Точность оптики телескопа

[Владимир Николаевич]

В бытовом восприятии любителей астрономии иногда фигурируют просто фантастические параметры точности оптики-точности волнового фронта есть еще куча вариаций - но все это проще по бытовому точность телескопа. Причем некоторые не имея даже подзорной трубы или имея схожий с ней аппарат создают на этом форуме нездоровый точностной фон, а именно темы по сверхточным и хорошим окулярам и Супер-пупер телескопам.
Общаясь со скромными производителями оптики понимаешь, что МК или Ньютон выше 1\4 лямбда на внутренний рынок никогда не поступали \вообще-то даже 1\2\ при этом они обеспечивают диффракционное качество изображения. Качество оптики рефракторов допускается еще ниже! Причем применяемый большинством критерий точности ГЗ не имеет ничего общего с выдаваемым телескопом изображением, тк есть еще вторичка, окуляр и наконец просто юстировка и тд и тп.
Я слышал оценки    1\8 и 1\10 и даже чуть ли не 1\100, при этом тот же Сикорук заявляет что если поставить в ряд несколько телескопов с точностью 1\8-1\800 то никто из испытателей разницы не заметит, это точно как уж тут заметить! В то же время из текста явствует, что имеется ввиду точность ГЗ, а не системы в целом, а она зависит от ряда функций.  В тоже время именитые продавцы типа Маркуса вообще точностями не кидаются и считают 1\7 достижением!
Давайте все-таки поставим точки насчет реальной точности имеющейся в наших руках оптики и перестанем оперировать точностями 1\10-1\100, тем более в системах из двух и более зеркал!

Какие будут мнения на этот счет? Однако сразу укажу что сами производители предпочитают к сожалению в эту полемику публично не вступать, предпочитая на публике завышать показатели точности в угоду коммерческим интересам!

[фудо]

Общаясь с Сергеем Каминским неоднократно по телефону, задавал вопрос о качестве его оптики. Получил много вразумительных ответов. Я конечно не оптик, но заявленная точность изготовления ГЗ и вторички соответствует 1/8, не ниже. На сайте заявлено 1/10. Конечно идут потери и на окулярах и многое зависит от юстировки. В целом впечатления самые хорошие. Хотя конечно глазом этого не заметишь, но вся оптика тестируется на специальном оборудовании. В КРАО делают зеркала ещё более точные.  Да и цена там подороже. Сравнивал ньютон 200мм Каминского с бушинеловскими рефракторами и тем же БШР.  Незнаю какая там заявленная точность, думаю заведомо меньше, но глазом разница заметна разительная. Скоро думаю сравнить точность оптики китайского рефрактора и МАКа Каминского. По поводу, точности 1/10-1/100 - это круто. Но думаю, что реальная точность моего Мака не меньше 1/8 - 1/6.
На нём мы видим туманность в Плеядах и некоторые галактики до  12m. Конечно это не показатель, но изображения он даёт прекрасные.
Если есть возможность определить на выходе качество оптики, скажите как. Думаю, что это невозможно, а потому единственным критерием качества по визуалу будет прямое сравнение двух стоящих рядом инструментов. А так, реклама - двигатель торговли .
Лучше всего спросить об этом самих производителей оптики, чтобы они для всех прояснили ситуацию. Кто и чем пользуется при изготовлении зеркал, и как это контролируется. Есть ли способы котроля всей оптической системы. Хотя не знаю, нужно ли это нам, любителям. Ведь если телескоп решает поставленные задачи, то что нужно ещё .

[SergeyG]

>>Причем некоторые не имея даже подзорной трубы или имея схожий с ней аппарат создают на этом форуме нездоровый точностной фон, а именно темы по сверхточным и хорошим окулярам и Супер-пупер телескопам.

Совершенно с Вами согласен! Действительно, кто-то пытается создать здесь нездоровый фон, начиная темы по всяким сверхточным окулярам, поднимая вопросы качества просветления, контраста и т.п. Ведь нам уже было авторитетно сказано: чтобы видеть дифракционную картину вполне достаточно китайского ахромата с окулярами из пластика.

[Владимир Николаевич]

Есть ли способы котроля всей оптической системы. Ведь если телескоп решает поставленные задачи, то что нужно ещё .

В условиях производства испытание телескопа проводится в условиях термостабильности при температуре около 25-27 град, при этом как отмечал Томато \Сергей Погребицкий\ если только дотронуться до трубы рукой все замывается - идут искажения! Для того что бы хорошо  выставить на всевозможных "Астрофестах" свой телескоп производители его приводят в состояние - охлаждают, термостабилизируют.  

[фудо]

Зто понятно, но как реально отличить глазом 1/4 и 1/6 или1/8 например. Или для этого есть какие-то специальные способы?

[Дмитрий Маколкин]

Давайте прежде всего определимся с точностью того, что мы называем лямбда/6, /10, и т.д.
Правильнее всего будет говорить об искажениях волнового фронта, даваемых всем телескопом или его отдельным компонентом, будь то главное зеркало, диагоналка,  вторичное зеркало в Кассегрене и пр.
Дело в том, что некоторые производители параболических зеркал в своё время давали точность поверхности, а не волнового фронта, а для любого зеркала справедливо что деиничная деформация поверхности равна удвоенной деформации волнового фронта. Давая точность поверхности такие производители воздействуют на неискушённого любителя "магией цифр". Отсюда и возникают, скажем 1/16, 1/20 и прочие страсти. Производитель должет точно указать, что имеется в виду: точность поверхности или волнового фронта. Тогда если точность поверхности главного зеркала равна 1/10, то такой телескоп никогда не даст волновой фронт лучше, чем 1/5.

[Владимир Николаевич]

>>

Совершенно с Вами согласен! чтобы видеть дифракционную картину вполне достаточно китайского ахромата с окулярами из пластика.

Совершенно верно неважно ни просветление, ни материал, ни количество линз, главное чтобы телескоп дал увеличение обеспечивающее выход на зрачек меньше 0.7мм и вот те она диффракционная картина, причем в очковом телескопе ее даже легче увидеть!

[SF]

Vladim: Причем применяемый большинством критерий точности ГЗ не имеет ничего общего с выдаваемым телескопом изображением, тк есть еще вторичка, окуляр и наконец просто юстировка и тд и тп.

Для больших телескопов обычно указывают долю концентрации энергии в кружке какого-то радиуса. Это является интегральной характеристикой инструмента. (Обычная гартманограмма позволяет оценить эту величину.)

Кроме точности формы, может требоваться очень чистая и гладкая поверхность - например для зеркальных коронографов. В любительской практике такие требования редки.

Форму зеркала на большом масштабе сейчас можно подправить активной разгрузкой. И наоборот - плохой разгрузкой испортить форму хорошего зеркала.

То, что касается визуальных наблюдений, относится к области "короткоэкспозиционных изображений" и требует учета влияния атмосферы.

Поэтому надо точно определить понятие "точности", требования к которой будут различны для разных инструментов и объектов наблюдения.

[Дмитрий Маколкин]

Теперь по поводу тестирования.
Довольно трудно на глаз в условиях ночных наблюдений отличить 1/6 от 1/8. Для этого нужно иметь сверхспокойную ночь и опытнейшего наблюдателя.
В лаборатории, на скамье, в автоколлимации с плоским зеркалом ошибки телескопа удваиваются, можно хорошо побороться с воздушными потоками и уверенно зарегистрировать наличие отклонений оптики от идеальной.
Количественная оценка ошибки - дело неблагодарное, увы, наш глаз измерительным прибором не является...
Отсюда вывод: надо мерить объективными методами контроля. Единственно разумным является применение интерферометра с компьютерной обработкой интерферограммы. Как сказал Роланд Крисчен (глава и владелец Astrophysics) "Interferometer takes no prisoners" - Интерферометр пленных не берёт!
Многие ли производители утруждают себя интерферометрическим контролем готовых телескопов на интерферометре? Оказывается, что далеко не все. Так например НПЗ, как выяснилось в своё время при обсуждении качества их Клевцовых в Старлабе, выходного интерферометрического контроля ен ведет. Думаю поэтому на свет выходят их телескопы с точностью волнового фронта 1/3.
У Санковича интерферометр есть, он свои телескопы испытывает на нём, более того, окончательное "сведение" комплектов оптики делается именно на интерферометре, оптика маркируется и потом в телескоп идёт именно комплект, а не что придётся.
Интерферометрический контроль - дело довольно хлопотное. Много времени занимает юстировка схемы, съемка интерферограмм, их обработка. Да ещё весьма желательно усреднить несколько карт волнового фронта чтобы исключить воздушные потоки, ведь на снимке трудно отличить местную ошибку на оптике от плавного колыхания полос из-за слабого движения воздуха. Кстати, в особо ответственных случаях в самых серьёзных лабораториях контроль ведут в камере из которой откачивается основная часть воздуха, чтобы исключить искажения, вызываемые воздушными потоками.
Вот при соблюдении этих приёмов и можно отличить, причём количественно, 1/6 от 1/8, а 1/8 от 1/10. И уж тем более - отбраковать 1/3 и если ндо - 1/4.

[Владимир Николаевич]

Правильнее всего будет говорить об искажениях волнового фронта, даваемых всем телескопом или его отдельным компонентом, будь то главное зеркало, диагоналка,  вторичное зеркало в Кассегрене и пр. Отсюда и возникают, скажем 1/16, 1/20 и прочие страсти. Производитель должет точно указать, что имеется в виду: точность поверхности или волнового фронта. Тогда если точность поверхности главного зеркала равна 1/10, то такой телескоп никогда не даст волновой фронт лучше, чем 1/5.

Дмитрий так все таки на какие минимальные параметры  мы выходим в готовом телескопе  в реальных температурных и атмосферных условиях. Ты все таки уже к любителям, а не производителям ближе?

[SergeyG]

>>Зто понятно, но как реально отличить глазом 1/4 и 1/6 или1/8 например. Или для этого есть какие-то специальные способы?

В полевых условиях при спокойной атмосфере по ярким звездам вблизи зенита Вы можете провести "star test" используя увеличения достаточные чтобы уверенно видеть детали дифракционной картины. Изучаются предфокальные и зафокальные изображения звезд и сравниваются друг с другом. Чем больше сходства - тем лучше. Этот тест вскрывает также кому и астигматизм, а также некоторые другие ошибки (для рефракторов-ахроматов надо использовать желтый или зеленый светофильтр). Кроме того, обязательно надо проверить фокальное изображение звезды - желательно сравнить его с идеальным для оптической системы с ЦЭ такой же величины - для этого можно воспользоваться Аберратором.
 

[Дмитрий Маколкин]

>>Зто понятно, но как реально отличить глазом 1/4 и 1/6 или1/8 например. Или для этого есть какие-то специальные способы?

В полевых условиях при спокойной атмосфере по ярким звездам вблизи зенита Вы можете провести "star test" используя увеличения достаточные чтобы уверенно видеть детали дифракционной картины. Изучаются предфокальные и зафокальные изображения звезд и сравниваются друг с другом. Чем больше сходства - тем лучше. Этот тест вскрывает также кому и астигматизм, а также некоторые другие ошибки (для рефракторов-ахроматов надо использовать желтый или зеленый светофильтр). Кроме того, обязательно надо проверить фокальное изображение звезды - желательно сравнить его с идеальным для оптической системы с ЦЭ такой же величины - для этого можно воспользоваться Аберратором.
 

Всё правильно, но за одним исключением, причём весьма существенным. На зеркале, особенно на параболе, при полировке можно "наколбасить" такого, что ни один аберратор не смоделирует!  
Так что и тут с количественными оценками сложновато будет...

[Владимир Николаевич]

Сергей точность этих измерений напрямую зависит от условий астроклимата и термостабилизации - один и тот же телескоп в два разных дня покажет как пример точность от 1\1 до 1\10. Этот метод может применяться только с тестовым телескопом стоящим рядом, и даже это необьективно. Так как если не ошибаюсь требования к оптике рефрактора вдвое меньше??? чем в рефлекторе, об 1\8 вообще речи быть не может! И кроме этого ввиду быстрой приспособляемости рефрактор "всегда готов" и может показать как бы завышенные результаты, как бы лучшие чем есть на самом деле!

[Дмитрий Маколкин]

Сергей точность этих измерений напрямую зависит от условий астроклимата и термостабилизации - один и тот же телескоп в два разных дня покажет как пример точность от 1\1 до 1\10. Этот метод может применяться только с тестовым телескопом стоящим рядом, и даже это необьективно. Так как если не ошибаюсь требования к оптике рефрактора вдвое меньше??? чем в рефлекторе, об 1\8 вообще речи быть не может! И кроме этого ввиду быстрой приспособляемости рефрактор "всегда готов" и может показать как бы завышенные результаты, как бы лучшие чем есть на самом деле!

Думаю, что требования по точности к любому телескопу достаточно высоки и не зависят от того, рефрактор он или рефлектор. Откуда могло взяться утверждение, что к рефракторам требования в 2 раза слабее???

[SergeyG]

>>Сергей точность этих измерений напрямую зависит от условий астроклимата и термостабилизации - один и тот же телескоп в два разных дня покажет как пример точность от 1\1 до 1\10.

Если у Вас телескоп с оптикой не хуже 1/10, то Вам придется дождаться спокойной атмосферы и термостабилизации чтобы в этом убедиться. С другой стороны, обладателю оптики с десятикратно большей ошибкой никогда не увидеть такую же картинку в свой телескоп. Для малых апертур, уже при средних условиях наблюдений, Вы сможете легко различить оптику 1 и 1/10.


>> Откуда могло взяться утверждение, что к рефракторам требования в 2 раза слабее???

Дмитрий, Вы же сами обьяснили источник путаницы:

>>Дело в том, что некоторые производители параболических зеркал в своё время давали точность поверхности, а не волнового фронта, а для любого зеркала справедливо что деиничная деформация поверхности равна удвоенной деформации волнового фронта.

[Владимир Николаевич]

Я это написал под возможно в оригинале указывались требования к точности поверхности поищу в первоисточнике?

[Владимир Николаевич]

>>Сергей точность этих измерений напрямую зависит от условий астроклимата и термостабилизации - один и тот же телескоп в два разных дня покажет как пример точность от 1\1 до 1\10.

Если у Вас телескоп с оптикой не хуже 1/10, то Вам придется дождаться спокойной атмосферы и термостабилизации чтобы в этом убедиться. Вы сможете легко различить оптику 1 и 1/10.

Скорей Вы отличите 1\1 от 1\4, а не 1\4 от 1\10!!! Хотя конечно известны методы анализа дофокала и зафокала.

[SergeyG]

Конечно, чтобы отличить оптику  1\4 от 1\10 уже потребуется хорошая стабильность атмосферы и разность уже не будет такой явной как при сравнении 1 и 1\10 систем. Тем не менее, есть хорошие тестовые обьекты - неэквивалентные двойные звезды, на которых  будет заметна даже небольшая разница. Представьте, что слабый спутник накладывается на дифракционное кольцо. Увидеть его будет тем сложнее, чем выше яркость кольца, которая в свою очередь зависит от степени несовершенства оптики. Это очень хороший тест для качества оптики.

[Владимир Николаевич]

Беру в руки Г.М.Попова "Современная астрономическая оптика" он пишет, что Релей принял допустимые отклонения за 1\4, Максутов считал что 1\10, но его Максутова критерий не прижился. Далее он рассматривает различные варианты и анализируя их пишет - касаясь сферической абберации и дефокусировки, что ошибка 1\4 с дефокусировкой 1\4 дает изображение практически неотличимое от идеального, а 1\4 без дефокусировки уже дает снижние центрального максимума до 0.88 и ассиметрию колец. Это означает только одно - что одинаковая дефокусировка одинаково фатально влияет на систему с точностью 1\4 и с точностью 1\100  

[Дмитрий Маколкин]

Беру в руки Г.М.Попова "Современная астрономическая оптика" он пишет, что Релей принял допустимые отклонения за 1\4, Максутов считал что 1\10, но его Максутова критерий не прижился. Далее он рассматривает различные варианты и анализируя их пишет - касаясь сферической абберации и дефокусировки, что ошибка 1\4 с дефокусировкой 1\4 дает изображение практически неотличимое от идеального, а 1\4 без дефокусировки уже дает снижние центрального максимума до 0.88 и ассиметрию колец.    

Так как юбой визуальный телескоп имеет механизм перефокусировки, то понятие допустимой величины сферической аберрации претерпело некоторое изменение. Изначально рассматривалось влияние сферической аберрации без перефокусировки, и этот малоизвестный факт сильно путает современное понятие критерие Релея.
Если мы возьмём телескоп, введем туда сфелическую в четверть волны и потом перефокусируем на наилучшее изображение, то окажется, что остаточная деформация волнового фронта составит 1/8.
Однако потом стали считать, что имелась в виду сферическая аберрация величиной 1/4 после перефокусировки, т.е. в 2 раза больше!
Не мудрено, что сегодняшние опытные наблюдатели считают, что длля первоклассной оптики 1/4 - слишком много.
Тут надо сделать важное дополнение, что речь идёт о так называемой сферической аберрации третьего порядка, т.е. об отклонении параболы в Ньютоне в сторону сферы или гиперболы, а такое довольно редко бывает на практике. Чаще мы имеем яму или бугор в центре, завал края, зональные ошибки, влияние которых на качество изображения всякий раз своё.
Недаром когда мы делали линзовые объективы высокого класса, то техническое задание формулировалось как 1/6 при общей плавности ошибки. Более того, также использовался коитерий среднеквадратичной ошибки, который, как известно, учитывает не только амплитуду ошибки, но и ё площадь, но применение этого показателя качества требует обязательного применения интерферометра с компьютерной обработкой... так что откуда ушли - к тому и пришли...