Все о космосе

Космос. Астрономия. Вселенная. Наука

Leaf
Главная
Новости
FAQ по Астрономии
Астрословарь
Древняя астрономия
Современные теории
Метагалактика
Солнечная система
Статьи о космосе
Космонавтика
Галерея астрофото
Популярно о космосе
Карта сайта
Поиск
Обратная связь
Партнеры

Астрономия


Leaf Главная arrow Блог материалов



Окуляры
Статьи о космосе

Окуляры считаются второстепенными частями оптических систем, и мало кто из астрономов-наблюдателей обращает внимание на свойства применяемого им окуляра. К ним предъявляют единственное требование — не создавать рефлексов, которые можно принять за изображения слабых звезд. Однако, как и остальные  группы   оптических систем. Окуляры за последние десятилетия подверглись существенным усовершенствованиям. К сожалению, новые типы широкоугольных окуляров, обладающих углом поля зрения, в два раза и более превосходящим поле обыяных окуляров, весьма мало известны даже специалистам, работающим с оптическими приборами.

В телескопах до сих пор используются окуляры Рамсдена и Гюйгенса, существующие 300 лет без изменений. Они имеют крайне малое поле зрения (40°), расстояние от последней линзы до выходного зрачка составляет в них лишь одну треть — одну четверть фокусного расстояния. Астрономы любят пользоваться сильными окулярами с фокусным расстоянием 5—10 мм, при котором зрачок глаза наблюдателя должен находиться всего в 1—3 мм от окуляра. Между тем ресницы удерживают глаз от окуляра в 10—12 мм, что приводит к уменьшению видимого поля. Наблюдатель, как следствие, невольно прижимает глаз к окуляру, вызывая тем часто болезненное прикосновение роговой оболочки к задней линзе.

Большая работа по усовершенствованию окуляров в отношении угла поля была проделана в ГОИ (Д. Ю. Гальлерн). Некоторые современные окуляры с увеличенным до 60—70° и даже 90° углом поля имеют расстояние от линзы до зрачка, равное более чем половине, иногда трем четвертям фокусного расстояния. Это удобно для наблюдений, а благодаря большому углу поля найти объект легче. Вследствие большего числа  поверхностей  такие окуляры  могут давать рефлексы, однако их можно значительно уменьшить путем просветления поверхностей линз, что в настоящее время осуществляется легко.

Заканчивая рассмотрение особенностей линзовой оптики, можно, несомненно, сказать, что линзовые системы средних размеров еще долго останутся в большинстве отношений непревзойденными,, если удастся получить кристаллы флюорита и фтористого лития хорошего качества большого диаметра. Их роль в качестве астрофо-тографических объективов очень велика, тем более, что флюорит прозрачен в ультрафиолетовой области спектра. По разрешающей силе и глубине проникновения в звездную сферу линзовые системы всегда будут уступать рефлекторам, диаметр которых (следовательно, и разрешающая сила) в несколько раз больше.

Перспективы линзовой оптики
Статьи о космосе

В последнее время приходится иногда слышать высказывания о том, что линзовая оптика изжила себя и что будущее принадлежит исключительно зеркальным и, может быть, зеркально-линзовым телескопам, хотя к последним многие относятся с недоверием.

Однако, если исключить такие особенно чувствительные линзовые системы, как тройные апохроматы, а также отчасти,широкоугольные объективы и некоторые другие, следуех признать, что в общем зеркальные системы расстраиваются легче, чем линзовые. Последние меньше нуждаются в присмотре, у зеркальных же нужно периодически возобновлять отражательный слой.

У зеркальных систем (за исключением мало распространенных систем типа Ломоносова — Гершеля с наклоненным зеркалом) центральная часть зрачка]закрыта, что вызывает, с одной стороны, потерю световой энергии, с другой,— ухудшение изображения вследствие усиления яркости в дифракционных кольцах, вызванной закрытием части зрачка. Линзовые системы лишены этого недостатка, который можно проиллюстрировать двумя кривыми распределения освещенности по диаметру дифракционного кружка. Одна из них соответствует случаю, когда диаметр нерабочей части зрачка равен 0, вторая — примерно 50% всего отверстия.

Увеличение интенсивности  колец ведет к уменьшению контрастности картины. По своему действию диафрагмирование центра пучка очень напоминает действие сферической аберрации, однако последняя может быть устранена введением аберрации другого знака, а уменьшение контрастности, вызываемое виньетированием центра зрачка, ничем не может быть исправлено.

Астрофотографические объективы
Статьи о космосе

Успехи фотографической техники во многих областях науки побудили астрономов применять ее для своих целей. Съемки небесных объектов с помощью рефракторов, приспособленных для визуальных целей, не могли дать хороших результатов, так как фоточувствительный слой пластинок и пленок в конце XIX и начале XX в. имел максимум чувствительности около 430 ммк, в то время как наилучшая коррекция рефракторов соответствовала длине волны 560 ммк. С учетом этого обстоятельства сконструировали специальные объективы с астрофотографической коррекцией, т. е. с наилучшим исправлением аберрации для области 430 ммк. Были найдены возможности использовать и старые рефракторы, приставляя к ним добавочную линзу, с помощью которой можно было достигнуть фотографической коррекции. Параллельно с этим велись поиски путей устранения главного дефекта рефрактора — вторичного спектра.

Остаточная хроматическая аберрация, так называемый вторичный спектр — основной недостаток линзовых систем. Таким образом, какие бы сорта стекла не брать для изготовления астрономического объектива, величина вторичного спектра будет всегда одна и та же.

Устранить вторичный спектр можно было только изготовлением новых сортов стекла — флинтов с укороченной, по сравнению с обычными, фиолетовой областью. Аббе возглавил работу по изысканию новых сортов стекла на иенском заводе Шотта и вначале добился некоторых успехов: появились новые сорта стекол — курц-флинты. Из них изготовили объективы с уменьшенным примерно на 30—40% вторичным спектром. Под названием тройных апохроматов (В по каталогу Цейсса) были изготовлены объективы из трех сортов стекла, в том числе курц-флинта. Вторичный спектр был в них почти полностью устранен, особенно в видимой области спектра. В настоящее время открываются, по-видимому, новые перспективы улучшения апохроматов. Уже давно известно, что кристалл флюорита обладает замечательными свойствами, особенно ценными для оптических систем: он прозрачен в ультрафиолетовой области спектра и, главное, его частная относительная дисперсия Р имеет численное значение одного из употребительных кронов. При этом разность величин коэффициентов дисперсии этих стекол весьма большая (для флюорита 95, для соответствующего ему стекла 61), что позволяет получать большие радиусы кривизны. Объектив из флюорита и стекла не чувствителен к де-центрировке, вторичный спектр в видимой области его спектра практически уничтожен.

Правда, естественный флюорит хорошего качества, пригодный для оптических деталей, встречается редко и лишь в небольших кристаллах. Применить его для объектива диаметром свыше 40—50 мм уже нельзя. Поэтому он находит применение лишь при изготовлении объективов микроскопов-апохроматов и для спектрографов, предназначенных для ультрафиолетовой области спектра. За последние годы найдена методика получения флюорита из растворов и получены кристаллы диаметром до 20 см достаточно хорошего качества. Можно ожидать, что они будут применяться при создании апохроматических объективов для астрономических целей.

Вторым материалом, обладающим такими же свойствами, как флюорит, является фтористый литий, который также выращивают из растворов. Методика его получения разработана, трудности обусловливаются недостаточной чистотой необходимого сырья.

Недостатком обоих материалов является их большой температурный коэффициент расширения, вызывающий заметное смещение плоскости изображения даже при небольших изменениях температуры. Это свойство флюорита и фтористого лития ограничивает их применение в точных астрономических приборах.

Известны и другие приемы уменьшения вторичного спектра, но они требуют создания сложных конструкций приборов и поэтому применяются редко. Так, астрономические объективы типа Пецв а л я, обладающие вторичным спектром, укороченным примерно вдвое по сравнению с обычными двухЛинзовыми, очень длинны и сложны.

Дальнейшее развитие фотографических объективов связано с увеличением их углов поля и светосилы. Были созданы объективы из трех линз с большими промежутками между ними — так называемые триплеты, относительное отверстие которых постепенно росло до 1 :2, 1 : 1,5 и даже 1:1 (Д. С. Волосов). Они открывали новые возможности исследования небесного свода. В то время как обычные двухлинзовые рефракторы давали четкое изображение звезд в пределах угла 1—2°, триплеты и другие широкоугольные объективы обеспечивали необходимую резкость при углах до 5о, а более сложные четырехлинзовые объективы — даже до 10°. Это позволило снимать одновременно большие участки неба, организовать систематическое наблюдение над всем небесным сводом с целью обнаружения всяких изменений: появление новых звезд, малых планет, комет и т. д.

К широкоугольным объективам, предназначенным для выполнения астрометрических задач, предъявляются весьма жесткие требования. Чтобы получить резкие изображения звезд в виде четких кружков, следует до предела исправить сферическую аберрацию, кому, астигматизм и кривизну, дисторсия также должна быть тщательно устранена, так как снимки используются для точных определений координат звезд. Хроматическая аберрация не может быть исправлена намного лучше, чем в двухлинзовых рефракторах. Но можно добиться того, что кривая вторичного спектра (см. рис. 54) достигнет своего крайнего значения по оси аб» сцисс при длине волны, к которой фотографические материалы наиболее чувствительны. Так, например, несенси-билизованные материалы максимально чувствительны к длине волн X = 430 ммк, кривая вторичного спектра у которых достигает крайнего значения.

Развитие астрономической оптики: рефракторы
Статьи о космосе

С тех пор как Галилей навел свою трубу на небо, началось развитие астрономических рефракторов. В первое время они изготовлялись из линз случайной формы, и до Декарта никто не подозревал, что линзам следует придать определенную форму для получения хороших изображений. Впрочем, можно было в те времена с полным правом отнести дефекты изображения за счет плохого качества применяемого для изготовления стекла и неправильных поверхностей линз, так как еще никто не умел проверять качества   поверхностей  оптических   инструментов.

Декарт, владея точным законом преломления, выяснил, что лучи могут сходиться в точку только при условии, что поверхностям приданы определенные формы; в частности, он особенно рекомендовал комбинацию плоской и гиперболической  поверхностей.

К сожалению, Декарт не подозревал о существовании хроматической аберрации, так как явление дисперсии света, т. е. связь между показателем преломления и длиной волны или цветом, было еще неизвестно. Лишь Ньютон открыл это явление и вычислил хроматическую аберрацию линз; однако исходя из неверного предположения о постоянстве значения коэффициента дисперсии для всех

прозрачных сред, он сделал вывод, что исправление хроматической аберрации невозможно, и обратил все свое внимание на зеркала. Он разработал для них специальные сплавы, открыл новую методику шлифовки и сам изготовил первое зеркало с параболической поверхностью, вполне пригодное для астрономических наблюдений. С этого времени (начало XVII столетия) началось параллельное развитие рефракторов (линзовые системы) и рефлекторов (отражающие системы).

Упорный соперник Ньютона Гюйгенс не пошел по пути, указанному  своим  знаменитым  современником,  а  нашел собственную дорогу, впрочем, не особенно удачную. Он предложил давать линзам астрономических объективов громадные фокусные расстояния, исходя из того, что при одном и том же увеличении угловая хроматическая аберрация уменьшается пропорционально длине трубы (это правильно также и для вторичного спектра). По почину Гюйгенса стали делать длиннейшие астрономические системы, подвешенные на высоких мачтах и колеблющиеся от малейшего ветра. Естественно, что из-за трудностей управления телескопы Гюйгенса в скором времени исчезли из употребления.

Полвека спустя благодаря усилиям Эйлера и Эпинуса в России, Холла (1733 г.) и Доллонда (1758 г.) в Англии ошибка Ньютона была исправлена, появились первые ахроматические объективы в микроскопах и астрономических трубах. Эйлер разработал также методику расчега двух-линзовых объективов с исправленными аберрациями. Хотя при своих вычислениях он исходил из неправильного закона зависимости дисперсии от показателя преломления, можно считать, что с этих пор родилась наука о расчете оптических систем. Правда, технические затруднения еще далеко не были преодолены: оставался нерешенным вопрос» об изготовлении хорошего оптического стекла, не было разработано хорошей методики проверки правильности формы поверхностей и испытания качества изображения, даваемого объективом. Оценка объектива производилась лишь на основании непосредственного наблюдения звезд. Следует, впрочем, отметить, что уже Декарт в одном из своих писем описывает метод, идея которого на два с половиной века предвосхищает хорошо известный астрономам «метод Гартмана»: используя картон с рядом отверстий перед объективом, Декарт изучал картину пересечения пучков с экраном по соседству с фокальной  плоскостью.

Дальнейшее развитие рефракторов до последнего времени шло только в направлении улучшения качества стекла. Изготовление первоклассного оптического стекла стало привилегией нескольких мастеров-стекловаров, среди которых надо упомянуть основателя крупнейшей французской фирмы — Гинана. Они держали свои рецепты и методы в секрете. В настоящее время первоклассное оптическое стекло вырабатывается в ряде стран, в том числе и у нас. Однако, несмотря на большие успехи, достигнутые в этом направлении, за последние 50 лет наблюдается некоторый застой. Ни одного объектива диаметром больше метра нигде не изготовлено.

Пока не видно новых путей, которые позволили бы перейти этот предел. По-видимому, нет и достаточных причин, которые могли бы стимулировать желание его преодолеть. Длиннофокусные рефракторы из-за громадной величины вторичного спектра могут найти лишь весьма ограниченное применение. Съемка с их помощью дает расплывчатое изображение. Спектральные наблюдения в широкой области спектра вообще невозможны, так как узкая щель спектроскопа или спектрографа не пропускает все изображение звезды. Для астрометрических целей гигантские рефракторы не нужны, поскольку наилучшую точность дают инструменты средней силы. Гораздо более жизненными оказались большие зеркала, о которых мы расскажем немного позже.

Световые потери и борьба с ними
Современные теории о космосе и жизни

При наблюдении слабо различимых объектов — туманностей, слабых звезд й т. д. — большое значение приобретает вопрос о световых потерях систем. Световая энергия, которая, попав из источника света на астрономический инструмент, не вошла в глазной зрачок наблюдателя, в лучшем случае бесполезна, а чаще всего приносит более или менее серьезный вред. Расссеиваясь по всем направлениям, она создает фон, ухудшающий видимость предмета, и ослабляет контрастность изображения. В редких случаях часть световой энергии после нескольких отражений вновь собирается   в   фокальной плоскости объектива или вблизи его и вызывает вторичные изображения, ничем не отличающиеся по своему характеру от первичных. Их иногда принимают за несуществующие слабые звезды, планеты или туманности. Приходится принимать специальные меры, например многократную съемку, чтобы отличить ложные изображения (блики) от настоящих.

Световые потери делают невозможным наблюдение солнечной короны методом искусственного затмения, т. е. путем закрытия изображения Солнца непрозрачным диском или другими аналогичными способами. Рассеянный пузырьками стекол, царапинами на поверхности линз, отраженный от поверхностей свет забивает изображение короны, яркость которой в миллионы раз меньше яркости Солнца.

Преломляющие и отражающие поверхности оптической системы не только изменяют направление распространения световой энергии, но также меняют структуру световых пучков. Часть световой энергии поглощается оптической  средой.   Рассмотрим подробнее эти явления. При переходе световых лучей из воздуха в стекло или из стекла в воздух отражается 4—8% энергии (минимум — ля кронов, максимум — для тяжелых флинтов). Проходя через простую линзу, световой пучок теряет на отражение 8—15% энергии (потерями при переходе через поверхности двух склеенных линз из различных сортов стекла можно пренебречь). В сложных оптических системах, например перископах, потери вследствие отражений достигают 80%. Потери на отражающих поверхностях зависят от материала отражающего слоя и способа нанесения его на стекло или другую подкладку. Лучше всего отражают свеже-нанесенные серебряные фильмы — до 95%, но их отражающая способность уже через несколько дней падает до 80% и ниже. В последнее время разработано несколько приемов нанесения алюминиевых фильмов обладающих большой прочностью  и почти не тускнеющих со временем. Их отражающая способность в течение многих лет удерживается в пределах 80% и не падает в ультрафиолетовой области спектра, как у серебра. В толще стекла световая энергия, кроме поглощения, рассеивается от пузырей и включений, которые в отдельных сортах стекла содержатся в большом количестве, например в тяжелых кронах, применяемых в светосильных фотографических объективах.

Со времен первых зрительных труб достигнуты большие успехи в борьбе с перечисленными помехами. В эпоху Декарта поглощение света было значительно. На основании некоторых мест из «Диоптрики» можно сделать вывод, что коэффициент поглощения стекол был в десятки и даже в сотни раз больше, чем в настоящее время. Заводы оптического стекла путем тщательной обработки сырья и варки его по специальным рецептам добились громадного улучшения пропускной способности стекла; вместе с тем уменьшилось число пузырей и включений. Однако до последнего времени казалась невозможной борьба с потерями, вызванными отражением части пучка при преломлении.

Закон Френеля, вытекающий из общей теории распространения световой энергии, казалось, уничтожает в корне всякую надежду на устранение отраженного света и вредных бликов, вызванных им. Случай натолкнул исследователей на возможность обхода этого закона. Были обнаружены куски стекла, покрытые налетами, у которых количество отраженного света оказалось заметно меньше, чем следовало по формуле Френеля. Более тщательные исследования показали возможность почти полностью устранить потери вследствие отражения путем нанесения на стекло тонких слоев прозрачных сред.

В последнее время И. В. Гребенщиковым и А. А. Лебедевым был разработан ряд физических и химических способов для нанесения на стекло таких слоев. Потери, вызванные отражением, удается уменьшить в 3—5 раз. Процесс нанесения слоев, уменьшающих потери вследствие отражения, называется просветлением оптики. Этот способ значительно уменьшает рассеяние света и ослабляет блики, а в сложных системах, содержащих большое количество линз, на 30—50% увеличивает яркость прошедшего через них света.

<< Первая < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 След. > Последняя >>

Всего 16 - 20 из 1186