригодно для использования. Описанные ниже системы телескопов — это попытки исправить аберрации сферического зеркала добавлением в оптическую систему стеклянной линзы особой кривизны (корректора).

Система Шмидта

В 1930 эстонский оптик, сотрудник Гамбургской обсерватории Барнхард Шмидт установил в центре кривизны сферического зеркала диафрагму, сразу устранив и кому и астигматизм. Для устранения сферической абберации он разместил в диафрагме линзу специальной формы, которая представляет собой поверхность 4-го порядка. В результате получилась фотографическая камера с единственной абберацией — кривизной поля и удивительными качествами: чем больше светосила камеры, тем лучше изображения, которые она дает, и больше поле зрения!

В 1946 Джеймс Бэкер установил в камере Шмидта выпуклое вторичное зеркало и получил плоское поле. Несколько позже эта система была видоизменена и стала одной из самых совершенных систем: Шмидта-Кассегрена, которая на поле диаметром 2 градуса дает дифракционное качество изображения. В качестве вторичного зеркала обычно используется алюминированная центральная часть обратной стороны корректора.

Телескоп Шмидта очень активно используется в астрометрии для создания обзоров неба. Основное его преимущество — очень большое поле зрения, до . Фокальная поверхность является сферой, поэтому астрометристы обычно не исправляют кривизну поля, а вместо этого используют выгнутые фотопластинки.

Система Максутова

В 1941 Д. Д. Максутов нашёл, что сферическую аберрацию сферического зеркала можно компенсировать мениском большой кривизны. Найдя удачное расстояние между мениском и зеркалом, Максутов сумел избавиться от комы и астигматизма. Кривизну поля, как и в камере Шмидта, можно устранить, установив вблизи фокальной плоскости плоско-выпуклую линзу — так называемую линзу Пиацци-Смита.

Проалюминировав центральную часть мениска, Максутов получил менисковые аналоги телескопов Кассегрена и Грегори. Были предложены менисковые аналоги практически всех интересных для астрономов телескопов. В частности, в современной любительской астрономии часто применяются телескопы Максутова-Кассегрена, и, в меньшей степени, Максутова-Ньютона и Максутова- Грегори.

Основные преимущества и недостатки катадиоптрических телескопов

Катадиоптрические системы — это синтез зеркальных и линзовых систем. Они имеют много преимуществ, но также получили в наследство и некоторые недостатки.

Преимущества
  • Главным преимуществом является простота изготовления сферического зеркала. Корректор избавляет систему от сферичесокй аберрации, «трансформируя» её аберрацию кривизны поля.
  • Малый фокус и, следовательно, очень большое поле зрения (до ) и светосила.
  • В качестве вторичного зеркала используется алюминированная центральная часть обратной стороны корректора. То есть «вторичное зеркало» жёстко зафиксировано в оправе, в то время, как почти во всех рефлекторах вторичное зеркало держится на трех-четырёх перетяжках. Поэтому катадиоптрическая система не так чувствительна к разъюстировке.
Недостатки
  • Сложность изготовления корректора больших размеров. Самые большие инструменты не превышают 2 метров.
  • Система содержит оптические элементы из стекла, поэтому на окраине поля зрения проявляется хроматическая аберрация и кома. Стекло поглощает часть света, уменьшая светосилу.
  • Проблема кривизны поля решалась использованием специального держателя, в котором плоская фотопластинка изгибалась до нужной кривизны. Изготовить же ПЗС-матрицу нужной кривизны сложно и дорого.
  • Фокус жёстко связан с длиной трубы (растояния от зеркала до корректора — половина фокуса). Относительное отверстие также ограничено остаточными абберациями.

Зеркально-линзовые системы создавались в поисках компромисса. Их применение ограничено. Малые размеры и фокус не позволяют применять их для астрофизических целей, но телескопы получили широкое распространение среди астрометристов.

См. также

  • МТО (зеркально-менисковый объектив)
  • Рубинар (зеркально-менисковый объектив)
  • Рефлектор (зеркальный телескоп)
  • Рефрактор (линзовый телескоп)

Источник: dic.academic.ru

Основные понятия

Зеркально-линзовая оптика (катадиоптрическая система) — разновидность оптических систем, содержащих в качестве оптических элементов как сферические зеркала (катоптрику), так и линзы. Зеркально-линзовые системы нашли применение в прожекторах, фарах, ранних маяках, микроскопах и телескопах, а также в телеобъективах.

Основное развитие катадиоптрические системы получили в телескопах, поскольку позволяют использовать сферическую поверхность зеркал, значительно более технологичную, чем поверхности других порядков. Это даёт возможность создавать сравнительно дешёвые телескопы больших диаметров. Коррекционные линзы сравнительно небольшого диаметра могут использоваться в телескопах рефлекторах для увеличения полезного поля зрения, но к зеркально-линзовым телескопам их не относят.

Система Максутова — Кассегрена

Так же, как системы Шмидта-Кассегрена, телескопы системы Максутова-Кассегрена исправляют сферическую аберрацию при помощи корректора, в качестве которого, вместо пластинки Шмидта, используется толстая выпукло-вогнутая линза (мениск). Проходя через вогнутую сторону мениска, свет попадает на первичное зеркало, которое отражает его вверх на вторичное зеркало (как правило, покрытую зеркальным слоем область на выпуклой стороне мениска). Световые лучи проходят через отверстие в первичном зеркале и попадают в окуляр. Телескопы системы Максутова-Кассегрена менее сложны в производстве, чем модели Шмидта-Кассегрена, однако использование в оптической схеме толстого мениска увеличивает их вес.

В 1941 Д. Д. Максутов нашёл, что сферическую аберрацию сферического зеркала можно компенсировать мениском большой кривизны. Найдя удачное расстояние между мениском и зеркалом, Максутов сумел избавиться от комы и астигматизма. Кривизну поля, как и в камере Шмидта, можно устранить, установив вблизи фокальной плоскости плоско-выпуклую линзу — так называемую линзу Пиацци-Смита.

Д.Д. Максутов

Максутов Дмитрий Дмитриевич (11 (23) апреля 1896, Одесса — 12 августа 1964, Ленинград) — советский учёный, оптик, член-корреспондент АН СССР (1946). Изобретатель менисковой оптической системы, носящей его имя, которая в настоящее время широко используется в телескопостроении. 8 месяцев учился в Томском технологическом институте (ТПУ), был студентом химико-технологического факультета. Изготовил большое количество точных оптических зеркал и объективов. В 1930г. организовал лабораторию астрономической оптики в Оптическом институте в Ленинграде. С 1952г. работал в Главной астрономической обсерватории АН СССР (Пулково). Основные исследования Максутова касаются вопросов усовершенствования теневых и других оптических методов исследования, технологии изготовления асферических поверхностей. Д.Д. Максутову принадлежит изобретение новых катодиоптрических систем оптических приборов, носящих его имя. Эти системы получили широкое применение в ряде областей науки и техники. Максутов создал оптику для ряда крупных уникальных инструментов.

Ссылки

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%82%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BF%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0

http://cosp.ucoz.ru/blog/2011-2-13

Источник: wiki.tpu.ru

Кассегрены

Кассегрены – очень большой класс двухзеркальных оптических схем широко используемых в астрономической оптике. Это и классический Кассегрен с параболическим главным зеркалом, и Ричи-Кретьен с гиперболическим главным зеркалом, и Максутов-Кассегрен со стеклянным мениском-корректором, закрывающим трубу, и Шмидт-Кассегрен с коррекционной стеклянной пластиной, и схема Клевцова с линзовым корректором вблизи вторичного зеркала.

Лучи от удаленного предмета падают на вогнутое главное (primary) зеркало, а их отражения, не доходя до фокуса, перехватываются вторичным (secondary) выпуклым зеркалом, которое уже и строит действительное обернутое изображение в фокальной плоскости (кассегреновский фокус). Комбинация этих двух зеркал образует силовую оптическую схему, которую часто дополняют линзовыми коррекционными компонентами. Эти корректоры могут быть установлены перед главным зеркалом (в параллельном ходе лучей), перед вторичным зеркалом (в двойном проходе лучей),  перед изображением (в сходящемся ходе лучей). Обычно корректор в параллельном ходе лучей или/и асферика на главном зеркале отвечают за исправление сферической аберрации (иногда комы и некоторых других апертурных аберраций). Корректор в двойном ходе лучей и/или асферика на вторичном зеркале отвечает обычно за коррекцию комы (может корректировать и сферическую, но менее эффективно). Корректор в сходящемся ходе лучей обычно отвечает за коррекцию полевых аберраций (в первую очередь кривизны поля зрения, астигматизма), которые в большей или меньшей мере присущи всем Кассегренам.

Обычно полное фокусное расстояние Кассегрена много больше фокусного расстояния его главного зеркала, то есть он относятся к зеркальным телеобъективам. Расстояние от зеркала до зеркала меньше фокусного, что делает объективы на основе этой схемы весьма компактными. Типичные относительные отверстия Кассегренов 1:8..1:12. Но бывают как более, так и менее светосильные варианты. Отношение полного фокусного расстояния к фокусному расстоянию главного зеркала называют увеличением на вторичном зеркале. Чем это увеличение больше, тем чувствительнее схема к разъюстировкам и перепадам температуры, но и позволяет уменьшить экранирование (затенение вторичным зеркалом центра апертуры).

Обычно фокальную плоскость выносят за поверхность первичного зеркала через отверстие в нем. Расстояние вдоль оптической оси от поверхности первичного зеркала до фокальной плоскости так и называют – выносом. Это расстояние должно быть достаточным для того, чтобы разместить приемные устройства, зенит-призму, устройство точной фокусировки, механику крепления, разгрузки и юстировки главного зеркала, устройство грубой фокусировки главным зеркалом, учесть толщину самого главного зеркала. С другой стороны большой вынос требует преувеличения экранирования, что нежелательно по соображениям влияния дифракции на качество изображения. Доступное для сенсора или окуляра поле зрения в Кассегренах естественным образом ограничивается размером отверстия в главном зеркале. Иногда фокальную плоскость выносят вбок отражением от малого диагонального зеркала, расположенного перед главным (схемы фокусов Несмита и Куде), в этом случае главное зеркало может не иметь отверстия.

Особенное внимание в Кассегренах уделяют защите поля зрения от паразитной засветки лучами, идущими напрямую из входного зрачка на фотоприемник или полевую диафрагму окуляра. Для этой светозащиты служат обычно три бленды. Внешняя – перед объективом, внутренняя короткая на вторичном зеркале и внутренняя «морковка» на отверстии главного зеркала. Из соображений светозащиты приходится еще больше преувеличивать экранирование и уменьшать размер невиньетированного поля зрения.

Все Кассегрены весьма чувствительны к ошибкам коллимации вторичного зеркала. Апланатические схемы – несколько меньше, схемы с несправленной комой (неапланатичные) – больше. Юстировка (коллимация) осуществляется небольшими наклонами вторичного зеркала и/или реже – главного.

Классический Кассегрен

Это чисто зеркальная схема с параболическим главным зеркалом и выпуклой гиперболой на вторичном. Схема полностью исправлена в части сферической аберрации, то есть на оси строит стигматичное изображение, но, как и одиночное параболическое зеркало (схема Ньютона), не свободна от полевой комы (то есть не апланатична). Из-за этого – высокая чувствительность схемы к разъюстировкам, да и качество изображения при даже при типичных для Кассегренов относительных отверстиях (1:10 и менее) страдает от комы. В меньшей степени изображение (ближе к краю поля зрения) испорчено астигматизмом и кривизной поля зрения. Главным резоном для использования классической схемы Кассегрена является ее гибкость. Установкой вместо вторичного выпуклого зеркала плоского диагонального можно преобразовать телескоп в светосильный Ньютон. А сменой вторичных зеркал можно получать с одним и тем же главным зеркалом разные фокусные расстояния и соответственно иметь разный масштаб на фотоприемнике.

Схема имеет открытую для окружающего воздуха трубу, что благоприятно сказывается на скорости приведения телескопа в состояние теплового равновесия с окружающей средой. Но это не очень практично в смысле сохранения поверхностей в чистоте, да и качество изображения (тройной ход лучей через внутренний объем трубы) страдает от внутренних конвекционных потоков, которые трудно подавить в открытой трубе.

В практике любительского телескопостроения получила ограниченное применение такая вариация классического Кассегрена, как Долл — Керкэм. В этой схеме предприняты меры по уменьшению проблем с асферизацией оптических поверхностей. Главное зеркало имеет форму эллипсоида («недопараболизованную» сферу), а выпуклое вторичное -сферическую. Ценой потери универсальности и 3-4 кратного увеличения полевой комы (и соответственно проблем с юстировкой) получается много менее трудоемкая в части асферизации (фигуризации) поверхностей зеркал схема. Из-за преувеличенной комы, схема предпочтительна в малосветосильном исполнении 1:15 и менее.

Ричи-Кретьен (РК)

Это так же чисто зеркальная апланатическая вариация Кассегрена с исправленной полевой комой. Оба зеркала — гиперболоиды вращения. Трудоемкость изготовления выше, чем у классического Кассегрена, зато исправленная кома позволяет развивать большие относительные отверстия. Так что схема имеет некоторое распространение у любителей, в основном в качестве астрографа и обычно в сочетании с полевым линзовым корректором так как астигматизм и кривизна поля зрения этой схемы довольно велики. Ценой достигнутой апланатичности стала потеря гибкости присущей классическому Кассегрену. Ричи-Кретьен, без специальных линзовых корректоров не дает получить исправленное изображение в главном фокусе или изменять фокусное расстояние заменой вторичного зеркала, с сохранением апланатичности. Но это, в общем-то, не столь важно в любительской практике.

Максутов-Кассегрен (МК)

Это Кассегрен с ахроматическим мениском Максутова установленным в параллельном ходе лучей. Зеракала имеют сферическую форму, а мениск исправляет сферическую аберрацию и полевую кому. Астигматизм схемы весьма и весьма умеренный. Имеется небольшая кривизна изображения. Иногда вторичным зеркалом служит вторая (выпуклая) поверхность мениска, что не сказывается на качестве коррекции аберраций, но несколько усложняет юстировку. Соотношение радиусов и толщины в мениске таково, что он вносит минимальный, практически незаметный, хроматизм.
Эта апланатическая схема, подобно схеме Ричи-Кретьена, способна работать с большими относительными отверстиями и использоваться, как довольно светосильный астрограф. В любительской же практике ее используют с малыми относительными отверстиями, то есть как более технологичный (без асферик) Кассегрен. Дополнительный плюс схемы – закрытая труба. Ее тепловая инертность много больше (дольше остывает), чем у чисто зеркального Кассегрена, зато после выхода на тепловое равновесие, внутренние конвекционные потоки много спокойнее, что делает возможным получение лучшего качество изображения. К недостаткам схемы относят наличие остаточной сферической аберрации высших порядков. Ее можно несколько уменьшить путем ретуши (зональной асферизации) мениска или главного зеркала, но при этом теряется плавность формы сферической поверхности и возможно появление серьезных зональных ошибок.

Шмидт-Кассегрен (ШК)

Этот Кассегрен, пожалуй, самый распространенный у любителей. Он характеризуется сферическими зеркалами и планоидной асферической коррекционной пластинкой изобретенной Шмидтом. Пластинка Шмидта установлена в параллельном ходе перед главным зеркалом так, чтобы вторичное зеркало могло крепиться к нему. Коррекционная пластинка исправляет сферическую аберрацию. Качество изображения в ШК сильно зависит от весьма сложного процесса асферизации коррекционной пластины. При прочих сферических поверхностях полевая кома остается неисправленной и примерно равной классическому Кассегрену, поэтому относительные отверстия Шмидт-Кассегренов обычно невелики 1:10..1:12 и они весьма чувствительны к разъюстировкам. Апланатичность схемы подобная зеркальному Ричи-Кретьену достигается введением асферики на одном из зеркал, как это сделано в серии телескопов RCX от Meade. Пластинка вносит небольшой остаточный сферохроматизм (хроматическую разницу в коррекции сферической аберрации), который практически не оказывает влияния на качество изображения. Для производства фотографических работ ШК оборудуются компрессорами (уменьшителями) фокусного расстояния, которые увеличивают относительное отверстие и в том числе несколько подправляют кому и кривизну поля зрения.
Телескопы этой схемы, благодаря относительно тонкой пластине корректора, имеют меньшую тепловую инерцию (быстрее остывают), чем МК при тех же плюсах зарытой трубы.
И в ШК и в МК вторичное зеркало крепится непосредственно на коррекционный элемент и таким образом они лишены проблем связанных с дифракционным влиянием «паука» из растяжек на появление характерных «лучиков» вокруг ярких звезд. Апертура ШК и МК обычно ограничена диаметром их главного линзового коррекционного элемента (пластинки или мениска), а вот главные зеркала делают несколько большего диаметра, чтобы не «зарезать» апертуру и уменьшить виньетирование краев изображения. Пластинка несколько меньше ограничивает апертуру, а вот качественный мениск большого диаметра весьма дорог в производстве.

Клевцов

Относительно недавно изобретенная схема с субапертурным линзовым корректором сферической аберрации и комы в двойном ходе лучей перед вторичным зеркалом. Все поверхности сферические. Высшие порядки сферической аберрации незначительны, астигматизм по сравнению с МК довольно велик. Двойной проход лучами линзового корректора приводит к несколько большему по сравнению с ШК и МК светорассеиванию (хотя автором схемы предприняты специальные меры к недопущению бликования). Труба может быть очень компактной, а относительное отверстие – довольно большим. Астигматизм и кривизна несколько больше, чем у МК. Все преимущества и недостатки открытой трубы (объектив быстрее остывает, но есть трудности со стабилизацией изображения после остывания).
Апертура Клевцова так же как классического Кассегрена или Ричи-Кретьена определяется диаметром одной детали — главного зеркала, что делает эти схемы потенциально самыми апертурными.

Кассегрены с двухлинзовыми корректорами

Двухлинзовый афокальный корректор может быть установлен как в параллельном (перед главным зеркалом), так и в сходящемся ходе лучей. В первом случае получаем схему Слефогта (у нас чаще ее называют схемой Волосова) со сферами на всех поверхностях. Схема хорошо исправлена в части сферической, комы и прочих остаточных апертурных аберраций. Она выдерживает довольно большие относительные отверстия и прекрасно работает в качестве светосильного астрографа. Но для обычных приложений в любительской практике двухлинзовый полноапертурный корректор все же довольно дорог в производстве и несколько избыточен.
При установке афокального корректора в сходящемся ходе лучей при некотором запасе на экранирование возможно исправление сферической и комы при сферах на зеркалах, но обычно допускается асферика на одном или даже обоих зеркалах, а корректор работает большей частью как полевой.

Источник: astronomy.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.