30 апреля 201811:16

Тестирование оптики телескопа по звезде (Star test) - вот о чем пойдет сегодня наш разговор. Сразу договоримся, что статья будет иметь популярный характер, предназначенный для широкого круга лиц, поэтому опустим сложные термины и поговорим, как у нас принято в наших рубриках, просто о сложном. Давайте начнем с вопроса "а зачем вообще тестируют оптику". Каждый владелец автомобиля хочет чтобы его машина радовала стабильной работой, динамическими характеристиками и работала хорошо. Так и телескоп, будучи приобретенным и установленным у вас на балконе, на дачном участке или в поле тоже в идеале должен отрабатывать свои возможности. Однако, когда базовые факторы соблюдены, вы , возможно, удивитесь, узнав, что Ваш телескоп по-прежнему далек от предела своих возможностей. Давайте разберемся по-порядку.

Немного теории.

По-сути, ваш телескоп, независимо от оптической схемы, представляет собой прибор, задача которого во-первых увеличить угловой размер объекта ( разрешающая способность) , а во-вторых, увеличить количество света от наблюдаемого объекта (проницание). И если второй параметр сильно зависит от степени светового загрязнения, от применяемого метода наблюдений (визуальное наблюдение глазом, фотографическое наблюдение с длительной выдержкой путем накопления сигнала), то разрешение зависит как от турбуленции (об этом читайте цикл статей о наблюдениях), так и от собственно качества оптики телескопа. Причем этот фактор также зависит от разных моментов, качества изготовления телескопа, уровень его механической части, которая призвана обеспечить положения оптических элементов, в соответствии с рассчетным, либо давать возможность подстройки (юстировки) элементов пользователем. Про юстировку мы уже говорили, теперь поговорим об остальном. Сразу отметим, что в данной статье будут рассмотрены не все погрешности оптики телескопа, а лишь основные, наиболее базовые и характерные. Также попробуем там, где это возможно, дать пару практических советов на предмет улучшения или исправления ситуации.

Что нам потребуется.

Как известно, угловой размер звезд настолько мал, что разрешения любительских телескопов недостаточно для того, чтобы увидеть их реальные диски. Вместо этого мы видим в той или иной степени искаженную картину Эйри - явление, которое обусловлено диффракцией света. Так (только несколько мельче, разумеется) выглядит звезда на большом увеличении при использовании качественной, термостабилизированной оптической схемы ( например телескопа), при этом размеры и параметры этого диска различны, в зависимости от оборудования, но нам не требуется заострять внимание на этом аспекте. Отвечая на вопрос - что нам потребуется - достаточно либо естественной звезды , желательно на высоте более 30 градусов над горизонтом для детального тестирования оптики. Правда, лучше всего использовать звезду искусственную, преимущества очевидны - ведь можно провести тест или юстировку днем, не затрачивая полезное наблюдательное время. Существуют готовые решения , которые , впрочем, элементарно заменить подручными средствами. Нам потребуется обычный яркий фонарик, фольга и иголка. Делаем отверстие иголкой в фольге, одеваем фольгу на фонарик и относим на большое расстояние (оно также зависит от апертуры и фокусного расстояния телескопа, но чтобы не заморачиваться достаточно отнести нашу искусственную звезду на 100-150 метров.

Приступаем к тесту.

Здесь все очень просто. Наводим наш телескоп на звезду, устанавливаем увеличение 1.5-2.5 D (чем больше, тем точнее будет наш тест, но главное найти баланс между этим фактором и турбуленцией потоков) и наблюдаем. Наблюдают звезду в фокусе и во внефокалах - это значит что требуется легкая дефокусировка, чтобы Вы могли наблюдать их. Учитывайте , что слишком сильная расфокусировка, когда видно более 8 колец снижает , а затем и сводит на нет точность теста. Что же мы можем увидеть? 


Взглянем на схему.


Конечно, это идеализированные случаи, на практике все будет дополняться турбуленцией атмосферы, но тем не менее, в целом, ориентируясь по схеме можно сделать определенные выводы. Что изображено на ней? Мы видим искажения дифракционной картины и внефокальных изображений точечного источника (звезды) из-за аберраций. Аберрации оптики существуют различные, некоторые характерны для телескопа и заложены уже на этапе рассчета, они чаще всего могут быть скомпенсированы аберрациями с противоположным знаком, либо специальными корректорами. Например, в Максутовых-Кассегренах с напыленным вторичным зеркалом есть кома по полю зрения и сферическая аберрация высоких порядков. На такие аберрации не стоит обращать большого внимания, так как они - естественная часть телескопа. Остановимся на таких искажениях, которые "неожиданны" для пользователя и в той или иной мере подлежат исправлению. Помните правило , что тестировать необходимо изображение, находящееся точно в центре поля зрения телескопа, потому что практически любая оптическая схема имеет те или иные полевые аберрации ,которые могут Вам помешать.

Немного конкретики.

1. Астигматизм - проклятие оптических приборов. Аберрация проявляется во взаимноперпендикулярной эллипсоидности внефокалов, в фокусе в зависимости от степени аберрации проявляется сначала 4 максимума яркости в дифракционных кольцах, при сильном астигматизме звезда похожа на крест. Причины астигматизма различны. Для начала, нужно быть уверенным, что он не является тепловым, поэтому помните о термостабилизации телескопа. Также , он может быть вызван несоосностью оптической и механической оси, например в телескопе-рефракторе есть рассчетный полевой астигматизм, и если фокусеровочный узел не соосен объективу, вы получите данную

аберрацию во всей красе. Это можно исправить прокладками под фокусер или регулировочными винтами заклона оправы объектива (или фокусера целиком). В рефлекторе Ньютона часто от астигматизма помогает переклейка диагонального (вторичного) зеркала с родной подкладки на герметик (например Abro). Сам по себе астигматизм бывает разных порядков (как и другие аберрации), например свидетельствовать о пережатии ,но об этом позже. Любой астигматизм очень сильно снижает разрешение телескопа (детализацию объектов)

2) Сферическая аберрация , подвернутый край, зона.

Любые зональные дефекты, например "валики" на поверхности зеркала, или наоборот "ямы", выражаясь жаргоном оптиков, не видимые на глаз и имеющие ничтожные размеры, значительно мешают качеству изображения, ведь они , по сути, производят частичную дефокусировку- часть лучей , собираемых объективом, находятся вне фокуса. Вокруг звезд появляются ореолы и большое количество колец, внефокалы на рефлекторе и иных схемах с центральным экранированием имеют разный диаметр центральной "тени" от диагонального "вторичного " зеркала. Чтобы как-то улучшить ситуацию, надо детально смотреть какая именно проблема у телескопа. Если у него сферическое зеркало, при недопустимо высокой светосиле, поможет только замена оптики или сильное диафрагмирование. В рефракторах можно изменять уровень сферической аберрации путем изменения расстояния между линзами объектива, подбором прокладок. В любом случае, если у вас сильная сферическая аберрация, не отчаивайтесь сразу, возможно ее можно победить.

3) Кома - звезды в фокусе имеют концентрацию яркости колец в хвост, при сильной коме вытягиваются в кометы. Кома очень сильно снижает контраст изображения, но , к счастью, ее почти всегда можно легко победить юстировкой. Сложности могут быть у владельцев небольших рефракторов, не оснащенных юстировочными винтами, однако и там можно принять определенные меры. Помните, что кома в телескопе - решаемая проблема, и устранив ее , вы значительно повысите детализацию изображения. Точность юстировки по звезде на увеличении 2-3D выше , чем при использовании любых лазерных коллиматоров. Помните об этом .

4) Турбуленция - вечный спутник астронома, мы уже говорили , что она может быть как внутри трубы, так и в атмосфере. С ней придется смириться во втором случае, в первом - пытаться минимизировать путем принудительного охлаждения. Помните, сильная турбуленция вызывает кашу из аберраций, астигматизм может сочетаться со сферической аберрацией и так далее.

5) Пережатие оптики и неправильная разгрузка. Температурные потоки.

Часто во избежании повреждений, сборщики рефлекторов ньютона на заводах подтягивают крепежные лапки главного зеркала настолько усердно, что оптика начинает страдать от пережатия (как видно на изображении). Помните, что необходим зазор примерно равный толщине листа а4 обычной плотности между лапками крепления и главным зеркалом, ведь лапки только предохраняют его от падения, в остальном оно лежит в оправе за счет собственного веса. Тепловые потоки особенно заметны владельцам закрытых катадиоптриков - явление термоклина (замочной скважины), которое также снижает контраст изображения. Тут также поможет реализация принудительного охлаждения, либо долгое ожидание термостабилизации.

Заключение.

По началу данный материал может показаться сложным, но на деле все гораздо проще. Помните, что зачастую повернув 2 винтика в нужном месте оправы телескопа Вы можете получить намного более детализированное изображение. Конечно, спешить с настройкой не стоит, внимательно почитайте про нее и посоветуйтесь с опытными коллегами.