[zoth]

Va propun in cele ce urmeaza o EVALUARE CALITATIVA a caracteristicilor optice pentru cele mai uzuale designuri de telescoape folosite de astronomii amatori.
Vom face pentru inceput o incursiune printre primele trei din cele patru mari clase de telescoape:
1.Reflectoare
2.Reflectoare catadioptrice
3.Refractoare
4.Refractoare catadioptrice
Cea de a patra clasa de telescoape foarte putin folosite in ziua de azi necesita o analiza mult mai aprofundata pentru a le putea intelege si din acest motiv o vom trata separat in cazul in care va fi nevoie, adica daca cineva va dori acest lucru (lucru de care ma indoiesc ).

Telescoapele reflectoare

Cu siguranta, emblematic pentru aceasta clasa de instrumente este telescopul Newton, cel mai popular telescop in randul astronomilor amatori.
De ce este cel mai popular?
Pentru ca este cel mai simplu design de telescop si din acest motiv si cel mai frecvent instrument construit in regim home-made.
Telescopul Newton reprezinta in acelasi timp o referinta fata de care se raporteaza de multe ori performantele optice ale celorlalte tipuri de telescoape.
Vom mai analiza la acest capitol designurile Cassegrain, Gregory dar vom puncta cateva idei si despre Ritchey-Cretien, Dall-Kirkham si Pressman-Carmichel.

[zoth]

Telescopul Newton

Schema optica a acestui telescop consta dintr-o oglinda principala parabolica si o oglinda secundara plana montata intrafocal care are rolul de a redirectiona conul convergent de lumina al primarei in afara tubului pentru vizualizare sau fotografiere. Puteti vedea sistemul optic si drumul razelor de lumina printr-un Newton in imaginea de mai jos.
Raportul focal al acestor sisteme este cuprins in general intre f/4 si f/12.
f/4 este considerat practic a fi limita de jos si se datoreaza in principal cresterii rapide a comei inspre axa optica, iar f/12 este limita de sus din cauza cresterii excesive a lungimii tubului optic.
Sigur aceste limitari nu sunt batute in cuie si se pot imagina sisteme care ies din aceste baremuri.
Tot in functie de raportul focal putem considera ca sistemele "lente" (f/7-f/12) sunt in general considerate a fi cele mai bune pentru observatii planetare si lunare iar cele "rapide" (f/6-f/4) sunt potrivite pentru observatii DSO cat si pentru fotografie in focar.
Aici trebuie sa fim foarte atenti: sistemele lente sunt potrivite pentru observatii planetare in primul rand pentru ca au o focala mare si permit magnificatii mari cu oculare obisnuite si in al doilea rand obstructia produsa de oglinda secundara este mica ceea ce nu duce la o micsorare a contrastului detaliilor imaginii.
Tot sistemele lente au planul focal putin curbat iar principalele aberatii intalnite la newtoniene (coma si astigmatismul) au valori mai mici.
La sistemele rapide insa apar probleme, ele sunt intradevar potrivite pentru observatii DSO dar cu cat sunt mai rapide creste si coma care se extinde de la marginea campului vizual spre axa optica si deasemenea astigmatismul si curbura planului focal, deci nu se va putea face fotografie cu un astfel de sistem fara un corector de coma si un field flattener.
Trebuie sa va imaginati curbura planului focal ca pe o copie in miniatura a curburii oglinzii principale, cu cat oglinda are o curbura mai pronuntata deci sistemul e mai rapid cu atat va fi mai curbat si planul focal. Aceasta curbura nu deranjeaza vizual ci dimpotriva, ajuta ochiul. Este singura aberatie folositoare in modul vizual.
Fotografic, curbura planului focal duce la imposibilitatea focalizarii imaginii in totalitatea ei si de aceea trebuie compensata cu un field flattener.
Deasemeni trebuie sa fim atenti la aceste sisteme rapide la valoarea obstructiei produse de oglinda secundara. In general se considera ca pentru o obstructie mai mare de 40% instrumentul devine specializat doar pentru fotografie.
La unele sisteme lente oglina principala poate sa nu mai fie parabolica ci sferica, fapt care aduce o noua aberatie in plus, aberatia sferica.
Aceasta este totusi acceptabila daca pata produsa de ea nu depaseste discul principal de difractie.
Doua sunt avantajele unui Newton cu oglinda sferica:
1 se poate construi mai usor
2 poate fi eliminata coma in totalitate daca pupila de intrare (egala cu dimensiunea oglinzii principale) se muta la o distanta egala cu raza de curbura a oglinzii principale.
Pentru toate celelalte telescoape cu oglinda parabolica aberatia comatica va fi prezenta.

[zoth]

Telescopul Cassegrain

Este probabil cel mai compact design de telescop.
Schema optica a acestuia consta dintr-o oglinda principala parabolica si o oglinda secundara hiperbolica montata intrafocal care intoarce conul de lumina al primarei printr-o deschidere a acesteia pana in planul focal unde se poate face vizualizarea sau fotografierea imaginii.
Sistemul optic al Cassegrainului il puteti vedea in desenul de mai jos.
Oglinda secundara convexa multiplica focala principalei cu un factor M denumit si magnificatia secundarei.

M = Focala sistem / Focala primara

La fel ca si telescopul Newton (unde am uitat sa scriu) si Cassegrainul este un design deschis si deci expus turbulentei instrumentale.
Un factor caracteristic ar fi relativa mare curbura a planului focal mai ales atunci cand diametrul secundarei este mic, deci curbura planului focal este in stransa legatura cu raza de curbura a secundarei si bineinteles cu factorul de magnificatie al acesteia.
Din sistemul Cassegrain au derivat mai multe tipuri de telescoape care pastraza insa aceeasi schema optica.
Primul ar fi Ritchey-Chretien cel mai dificil telescop de construit din cauza oglinzilor sale hiperbolice. El ofera in schimb cea mai calitativa imagine si mai este si aplanatic pe deasupra. Singurele aberatii prezente in cazul lui ar fi astigmatismul si curbura planului focal.
Alt tip ar fi Dall-Kirkham care se construieste mai usor avand oglinda principala eliptica si cea secundara sferica. Configuratia are insa coma foarte pronuntata si din aceasta cauza campul util e mic.
Inca un sistem dezvoltat pe aceeasi structura este Pressman-Carmichel, oglinda principala sferica iar cea secundara elipsa oblata (turtita) pentru a reduce aberatia de sfericitate a primarei. Este caracterizat de o aberatie comatica foarte pronuntata.
Trebuie sa spunem ca telescopul Cassegrain se afla ca performanta calitativa undeva intre Ritchey-Cretien si Dall-kirkham.
Cand alegem sau vrem sa proiectam un Cassegrain o putem face in functie de necesitati:
-tub scurt
-secundara mica
-planul focal plat
-etc
Sigur ca este imposibil ca aceste cerinte sa fie satisfecute simultan.
Un tub scurt presupune o secundara cu magnificatie mare, o secundara mica presupune un plan focal foarte curbat deci un instrument bun vizual dar nepotrivit pentru foto.
Pentru un camp focal plan raza de curbura a primarei ar trebui sa fie egala cu raza de curbura a secundarei, etc.
Ca regula de baza trebuie sa stim ca pentru o focala data, curbura planului focal creste odata cu scaderea suprafetei secundarei si cu scaderea distantei dintre oglinzi. Curbura planului focal poate fi compensata cu un field flattener.

[zoth]

Telescopul Gregory

Am putea spune la prima vedere ca e o noua dezvoltare a designului Cassegrain, dar cronologic lucrurile s-au intamplat diferit, telescopul Gregory a aparut inaintea Cassegrainului.
Ca si constructie cele doua designuri sunt asemanatoare cu diferenta ca observam pentru prima data montarea oglinzii secundare extrafocal, iar aceasta nu mai este convexa ca la celelalte tipuri de telescoape derivate din Cassegrain, ci este concava.
Schema optica o puteti vedea in desenul de mai jos.
Oglinda principala parabolica iar oglinda secundara eliptica.
Trebuie sa mai spunem ca acest design da o imagine nerasturnata si din acest motiv a fost folosit multa vreme si pentru observatii terestre.
Il mai putem intalni si azi in unele spottingscope.
Din cauza montarii extrafocale a secundarei tubul telescopului e ceva mai lung decat la Cassegrain.
Aberatiile sferice sunt eliminate prin combinatia celor doua feluri de oglinzi insa imaginile din afara axei optice sufera de coma, astigmatism si curbura planului focal.
La o proiectare constiincioasa coma poate fi eliminata dar astigmatismul ramane prezent.
Inca un lucru ce poate fi interesant la acest telescop, curbura planului focal este inversa fata de celelalte, dar poate fi eliminata prin potrivirea pe o suprafata focala a unui ocular ales corespunzator.
Asadar un telescop cu performante foarte bune care dupa parerea mea ar merita mai multa atentie mai ales in varianta lui catadioptrica (vom vedea mai tarziu de ce).

[zoth]

Am prezentat pana acum cele mai uzuale tipuri de telescoape reflectoare, dar parca nu as vrea sa inchei acest capitol fara sa spun doua cuvinte si despre....

Telescopul Herschel

Are o singura oglinda concava care aduna lumina in planul focal, dar principala lui caracteristica e ca aceasta oglinda nu este perpendiculara pe axa optica ci este deplasata astfel incat planul focal sa se situeze in afara.
Herschel a vrut sa scape de obstructia secundarei si de sistemul ei de prindere astfel incat sa obtina un instrument total liber.
Schema optica o puteti vedea in imaginea de mai jos.
Deplasarea oglinzii fata de axa optica duce la cresterea accentuata a aberatiei comatice si a astigmatismului iar pentru a pondera aceste fenomene Herschel a lungit foarte mult focala oglinzii obtinind in final o imagine acceptabila din punct de vedere al aberatiilor si foarte buna in detalii, lucru ce i-a permis descoperirea multor duble si a planetei Uranus printre altele.
Un astfel de instrument se poate construi si in regim de amator si experienta arata ca se pot obtine rezultate bune pentru raporturi focale ce depasesc f/18, f/20. Este evident ca la asemenea valori nu pot fi construite decat oglinzi mici in diametru, altfel telescopul risca sa devina un monstru.
Sigur telescopul Herschel nu e singurul design cu optica inclinata, Anton Kutter propune si dezvolta designul Sciefspiegler dupa ce face cunostinta cu designul Brachy a lui k Fritsch si j Forster, un fel de Cassegrain excentric dar care nu era total lipsit de obstructie.
Designul Yolo este reprezentat de alta clasa de telescoape cu optica inclinata care intr-o vreme a fost foarte mult in atentia constructorilor amatori, astfel acestia au ajuns sa slefuiasca pana si oglinzi toroidale pentru a mari performantele optice si a minimiza aberatiile specifice telescoapelor cu optica inclinata.
Povestea se incheie aici chiar daca designuri mai exista destule...

[Andi]

Am găsit într-un manual de optică o referinţă la un sistem optic care compensează aberaţia de coma ( sistem aplanetic ) şi care foloseşte drept obiectiv oglinda convexă Picht. Sistemul seamănă cu Gregory, dar oglinda principală este convexă ( şi parabolică ).Sistemul a fost propus de Johannes Picht în anul 1951. Nu am găsit mai multe date în reţea.

[Tavi F.]

Da, intr-adevar exista o referire la un sistem aplanetic "Picht J." (l-am revazut azi), in cartea Teoria si constructia aparatelor optice I.
Dintr-o schita foarte mult simplificata si pasajul,

[zoth]

Poti sa pui si schita aici?

[Tavi F.]

Mie nu-mi "apare" prea bine... dar o afisez.



Unele dintre concluziile de mai sus, au venit si pe baza a ceea ce stiam din testele echivalente cu lentile.

[zoth]

Dupa parerea mea un sistem ca cel prezentat in imaginea de mai sus ar putea fi functional numai intr-un fascicul convergent de lumina asemenea functionarii oglinzii secundare a unui Cassegrain.
Si dupa desen se pare ca fascicolul incident este convergent si mai mult, isi pastreza convergenta si dupa prima reflexie.
Altfel, orice fascicol de raze paralele care ar ajunge pe o suprafata convexa ar fi transformat intr-unul divergent si sistemul nu ar mai avea sens.
Mai cred ca sistemul prezentat nu reprezinta designul complet al unui telescop ci numai partea care realizeaza corectia comei si scurtarea instrumentului prin plierea razelor.
Mergand pe aceasta idee gasesc un sens citatului in felul urmator:

[Tavi F.]

Pentru a nu lasa asa figura din cartea unui vestit autor, am mai pierdut ceva timp pentru a exemplifica cum s-ar putea forma imaginea.



Iata si parametri sistemului, fara conicitati sau vreun studiu al aberatiilor:
R2=R1/2; dist. intre oglinzi d=F2. Rezulta: i=Fech=F2

Daca tot acest ansamblu ar fi fost plasat in fasciculul convergent al unui obiectiv, era cu totul altceva, eu m-am raportat la ceea ce se dadea.
Mai mentionez ca intreg subcapitolul in care sint prezentate multe variante de telescoape (inca de la cel Newtonian) se numeste "Lunete pentru telescoape" , o fi avut ceva autorul cu lunetele astea, cred ca se referea la design-ul optic.

Cam asta aveam de spus referitor la sistemul Picht, asa cum e prezentat in carte.

[zoth]

Imi pare rau ca nu cunosc cartea si nici nu stiu din ce context a fost extrasa descrierea acestui sistem optic.
Prin expresia "Lunete pentru telescoape" nu pot intui decat eventuale sisteme de "extragere" a imaginii pentru diferite tipuri de telescoape in scopul de o face accesibila in exterior.
Singurul mod in care mi-am putut imagina functionarea sistemului Picht este cel prezentat in desenul de mai jos.

In modul individual acest sistem nu ar putea lucra daca directia razelor ce provin de la un obiect mai mult sau mai putin indepartat ar coincide cu axa focarelor celor doua oglinzi. Orice convexitate intalnita de razele incidente nu ar face decat sa le "arunce" afara din sistem si nu in oglinda care formeaza planul focal final.

Daca directia razelor provenite de la obiect ar fi inclinata fata de axa focarelor, lucrul acesta ar face ca numai o mica portiune din toata suprafata oglinzii convexe sa "lucreze" pe acea directie sau cu alte cuvinte spus, fiecare "felie" de oglinda convexa va viza alta directie.
Nu stiu daca formularea e destul de inteligibila dar cam asa vad eu situatia...

[Tavi F.]

In privinta "lunetelor pt. telescoape", din ce scrie la inceput reiese ca se refera la orice element/grup reflectant, menit sa faca accesibila imaginea data de "obiective tip reflector".
Ce o mai fi intentionat autorul, dar nu reiese din ce a srcris, nu stiu si nu are rost sa fac presupuneri.

Pentru neinitiati, ultimele doua concluzii pe care le-am precizat in primul meu post din topic, sint dezavantaje monumentale, facind sistemul practic inutilizabil, asa cum e prezentat.
Varianta plasarii ansamblului in fasciculul convergent al unui obiectiv de luneta, e cu totul altceva, are sens si e aplicabila.

Pentru ca cineva a mai amintit si pe alt topic de schema asta cu "obiectiv oglinda convexa", eu pur si simplu din curiozitate si pentru amuzament am schitat (in creion) si formarea imaginii. Prin adaptarea si afisarea desenului pe forum, sper ca nu am tulburat prezentarea formelor consacrate de telescoape.

[Andi]

În cartea lui Petre Dodoc "Teoria şi construcţia aparatelor optice". volumul 1, la pagina 345 este Fig.6.76. Telescoape aplanetice, care la litera c. se referă la oglinda convexă PICHT J. ca sistem optic pentru compensarea aberaţiei de coma ( sistem aplanetic ).
Am mai găsit două sisteme care folosesc oglinda convexă.

[Tavi F.]

De data asta, intr-o carte avizata in prezentarea opticii telescoapelor, am gasit o forma de sistem Korsch (1972, anastigmatic, cimp plan) din 3 oglinzi*, cu un posibil "Picht" inglobat, utilizabil fotografic.
* - Intr-un design de telescop, "oglinda" inseamna un element care introduce putere optica, cele plane nu se pun la socoteala.

Sau un link: http://web.mac.com/adamamara/iWeb/Public_d...i_spie.doc

Sistemul de mai sus are la baza modelul propus de Paul ("roman" de-al nostru ) in 1935, care foloseste:
- oglinda principala parabolica;
- doua oglinzi sferice convexa/concava, cu raze de curbura egale. Distanta dintre ele e egala cu raza lor de curbura, iar planele focale ale primarei si secundarei (convexa), coincid.
In felul asta, se compenseaza aberatia de sfericitate, mai mult ansamblul devine anastigmatic, dar curbura cimpului persista.
O schema la link-ul:
http://bhs.broo.k12.wv.us/homepage/alumni/dstevick/sptbrief.htm