Телескопи

Как да изберем телескоп

Всички оптични телескопи могат да бъдат разделени по типа на основния светлинен елемент в пречупващи, отразяващи и катадиоптрични – огледални телескопи. Всички проекти имат предимства и недостатъци. Когато избирате дизайн, трябва да вземете под внимание няколко фактора – целта на наблюдението, условията, преносимостта и теглото, нивото на аберации, цената и т.н. За да направите процеса на избор на телескоп по-лесен, ще ви разкажем за характеристики на най-популярните видове телескопи днес.

• Рефрактори (пречупващи телескопи)

• Рефлектори (отразяващи телескопи)

• Катадиоптерия (телескопи с огледални лещи)

Рефрактори (пречупващи телескопи)

Пречупващите телескопи са първите телескопи в историята. Двойно изпъкналата леща представлява обектив и събира светлина в този телескоп. Неговата функция се основава на свойствата на изпъкналите лещи да пречупват светлинните лъчи и да ги събират в определена точка – фокуса. Следователно, пречупването на телескопи често се нарича рефрактор (от латински пречупване “да се счупи”).

В телескопа на Галилео (създаден през 1609 г.) са използвани две лещи, за да се събере максималното количество звездна светлина и да се позволи на човешкото око да го види. Първата леща (обективът) е сходна; събира светлината и я фокусира на определено разстояние, а втората леща (окуляра) е различна; преобразува конвергиращия пакет обратно в паралелния. Дизайнът на Галилео предава пряк, ненарушен образ, но страда много от хроматичната аберация, която разваля образа. Хроматичната аберация идва като фалшиво оцветяване на границите и детайлите на обекта.

Телескопът на Кеплер (изобретен през 1611 г.) е по-сложен и има изпъкнал обектив за окуляра, чийто преден фокус е комбиниран със заден фокус на обективния обектив. Изображението е обърнато, но това не е съществено за астрономическите наблюдения – можете да поставите измервателна решетка в фокалната точка вътре в тръбата. Проектът, предложен от Kepler, оказа силно влияние върху развитието на рефракторите. Въпреки че има и хроматична аберация, ефектът му може да бъде намален чрез увеличаване на фокусното разстояние на лещата на обектива. Следователно рефракторите от онова време, със скромни диаметри на лещата, често имат фокусно разстояние от няколко метра и съответна дължина на тръбата. Някои рефрактори дори можеха да се справят без него (наблюдателят държеше окуляра и „хващаше“ изображение, което се предаваше от обектива, поставен на специален статив).

Поради тези специфични характеристики на рефракторите, дори Нютон стигна до заключението, че е невъзможно да се коригира хроматичната аберация на рефракторите. Но през първата половина на 18-ти век се появява ахроматичен рефрактор.

Ахроматичните рефрактори с две лещи са най-често срещаните инструменти сред аматьорските инструменти, но има и по-сложни конструкции на лещите. Обикновено обективът на ахроматичния рефрактор се състои от две лещи, изработени от различни видове стъкло: един обектив се слива и другият се различава. Това позволява значително намаляване на сферичните и хроматичните аберации (изкривяванията на изображението, присъщи на един обектив). В този момент телескопичната тръба остава относително малка.

По-нататъшното развитие на рефракторите доведе до изобретяването на апохромати, при което ефектът от хроматичната аберация върху изображението се свежда до почти невидима стойност. Това обаче се постига чрез използването на специални видове стъкло, които са скъпи при производството и преработката. Следователно цената на такива рефрактори е няколко пъти по-висока, отколкото при апохроматите със същата апертура.

Както всеки друг оптичен дизайн, рефракторите имат своите предимства и недостатъци, анализът на който ще ви помогне да изберете телескоп.

Предимства на рефракторите:

• сравнителна простота на конструкцията, която осигурява лесна работа и надеждност;

• почти не изисква специално оборудване;

• бърза термична стабилизация;

• перфектни за наблюдение на Луната, планетите и звездите-близнаци – особено при високи отвори;

• липсата на централен скрининг от вторичното или диагоналното огледало осигурява максимален контраст на изображението;

• добро цветопредаване при ахроматичен дизайн и отлична цветова представяне в апохроматичен дизайн;

• Затворената тръба елиминира въздушните потоци, които развалят изображението и предпазват оптиката от прах и замърсяване;

• обективът на обектива се изработва и регулира от производителя като единичен елемент и не изисква никакви настройки на потребителя.

Недостатъци на рефракторите:

• максимална цена на единица цел на обектива в сравнение с рефлекторите или катадиоптриците;

• като правило рефракторите са по-тежки и по-големи от рефлекторите и катадиоптиците със същата апертура;

• цената и големият размер на телескопа ограничават максималния диаметър на отвора;

• по-малко подходящи за наблюдение на малките и димни обекти на дълбокото пространство поради практическите ограничения на отвора.

Рефлектори (отразяващи телескопи)

Отразяващ телескоп или рефлектор (от латински “reflectio” – за отразяване) е телескоп с обектив, състоящ се само от огледала. Подобно на изпъкналата леща, вдлъбнато огледало може да събере светлина в някакъв момент. Ако поставите окуляра на този етап, можете да видите изображението.

Един от първите рефлектори е григорианският рефлекторен телескоп (1663), кръстен на Джеймс Грегъри, който изобретява телескоп с параболично главно огледало. Изображение, наблюдавано в такъв телескоп, е свободно от сферични и хроматични аберации. Светлината, събрана от голямо главно огледало, се отразява от малко елипсовидно огледало, фиксирано пред главното, и се извежда до наблюдателя през дупка в центъра на основното огледало.

Разочарован от модерните по това време рефрактори, Исак Нютон започва работа по разработването на отразяващ телескоп през 1667 година. да отклони събрания оптичен лъч под прав ъгъл и да го доведе до страната на тръбата в окуляра. По този начин е възможно да се справят с хроматичните аберации – огледалата се използват вместо лещи в този телескоп и те отразяват светлината с различни дължини на вълната в еднаква степен. Главното огледало на нютоновия рефлектор може да бъде параболично или дори сферично, ако съотношението на отвора е сравнително малко. Сферично огледало е много по-лесно да се направи, така че нютоновия рефлектор със сферично огледало е един от най-достъпните видове телескопи, включително и тези, които изискват монтаж.

Схемата, предложена през 1672 г. от Лоран Касегрейн, наподобява рефлектора на Грегъри, но има някои отличителни черти – хиперболично изпъкнало вторично огледало и следователно по-компактен размер и по-малък централен фокус. Традиционният рефлектор на Cassegrain не е технологично осъществим в масовото производство (сложни повърхности – парабола, хипербола) и има непоправена кома аберация. Неговите модификации остават популярни и днес. По-специално, в телескопа Ричи-Кретиен се използват главни и вторични хиперболични огледала, които осигуряват широко зрително поле без хроматични аберации и е особено ценно за астрофотографията (известният космически телескоп Хъбъл има подобен дизайн). Освен това, въз основа на рефлектора на Касегрен, по-късно са разработени популярни и технологично прости катадиоптрични проекти – Шмид-Касегрейн и Максутов-Касегрейн.

Когато избирате телескоп, трябва да знаете, че днес “рефлектор” често се отнася до телескоп с Нютонов дизайн. С малко сферична аберация и без хроматизъм, тя все още не е свободна от аберации. Вече близо до оста, започва да се появява кома (неизопланатизъм) – отклонение, свързано с неравномерността на увеличението в различните пръстеновидни зони на отвора. Кома води до това, че образът на звездата не прилича на кръг, а като проекция на конус – остра и светла част е по-близо до центъра на зрителното поле; тъп и кръгъл далеч от центъра. Комата е право пропорционална на разстоянието от центъра на зрителното поле и квадрата на диаметъра на обективната леща. Ето защо той е особено забележим в така наречените “бързи” (високи отвори) нютони на ръба на зрителното поле. За да коригирате комата, се използват специални коректори на обектива, които се монтират пред окуляра или камерата.

Като най-достъпен рефлектор за самостоятелно сглобяване, нютоновите често се правят на прост, компактен и практичен Dobsonian монтаж и по този начин се превръща в преносим телескоп с достъпна апертура. Не само аматьори се занимават с производството на Добнонианците, но и на търговските производители, а телескопите могат да имат отвори до половин метър или повече.

Предимства на рефлекторите:

• най-ниската цена на единица с диаметър на отвора в сравнение с рефракторите и катадиоптиците – по-лесно е да се правят големи огледала от големите лещи;

• сравнително компактни и транспортируеми (особено на Добсънските отражатели);

• благодарение на сравнително голям отвор, те са идеални за наблюдение на тъмни обекти на дълбокия космос – галактики, мъглявини и звездни купове;

• предава светли изображения с малки изкривявания, без хроматични аберации.

Недостатъци на отражателите:

• централният фокус и разширяването на вторичното огледало намаляват контраста на изображението;

• Масивното огледало от стъкло отнема много време за термична стабилизация;

• отворената тръба е отворена за прахови и топлинни въздушни течения, които развалят изображението;

• от време на време огледалата трябва да се регулират (необходимо е подравняване или колимация), тъй като те губят настройката си по време на транспортиране и използване.

Катадиоптични (огледални) телескопи

Телескопите с огледални лещи (или катадиоптични) използват лещите и огледалата за изграждане на изображение и коригиране на аберации. Любителите на астрономията често различават два вида сред катадиоптични телескопи с дизайн на Касегрейн – Шмид-Касегрейн и Максутов-Касегрейн. Това са най-популярните телескопи.

В телескопите Schmidt-Cassegrain (Sch-C) главните и вторичните огледала са сферични. Сферичната аберация се коригира чрез корекционната пластина на Schmidt с пълна апертура, поставена в носовата тръба. Тази плоча изглежда плоска отвън, но има сложна повърхност и създаването на повърхността е основната трудност при производството на дизайна. Американските компании “Мийд” и “Селестрон” обаче успяха успешно да овладеят производството на модела Sch-C. Сред остатъчните аберации на този дизайн, кривината на полето и комата са най-забележими, корекцията на която изисква използването на коректори на обектива, особено за правене на снимки. Основните предимства са къса тръба и по-малко тегло от нютонов рефлектор със същата апертура и фокусно разстояние. В същото време няма удължения от фиксирането на вторичното огледало, а затворената тръба предотвратява образуването на въздушни потоци и предпазва оптиката от прах.

Дизайнът на Максутов-Касегрейн (M-C) е разработен от съветския оптик Дмитрий Максутов и подобно на Sch-C има сферични огледала. Коректор за обектив с пълен отвор – менискът (изпъкнал-вдлъбнат обектив) – се използва за коригиране на аберации. Следователно такива телескопи се наричат ​​още менискови рефлектори. Затворената тръба и отсъствието на удължения са също предимства на М-С. Можете да коригирате почти всички аберации, като изберете параметрите на дизайна. Изключение е така наречената сферична аберация от по-висок ред, но нейното влияние е малко. Ето защо, този дизайн е много популярен и много производители го произвеждат. Вторичното огледало може да бъде направено като отделна единица, механично фиксирана върху мениска или като алуминизирано централно поле на задната повърхност на мениска. В първия случай се осигурява по-добра корекция на аберации; във втория случай – по-ниска цена и тегло, способност за преработка в масово производство и изключване на несъосност на вторичното огледало.

Като цяло, M-C дизайнът е способен да предава малко по-добър образ от Sch-C с подобни параметри и качество на производство. Въпреки това, големите M-C телескопи изискват повече време за термична стабилизация, тъй като дебелият мениск се охлажда значително по-дълго от пластината на Шмид. Освен това се повишиха изискванията за твърдостта на коректора за прикрепване към M-C и целият телескоп се оказа по-тежък. Затова дизайнът M-C се прилага по-често за малки и средни отвори, а за средни и големи отвори обикновено се използва Sch-C дизайн.

Има и Шмит-нютоновски и Максутов-нютоновски катадиоптични дизайни, които имат характерните черти на оригиналния дизайн и най-добрата корекция на аберации. Все пак размерите на тръбата остават “Нютонови” (относително големи), а теглото се увеличава, особено ако е коректор на менискуса. Освен това проектите с коректорите на лещите, монтирани пред второто огледало (дизайн на Клевцов, “сферични касегрени” и др.), Принадлежат към катадиоптичния дизайн.

Предимства на катадиоптичните телескопи:

• висока степен на корекция на аберациите;

• универсална употреба – те са чудесни за наблюдение на планетите и Луната, както и на обектите за дълбоко небе;

• ако има затворена тръба, тя минимизира топлинните въздушни течения и предпазва от прах;

• по-компактни от рефракторите и рефлекторите, докато отворът е същият;

• големите отвори са много по-евтини от сходните рефрактори.

Недостатъци на катадиоптичните телескопи:

• сравнително дълга термична стабилизация, особено за конструкции с менискови коректори;

• по-високи разходи, отколкото за рефлектори със същия отвор;

• сложен дизайн, който затруднява настройването на инструмента без помощ.