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.

Как выбрать телескоп: рефрактор - лучший телескоп?

Краткий FAQ написанный Эрнестом Шекольяном для начинающих любителей астрономии. Дискуссия и реплики участников в этой части Форума не предполагаются.
Ответить
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 11299
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1
Контактная информация:

Как выбрать телескоп: рефрактор - лучший телескоп?

Сообщение Ernest » 31 авг 2011, 12:07

Для чего и кого делают рефракторы?

Рефрактор это традиционный инструмент звездочета, как его изображают на детских картинках или комиксах - с линзами в качестве объектива и обычно длинной трубой. Рефрактор исторически первый тип телескопа.
Уже пара линз из стекол разной марки позволяет рассчитать объектив свободный в первом приближении от главных проблем изображающей оптики: сферической аберрации, комы, хроматизма положении и увеличения. Более того, при современных технологиях стоимость такого объектива малой апертуры невелика, а просветляющие покрытия делают несущественными переотражения в четырех оптических поверхностях. Рефрактор, будучи один раз отъюстированным на заводе, редко нуждается в дальнейшей коллимации, он мало реагирует на перепады температуры при наблюдениях. Рефракторы строят изображения непревзойденные по контрасту.
Проблема рефрактора в том, что стоимость стеклянных заготовок оптического и их последующая обработка примерно пропорциональна кубу размера, а габариты и вес трубы уже и средней апертуры далеки от подъемной для любителя наблюдательной астрономии. Кроме того, рефракторы выполненные из дешевых стекол страдают от остаточного (вторичного) хроматизма, что не позволяет форсировать из относительное отверстие без того, чтобы появились фиолетовые ореолы вокруг звезд и проч. ярких объектов наблюдения. Это снижает контраст изображения и разрешение против дифракционного предела.
Так что за рефракторами устойчивая ниша любительских телескопов с малым диаметром входных апертур (диаметр линз). Но и среди телескопов умеренных апертур (до 150 мм) они вполне еще конкурентоспособны ввиду отличного контраста изображения при использовании средних увеличений.

Что такое хроматизм?

Хроматизм это аберрация (дефект изображения), которая приводит к несовпадению положения изображений построенных в разных участках спектра. Например, фокус зеленых лучей не совпадает с фокусом синих и красных. Несовпадение вдоль оптической оси называют хроматизмом положения, а поперек – поперечным хроматизмом (частный случай – хроматизм увеличения). Хроматизм проявляется в виде характерных хроматических (обычно пурпурных, синих) ореолов вокруг изображений ярких объектов, он приводит к серьезному снижению контраста изображения и потере тонкой детализации на увеличениях у дифракционного предела.
Одиночная линза страдает от первичного хроматизма - положение фокуса более-менее пропорционально длине волны: красный фокус дальше, а синий ближе, чем зеленый. Поэтому одиночная линза редко используется в качестве объектива даже и любительского телескопа. Объектив ахромата (это уже минимум две линзы) исправляет первичный хроматизм, но страдает от остаточного вторичного хроматизма (спектра) - положение его фокуса квадратично зависит от длины волны света: синий и красный фокусы совпадают друг с другом и не совпадают с зеленым. То есть на большом увеличении ореолы вокруг ярких звезд бросаются в глаза. Для снижения проявлений хроматизма ахроматы обычно делают с малым относительным отверстием 1:10 и меньше. У апохроматических объективов (с использованием особых стекол и часто трех и более линз) вторичный спектр исправлен или сильно уменьшен, но зависимость положения фокуса от длины волны все же имеется. Хроматические ореолы в апохромат заметить можно, но они уже не приводят к существенному падению контраста и потере детализации даже и на очень больших увеличениях.
Кроме того, к хроматическим аберрациям относятся зависимость проявления прочих аберраций от длины волны света. Так дефект компенсации сферической аберрации на краях спектрального диапазона (в синем и красном цвете) называется сферохроматизмом, который не дает развить большое относительное отверстие (светосилу) в рефракторах – для красного света сферическая аберрация недоисправлена, для синего переисправлена. Аналогичные типы хроматических аберраций известны и для комы, и для астигматизма, и кривизна изображения…

Что такое апохромат (АПО)?

Апохромат это рефрактор, в котором за счет использования стекол с особым ходом частных дисперсий (особых стекол), флюорита или родственных ему ED стекол и/или добавления линз, подавлен в большей или меньшей степени вторичный хроматизм и сферохроматизм присущие двухлинзовым ахроматам. Двухлинзовые апохроматы обычно называют полуапохроматами. Трехлинзовые могут быть рассчитаны уже с полноценной апохроматической коррекцией. Использование схемы «триалита» (трехкомпонентного многолинзового варианта схемы рефрактора) позволяет добиться апохроматической коррекции без использования особых стекол или флюорита.
К сожалению, апохроматы очень дороги, даже и в бюджетном (не очень качественном) исполнении - слишком уж нетехнологичны в производстве особые марки стекол.

А какие у рефрактора проблемы?

Кроме остаточного хроматизма (меньшего у апохроматов, большего у ахроматов, особенно светосильных) уже в расчете все однокомпонентные рефракторы имеют кривизну поля зрения (тем большую, чем короче фокусное расстояние) и родственную кривизне аберрацию астигматизма. Из-за этого на краю поля зрения резкость и контраст изображения заметно падает (это существенно в большей степени для астрофотографии, поскольку при наблюдениях через окуляр поле в большей степени ухудшается полевыми аберрациями окуляра). Проблемы разъюстировки у рефракторов (в виде комы, поперечного хроматизма и астигматизма в центре поля зрения) отмечаются не часто, но если они есть, то устранить последствия разъюстировки довольно сложно. У бюджетных рефракторов к тому же довольно часто отмечается остаточная сферическая аберрация (из-за производственных ошибок), которая может заметно ухудшать качество изображения на больших увеличениях. При наблюдениях в холодное время года наружная линза рефрактора довольно быстро остывает, а внутренняя все еще хранит тепло - из-за возникающей разности температур нарушается тонкий аберрационный баланс и какое-то время (до полного выравнивания температуры) объектив будет строить не очень качественное изображение. Наружная поверхность линзового объектива при длительных наблюдениях имеет тенденцию орошаться (покрываться мелкими капельками росы или даже инея).

Что лучше - рефлектор или рефрактор?

При малой апертуре лучше рефрактор, при большой – рефлектор. Средние апертуры – область конкуренции, где предпочтения зависят от обстоятельств. Например, рефрактор снабженный соответствующим зеркальным или призменным блоком (диагональ) более удобен для земных наблюдений. Труба Ньютона при той же апертуре легче и не столь габаритная, но требует больше времени для прихода в тепловое равновесие с окружающей средой. Линзы рефрактора больше страдают от росы, но последствия орошения имеют меньше последствий. Изображение рефрактора обычно более контрастное и его разрешение скорее будет близким к предельному. Ньютон ввиду большей светосилы больше подходит в качестве астрографа, у него больше поле зрения.

Ахромат или апохромат?

У апохромата существенно подавлены хроматические ореолы, что делает его незаменимым в качестве астрографа и для наблюдений на пределе разрешения (например, слабоконтрастных деталей на дисках планет). Кроме того апохроматы как правило короче, что делает их не только менее габаритными и легкими, но и делает доступным большее поле зрения. Достаточно длинный ахромат (с нефорсированной светосилой) в качестве визуального инструмента оказывается много дешевле и при этом почти не теряет в пределе разрешения по контрастным объектам вроде Лунной поверхности и двойным звездам.

Чем ED-апохромат отличается от простого апохромата?

ED - это аббревиатура указывающая на способ достижения апохроматической коррекции, а именно использование стекол с Экстремально низкой Дисперсией. Нет какого-то «настоящего» апохромата и ED-апохромата. Другое дело, что обычно под ED-апохроматами обычно подразумевают дублеты (двухлинзовая конструкция) одна из линз которого изготовлена из особого (ED) стекла. То есть это то, что в классическом оптическом производстве называют полуапохроматом. Истинная апохроматическая коррекция (с совпадением фокусов для трех длин волн) достигается в объективе из трех линз - триплетах с использованием особого (в том числе может быть и ED) стекла. Полуапохромат (например, ED-дублет) имеет худшую коррекцию остаточного хроматизма, чем апохромат (например, ED-триплет). Если грубо, то в полуапохромате хроматические ореолы еще бросаются в глаза (хотя в 3-4 раза могут быть меньше, чем у рядового ахромата), а в апохромате они почти незаметны (примерно вдвое меньше). Кроме того, полноценный апохромат может быть сделан более светосильным, чем полуапохромат.

Надо ли юстировать рефрактор?

Обычно юстировка рефрактора выполняется один раз на заводе, и после этого он держит коллимацию, не требуя регулировок по результатам эксплуатации. Однако, в ряде случаев продвинутая конструкция трубы рефрактора предусматривает регулировку наклонов объектива для устранения астигматизма в центре поля зрения. Иногда требуется ослабить зажим линз в оправе, чтобы устранить прежатие линз и появление трехлучевого (шестилучевого) астигматизма. О более существенном дефекте свидетельствует появление комы или остаточной сферической аберрации – линзы сдвинуты в объективе относительно друг друга и тут уже требуется вмешательство профессионального оптика.

Сколько линз в рефракторе?

Большая часть рефракторов выполняются по двухлинзовой однокомпонентной схеме со склейкой линз между собой (при малых апертурах) или без ее (воздушный промежуток). Это так называемые дублеты: положительная линза обычно первая (фронтальная) по ходу света, отрицательная – вторая. Серьезные апохроматы выполняются по трехлинзовой однокомпонетной схеме (иногда линзы «склеены» в блок масляной иммерсией, для предотвращения потери контраста из-за переотражений). Это триплеты. Относительно редкой разновидностью рефрактора является Пецваль - двухкомпонентная четырехлинзовая схема (два далеко отстоящих друг от друга дублета) с улучшенной коррекцией полевых аберраций и несколько уменьшенных хроматизмом. Есть на рынке и более сложные схемы рефракторов: триалиты (линза + дублет + дублет), с компенсатором полевых аберраций (дублет или триплет и ближе к окуляру двухлинзовый корректор полевых аберраций) и т.д.
При использовании обычных (однокомпонетных) рефракторов в качестве астрографов обычно используют полевой корректор для исправления кривизны поля зрения, астигматизма и увеличения светосилы (относительного отверстия).

Ответить