Добро пожаловать на наш астрономический форум! Здесь вы сможете получить толковые ответы на свои вопросы по любительской астрономии основанные на опыте и знаниях, а не на догадках, мифах и чтении Интернета по диагонали. Если вы решили присоединиться к нам - придерживайтесь и Вы в своих ответах этих правил.

Форум переехал на последнюю версию движка, возможны некоторые шероховатости.

Поперечный хроматизм больших увеличений

Базовые понятия и термины астрономической оптики
Ответить
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 10945
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1

Поперечный хроматизм больших увеличений

Сообщение Ernest » 24 апр 2015, 14:24

Поперечный хроматизм больших увеличений

Часто производя тестирование по искусственной звезде на больших и сверхбольших увеличениях, в центре поля зрения довольно приличной оптики, вроде апохроматов или короткофокусных окуляров, я обращал внимание на появление странного поперечного хроматизма. Его величина и направление зависит больше от положения глаза наблюдателя, чем от свойств тестируемой оптики. Поперечный (боковой) хроматизм растягивает изображение звезды в хроматическую полоску красным ободком в одну сторону, синим - в противоположную. Размер хроматизма (от красного до синего) в крайних положениях головы (глаза) наблюдателя заметно больше дифракционного диска Эйри. Впервые столкнувшись с этим явлением я поначалу принял его за проявление разъюстировки тестируемого рефрактора ("светофор" или клиновидности линз или воздушных промежутков между ними). Но потом я это явление замечал и при тестировании зеркальных телескопов! Особенно ярко выявляется этот поперечный хроматизм при наблюдениях с дипскай-фильтрами имеющими два пика пропускания: в красном и в сине-зеленом диапазонах спектра (хорошие UHC фильтры). Изображение звезды при наблюдениях с ними двоится: одно изображение звезды голубое, другое - красное. Забавно видеть два разного цвета дифракционных изображения звезды рядом друг с другом! А если поводить глазом, то эти изображения то расходятся, то сливаются.

Природа

Немного подумав, я нашел этому явлению довольно простое объяснение. Хроматизм возникает не в оптике телескопа или в окуляре, а в линзах глаза наблюдателя! Ведь наш с вами глаз не ахроматизирован. После преломления на его роговице (и немного на хрусталике) свет фокусируется таким образом, что красные лучи собираются немного за фокусом зеленых, а синие немного перед фокусом. В итоге сфокусированное глазом изображение звезды окружено как и положено лиловым (смесь синего и красного) ореолом, который мозг быстренько вычитает подчищая картинку. Это все при наблюдениях без посредства оптических приборов, когда свет от источника света заполняет весь зрачок наблюдателя...

Что происходит при использовании телескопа на больших увеличениях? Диаметр выходного зрачка при этом порядка 1 мм и даже меньше, и глаз для того, чтобы свет попал в него не будучи обрезанным радужной (ирисовой) оболочкой зрачка, имеет довольно большую свободу в расположении. Выходящий из окуляра узкие световые пучка могут попасть в глаз через центральную часть роговицы, а могут - через самый край и в обоих случаях создадут на сетчатке изображение рассматриваемого предмета (звезды, планеты...) Когда, световые пучки попадают в глаз через центральную зону зрачка - проявление собственных аберраций глаза (включая и хроматические) минимальны - во всяком случае на фоне проявлений дифракции. Другое дело, когда световые пучки попадают в зрачок через его периферийную часть. Вот тут после преломления на краях линз оптики нашего глаза синий и красный лучи довольно прилично расходятся приводя к появлению поперечного хроматизма. А ввиду несимметричности хроматического рисунка мозг не включает свой внутренний подавитель хроматизма и его проявления становятся легко заметными! Ночные наблюдения, когда зрачок раскрывается на 6..8 мм (обнажая далекую от оси периферию роговицы и хрусталика) особенно улучшает видимость этого явления.

Так что причина появления поперечного хроматизма при больших увеличениях - децентрировка глаза наблюдателя относительно положения выходного зрачка оптического прибора. Чем децентрировка и используемое увеличение больше, тем сильнее проявления поперечного хроматизма.

Числовые оценки

Последний раз я это явление наблюдал тестируя 72 мм апохромат с фокусным 420 мм и окуляром с фокусным 3.5 мм. Красное и голубое изображения тестовой звезды в максимуме расходились примерно на полтора диаметра пятна Эйри. Этих данных достаточно, для оценки угловой величины поперечного хроматизма глаза. Угловое диаметр диска Эйри 280"/D (в угловых секундах). Для 72 мм апертуры составит примерно 4". Увеличение телескопа 420/3.5 = 120 крат. То есть для глаза голубое (аш-бета, OIII) и красное (аш-альфа) изображения расходились примерно на 1.5*4*120 = 720 угловых секунд или 12 угловых минут.

В программе ОПАЛ я посчитал размер хроматического ореола F'-C' на сетчатке глаза (схема так называемого редуцированного глаза для размера зрачка 8 мм) и оказалось, что его радиус составляет 0.06 мм (для красного, когда синий в фокусе). Нетрудно прикинуть угловой размер для фокусного расстояния глаза 23 мм: 0.06/23*57.3*60 = 8.9 угловых минут. Получилось неплохое совпадение!

Так что поперечный хроматизм децентрировки при инструментальных наблюдениях может доходить в угловой мере до 9-12 угловых минут. А в пространстве объектов наблюдений эта величина будет меньше в кратность оптического прибора раз (например, в приведенном выше наблюдении 60"*10'/120 = 5 угловых секунд). Чем больше раскрытие зрачка, тем больше может быть угловой размер этой аберрации.

Практическая значимость

При ночных инструментальных наблюдениях с большими увеличениями надо очень внимательно следить за центрировкой глаза относительно окуляра наблюдательного прибора. Если вы заметили проявления бокового (поперечного хроматизма) на больших увеличениях (характерных при наблюдениях планет), не торопитесь винить инструмент или рефракцию в атмосфере - попробуйте немного посмещать глаз поперек оси окуляра, "нащупывая" положение, при котором проявления поперечного хроматизма уйдут или станут минимальными.

Более того, если ваш телескоп отягощен небольшим остаточным поперечным хроматизмом ("светофор") вы вполне можете скомпенсировать (или хотя бы уменьшить) его соответствующей децентрировкой глаза относительно оси окуляра. То есть при небольшом поперечном хроматизме децентрировки объектива (менее 9-12 угловых минут видимого проявления при использовании планетных увеличений) он не требует юстировки - достаточно правильно подобрать положение глаза относительно окуляра.

Ну и, наконец, смещением глаза с оптической оси окуляра можно попытаться скомпенсировать небольшие проявления поперечного хроматизма возникающие вследствие атмосферной рефракции, которые часто так досаждают при наблюдениях планет на небольших высотах (25-40 градусов над горизонтом).
Вложения
lateral-color.png

Ответить