Vytisknout
Nadřazená kategorie: Teorie
Kategorie: Optické přístroje
Zobrazení: 3114


Dalekohled je i dnes snad nejpoužívanějším přístrojem (nejen) astronoma, bez něhož si mnozí dokáží přestavit náplň své práce jen stěží. V průběhu doby vznikla celá řada konstrukcí a ještě více jejich modifikací. Každá z nich pak má zpravidla celou řadu specifických vlastností, kterými se více či méně odlišuje od těch ostatních. Snad ještě více než konstrukcí je pověr a mýtů, které jsou s nimi spojeny. Cílem tohoto článku je proto ukázat přehled alespoň těch základních konstrukcí s jejich osobitými vlastnostmi a alespoň dílčím způsobem zmenšit počet předsudků či naopak nekritických pohledů k té či oné konstrukci.

 

Základní pojmy

Tento článek je zkrácenou verzí článku o konstrukci dalekohledů, který vyšel v Astropisu č. 3/2008. Představuje jakési volné pokračování seriálu o základech optických přístrojů, který před časem vyšel v tomto časopise. Začínajícím astronomům amatérům bez  znalosti této problematiky proto doporučuji, aby se seznámili alespoň se základními poznatky o principu a fungování dalekohledových soustav. Na tomto místě uveďme pro připomenutí jen vybrané základní pojmy.

 

Relativní otvor, světelnost a optický zisk

Každý objektiv lze popsat pomocí jeho základních vlastností. Jimi zpravidla jsou průměr objektivu a jeho ohnisková vzdálenost. Relativní otvor je pak trošku zjednodušeně definován jako poměr průměru a ohniskové vzdálenosti objektivu.Velmi často je pak vyjadřován právě ve zlomku k ohniskové vzdálenosti. Např. máme dalekohled o průměru objektivu 100mm a ohniskové vzdálenosti 1000 mm. Relativní otvor tohoto systému pak je f/10. Jde v podstatě o obdobu clony z fotografické techniky. Clona je převrácená hodnota relativního otvoru. V našem případě c=10.

Velmi často se ve významy relativního otvoru používá pojem světelnost. Oba pojmy si jsou velmi blízké, byť se rozhodně nejedná o to samé. Opět trošku zjednodušeněji řečeno je světelnost relativní otvor snížený o ztráty světla v optickém systému. Je zřejmé, že skutečná světelnost  reálného dalekohledu bude vždy o něco nižší než jeho relativní otvor. Protože se ale ztráty v optické soustavě poměrně špatně vyjadřují (mění se mj. i s časem v závislosti např. na čistotě optických ploch) využívají pojmu světelnost ve významu relativního otvoru nejen uživatelé, ale i prodejci a velmi často i samotní výrobci optické techniky.

Pod pojmem optický zisk pak rozumíme poměr množství světla vystupujícího z dalekohledu k množství světla vstupujícího při pozorování téhož objektu do lidského oka přímo bez využití dalekohledu. Podobně jako v případě relativního otvoru a světelnosti je občas tento pojem poněkud zjednodušen a vztažen přímo na průměr dalekohledu a zorničky lidského oka.

 

Centrální stínění

Mimo dalekohledů založených na lomu světla (refrakci – odtud refraktor) existují samozřejmě i přístroje využívající odraz světla (reflektory), popř. kombinace obou předchozích principů (katadioptrické systémy). Nejběžnější využívané systémy mají jednu společnou vlastnost – jejich sekundární zrcadlo stíní část primárního.

U optických soustav s centrálním stíněním (sekundární zrcadlo stíní část primárního) je velmi často zmiňováno jako nevýhoda pokles kontrastu obrazu. K poklesu kvality obrazu u konstrukcí tohoto typu (tzn. nejen u Newtonova dalekohledu, ale i např. u systému Cassegrain, Schmidt-Cassegrain či Maksutov-Cassegrain) skutečně dochází – viz. obr. 1. Velikost tohoto poklesu je však do značné míry přeceňována. Trošku zjednodušeně řečeno způsobuje centrální stínění snížení maxima obrazu bodu (např. hvězdy) a „přelévání“ energie do sousedních difrakčních kroužků. Celkový vliv tohoto přelévání je možné přiblížit na jednoduchém příkladě. Systém s centrálním stíněním cca 33% (tzn. sekundární zrcadlo má třetinovou velikost jako primární) poskytne stejně kvalitní obraz, jako systém bez centrálního stínění zatížený sférickou aberací o velikosti takové, že vyvolá v rovině obrazu deformace o velikosti 1/4l, tedy na úrovni difrakčního  limitu. Pro menší hodnoty centrálního stínění je tedy projev centrálního stínění velmi malý, v praxi téměř nepozorovatelný. Důsledkem centrálního stínění je pak i pokles kvality obrazu (kontrastu a ostrosti kresby). Ten je rovněž úměrný  velikosti centrálního stínění. Podobně jako v předchozím případě je pro hodnoty centrálního stínění velmi malý. U kvalitních optických soustav si jej pozorovatel zpravidla povšimne pouze při přímém srovnání v případě, že má možnost porovnat obraz kvalitním refraktorem a systémem s centrálním stínění.

 

SPOT diagram

Pro hodnocení optických soustav obecně existuje celá řada koeficientů a kritérií, které různou mírou postihují jak bude daná soustava kvalitní. Jedním z nich je tzv. SPOT diagram. Myšlenka jeho vytvoření je velmi prostá. V případě uvažovaného astronomického dalekohledu je předpokládán bodový zdroj (hvězda) a analyzuje se výsledný  obrazec obrazové  rovině. Postupně se simuluje průchod různých optických paprsků přes optickou soustavu a z jejich průsečíku v určité rovině je pak následně složen hledaný diagram. Výhodou SPOT diagramu oproti jiným metodám je jeho jednoduchost interpretace. Za optickou soustavu bez vad lze považovat takovou soustavu, u níž všechny procházející paprsky jsou soustředěny do oblasti menší než je tzv. Airyho disk, tzn. do oblasti, která odpovídá difrakčnímu omezení soustavy dané průměrem objektivu. Čím více paprsků dopadne mimo tuto oblast (na obrázku je vyznačena kružnicí), tím je soustava více zatížena optickými vadami. Pokud zvolíme rovinu průchodu paprsků mimo vlastní obrazovou rovinu lze rovněž poměrně snadno zjistit nároky na přesné zaostření.

 

Základní konstrukce a vlastnosti dalekohledů

 

Refraktor

Historicky první dalekohledy byly jednoduché soustavy čoček – refraktory. Jejich využívání je spjato dodnes s rouškou jakéhosi tabu. Pokud má některý typ dalekohledu své zaryté zastánce, pak právě zde jich je pravděpodobně nejvíce. Označení refraktor je ale poněkud obšírné. Je v něm skryta celá řada konstrukcí s nejrůznějšími vlastnostmi od jednoduchých jednočočkových objektivů až po specializované mnohočlenné soustavy. V tomto článku se proto omezíme jen na přístroje primárně určené pro vizuální využití a fotografické konstrukce necháme pro tentokrát mimo náš zájem.

Asi nejmarkantnější vadou prvních jednoduchých čočkových objektivů byla jejich barevná vada. Částečně ji lze kompenzovat kombinací dvou čoček vyrobených z různých typů skel. Takovýto objektiv se nazývá achromatický. Refraktory obecně jsou vyráběny v různých poměrech jejich průměrů k ohniskové vzdálenosti (tzv. relativních otvorech, resp. chcete-li trošku nepřesně světelností). Zejména u achromatických objektivů je při vyšších hodnotách „světelností“ barevná vada velmi výrazná a jsou proto vhodné spíše pro nižší hodnoty zvětšení. Výborným příkladem tohoto přístroje může být např. achromát firmy Sky Watcher 100/500. Při hodnotách zvětšení cca do poloviny průměru objektivu (v tomto případě tedy cca do 40-50x) poskytuje při velkém zorném poli dobrý obraz. Při vyšších zvětšeních pak již může rušit barevná vada. Nejčastějším využitím tohoto přístroje je proto jeho využití coby světelný hledáček, popř. přehledový přístroj k prohlížení velkých úseků oblohy. Barevnou vadu lze u tohoto typu objektivu snížit zvětšením ohniskové vzdálenosti (např. oblíbený achromát TAL-100R (100/1000 mm). To sebou přináší přirozené zmenšení velikosti zorného pole. Tento přístroj lze již poměrně dobře využít i pro vyšší zvětšení např. při pozorování planet. Hodnota maximálního smysluplného zvětšení se pohybuje v rozmezí 1-2 násobku průměru objektivu. I zde však při vyšších hodnotách je patrná zbytková barevná vada, která snižuje kvalitu pozorovaného obrazu. Další snížení barevné vady je možné buď využitím speciálních filtrů (např. Kontrast Booster od firmy Baader Planetarium), popř. ještě lépe speciálním korekčním členem (např. Chromacor firmy Aries).

Další snížení barevné vady umožňuje při zachování jednoduché dvojčočkové konstrukce využití soudobých optických skel s nízkou disperzí (tzn. vyznačujících se nízkou závislostí indexu lomu na vlnové délce světla). Tyto materiály jsou výrobci označovány různými zkratkami – nejčastěji ED (popř. jejich trošku starší obdobou LD). Z tohoto materiálu vyrobený objektiv je i cenově přijatelný a označuje se zpravidla jako ED objektiv. Příkladem může být dnes již legendární přístroj firmy Sky Watcher ED-80 (80/600), popř. ED-100 (100/900). U nich je barevná vada snížena na minimum a i když je při maximálních hodnotách zvětšení patrná, zpravidla nijak extrémně neruší. Proto lze u nich počítat s maximálními zvětšeními o hodnotách kolem dvojnásobku průměru jejich objektivu, v některých případech i více. Nikoho jistě nepřekvapí, že tato konstrukce se dočkala mnoha variant a výrobních modifikací od  nejrůznějších výrobců.

V případě nároků na potlačení i této zbytkové vady lze využít relativně levných ED skel a objektiv konstruovat coby tří a více čočkový. Tento ED apochromát má vlastní barevnou vadu sníženou na skutečné minimum. Příkladem může být přístroj firmy Meade ED APO Triplet 80 (80/460). U tohoto přístroje lze při velmi dobrém kontrastu využívat za dobrých podmínek i zvětšení na hranicích teoretického maxima, tj. v závislosti na pozorovaném objektu dvoj až třínásobku průměru objektivu. Pro dokonalou korekci barevné vady je pak nutno alespoň jednu čočku z „běžného“ ED skla nahradit čočkou vyrobenou ze speciálních materiálů. Tento objektiv se označuje jako apochromát. Příkladem mohou být např. špičkové výrobky firmy Televue NP101 (101/540),   popř. TMB-115 (115/805), či Pentax 100 SDUF II (100/400). Využití takového to přístroje je velmi všestranné. Nejmarkantnější nevýhodou takových to plně korigovaných objektivů je ale bohužel jejich cena – jsou totiž  poměrně drahé.

Pro vizuální pozorování jsou zbylé optické vady refraktoru poměrně malé. O kvalitě pozorovaného obrazu proto rozhoduje pečlivost návrhu a kvalita zpracování. Refraktory obecně mají proto velmi dobrý či výborný kontrast obrazu. Vlastní ostrost kresby je u kvalitních refraktorů rovněž velmi vysoká. Pomocí refraktorů tak lze velmi dobře pozorovat jemné struktury či detaily např. v obrazech planet. Velkou výhodou je rovněž uzavřený tubus, který chrání vnitřní optické plochy objektivu. Velmi snadno lze rovněž realizovat clony, které brání parazitním odrazům uvnitř tubusu. To ocení zejména pozorovatelé, kteří pozorují v podmínkách se světelným znečištěním.

 

Tab.1: Základní vlastnosti refraktoru

Výhody

Nevýhody

- velmi dobrá až výborná ostrost a kontrast kresby

- vysoký poměr cena/průměr objektivu

- mohou mít velké zorné pole

- zbytková barevná vada u achromátu

- konstrukce umožňuje pomocí vnitřních clon účinně potlačit parazitní odrazy

- rosení objektivu

- uzavřený tubus chrání vnitřní optický systém

- nelze pořídit soustavy velkých průměrů

- nenáročné na údržbu či seřízení

 

 

 

 

Obr.1: Základní typy dalekohledů