Оптичні характеристики телескопа

Ближче до неба

Ближче до мети

Оптика для мисливців та рибалок

Ближче до світу

Оптика для туристів

Ближче до життя

Оптика для біологів

Для початківця любителя астрономії можуть бути незрозумілими безліч параметрів і специфікацій - оптичних характеристик інструменту. Але розуміти про що йде мова просто необхідно для усвідомленого вибору майбутнього інструменту. Апаратура, світлосила або відносний отвір, збільшення, кутовий дозвіл і гранично доступна зоряна величина, центральне екранування в рефлекторах і т.д. - всі ці параметри і величини несуть в собі певний сенс, вони допомагають підібрати телескоп відповідно до ваших наглядовими завданнями і житловими умовами.

У деяких випадках, чимось можна знехтувати на користь зручності і комфорту при спостереженнях, в той же час не загострювати увагу на теоретичних і на практиці досить абстрактних параметрах, як граничне збільшення телескопа або роздільна здатність і гранична зоряна величина. Адже такі речі зазвичай є витікаючими з основних параметрів, таких як діаметр об'єктива - апертура, і такі здібності телескопа можуть бути сильно обмежені атмосферними умовами або засвіченим небом.

Апертурою є робочий діаметр об'єктива телескопа. Від цієї величини, як правило, цілком залежать можливості інструменту і багато хто з інших параметрів. Адже чим більшим діаметром об'єктива має телескоп, тим більше світла буде зібрано від далеких об'єктів космосу. Зрозуміло, для серйозних астрономічних спостережень апертури не може бути багато!

Саме це змушує професійних астрономів будувати по всьому світу телескопи з дзеркалами, що мають діаметр 8-10м. І навіть це не межа, вже сьогодні на креслярських дошках інженерами розробляються телескопи з дзеркалами до неймовірних 30м в діаметрі.

Звичайно, для любителів астрономії діапазон застосовуваних апертур дещо менше, але і він дивує. Початківці любителі астрономії приступають до своїх перших спостереженнями, озброївшись невеликими телескопами з діаметром від 70мм до 100-150мм, а набравшись достатньо досвіду і вже цілком визначившись зі своїми наглядовими завданнями, переступають до докладного вивчення Всесвіту з куди більш потужними телескопами по 300-400мм, а іноді і більше.

Згадаймо, як працює найпростіший телескоп. Об'єктив телескопа збирає світло від об'єкта, що спостерігається і на деякій відстані будує його зображення. Точка оптичної осі, на якій було побудовано зображення, називається фокальною, а площину, побудована від цієї точки і строго перпендикулярна оптичній осі - фокальною площиною. Окуляр телескопа працює як потужна лупа, дозволяючи спостерігачеві вивчати побудоване в фокальній площині зображення. Відстань від об'єктива до його фокусної площині телескопа називається фокусною відстанню об'єктива, відповідно відстань від лінзи найпростішого окуляра до фокальній площині - фокусною відстанню окуляра. Ставлення цих величин визначає збільшення телескопа. Наприклад, маючи в своєму розпорядженні об'єктивом з фокусом 1000ммм і окуляром 10мм, ми отримаємо збільшення в 100х.

На перший погляд може здатися, що найкращим вибором стане телескоп володіє найбільшою апертурою в рамках бюджету на покупку. Великий фокус об'єктива забезпечує також можливість застосування більш довгофокусних і комфортних для спостережень окулярів.

Але на практиці все далеко не так однозначно. Те, де і як ви збираєтеся спостерігати, накладає певні обмеження на максимально допустиму апертуру телескопа і його фокусна відстань. Всі ці параметри безпосередньо впливають на вагу і габарити телескопа, збірка якого може стати занадто трудомісткою, а в зібраному вигляді він може просто не поміститься на тісній лоджії і т.д.

Відношення між фокусом і діаметром телескопа є його відносним отвором або світлосилою. Порахувати светосилу телескопа дуже просто, телескоп з фокусом 1000мм і діаметром 100мм матиме відносний отвір 1/10. Цей параметр важливий в основному в астрофотографії, тому що велика світлосила забезпечує менший час експозиції при зйомці слабосветящіхся об'єктів - туманностей, галактик і зоряних скупчень. Тобто ми отримуємо можливість накопичити на фотоплівці або чипі ПЗЗ-приймача більше світла за менший час і отримати більшу кількість відзнятого матеріалу.

При візуальних спостереженнях і планетної астрофотографії ситуація дещо змінюється. Тут вигідніше великий фокус і, отже, менше відносний отвір. Це пов'язано, по-перше, з особливостями об'єктиву, аберації якого сильніше себе проявляють саме при великій світлосилі. І, по-друге, з масштабом зображення, одержуваного в фокальній площині. Для більшості телескопів рефракторов розумним відносним отвором є 1 / 10-1 / 12, рефлектори Ньютона зазвичай мають 1 / 5-1 / 8, а катадіоптричні системи кассегреновского типу щось близько 1 / 10-1 / 15.

Роздільна здатність телескопа і гранично доступна зоряна величина

Власне саме за кутовий дозвіл і проницание телескопа борються всі спостерігачі. Ці параметри забезпечує величина апертури телескопа. Висока роздільна здатність дозволяє розгледіти дрібні деталі на поверхні Місяця і планет, розділити тісні пари подвійних зірок і подробиці структури дип-скай об'єктів. Проницание вказується як гранична зоряна величина доступна телескопу.

Необхідно пам'ятати, що ці специфікації є теоретичними і на практиці вони можуть бути сильно обмежені наглядовими умовами. Ось, наприклад, теоретично 250мм телескоп має кутовий дозвіл в 0,5 '' (кутових секунди) і проницание 14,8m (зоряних величини). Але навіть можливі найкращі атмосферні умови середніх широт, в яких перебуває Україна і сусідні країни, рідко коли дозволяють розділити тісні пари подвійних зірок менше 1 ''. Теж стосується проніцанія телескопа, зірки 14,8m будуть доступні для 250мм телескопа лише під первісно темним небом високо в горах і далеко від міської засвітки. Зрозуміло, виняткову якість і контраст застосовуваного телескопа також необхідні.

Центральне екранування телескопів рефлекторів

Одним з важливих параметрів телескопів рефлекторів і катадіоптріков, що впливають на якість одержуваного зображення, є величина центрального екранування апертури вторинним дзеркалом. Ця величина зазвичай виражається у відсотках від діаметра головного дзеркала, але іноді і від площі. Так, наприклад, у 200мм телескопа має вторинне дзеркало діаметром 50мм величина центрального екранування складе 25% від діаметра і 6% від площі.

Крім, нехай невеликих, але все ж очевидних светопотері центральне екранування призводить до перерозподілу енергії з гуртка Ері, видимого зображення зірки, в дифракційні кільця. Звичайно, це призводить до зниження контрасту зображення і роздільної здатності телескопа.

Зрозуміло, необхідно прагнути до найменшого центральному екрануванню для досягнення найкращої якості зображення. Але потрібно пам'ятати, що зі зменшенням розмірів вторинного дзеркала падає освітленість крайових ділянок поля, що призводить до відомого ефекту віньєтування зображення. При візуальних спостереженнях цей ефект практично не проявляється, а ось при фотографічних його дію цілком помітно - центральна частина кадру опрацьовується нормально, а ось крайові ділянки начебто затемнені. Виробником зазвичай обраний якийсь компроміс, що забезпечує відносно невелике екранування для візуальних спостережень і в той же час невелике віньєтування на краю поля при роботі з більшістю доступних приймачів зображення.

Питання збільшення телескопа ми не просто так розглянемо в найостаннішу чергу. Найчастіше, початківцями любителями і просто зацікавленими в астрономії людьми цьому питанню приділяється надмірна увага. Як згадувалося вище, найголовнішими з параметрів телескопа, що визначають практичне більшість всіх наступних специфікацій, є його апертура і фокусна відстань. Зображення будує саме об'єктив, а окуляр лише дозволяє його збільшити і детально розглянути. Отже, збільшення телескопа залежить цілком від застосовуваного окуляра.

У специфікаціях та параметрах телескопа зазвичай вказують мінімально і максимально можливий робочий збільшення тієї чи іншої моделі. Максимальне збільшення це досить індивідуальний параметр для певної оптичної системи. Так, наприклад, в умовах спокійної атмосфери, телескопи рефрактори можуть досягати відомого 2D (збільшення рівного подвоєному діаметру об'єктиву в міліметрах), ця система виключає появу помітних конвективних потоків всередині труби і завдяки зазвичай невеликого діаметру об'єктиву, менш чутлива до деяких з атмосферних перешкод. Телескопи катадіоптричні схем, що володіють високою якістю оптики, також можуть досягати 2D, а ось граничним збільшенням телескопів рефлекторів Ньютона зазвичай можна вважати 1,6-1,8D. Знову-таки, подібні параметри дуже індивідуальні, і на 200мм телескопі можна поставити збільшення 500х, перевищивши відомі 2D, але з цим тільки потьмяніє і помутніє зображення, збільшиться кількість видимих ​​атмосферних перешкод. Тому максимальним можна вважати те збільшення, яке ще дозволяє комфортно спостерігати об'єкт і бачити при цьому більшу кількість деталей. Варто пам'ятати, що кожен об'єкт буде пред'являти свої вимоги. Для спостереження Юпітера на 200мм телескопі, максимальним збільшенням може бути 350-380х, в той час як спостерігати якусь галактику вийде максимум при 100-150х.

Мінімальним збільшенням телескопа є так зване равнозрачковое збільшення. У темряві діаметр зіниці людського ока дорівнює приблизно 6мм, равнозрачковим збільшенням є те, при якому вихідна зіниця оптичної системи буде дорівнює тим же 6мм. В іншому випадку, якщо вихідне вічко телескопа перевищує розмір зіниці спостерігача, значить, частина світла просто не потрапляє на сітківку і для спостерігача телескоп як би діафрагмірует. Про те, як обчислити равнозрачковое збільшення ми ще поговоримо нижче.

Але, варто розглянути набір збільшень, який буде необхідний для комфортного проведення спостережень самих різних об'єктів. На практиці, велике збільшення потрібно тільки при вивченні яскравих і компактних об'єктів, таких як планети, деталі рельєфу Місяця, подвійні зірки. У більшості ж випадків використовують невелике збільшення для пошуку об'єкта, для спостереження зоряних полів і дивовижних скупчень в Чумацькому Шляху. Мале та середнє збільшення також використовується для туманностей, галактик. Середнє і досить високе збільшення часто підходить для докладного вивчення і поділу на окремі зірки кульових зоряних скупчень. Розглянемо невеликий список з простими формулами для обчислення відповідного збільшення для тих чи інших завдань:

Мінімальна або равнозрачковое збільшення. Для того, щоб обчислити равнозрачковое збільшення телескопа необхідно діаметр його об'єктива в міліметрах розділити на 6 (D / 6). Наприклад, 200мм / 6 = 33x. Залежно від фокусної відстані об'єктива, підбираємо окуляр забезпечує телескопу равнозрачковое збільшення. Саме таке збільшення як не можна краще підійде для вивчення протяжних об'єктів дип-скай і зоряних скупчень.

Середнє збільшення близько D / 2 добре підходить для більш докладного вивчення структури дип-скай об'єктів, в деяких випадках для виявлення додаткових деталей будови туманностей і галактик.

Для оглядових спостережень Місяця і поділу кульових зоряних скупчень зазвичай добре підходить збільшення близько D / 1, тобто рівне величині діаметра об'єктива в міліметрах.

Максимальне збільшення досягається, в залежності від атмосферних умов і типу оптичної системи, при 1,6-2 D. Зрозуміло, саме це збільшення допоможе розрізнити тонкі деталі в структурі Марса, Юпітера, Сатурна, поверхні Місяця і розділити тісні пари подвійних зірок.