Телескопы покупают здесь


A A A A Автор Тема: Рефлектор - Ньютон  (Прочитано 15776 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Ernest

  • Гость
Рефлектор - Ньютон
« : 31 Янв 2006 [13:05:46] »
Что такое рефлектор?

В широком смысле слова рефлектор - это любой телескоп, объектив которого состоит только из зеркал. Это и объективы по схеме Ньютона (вогнутое параболическое главное зеркало и вспомогательное диагональное), и Кассегрена (главное - вогнутое, экранирующее меньшее по размеру - выпуклое), и Ричи-Кретьена (апланатический - свободный от комы - Кассегрен), и довольно редкого Грегори (вогнутое и главное, и экранирующее вспомогательное), и некоторые еще менее распространенные двух-, трех- и четырехзеркальные.

Однако в узком смысле это название обычно употребляют по отношению только к Ньютонам.

Какова схема Ньютона?

Классическая схема Ньютона это - вогнутое параболическое зеркало (главное зеркало - ГЗ), которое отражает лучи от бесконечно удаленного объекта в фокальную плоскость на расстоянии равном половине радиуса кривизны при вершине зеркала. Для того, чтобы вывести изображение из падающего параллельного пучка используется вспомогательное плоское зеркало повернутое на 45 градусов к оси труба, оно отражает изображение на 90 градусов. Из-за этих 45 градусов оно назвается диагональным (ДЗ). Для того, чтобы его тень на ГЗ была круглой (это выгодно по ряду соображений) форма ДЗ обычно делается эллиптической с отношением большой оси к малой равном 1.4142 (корень из двух). Размеры определяются размерами сечения светового конуса конуса в плоскости расположения ДЗ. Малая ось эллипса отражающей поверхности диагонального зеркала определяется следующим соотношением
                a (мм) = 4*S*D*(S-f'+L)/(4*S*S-D*D),
где
                S (мм) = D*f'/(D - 2y')
S - расстояние от ГЗ до вершины светового конуса (равно фокусному расстоянию при нулевом невиньетированном поле), D (мм) - диаметр ГЗ, 2y' (мм) - диаметр невиньетированного поля зрения, f' (мм) - фокусное расстояние ГЗ, L (мм) - излом оси (расстояние от оси трубы до вынесенной в бок фокальной плоскости).
Отношение a/D - линейный коэффициент экранирования и обычно выражают в процентах. При этом геометрический центр эллипса диагоналки для сохранения симметричности виньетирования должен быть смещен с оси главного зеркала на
                d (мм) = 0.25*a*D/S = D*D*(S-f'+L)/(4*S*S-D*D), мм
в сторону от фокусера и к главному зеркалу. Внутренний размер трубы Ньютона должен быть больше диаметра ГЗ как минимум на величину примерно 2y', чтобы не виньетировались наклонные (полевые) световые пучки.

А вот говорят есть какая-то "кома"?

При идеально изготовленной параболе ГЗ (что, говоря по совести, бывает только в математической модели) и идеальной юстировке центр поля зрения Ньютона полностью свободен от аберраций и разрешение ограничено только дифракцией (в том числе и от тени вторичного зеркала, которую можно особенно не принимать во внимание при коэффициенте линейного экранирования до 20%). Но Ньютон не свободен от аберраций. Чуть в сторону от оси и уже начинает проявляться кома (неизопланатизм) - аберрация связанная с неравностью увеличения разных кольцевых зон апертуры. Кома приводит к тому, что пятно рассеививания выглядит как проекция конуса - острой и самой яркой частью к центру поля зрения,  тупой и округлой в сторону от центра. Размер пятна рассеивания пропорционален удалению от центра поля зрения и пропорционален квадрату диаметра апертуры. Поэтому особенно сильно проявление комы в так называемых "быстрых" (светосильных) Ньютонах на краю поля зрения. Обычно будущих владельцев Ньютона пугают малым диаметром поля зрения условно свободного от влияния комы (то есть в пределах которого кома меньше пресловутого критерия Релея). Приведем и мы эту несколько модернизированную табличку:

k       d, мм    ф150 ф200 ф250 ф300
2.86    0.50       4       3      2       2
3.21    0.71       5       4      3       3
3.61    1.00       6       5      4       3
4.05    1.41       8       6      5       4
4.55    2.00      10      8      6       5
5.10    2.83      13     10     8       6
5.73    4.00      16     12     10     8
6.43    5.66      20     15     12     10
7.22    8.00      25     19     15     13
8.10    11.3      32     24     19     16
9.09    16.0      40     30     24     20
10.2    22.6      51     38     30     25
где
k - относительное фокусное расстояние параболического зеркала телескопа,
d - диаметр поля зрения свободного от комы в мм (d = k3/45),
ф150 ф200 ф250 ф300 - колонки в который указаны угловые поля зрения условно свободные от комы, в угловых минутах соотвественно диаметру главного зеркала фХХХ в мм.

Возможно, покажутся полезными следующие формулы расчета величины комы в волновой мере:

WPV = 0.888*D/k3
WRMS = 0.265*D/k3
St = e-(1.66*D/k3)2

где WPV - размах деформации волнового фронта возмущеного комой в длинах волн 0.55 мкм, k - относительный фокус зеркала, D - диаметр зеркала в мм, WRMS - среднеквадратическаая деформация волнового фронта, St - критерий Штреля.

В хорошо отъюстированных Ньютонах умеренной светосилы кома не слишком мешает наблюдениям. Она едва заметна в окуляр с ординарным полем зрения (Плёсл, Кельнер и т.п.) и сильнее в качественный широкоугольный окуляр (отсюда практический вывод - не стоит для Ньютона разоряться на очень уж дорогие широкоугольные окуляры, их перфектное качество можеть оказаться невостребованным - без корректора комы для детального рассматривания объект все-равно придется перемещать в центр поля зрения).

См. интересное обсуждение степени влияния комы Ньютона при визуальных наблюдениях.

Значит только кома?

Ну, нет, конечно. Есть еще астигматизм, который хоть и проявлzется в меньшей степени, чем у рефраторов, но так-же ухудшает край поля зрения. Если влияние комы линейно пропорционально удалению объекта от центра поля зрения, то астигматизм нарастает квадратично и именно он ухудшает качество изображения у края полевой диафрагмы 2" окуляров.

Вот табличка диаметров (мм) полей зрения Нютона условно свободного от астигматизма (по критерию Реллея) в зависимости от диаметра зеркала D и относительного фокусного расстояния k = f'/D:

k\D114127152203254305
3.55.65.96.57.58.49.2
46.87.27.99.110.211.2
4.58.28.69.410.912.213.4
59.610.111.112.814.315.7
612.613.314.516.818.820.6
715.916.718.321.223.725.9
819.420.422.425.928.931.7
1027.128.631.336.140.444.3

А всякие там Шмидт-Ньютоны?

Существуют многочисленные вариации оптической схемы Ньютона.

  • Ньютон со сферическим (а не параболическим) главным зеркалом. Эта схема вносит сферическую аберрацию тем большую, чем больше светосила главного зеркала. То есть пригодна только для весьма умеренных по апертуре и несветосильных инструментов. К примеру, для 150 мм диаметра сферическое зеркало с фокусом 1500 мм почти идеально замещает параболическое. См. обсуждение https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,12759.0/topicseen.html, в котором в частности приведена формула связывающая минимальное фокусное расстояние сферического зеркала, когда оно еще не слишком уступает параболическому f' = 1.52*D4/3 Из этой формулы следует такая табличка минимальных фокусных расстояний при которых возможна замена парабол сферическими зеркалами:
    D, мм   Fmin, мм
    114       840 / 1:7.4
    130      1000 /1:7.7
    150      1200 / 1:8
    200      1778 / 1:9
    250      2394 / 1:9.5
    300      3053 / 1:10
    вообще же для, сферического зеркала диаметром D и относительным фокусным k = f'/D сферическую аберрацию в волновой мере можно рассчитать по формулам:
    WPV = 0.888*D/k3 - полный размах
    WRMS = 0.265*D/k3 - среднеквадратическое значение
  • Ньютон с линзовым компенсатором сферической аберрации. Это сферическое главное зеркало в сочетании с линзовый компенсатором сферической аберрации располагаемый перед фокусом в окулярном узле. Увы, качество компенсации в дешевом исполнении этой схемы невысоко, да и велика чувствительность к разъюстировкам.
  • Ньютон с корректором комы. Классический Ньютон с двух- трехлинзовым корректором комы и некоторых других полевых аберраций. В таком исполнении Ньютон становится весьма пригоден как для астрофотографических работ, так и для использования высококачественных широкоугольных окуляров. Чувствительность к разъюстировкам такая-же, как у обычного Ньютона.
  • Ньютон с призмой полного отражения вместо диагонального зеркала. Призма - не самая лучшая замена диагональному зеркалу (она вносит аберрации, имеет большее число источников погрешностей, более чувствительна к ошибкам изготовления, хуже в части экранирования и т.д.), но при небольших апертурах приемлима.
  • Шмидт-Ньютон с компенсатором в виде пластинки Шмидта. Пластинка Шмидта закрывает передний обрез трубы, что благориятно сказывается на чистоте зеркал и уменьшении внутренних тепловых токов. Главное зеркало - сферическое. Кома примерно вдвое меньше, чем у классического Ньютона.
  • Максутов-Ньютон с афокальным компенсатором в параллельном ходе лучей в виде ахроматического мениска (расположен на переднем обрезе трубы и делает ее "закрытой"). Главное зеркало - сферическое. Кома исправлена, то есть объектив апланатичен.
  • Волосов-Ньютон с компенсатором в виде двухлинзового афокального корректора в передней части трубы (труба такми образом закрыта). Наилучшее исправление как осевых, так и полевых аберраций, позволяет достигать весьма интересных для астрофотографии светосил. См. интересное обсуждение https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,12127.0.html

В чем отличие Ньютона и Добсона?

Хм,.. они жили в разное время  :). Да и для любителя астрономии это имена назных классов объектов. Ньютон - имя оптической схемы рефлектора, а Добсон (Доб) - имя концепции визуального любительского телескопа включающего трубу с оптической схемой Ньютона на упрощенной легкой альт-азимутальной монтировке. То есть, если кто-то говорит, что у него Ньютон. Скорее всего это означает трубу по схеме Ньютона на какой-то экваториальной монтировке (может быть с возможностью астрофотографии).
« Последнее редактирование: 06 Ноя 2008 [17:05:11] от Эрнест »