Зеркальные системы

Перейти к рефлекторам и отказаться от линзовых систем предложил Ньютон, разуверившись в возможности исправить хроматическую  аберрацию последних. Он разработал наиболее простую зеркальную систему, широко применяемую до сих пор, в особенности для самых больших телескопов.  Пучок параллельных лучей падает на параболическое зеркало, обладающее свойством собирать все лучи в точку — фокус. После отражения от первого большого зеркала лучи собираются на втором малом зеркале, наклоненном под] углом 45° к оси и направляющем пучки к окуляру.

Параболическое зеркало при условии точного изготовления дает на оси идеальное, совершенно лишенное аберраций (в том числе и хроматической) изображение наивысшего качества, какое может быть достигнуто оптическими средствами. Но это качество быстро нарушается вне оси, если только окуляр не компенсирует его. Параболическое зеркало, как, впрочем, и сферическое, обладает большой комой, если зрачок входа совпадает с самим зеркалом. Это и происходит в системе Ньютона.

Расчеты говорят о том, что кома является основным недостатком простых, т. е. состоящих из одного большого зеркала, отражательных систем. В телескопах ее можно устранить путем компенсирования комой обратного знака окуляра. Но использовать для фотографирования рефлекторы, состоящие из одной отражающей поверхности (не считая плоских), невозможно, если углы поля превышают несколько минут дуги.

Ломоносов и много позже Гершель предложили наклонить ось зеркала и вести наблюдение. При этом зеркало работает всей своей поверхностью без виньетирования. Однако наклон его вызывает появление комы и астигматизма. Поэтому для работы по этой схеме поверхность зеркала должна иметь форму не центрированного параболоида вращения, а большого параболоида с осью, проходящей через фокус F. Эта задача весьма трудоемкая, еще не вполне решенная в настоящее время.

По схеме Кассегрена (1672), несправедливо раскритикованной Ньютоном, второе зеркало располагается соос-но с первым. Ход луча, падающего из бесконечности параллельно оси. Система Кассегрена при короткой длине, равной расстоянию между зеркалами,    обладает  большим  фокусным расстоянием и поэтому удобна в обращении. Окуляр располагается в ней как в рефракторе, глаз наблюдателя направлен на рассматриваемый объект, в то время как в телескопе Ньютона наблюдатель смотрит на него по направлению, образующему угол 90°. Для устранения сферической аберрации Кассег-рен предложил первое зеркало делать параболическим, как в схеме Ньютона, а второе — гиперболическим, с таким расчетом, чтобы в окончательном фокусе получить изображение без аберраций.

Система Кассегрена, как и система Ньютона, получила широкое распространение. Более того, в современных телескопах больших размеров, как правило, предусмотрена замена малого зеркала ньютоновской схемы гиперболическим зеркалом Кассегрена, что позволяет наблюдателю использовать два фокусных расстояния: одно короткое, соответствующее большой светосиле, другое длинное — для съемки в большом масштабе при малом относительном отверстии. К сожалению, наличие комы не позволяет использовать схему Кассегрена без существенных изменений для фотографирования   объектов  большого углового  размера.

Схема Грегори отличается от кассегреновой тем, что малое зеркало в ней не выпуклое, а вогнутое и находится дальше от фокуса большого зеркала. Она дает изображение прямое, тогда как у Кассегрена оно обратное. Первое зеркало, по Грегори, параболическое, второе — эллиптическое; первый фокус эллипсоида совпадает с фокусом большого параболического зеркала, во втором фокусе получается окончательное изображение. При таком выборе формы зеркал кома не может быть исправлена. В общем схема Грегори обладает теми же положительными чертами, которые свойственны и схеме Кассегрена. Недостаток обеих схем заключается в том, что в окуляр или на фотопластинку (если системой пользуются в качестве фотографического объектива), могут попасть паразитные лучи, прошедшие в промежуток PQ, минуя первое зеркало. Они накладывают на изображение общий фон ненаблюдаемых участков неба (особенно, если в направлении PQ оказывается яркое светило), во всех случаях мешающий восприятию объектов, поскольку он ослабляет контрасты и резкость контуров изображения.

В обеих схемах часть паразитного света можно устранить диафрагмами, трубками и другими устройствами, но они не всегда избавляют от него полностью. Однако существует прием, позволяющий целиком исключить паразитный свет. Три классические двух-зеркальные системы Ньютона, Кассегрена и Грегори просуществовали больше двух  веков без изменения. Схема Ньютона не претерпела изменений, но системы Кассегрена и Грегори подвергались усовершенствованию. В начале XX в. Шварцшильд исчерпывающе исследовал систему двух зеркал, изыскивая возможности исправления максимального числа аберраций. Было очевидно, что параболическая форма поверхности большого зеркала не является наилучшей, ибо приводит к устранению лишь одной аберрации. Если применять асферические не параболические поверхности, то в принципе можно исправить три аберрации. Действительно, теория аберраций третьего порядка центрированных несферических поверхностей приводит к изложенным ниже выводам.

Коэффициенты   деформации  являются   параметрами, влияющими на аберрации третьего порядка и не влияющими при этом на параксиальные элементы системы, т. е. на положение фокусов и главных плоскостей. Поскольку имеются две несферические поверхности, можно исправить две аберрации подбором коэффициентов деформации. Кроме того, при заданном фокусном расстоянии системы можно изменять в некоторых пределах радиусы кривизны отдельных поверхностей и расстояние между зеркалами. Это позволяет влиять и на другие аберрации, правда, в ограниченной мере, так как изменения радиусов и расстояния связаны между собой условиями конструктивного характера, например, удобным расположением плоскости изображения или предельной величиной диаметра малого зеркала и т. д.

Шварцшильд остроумным методом решения двух дифференциальных уравнений (выражающих условия отсутствия сферической аберрации и комы) рассчитал форму строго апланатического объектива из двух зеркал. Однако одновременное исправление астигматизма и кривизны оказалось невыполнимым. Можно только довести коэффициенты этих аберраций до некоторого минимума, не позволяющего, впрочем,   получать большой угол поля.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: