Vytisknout
Nadřazená kategorie: Teorie
Kategorie: Optické přístroje
Zobrazení: 4797

V předchozí části článku jsme se zaměřili na čočkové dalekohledy. Dnes se v krátkosti podíváme na zrcadlové a kombinované (katadioptrické) konstrukce.

 

Newtonův dalekohled

Jedním z nejjednodušších a v astronomii velmi často využívaných  reflektorů je Newtonův. Vlastní  objektiv je tvořen sférickým, popř. u dnešních přístrojů častěji parabolickým zrcadlem. Svazek odražený zpět je odkloněn mimo tubus (kolmo na optickou osu) malým rovinným zrcátkem. 

Newtonův dalekohledu  sice nemá barevnou vadou, jeho kvalitní zorné pole je však oproti refraktorům menší. Nejvýraznějšími optickými vadami jsou u této konstrukce koma a astigmatismus, které narůstají poměrně rychle s rostoucí vzdáleností od optické osy. Vlastní kontrast zobrazení v okolí optické osy si příliš nezadá s velmi kvalitními refraktory. Zejména kvalita kresby v okolí optické osy je velmi vysoká. Mírné snížení kvality obrazu vlivem centrálního zastínění je zde prakticky nepozorovatelné.

Protože je primární zrcadlo uloženo zpravidla hluboko v tubusu, netrpí tento systém tolik rosením, jako výše uvedené refraktory.

Výhodou i nevýhodou současně může být to, že vlastní tubus zůstává u této konstrukce otevřený. Zejména v případě, že je přístroj přenášen na pozorovací stanoviště z vnitřních místností o jiné teplotě to přináší určitou výhodu ve zkrácení potřebné doby k tepelnému vyrovnání dalekohledu. Naopak ale mohou dovnitř na nechráněné primární zrcadlo snáze  pronikat nečistoty (prach, pyl, …).

Komerčně vyráběné dalekohledy tohoto typu jsou dnes vyráběny nejčastěji v rozsahu „světelností“ mezi f/4 až f/6 (menší průměry až f/8). Menší průměry jsou klasické konstrukce s pevným tubusem, např. Sky Watcher 10“ (250/1250). Větší průměry a dalekohledy u nichž je kladen důraz na skladnost a váhu pak s tubusem rozebíratelným (např. řada Meade LightBridge de luxe).  Obecně pro ně platí, že zejména dalekohledy s delším ohniskem (f/6 a více) mohou mít díky malému centrálními stínění, vynikající kresbu.

Na rozdíl od refraktorů je nutné zrcadlové soustavy občas seřídit, tzv. kolimovat. Právě z kolimace mívají zejména začínající uživatelé neopodstatněné obavy. Vlastní proces je poměrně rychlý a snadný. Světelnější soustavy (pod f/5) jsou na přesné seřízení citlivější. Stejně tak přístroje, které jsou přenášené/převážené vyžadují oproti těm, které jsou na pevném stanovišti častější seřízení.

Mimo této základní konstrukce existuje samozřejmě i celá řada složitějších. Za všechny uveďme např.. klasický Cassegrainův nebo Gregoryho dalekohled. Na rozdíl od Newtonova dalekohledu ale mají na místo rovinného zrcadla zrcadlo vypuklé (Cassegrain), či duté (Gregory). To umožňuje navrhnout přijatelně konstrukčně velké systémy s velkou ohniskovou vzdáleností. Dalším příjemným důsledkem je, že při návrhu optické soustavy je k dispozici další optická plocha, pomocí níž lze korigovat optické vady zobrazení. Pokud při parabolickém primárním zrcadle je vhodně zvoleno hyperbolické zrcadlo (Cassegrain), lze dosáhnout oproti Newtonu kvalitnějšího zorného pole. Tzn., že obraz je v okraji zatížen méně zbytkovými aberacemi.

 

Tab.2: Základní vlastnosti Newtonova dalekohledu

Výhody

Nevýhody

- relativně malé centrální stínění

- malé zorné pole

- nulová barevná vada

- v okraji zorného pole obraz zatížen komou

- výborná  kresba v optické ose

- nutná příležitostná kolimace

- velmi výhodný poměr ceny a průměru

 

 

 

 

 

 

Katadioptrické systémy

Velmi zajímavých konstrukčních řešení lze dosáhnout kombinací refrakčních a reflexních prvků, tj. korekčních desek/menisků (druh korekční čočky) a zrcadel. V praxi jsou souhrnně označovány  jako tzv. katadioptrické systémy. Oproti jednoduchým reflektorům mají navíc do trasy optického paprsku zařazenu korekční soustavu (zpravidla korekční desku na vstupu), jejímž cílem je korigovat optické vady jednoduché zrcadlové soustavy. Podle tvaru korekční desky jsou dnes nejčastější používány systémy Schmidt-Cassegrain  (dále jen SCT) a Maksutov-Cassegrain (MCT).

SCT v „klasickém uspořádání“  má relativně malé zorné pole vymezený vnitřním tubusem (zpravidla do 1°). Kvalita obrazu je při kvalitním provedení velmi dobrá až výborná. Ve vymezeném zorném poli nejsou patrné zpravidla žádné aberace. Centrální stínění je u tohoto typu soustavy větší než u Newtonova dalekohledu. V porovnání s refraktory tak mají jeho vlivem mírně sníženou ostrost a kontrast kresby. Pokles je ale opravdu malý a běžně jej vůbec nezaznamenáte. Pověry, které je tedy označují za nevhodné pro pozorování např. planet tedy nemají reálné opodstatnění. Naopak díky své velké ohniskové vzdálenosti umožňují využití i jednoduchých (levných) okulárů s delšími ohniskovými vzdálenostmi s velmi dobrými výsledky.

U komerčně prodávaných systémů, např. Celestron SCT 10“-XLT (280/2800), byl kladen jeden z hlavních důrazů na kompaktnost. Korekční deska, která je v původní variantě předsunuta před sekundární zrcadlo, je u nich využita k nesení lůžka sekundárního zrcadla a je tak téměř v jeho úrovni. Díky tomu jsou tyto přístroje s ohledem na průměr primárního zrcadla relativně malé a tím pádem i snadno skladné a převozné. Jejich nejčastěji zmiňovanou výhodou oproti jednoduchému zrcadlovému dalekohledu tak je kompaktnost (krátká stavební délka), která je činí ideálními pro „cestovní dalekohled“. Společně s relativně dobrým poměrem cena/průměr (jsou dražší než jednoduchý Newtonův dalekohled, ale výrazně levnější než apochromát stejného průměru) je zde jedna z hlavních příčin jejich oblíbenosti. Optické vlastnosti kompaktní varianty oproti  „plné variantě“  jsou ale mírně horší. Proto jsou občas tyto systémy co se týče kvality obrazu poněkud neprávem podceňovány. V okrajích zorného pole mohou být patrné zbytkové aberace (koma a občas i astigmatismus). Zde je poměrně velké pole působnosti na vylepšení kvality obrazu. Postačuje modifikovat konstrukci přístroje tak, že se korekční deska předsune o určitou hodnotu (zpravidla o 0.6-0.7 násobek stávající vzdálenosti) před pozici sekundárního zrcadla. Kvalita obrazu takto upravené konstrukce je pak téměř shodná s originálním návrhem SCT. Cenou je pak částečná ztráta kompaktnosti.

Snaha dosáhnout kompaktnosti konstrukce při aberacemi nezatíženém zorném poli vedla k úpravě tvaru původní  Schmidtovi korekční desky do nové podoby. Příkladem konstrukce může být např. konstrukce firmy Meade označovaná původně jako Advanced Coma Free (při svém označení na trh měla možná trošku zavádějící označení Advanced Ritchey-Chretien). Byť nemá s původním vynikajícím návrhem Ritchey-Chretien příliš společného, svými optickými vlastnostmi se jim blíží. Příkladem může být např. přístroj Meade 10" LX200 ACF (254/2500).

Obdobnou konstrukci jako SCT má i Maksutov-Cassegrain (MCT). Hlavní rozdíl mezi SCT a MCT je ve tvaru korekční desky. Podobně jako SCT má i MCT v originálním návrhu předsunutou korekční desku. Zkrácená varianta navržená J Gregorym pak odpovídá zkrácené (kompaktní) variantě SCT.

Užitnými vlastnostmi se soustava SCT (popř. MCT) blíží refraktorům, kvalitních apochromátů však nedosahuje. Určitou nevýhodou oproti jednoduchému Newtonu je korekční deska. Ta sice na jedné straně chrání vnitřní optické prvky, na straně druhé ale podobně jako u refraktoru na ní může docházet ke kondenzaci vody. Ochrana proti rosení je podobná jako u refraktoru, tj. vyhřívání korekční desky a využití rosnic (upevnění krátkého tubusu před vlastní korekční desku). Současně korekční deska způsobuje prodloužení doby potřebné k tepelnému vyrovnání dalekohledu s okolím. U systému SCT je doba srovnatelná s refraktory. U MCT pak díky masivnějšímu menisku může trvat vlastní temperace u větších průměrů i několik hodin.

Podobně jako dalekohledy Newtonova typu vyžadují i katadioptrické systémy občasné seřízení. V porovnání s ním ale je nutnost kolimace mnohem nižší. Menší průměry dokonce není velmi často nutno kolimovat po dlouhé roky a to i při jejich pravidelných převáženích za tmou.

 

Tab.3: Základní vlastnosti katadioptrických systémů

Výhody

Nevýhody

- velmi malá nebo žádná barevná vada

- malé zorné pole

- velmi kompaktní rozměry

- rosení korekční desky

- uzavřený tubus

- větší centrální stínění

- vyrovnaná kvalita kresby v celém zorném poli (zejména MCT a nezkrácený SCT)

- u větších průměrů může být relativně dlouhá doba potřebná k vytemperování přístroje (zejména u MCT)

- malé nároky na údržbu (občasná kolimace)

 

 

 

 

Závěr

Kritérií vzájemného hodnocení  dalekohledů mezi sebou je celá řada. Lze je hodnotit jak na základě vlastností jejich optického systému (např. s využitím SPOT diagramu), jejich užitných vlastností (hmotnost, rozměry, nároky na údržbu),  tak i na základě ekonomických kritérií (poměr cena/průměr objektivu).

Zatímco ve velikosti zorného pole i kvalitě zobrazení je patrná výhoda refraktorů (zejména pak apochromátů),  u katadioptrických systémů výhodný kompromis mezi rozměry, průměrem objektivu a optickými i užitnými vlastnostmi, u Newtonova dalekohledu je to nesporně nejvýhodnější poměr cena/průměr objektivu při výborných zobrazovacích vlastnostech na optické ose.

            Je zřejmé, že každý z uvedených optických systémů má své výhody i nevýhody. Jen těžko by bylo možné nalézt univerzální přístroj, který by byl schopen pokrýt veškeré potřeby uživatele. Zejména tedy závisí na prioritách (zájmech) toho či onoho pozorovatele.

Při pozorování planet bezesporu kvalitní apochromát vhodného průměru poskytne zpravidla více detailů, než např. katadioptrické systém. Stejně tak ale platí zaužívané „průměr ničím nenahradíš“. Tzn., že v případech, kdy rozhoduje množství zachyceného světla (např. při pozorovaní slabých deep-sky objektů, ale např. i komet) je např. velký Newtonův dalekohled v jasné výhodě.

Tento článek je zkrácenou verzí článku o konstrukci dalekohledů, který vyšel v Astropisu č. 3/2008.

 

 

 

Obr.2: Vliv centrálního stínění na obraz

Obr.3: SPOT diagram vybraných optických systémů dalekohledů v obrazové rovině