Телескоп рефлектор

Телескоп рефлектор

Рефлектор – телескоп, создающий изображение в своей фокальной плоскости с помощью только зеркал. В настоящее время телескоп рефлектор – основной инструмент профессиональной астрономии и самые крупные телескопы выполнены именно по этой схеме. Это связано с тем, что главные зеркала, работающие только на отражение, не требуют такой высокой внутренней однородности материала как линзы рефракторов и катадиоптриков. Кроме того, в любительской практике при равной апертуре рефлектор Ньютона всегда дешевле телескопа любой другой системы, что также обусловило его массовое изготовление разными производителями.

Наряду с общим для всех телескопов принципом построения изображений телескоп рефлектор имеет принципиальную особенность, связанную с тем, что часть падающего на главное зеркало светового потока задерживается оправой ранее расположенного вторичного зеркала или фотоприемника. Это явление называется центральным экранированием и обусловливает снижение контраста создаваемых рефлектором изображений. Кроме того растяжки оправы вторичного зеркала создают в изображении лучи вокруг ярких объектов, при четырех растяжках их будет четыре, при трех – шесть. В отдельных случаях вместо растяжек применяют полукруглые крепления, снижающие яркость этих лучей. Достоинством рефлектора является полное отсутствие хроматической аберрации.

Основными узлами любого рефлектора являются главное зеркало, оправа главного зеркала с системой торцевой и боковой разгрузки, труба. В визуальном рефракторе присутствует еще вторичное зеркало с оправой и растяжками и фокусировщик со сменными окулярами. В фотографическом телескопе – астрографе, рассчитанном на съемку в прямом фокусе, вместо вторичного зеркала на оправе ставится приемник – как правило это ПЗС – матрица. В этом случае перед ней устанавливается линзовый корректор, спрямляющий полевые аберрации.

Телескоп рефлектор может быть выполнен по одной из нескольких базовых схем, что определяет используемые в нем зеркала и в конечном итоге влияет на стоимость готового изделия. В порядке возрастания сложности к ним относятся: телескоп переднего зрения, кольцевой телескоп, система Ньютона, система Грегори, система Кассегрена с разновидностями, телескоп брахит.

Телескоп переднего зрения состоит только из трубы и установленного в ней с наклоном главного зеркала. По фамилиям открывателей эту систему еще называют системой Ломоносова-Гершеля. Наблюдатель смотрит в расположенный наклонно окуляр. Система не имеет центрального экранирования, но в ней проявляется астигматизм наклонных пучков, для приведения которого к допустимой интенсивности приходится значительно снижать светосилу главного зеркала с возрастанием его диаметра. Главное зеркало – сферическое или параболическое. В настоящее время система серийно не строится, но время от времени реализуется в любительских конструкциях.

Кольцевой телескоп содержит кольцеобразное главное зеркало с центральным отверстием через которое проходит волновой фронт, отраженный от вторичного зеркала, близкого к плоскому. В основном применяется в фотографических целях исходя из требования компактности всей конструкции. Для визуальных целей малопригоден вследствие центрального экранирования, превышающего 50% диаметра главного зеркала.

Система Ньютона состоит из параболического главного зеркала и плоского вторичного, как правило, эллиптического в плане, отклоняющего сходящийся волновой фронт перпендикулярно оптической оси. Светосила главного зеркала может достигать 1:4 и более, что дает возможность строить по этой схеме телескопы значительной апертуры. Их основным недостатком является аберрация кома, приводящая к искажению изображений точечных источников на краях поля зрения и заметная при использовании широкоугольных окуляров. В любительской практике для борьбы с ней применяют так называемые корректоры комы – специально рассчитанные линзы с небольшой оптической силой, которые ставятся в фокусировщик перед окуляром. Корректоры комы выпускаются серийно для посадочных размеров начиная с двух дюймов.

Другим моментом, специфическим для рефлектора Ньютона является согласование посадочных размеров фокусировщика с размерами вторичного зеркала, что исключает применение крупных широкоугольных окуляров на небольших телескопах этой системы.

Отметим, что на рынке любительской оптики название “рефлектор Ньютона” в настоящее время применяется в основном к телескопам этой системы, установленным на экваториальную монтировку, установленные на азимутальную называются “рефлектор Добсона”.

Рефлектор Грегори состоит из главного параболического зеркала с центральным отверстием и вторичного вогнутого эллиптического, установленного перпендикулярно оптической оси. Расстояние между зеркалами немного больше суммы их фокусных расстояний благодаря чему в телескопах этой системы изображение неперевернутое. Обычно телескоп такой системы не имеет фокусировщика, окуляры ставятся неподвижно, а наведение на резкость осуществляется поступательным перемещением вторичного зеркала с помощью винтового привода. В настоящее время малораспространенная система, что связано с увеличенной длиной такого телескопа. В профессиональной астрономии схема Грегори применяется в радиотелескопах, где светосила зеркал существенно выше чем у оптических.

В рефлекторе Кассегрена в классическом исполнении главное зеркало – параболическое, вторичное – выпуклое гиперболическое с рассчитанным эксцентриситетом, зависящим от фокусного расстояния и расстояния между зеркалами. Вторичные зеркала рефлекторов Грегори и Кассегрена увеличивают в несколько раз масштаб создаваемого главным зеркалом изображения без увеличения геометрических размеров телескопа, так что обе эти системы работают подобно телеобъективу.

Существует модификация рефлектора Кассегрена с эллиптическим главным зеркалом и выпуклым сферическим вторичным, названная по имени предложивших её оптиков системой Долла-Керкхэма-Максутова. Система легче в изготовлении за счет упрощенной технологии контроля формы применяющихся в ней зеркал, но, как и исходная, имеет ограниченное применение, преимущественно в средних и крупных инструментах. Препятствием применения этих систем в любительской практике является ощутимая аберрация комы и значительное центральное экранирование при стоимости изделия большей рефлектора Ньютона.

Еще одной модификацией системы Кассегрена является разработанная в XX в. система Ричи-Кретьена, состоящая из двух гиперболических зеркал с эксцентриситетами подобранными из условия совместного исправления комы и сферической аберрации в фокальной плоскости. Остаточный полевой астигматизм исправляется двухлинзовым корректором, устанавливаемым перед вторичным зеркалом. Телескоп Ричи-Кретьена дает возможность получать качественное изображение на поле до четырех градусов дуги, что обусловило его распространение как одного из основных фотографических инструментов астрономии. Средние и крупные телескопы такого типа имеют светосилу до 1:5,6 что требует создания зеркал с сильной асферикой и сильно повышает стоимость телескопа.

Вместе с тем для визуального использования рефлектор Ричи-Кретьена малопригоден вследствие центрального экранирования, доходящего до 50% диаметра. Наибольшие из построенных рефлекторов Ричи-Кретьена имеют апертуру свыше 4 м.

Брахитами называют телескопы Грегори и Кассегрена с наклонно расположенным главным зеркалом и вторичным, вынесенным за пределы входящего пучка, благодаря чему эта схема лишена центрального экранирования. Такое расположение зеркал требует их исполнения в виде внеосевых параболоидов и гиперболоидов, что крайне трудно осуществимо даже в настоящее время. Впервые такая система была построена в конце XIX, но каждый телескоп приходится контролировать индивидуально. Способами изготовления внеосевых зеркал являются высверливание из более крупной заготовки, отшлифованной до поверхности вращения и обработка заготовки в состоянии несимметричной упругой деформации с последующим снятием нагрузки.

В любом рефлекторе зеркало опирается на оправу через систему торцевой разгрузки, рассчитанную для предотвращения его изгиба под действием собственного веса на величину, большую 1 /8 длины волны света, в котором ведутся наблюдения. В простейшем случае система разгрузки состоит из трех равноотстоящих точечных опор, с увеличением диаметра зеркала и уменьшения его относительной толщины система разгрузки представляет собой все более сложную систему подвижных коромысел, опирающуюся на зеркало большим количеством точек, а на оправу – только тремя. Для предотвращения перемещений зеркала перпендикулярно оптической оси и изгибов его в этом направлении, край зеркала опирается на боковую разгрузку, в которой обязательно предусматривается температурный зазор, исключающий зажимание зеркала оправой при изменении температуры.

Оправа соединяется с трубой при помощи трех опор, содержащих каждая юстировочный и стопорный винт, благодаря чему возможна юстировка – приведение оси зеркала в точное соответствие с оптической осью телескопа. Сходный узел содержится и на вторичном зеркале. Вследствие зазоров в оправе время от времени взаимное положение зеркал рефлектора смещается, что требует проведения юстировки. При этом сначала выставляют вторичное зеркало в положение, отражающее центр главного точно в фокусировщик или в центр фотоприемника, затем вращением винтов выравнивают главное зеркало.

Труба рефлектора выполнена в закрытом виде только для небольших телескопов апертурой до 300 – 400 мм. Для более крупных труба представляет собой ферму, собранную как правило из стальных трубок необходимой прочности. Имеет распространение труба Серрюрье, при которой соотношение длин звеньев фермы подбирается таким образом, что при изгибе ее под действием силы тяжести не происходит смещения фокальной плоскости телескопа.

При наблюдениях в рефлектор необходимо также учитывать, что при смене температуры главное зеркало остывает и нагревается неравномерно, что приводит к температурной деформации и снижению качества создаваемых им изображений.

Для устранения этого явления после выноса рефлектора на улицу необходимо подождать 30 – 40 минут пока зеркало не остынет до температуры воздуха. В некоторых конструкциях для ускорения процесса применяют принудительный обдув зеркала с помощью системы вентиляторов.


Статьи по теме:

  1. Окуляры для телескопа

    Окуляры для телескопа Окуляром называется сменная система линз, которая вставляется в фокусировщик телескопа и позволяет рассматривать увеличенное изображение в фокальной плоскости. Увеличение телескопа равно отношению фокусных расстояний его объектива и окуляра, таким образом, меняя последнее, можно задействовать весь диапазон полезных увеличений телескопа.

  2. Телескопы Meade

    Телескопы Meade Фирма Meade Instruments Сorporation, в дальнейшем Meade, была основана в США в 1972 году Джоном Дибелем как дистрибьютор японской оптической фирмы Towa Optical Manufacturing Company, специализировавшейся на небольших рефракторах и принадлежностях к ним.

  3. Как сделать телескоп

    Как сделать телескоп Это на самом деле возможно. Телескопы, построенные любителями, к настоящему времени достигают более метра в апертуре. Нелишним будет напомнить, что великие телескопостроители прошлого сэр Уильям Гершель и лорд Росс самостоятельно изготавливали крупные оптические зеркала, не будучи профессиональными оптиками.

Социальные закладки:

Комментарии к этой заметке больше не принимаются.



Рейтинг популярности - на эти заметки чаще всего ссылаются:

WalkSpace.Ru | Астрооборудование