Турбуленция и её вклад в ошибки волнового фронта

[blackhaz]

Согласен. Если посмотреть на график, то пик эффекта экранирования происходит где-то на середине, где он возвращается к нулю. Т.е. включение ЦЭ в модель пока неоправдано. Не могу только найти формулы как считать эти ЧКХ.

[null]

Предел Рэлея описывается в терминах идеальной диффракционной картины - как расстояние между максимумом и первым минимумом. Но как можно применять его, когда эта картина разрушена турбуленцией?

Так если картинка разрушена, то как раз данный предел и не будет достигнут. Т.е. у меня на выходе графика получается предел уже с учётом турбуленции.

Вот имеем мы изображения двух звезд равной яркости. Допустим, oни искажены турбуленцией, так, что первыe минимумы не выделяются и диффракционная картина размыта. Как оценить - разрешаются они или нет - по критерию Рэлея?

[blackhaz]

Так если размыто так, что не видно разрешения, то не разрешаются. Значит разрешение телескопа находится где-то выше.

[null]

Так если размыто так, что не видно разрешения, то не разрешаются. Значит разрешение телескопа находится где-то выше.

Сформулирую вопрос по-другому. Видим два пятна или ежика рядом вместо идеальных диффракционных картин. Как оценить - разрешаются они или нет?

[signing_kettle]

Вот Аберратор такой график строит как-то - можно задать ЦЭ, кол-во сферической, и т.д. и получить график. Только по пространственным частотам, а так невозможно сравнить разные апертуры.

Точнее, разные относительные отверстия. Если же при разных апертурах моделировать объективы с одинаковым отностельным отв., то идеальные ЧКХ будут совпадать.

ЧКХ , Это чужая музыка из чужей оперы , которую сначала занесло в об,ективы

Опрометчивое заявление. ЧКХ (точнее ОПФ) единственное полное представление качества изображения изображающего инструмента, независимо от области его применения (объектив телескопа, фотоаппарата, микроскопа и т.д.). Все остальные оценки качества являются производными от ЧКХ (или связанной с ней взаимнооднозначным проебразованием функции рассеивания точки).

Основываясь на онлайн-книге В. Сачека (http://www.telescope-optics.net/), можно узнать приблизительную зависимость способности разрешения телескопа от ошибки волнового фронта, выраженной числом Штреля SR

Признаться, "Пастернака не читал" но оценки основанные на связи числа Штреля и дефекта волнового фронта корректны при очень небольших деформациях (не более 1/4 волны). Так что тут надо бы по-осторожнее с этой моделью. Вы ведь пытаетесь применить модель в условиях видности 1" и даже 2", которые много превышают четвертьволновой предел для 8" и 10" апертур.
А вообще исследование интересное, хотя и требует на мой взгляд использования более адекватных моделей.

[blackhaz]

Аркадий, отвечу по-другому. На графике, допустим, видим, что 150мм рефрактор SR=0.98 при 2" видимости разрешит где-то порядка 1.30". Это значит, что два одинаково ярких точечных объекта на расстоянии 1.30" будут приблизительно (по-моему слово приблизительно надо применять через каждое слово вообще) видны как разрешение двух звёзд при достижении теоретического лимита по Рэлею при идеальной атмосфере. Картинку можете найти в различных описаниях лимита. По-моему так.

[blackhaz]

Вы ведь пытаетесь применить модель в условиях видности 1" и даже 2", которые много превышают четвертьволновой предел для 8" и 10" апертур.

Спасибо за замечание. Чтобы не насиловать эту и так пока ещё молодую модель можно отрезать всё по 1/4 предел. Только как правильно его узнать? Т.е. сколько секунд видимости соответствует 1/4 пределу для апертуры D? Это, кстати, наверное объясняет причину сильно задранных хвостов в правой части.

[null]

Аркадий, отвечу по-другому. На графике, допустим, видим, что 150мм рефрактор SR=0.98 при 2" видимости разрешит где-то порядка 1.30". Это значит, что два одинаково ярких точечных объекта на расстоянии 1.30" будут приблизительно (по-моему слово приблизительно надо применять через каждое слово вообще) видны как разрешение двух звёзд при достижении теоретического лимита по Рэлею при идеальной атмосфере. Картинку можете найти в различных описаниях лимита. По-моему так.

Ну, примерно понятно. Типа если между плямами еще есть маленькая шейка, то ... Это вы хорошо сказали: "слово приблизительно надо применять через каждое слово вообще". Только зачем тогда такое "моделирование"?

Что касается формул для MTF, что вы ищете. Их и не существует - если перед телескопом некая модель атмосферы. Думаю, что нужно не поведение упрощенных формул пытаться представить себе до конца, а моделировать в CAD'ах. А как хорошо моделировать атмосферу по-прежнему неясно.

Сравниваемые "разрешения" - это условности: это такие-то контрасты для такого-то углового расстояния между источниками. Но при этом игнорируется, что конкретная высокая пространственная частота при большой апертуре есть всегда, а при малой - ее нет в принципе.

[VD]

[quote ]
 Но при этом игнорируется, что конкретная высокая пространственная частота при большой апертуре есть всегда, а при малой - ее нет в принципе.
[/quote]

Интересно, а почему на фотках, сделанных сквозь 10" апертуры в кольцах Сатурна видно деление Энке?  Что это за принцип такой, который допускает такие исключения?

[null]

Но при этом игнорируется, что конкретная высокая пространственная частота при большой апертуре есть всегда, а при малой - ее нет в принципе.

Интересно, а почему на фотках, сделанных сквозь 10" апертуры в кольцах Сатурна видно деление Энке?  Что это за принцип такой, который допускает такие исключения?

Валера, поясни - ты о чем?

P.S. Ты что, цитаты на форуме разучился делать? Не ставь пробел между "quote" и "]".

[blackhaz]

Только зачем тогда такое "моделирование"?

Чтобы хотя бы приблизительно для себя понять, зачем люди покупают дорогие АПО для визуала. Мне до недавнего момента это казалось абсурдом - потратить такие деньги и получить телескоп, который разрешает вдвое меньше аналогичного по цене гигантского катадиоптрика. Ну и вдруг кто-то что-то дельное подскажет и модель можно будет улучшить.

Что касается формул для MTF, что вы ищете. Их и не существует - если перед телескопом некая модель атмосферы.

Тут не соглашусь на 100%. Вы бы сначала гугл погуглили. MTF аберраций телескопа известны. MTF моделирование турбулентности уже исследуется и довольно давно:

"Modulation transfer function for solar telescopes and atmospheric turbulence", Solar Physics Volume 25, Number 1 / July, 1972Atmospheric turbulence modulation transfer function for infrared target acquisition modeling,  Optical Engineering -- September 2001 -- Volume 40, Issue 9, pp. 1906-1913
Dror and N. S. Kopeika, "Aerosol and turbulence modulation transfer functions: comparison measurements in the open atmosphere," Opt. Lett. 17, 1532- (1992)
G. C. Valley, "Isoplanatic degradation of tilt correction and short-term imaging systems," Appl. Opt. 19, 574- (1980)

Это так, первое, что выплюнул Гугл. Все публикации платные. Ищу бесплатные.

Сравниваемые "разрешения" - это условности: это такие-то контрасты для такого-то углового расстояния между источниками.

И тем не менее, эти "разрешения" во всю применяются в профессиональной астрономии.

[signing_kettle]

Чтобы хотя бы приблизительно для себя понять, зачем люди покупают дорогие АПО для визуала

Так ведь свет клином на экранировании не сошелся. Мне кажется (сам не пробовал), что даже наклеив на переднюю линзу АПО заплатку для искусственного экранирования, мы не получим настолько же плохое изображение, как у неотстояного МК или у среднего по характеристикам Ньютона той-же апертуры. Кроме экранирования тут еще много игроков на понижение контраста. И светорассеивание на зеркальных покрытиях, и двойной-тройной проход световыми пучками градиента показателя преломления внутри трубы, и трех- четырехкратно большее влияние ошибок изготовления отражающей оптики (только не надо ссылаться на 1/8 оптику), и большая склонность к разъюстировкам, чувствительность к деформациям и термоаберрациям и так далее. При этом дешевизна увеличения апертуры утыкается в проблемы с атмосферой - она не дает возможность повысить контраст, просто увеличив дырку. Атмосфера отчасти преодолевается в астрофото за счет многократного усреднения изображения, на что глаз к сожалению не способен. И если на дырке 6" неспокойная атмосфера еще покажет раз в минуту приличный фрейм, то на 10" этого счастливого момента можно дожидаться часами. Надо ехать в горы. 

А между тем в 6" (если бы можно было забыть про атмосферу) видно уже очень много - попробуйте в том же аберраторе прогнать через 6" с нулевыми аберрациями изображение Юпитера! Вы поразитесь обилию деталей - я такого и не видел ни разу во время реальных наблюдений. Так что гнаться за апертурой при визуальных планетных наблюдениях особого смысла и нет. Сначала надо как-то уменьшить давление атмосферы. 

[null]

Замодерить бы вас.. Мысли-то у вас интересные, Аркадий. Только форма..

Не обижайтесь, Максим. Почему-то думаю, что мы с вами, несмотря на не ту "форму" еще хорошо думаем, успешно решаем небольшие научно-технические задачи, и положительно влияем друг на друга.

А вот с VD уже другая "песня" 

[blackhaz]

Вторчика, я пришёл к тому же мнению, но другим путём и пока чисто теоретически (а чем ещё заниматься, когда неба нет?) Будет даже интересней сравнить вживую.

Только одно не могу понять в вашем посте: вы говорите об ошибках, привносимых поверхностями, разъюстировке, двойном-тройном проход и других аберрациях, которые уже измерены интерферограммой. Если телескоп, например МК, имеет Штрель 0.98, то почему мы должны принимать возможность этих ошибок во внимание? Если интерферограмма снята правильно (усреднение нескольких снимков при различном положении телескопа), то деформацию, вроде, также можно исключить. Поправьте если это не так.

С термостабилизацией, температурными изменениями понятно - их в паспорте к телескопу нельзя увидеть. А какие ещё могут быть неучтённые в официальной интерферограмме аберрации, которые могут сделать SR=0.98 катадиоптрик хуже экраинрованного SR=0.98 АПО?

С другой стороны, понятно, что телескоп может разъюстироваться в ходе эксплуатации, и что ИГ, снятая несколько лет назад уже может не отображать реальность. Но с АПО это также может случиться, правда?

[signing_kettle]

Только одно не могу понять в вашем посте: вы говорите об ошибках, привносимых поверхностями, разъюстировке, двойном-тройном проход и других аберрациях, которые уже измерены интерферограммой

Мне кажется, вы не поняли. Интерферограмма (в тех редких случаях, когда она есть) показывает качество каким оно является в лабораторных условиях с идеальной атмосферой, с вычтенной комой разъюстировки (которую перед этим еще и устраняли в этих же лабораторных условиях). В реальных условиях наблюдений внутри трубы перепады температуры воздуха (градиенты коэффициента преломления) минимум в несколько градусов (это когда телескоп уже хорошо "отстоен"!), перепады температур в теле главного зеркала (а следовательно, его рельеф), различие температур вторички и главного зеркала (которое меньше и остывает быстрее, то есть имеет меньший радиус кривизны по сравнению с расчетом), сдвиг зеркала в люфтах, пережатие мениска в быстро остывающей оправе, пятна неправильных деформаций на зеркале (из-за напряжений на химических неоднородностях зеркала при изменении тепературы) и т.д. и т.п.

Если телескоп, например МК, имеет Штрель 0.98, то почему мы должны принимать возможность этих ошибок во внимание?

По выше указанным причинам.

Но с АПО это также может случиться, правда?

Преломляющая оптика примерно втрое-четверо менее чувствительна к отклонениям параметров деталей от расчетного значения.

[VD]

Но при этом игнорируется, что конкретная высокая пространственная частота при большой апертуре есть всегда, а при малой - ее нет в принципе.

Интересно, а почему на фотках, сделанных сквозь 10" апертуры в кольцах Сатурна видно деление Энке?  Что это за принцип такой, который допускает такие исключения?

[VD]

Мне кажется, вы не поняли. Интерферограмма (в тех редких случаях, когда она есть) показывает качество каким оно является в лабораторных условиях с идеальной атмосферой, с вычтенной комой разъюстировки (которую перед этим еще и устраняли в этих же лабораторных условиях). В реальных условиях наблюдений внутри трубы перепады температуры воздуха (градиенты коэффициента преломления) минимум в несколько градусов (это когда телескоп уже хорошо "отстоен"!), перепады температур в теле главного зеркала (а следовательно, его рельеф), различие температур вторички и главного зеркала (которое меньше и остывает быстрее, то есть имеет меньший радиус кривизны по сравнению с расчетом), сдвиг зеркала в люфтах, пережатие мениска в быстро остывающей оправе, пятна неправильных деформаций на зеркале (из-за напряжений на химических неоднородностях зеркала при изменении тепературы) и т.д. и т.п.

Эрнест,

Вы довольно сильно все преувеличиваете. По крайней мере в отношении того МСТ,  с которым Макс собирается наблюдать.
Уверяю вас, что равного размера триплет АПО будет страдать от всех подобных прелестей куда больше.

[signing_kettle]

Уверяю вас, что равного размера триплет АПО будет страдать от всех подобных прелестей куда больше

АПО не имеет зеркальных поверхностей, трехкратного хода лучей по внутреннему объему, разнесенный силовых элементов и т.д. Апохромат просто не может страдать от этого, у него "этого" нет.

Уверять меня не надо, я дипломированный специалист по расчету допусков и юстировке.

[VD]

Уверяю вас, что равного размера триплет АПО будет страдать от всех подобных прелестей куда больше

АПО не имеет зеркальных поверхностей, трехкратного хода лучей по внутреннему объему, разнесенный силовых элементов и т.д. Апохромат просто не может страдать от этого, у него "этого" нет.

Уверять меня не надо, я дипломированный специалист по расчету допусков и юстировке.

Во-первых, я специально оговорился - "подобных" и не стал уточнять в уверенности, что вы все прекрасно поймете. При необходимости можно и уточнить.

Я в курсе насчет вашей специальности, вы уже упоминали об этом.  Тем не менее, могу заметить,  что наши специалисты соответствующего уровня и допуски считать умеют, как и проектировать системы максимально устойчивые к разъюстировкам. И кому децентрировки мы при аттестации _собранных_ телескопов или там систем не вычитаем. 

[blackhaz]

Эрнест, а есть вообще инфа какая-нибудь насчёт "Преломляющая оптика примерно втрое-четверо менее чувствительна к отклонениям параметров деталей от расчетного значения"? Как это можно увидеть?