К счастью, есть простой, но очень точный способ тестирования качества оптики, не требующий никакого специального оборудования. Точно так же, как вам не нужно знать теорию двигателя внутреннего сгорания, чтобы определить, что мотор работает плохо, так и для оценки качества телескопа вам не обязательно быть знакомым с теорией конструирования оптики. Овладев техникой тестирования, о которой пойдет речь в этой статье, вы сможете стать авторитетным судьей качества оптики.
Идеальное изображение
Прежде чем начать говорить о качестве, необходимо знать как должно выглядеть в телескоп идеальное изображение звезды. Некоторые начинающие любители астрономии полагают, что в идеальный телескоп звезда должна выглядеть как яркая и резкая точка света. Однако это не так. При наблюдениях с большими увеличениями звезда представляется в виде маленького диска, окруженного серией слабых концентрических колец. Это называется дифракционной картиной. Центральный диск дифракционной картины имеет собственное имя и называется кружком Эри.
Что является причиной появления этих колец и превращения звезды в диск? Ответ на этот вопрос лежит в волновой природе света. Когда свет проходит через телескоп, он всегда испытывает "искажения", обусловленные его устройством и оптической системой. Ни один самый замечательный телескоп в мире не в состоянии воспроизвести изображение звезды в виде точки, поскольку это противоречит фундаментальным законам физики. Законам, которые невозможно нарушить.
Точность воспроизведения изображений, даваемая телескопом, зависит от его апертуры — диаметра объектива. Чем она больше, тем меньше становятся угловые размеры дифракционной картины и ее центрального диска. Вот почему телескопы больших диаметров могут разделить более тесные двойные звезды и позволяют увидеть больше деталей на планетах.
Давайте проведем один эксперимент, с помощью которого вы сможете узнать как выглядит дифракционная картина почти идеального объектива. Это изображение и станет тем стандартом, с которым вы впоследствии будете сравнивать реальные дифракционные картины тестируемых инструментов. Чтобы эксперимент прошел успешно, нам понадобится телескоп с неповрежденной и достаточно хорошо отъюстированной оптикой.
Прежде всего, возьмите лист картона или плотной бумаги и вырежьте в нем круглое отверстие диаметром 2.5-5 см. Для телескопов с фокусным расстоянием объектива менее 750 мм подойдет отверстие 2.5-3 см, при большем фокусном расстоянии объектива вырежьте отверстие диаметром 5 см.
Полученный лист картона надо закрепить перед объективом таким образом, чтобы отверстие, если у вас — рефрактор, оказалось по центру, а если рефлектор — немного с края, чтобы входящий свет миновал вторичное зеркало и растяжки его крепления к трубе.
Наведите телескоп на какую-нибудь яркую звезду (например, Вегу или Капеллу), которая в данный момент находится высоко над горизонтом, и установите увеличение в 20-40 раз больше диаметра объектива в сантиметрах. Взглянув в окуляр, вы увидите дифракционную картину — пятно света, окруженное, в зависимости от спокойствия атмосферы, одним или более концентрическими кольцами.
Теперь начинайте потихоньку расфокусировать изображение звезды. При этом вы увидите расширяющиеся кольца, зарождающиеся в центре светового пятна, подобно тому, как расходятся волны от камня, брошенного в воду. Расфокусируйте изображение до тех пор, пока вы не увидите 4-6 таких колец. Обратите внимание, что свет распределен по кольцам более или менее равномерно.
Запомнив вид дифракционной картины, начинайте двигать окуляр в противоположную сторону. Пройдя точку фокуса, вы вновь увидите расширяющиеся кольца света. Причем, картина должна быть полностью аналогична предыдущей. Изображение звезды по обе стороны от фокуса должно выглядеть совершенно одинаково — это главный показатель качества оптики. Высококачественные телескопы должны давать похожую дифракционную картину по обе стороны от фокуса при полностью открытой апертуре.
Начинаем тестирование
Пришло время начать тестирование оптики. Это очень легко сделать: просто откройте полностью объектив, сняв нашу картонку с отверстием. Главная задача — сравнить вид дифракционной картины, даваемой объективом телескопа, по обе стороны от фокуса. На этой, стадии уже нет необходимости четко видеть диск Эри, поэтому увеличение телескопа можно уменьшить до величины в 8-10 раз большей диаметра объектива в сантиметрах.
Наведите телескоп на одну из ярких звезд, приведя ее изображение в центр поля зрения. Выведите изображение из фокуса, чтобы стало видно 4-8 колец. Не переборщите с расфокусировкой — иначе потеряется чувствительность теста. С другой стороны, если недостаточно расфокусировать звезду, то трудно будет определить причины, порождающие изображения плохого качества. Поэтому в этом моменте важно найти "золотую середину".
Если вы видите, что дифракционная картина по обе стороны от фокуса выглядит неодинаково, то весьма вероятно, что оптика испытуемого вами телескопа страдает сферической аберрацией. Сферическая аберрация возникает, когда зеркало или линза не в состоянии свести входящие параллельные лучи света в одну точку. В результате изображение никогда не становится резким. Возможен следующий случай: перед фокусом (ближе к объективу телескопа) лучи концентрируются по краям диска, а позади фокуса (дальше от объектива телескопа) — к центру. Это приводит к тому, что дифракционная картина по разные стороны от фокуса выглядит неодинаково. Сферическая аберрация часто встречается у рефлекторов, главное зеркало которых плохо параболизировано.
Сферическая аберрация
Линзовые объективы рефракторов, помимо сферической, страдают еще и хроматической аберрацией, когда лучи разных длин волн сходятся в разных точках. У распространенных двухлинзовых ахроматов оранжево-красные и голубовато-зеленые лучи сходятся в немного другой точке, чем желтые и темно-красные. Еще дальше от них находится точка фокуса для фиолетовых лучей. К счастью, человеческий глаз не очень чувствителен к темно-красным и фиолетовым лучам. Хотя, если вы наблюдали яркие планеты в большой рефрактор, то наверняка замечали порожденный хроматической аберрацией фиолетовый ореол, окружающий изображения ярких планет перед фокусом.
При наблюдении белой звезды, например Спики, хроматическая аберрация будет давать следующую картину: перед фокусом (когда видно порядка трех колец) диск приобретает зеленовато-желтый оттенок, возможно, с красной каемкой. При выдвижении окуляра, как только кольца начнут вновь расширяться после прохождения точки фокуса, в центре картины появится слабая красная точка. При дальнейшем выдвижении окуляра вы вновь увидите зеленоватожелтый диск, но уже без красной каймы, а в центре картины появится размытое фиолетовое пятно.
Обратите внимание на еще одну возможную погрешность оптики. Если окрашивание цветом происходит не равномерно, а выглядит как вытянутая полоска в виде маленькой радуги — это может быть сигналом того, что один из компонентов объектива плохо центрирован или наклонен к оптической оси. Однако будьте осторожны — подобную картину может создать атмосфера, действующая как призма, если вы наблюдаете звезду ниже 45° над горизонтом.
Чтобы избежать влияния цветовых искажений на результаты теста, рекомендуется воспользоваться желтым фильтром. Это также полезно и при проверке рефлектора, окуляр которого может вносить свои цветовые искажения.
Не вините телескоп
Качество оптики телескопа не всегда является главным виновником плохих изображений. Поэтому, прежде чем грешить на оптику, убедитесь, что влияние всех остальных факторов отсутствует или сведено к минимуму.
Атмосферная турбуленция. В ночи с неспокойной атмосферой изображение звезды дрожит, размывается, делая невозможным какие-либо исследования оптики. Лучше всего отложить тестирование телескопа до следующего раза, когда условия наблюдений будут более благоприятными.
Потоки воздуха внутри трубы телескопа. Медленно восходящие потоки теплого воздуха внутри трубы вашего телескопа могут создать искажения, маскирующиеся под дефекты оптики. Дифракционная картина при этом, как правило, имеет с одной стороны вытянутый или, наоборот, плоский сектор. Чтобы устранить влияние потоков воздуха, которые обычно появляются при выносе инструмента из теплого помещения, необходимо подождать некоторое время, дабы температура воздуха внутри трубы сравнялась с температурой окружающего воздуха.
Окуляр. Чтобы производить тест телескопа по звездам, вам понадобится окуляр высокого качества, как минимум симметричной или ортоскопической систем. Если тест телескопа показывает плохие результаты, а еще важнее, если те же результаты показывает чей-то еще телескоп с вашим окуляром — то подозрение должно пасть именно на окуляр.
Глаза. Если у вас дальнозоркость или близорукость, то для проведения теста очки лучше всего снять. Однако, если ваши глаза имеют астигматизм, то очки необходимо оставить.
Юстировка телескопа. Телескопы, оптика которых плохо отъюстирована, будут показывать плохие результаты при тестировании. Для устранения этого недостатка в телескопах предусмотрены специальные юстировочные винты, позволяющие привести все компоненты системы на одну оптическую ось. Методы юстировки обычно описываются в инструкции к телескопу (смотрите также статью "Как юстировать оптику телескопа").
Пережатая оптика. Неправильно закрепленная в оправе оптика может вызывать весьма необычные искажения дифракционной картины. Большинство проверенных мной рефлекторов с пережатым главным зеркалом давали дифракционные картины трех или шестиугольной формы. Устранить этот недостаток можно, немного ослабив винты, крепящие зеркало в оправе.
Продолжение статьи →
