Refraktor

Od klasycznego teleskopu soczewkowego do apochromatu: oto krótki przegląd najważniejszych typów.

Długa, wąska rura skierowana ku niebu, a na dole okular. Czyż nie tak wyglądają teleskopy? Cóż, tak wyobraża sobie tekeskop większość osób. Tu dowiesz się, co potrafi teleskop poza pięknym wyglądem.

Istnieją dwa typy teleskopów soczewkowych:

• luneta Galileusza,
• luneta Keplera.

Oba systemy mają prostą konstrukcję. System Galileusza składa się z przedniej soczewki skupiającej i tylnej rozpraszającej. Taki system stosowany jest głównie w lornetkach teatralnych. Ponieważ źrenica wyjściowa znajduje się wewnątrz tubusu (a więc przed soczewką rozpraszającą), ma on wąskie pole widzenia, nieostre przy krawędzi. Przeznaczony jest on jedynie do niskich powiększeń. Jego zaletą jest jest to, że daje obraz prosty.

Luneta Keplera nazywana jest również lunetą astronomiczną. Podobnie jak system Galileusza, ma z przodu soczewkę skupiającą, jednak z tyłu jest również soczewka skupiająca, służąca za okular. Luneta Keplera daje obraz odwrócony. W ognisku tworzony jest obraz rzeczywisty. Ognisko obiektywu musi pokryć się z ogniskiem okularu. Wtedy, okular , pokazuje powiększony obraz pozorny.

"Zwykłe" refraktory z dawnych lat, miały jedną zasadniczą wadę: cierpiały na aberrację chromatyczną. Wada ta wynika z tego, że różne długości fal światła są załamywane w różnym stopniu. Na przykład, światło niebieskie jest załamywane przez soczewkę silniej, niż światło czerwone.

Skutkuje to powstawaniem brzydkich kolorowych obwódek wokół obiektów obserowowanych przez taką lunetę. Nieco wyższe powiększenia jeszcze bardziej potęgują ten efekt. A to nie wszystko: przez aberrację chromatyczną może wyraźnie spaść kontrast obrazu dawanego przez taki refraktor.

Znaleziono jednak sposób na zminimalizowanie tego efektu poprzez skonstruowanie teleskopu zwanego »achromatem«. Obiektyw achromatu składa się z nie z jednej, a z dwóch soczewek, zwykle ze szkła optycznego typu kron i flint, z których jedna jest dodatnia, a druga ujemna. Soczewki te są zatem wypukłe i wklęsłe.

Współczynnik załamania (gęstość) i dyspersja (rozproszenie) są różne dla obu soczewek. W ten sposób w dużym stopniu minimalizowana jest aberracja chromatyczna. Niemniej jednak, wciąż można dostrzec małą kolorową obwódkę, zwaną również "widmem wtórnym". Konstruktorzy optyczni opracowali więc tak zwany "apochromat" który, dzięki zastosowaniu trzeciej soczewki, daje obrazy wolne od widma wtórnego. Oznacza to optykę czystą kolorystycznie.

Achromaty reprezentują klasyczną, szeroko rozpowszechnioną konstrukcję współczesnych teleskopów soczewkowych. Obiektyw achromatu składa się nie z jednej, ale z dwóch soczewek, które zwykle wykonane są ze szkła kronowego oraz flintowego. Aby uzyskać właściwą korekcję, jedna soczewka jest skupiająca (dodatnia), a druga rozpraszająca (ujemna).

Obecnie w sprzedaży można znaleźć dwa główne rodzaje apochromatów:

• apochromaty typu Doublet ED,
• apochromaty typu Triplet ED.

Apochromaty ED to systemy z dwiema lub trzema soczewkami. Jeden element optyczny zawsze jest ze szkła ED, co zapewnia całemu systemowi korekcję aberracji chromatycznej. Dwusoczewkowe apochromaty ED w dużej mierze redukują aberację chromatyczną, jednak nie eliminują jej całkowicie. Z tego powodu niektórzy miłośnicy astronomii nazywają takie teleskopy semiapochromatami.

Taki układ optyczny to prawdziwy apochromat, podczas gdy dwa poprzednie określane są mianem semiapochromatu. Zwykle składa się on z trzech soczewek. Aberracja chromatyczna jest tu w pełni korygowana.

Od pewnego czasu sporadycznie pojawiają się też tak zwane superapochromaty. Te refraktory mają obiektyw składający się z pięciu soczewek, które zwykle ustawione są w dwóch grupach. Pierwsza grupa, składająca się z trzech soczewek, pełni taką samą funkcję, co apochromat typu Triplet. Druga kombinacja, dwusoczewkowa, koryguje krzywiznę pola w celu uzyskania idealnych astrofotografii.

Teleskopy, które określane są jako apochromaty typu dublet, mają obiektywy o konstrukcji dwusoczewkowej. W tym określeniu nie ma już rozróżnienia na półapochromat i apochromat dwusoczewkowy.

Jako drugi element zwykle wykorzystuje się szkło ED (ED oznacza "Extra-low Dispersion"). Niewielka aberracja wciąż jest widoczna, ponieważ tylko prawdziwy apochromat o konstrukcji trzysoczewkowej jest w stanie ją skorygować.

Apochromaty trzysoczewkowe często są nazywane także pełnymi apochromatami, ponieważ tylko taka konstrukcja może w odpowiednim stopniu skorygować aberrację chromatyczną. Dzięki różnym rodzajom szkła i współczynnikom załamania światła, korygowane jest widmo wtórne, czyli resztkowa aberracja chromatyczna. Trzysoczewkowe apochromaty ED niemal całkowicie redukują aberrację chromatyczną. Obraz jest nie tylko super ostry i neutralny barwnie, ale charakteryzuje się również niezwykle wysokim kontrastem.

To APO składa się z dwóch sklejonych soczewek, z których jedna wykonana jest ze szkła fluorytowego. Działanie jest podobne, jak w przypadku ED.

Inną metodą zminimalizowania aberracji chromatycznej w refraktorze jest wybór modelu o możliwie najmniejszej światłosile. Oznacza to, że taki teleskop musi mieć długą ogniskową. Redukuje to również szczątkową aberrację chromatyczną. Jednak ogólna zasada mówi, że ogniskowa achromatu powinna być piętnaście razy większa niż średnica jego obiektywu, by uzyskać przyzwoicie czysty kolorystycznie obraz. W przypadku refraktora 100mm byłaby to zatem ogniskowa 1500mm (światłosiła f/15). Przy jeszcze większym refraktorze ogniskowa powinna być jeszcze dłuższa.

Ponieważ tak długie refraktory są bardzo nieporęczne, często rezygnuje się z takich rozwiązań. Akceptowalny kompromis zapewnia zasada: ogniskowa=apertura². Refraktor 100mm miałby wtedy ogniskową 1000mm, a w przypadku instrumentu 120mm ogniskowa wyniosłaby nieco poniżej 1500mm.

Co mogę zrobić mając teleskop soczewkowy z aberracją chromatyczną? Zezłomować i kupić nowy? Nie, na szczęście nie musisz sięgać po takie rozwiązania, bo są inne sposoby.

Jeśli w ogóle przeszkadzają Ci niewielkie kolorowe obwódki, możesz wykorzystać na przykład filtra "Minus Violet". Tłumi on niebieskie obwódki i jednocześnie wzmacnia kontrast. Obraz nie będzie jednak całkowicie neutralny, a lekko żółtawy. Niemniej jednak, szczegóły są łatwiejsze do dostrzeżenia.

Filtr "Minus Violet" to wariant klasyczny, ale obecnie dostępne są także inne filtry, które spełniają to zadanie.

Specjalnie opracowanym do tego filtrem jest Baader Fringe Killer. Blokuje on około 50% niebieskiej części światła, ale przepuszcza światło czerwone i zielone. Dzięki inteligentnej konstrukcji, straty światła wynoszą jedynie 12%. Oznacza to, że śmiało możesz używać tego filtra z małymi refraktorami.

Kolejny filtr nosi oznaczenie Semi APO. Jasne, nazwa produktu fajna, ale czy filtr naprawdę tak działa? Weź refraktor o krótkiej ogniskowej, chociażby 500mm. Zobaczysz grubą niebieską obwódkę wokół jasnych obiektów. Co stanie się z obwódką po wkręceniu w okular filtra Semi APO? Obwódka wokół jasnych obiektów zniknie. Ogólnie rzecz biorąc, obraz wydaje się bardziej neutralny niż w przypadku zastosowania filtra Fringe Killer. Jednak straty światła są wyższe w Semi APO, i wynoszą około 30%. Zaleta? Obraz jest bardziej neutralny. W przypadku mniejszych refraktorów lepiej użyć filtra Fringe Killer, ale w przypadku refraktorów od 100-120 mm filtr Semi APO jest wart swojej ceny.

Refraktor to piękny instrument, jeśli jest odpowiednio skorygowany pod względem aberracji chromatycznej. Jednak duży refraktor, który powinien zbierać także dużo światła, jest stosunkowo drogi i nieporęczny. Przyjrzyjmy się więc teleskopom zwierciadłowym.