Optyka
Wady optyczne
Aberracja chromatyczna, chromatyzm
Cecha soczewki lub układu optycznego, wynikająca z różnych odległości ogniskowania (ze względu na różną wartość współczynnika załamania) dla poszczególnych barw widmowych światła (różnych długości fali światła). W rezultacie występuje rozszczepienie światła, które widoczne jest na granicach kontrastowych obszarów pod postacią kolorowej obwódki (zobacz zdjęcie obok).
Aberracja chromatyczna występuje również w soczewce ludzkiego oka, powodując barwne obwódki (pomarańczowe i niebieskie) wokół ciemnych przedmiotów na jasnym tle. W przypadku układów optycznych (teleskopy, obiektywy fotograficzne etc.) jest to wada pogarszająca jakość odwzorowania.
Aberracja sferyczna
Cecha soczewki, układu optycznego, obiektywu lub zwierciadła sferycznego, polegająca na odmiennych długościach ogniskowania promieni świetlnych ze względu na ich położenie pomiędzy środkiem a brzegiem urządzenia optycznego - im bardziej punkt przejścia światła zbliża się ku brzegowi urządzenia (czyli oddala od jego osi optycznej), tym bardziej uginają się promienie świetlne.W modelu nieskończenie cienkiej soczewki pomija się jej grubość. W takim wypadku wszystkie padające na nią promienie, niezależnie od ich odległości od osi optycznej, skupiają się w jednym punkcie (w przypadku soczewki rozpraszającej - mają ognisko pozorne w jednym punkcie). Natomiast każda rzeczywista soczewka, której powierzchnie są sferami, ma skończoną grubość, dlatego występuje w niej aberracja sferyczna, zależna od rozmiarów soczewki i materiału, z którego jest wykonana. Efektem tego rodzaju aberracji jest spadek ostrości obrazu w całym polu widzenia.
Koma (optyka)
Koma lub aberracja komatyczna to w optyce jedna z aberracji optycznych czyli wad układów optycznych. Polega na tym, że wiązka promieni świetlnych wychodząca z punktu położonego poza osią optyczną tworzy po przejściu przez układ plamkę w kształcie przecinka lub komety. Stopień zniekształcenia jest tym większy im dalej od osi optycznej układu znajduje się źródło światła. Obiektyw lub układ optyczny wolny od komy nazywa aplanatem.
Zaburzenie to może być wywołane niedokładnością wykonania układu optycznego lub być w sposób ścisły związane z jego konstrukcją. Dla przykładu koma jest typowym zniekształceniem dla zwierciadła parabolicznego.
Winietowanie
Wada obrazu uzyskiwanego w urządzeniu optycznym polegająca na niedoświetleniu brzegów kadru, spowodowana niedoskonałością optyki urządzenia, zakłóceniem brzegów toru optycznego innymi elementami urządzenia, lub też wywołana nieodpowiednim oświetleniem.
Zwierciadła:
Zwierciadło sferyczne
Zwierciadło sferyczne ma powierzchnię będącą fragmentem sfery. Promienie biegnące równolegle do osi symetrii sfery, po odbiciu od wklęsłej strony lustra przechodzą przez lub w pobliżu ogniska optycznego (pod warunkiem, że biegną dostatecznie blisko osi symetrii). Odległość ogniskowa mierzona jako odległość ogniska od wierzchołka zwierciadła (czyli najgłębiej położonego punktu czaszy zwierciadła), wynosi f=R/2, gdzie R jest promieniem krzywizny. Dzięki zdolności do skupiania promieni świetlnych lustro sferyczne wklęsłe może być wykorzystywane w podobny sposób jak soczewka. Obraz, tak pozorny (w przypadku zwierciadła wypukłego) jak rzeczywisty (w przypadku zwierciadła wklęsłego), powstaje w analogiczny sposób jak w przypadku soczewek i do wyznaczania jego położenia stosuje się zasady optyki geometrycznej.
Zwierciadło paraboliczne
Zwierciadło paraboliczne ma krzywiznę będącą fragmentem paraboloidy obrotowej. Bieg promieni w zwierciadle parabolicznym jest zasadniczo taki sam jak w przypadku zwierciadła sferycznego, z tą różnicą, że wszystkie promienie świetlne równoległe do osi symetrii zwierciadła skupiane są w jednym punkcie, bez względu na odległość od osi. Oś symetrii paraboloidy jest także osią optyczną zwierciadła. Jeżeli przekrój zwierciadła w płaszczyźnie zawierającej oś optyczną ma postać paraboli o równaniu y=ax2 wtedy odległość ogniskowa wynosi f=1/(4a).
Wady zwierciadeł
Ze względu na fakt, iż zwierciadło zmienia bieg promieni tak samo, niezależnie od długości fali światła, zwierciadła pozbawione są aberracji chromatycznych. Bieg odbitych promieni podlega jednak aberracjom optycznym:
- zwierciadła sferyczne ze względu na swój kształt posiadają aberrację sferyczną
- zwierciadła paraboliczne nie posiadają aberracji sferycznej, występuje w nich natomiast zniekształcenie o nazwie koma.
Przy tym typie teleskopów jest również bardzo ważny dobór okularów ze względu na występującą w Newtonie komę na brzegach pola widzenia, ale o tym w całkiem odrębnym dziale o okularach. Lustro Główne Newtona jest paraboliczne, co czyni go wolnym od aberracji sferycznej, ale wspomniana wcześniej poza osiowa aberracja zwana komą ograniczy nam użyteczne pole widzenia do około 40' wizualnie i około 90' przy fotografowaniu nieba. Koma w Newtonie wzrasta ze zwiększaniem się jego światłosiły, dlatego nie robi się jaśniejszych teleskopów niż 1/4, a wzrastający równocześnie rozmiar wtórnego lustra narzuca minimalna sensowną światłosiłę wizualnych Newtonów na nie jaśniejszą niż 1/4,5.
Typy teleskopów
Refraktor Achromatyczny
Dobrze sprawdza się jako niewielki sprzęt dla początkującego obserwatora - przy aperturach mniejszych niż 10cm spisuje się znacznie efektywniej niż porównywalnej wielkości reflektory Newtona. Wersje krótkoogniskowe a zwłaszcza te wyposażone w wyciąg okularowy 2" pozwalają na uzyskiwanie znacznych pól widzenia co pozwala na komfortowe obserwacje gwiazd zmiennych, komet i rozległych obiektów mgławicowych. Podstawową wadą takiego sprzętu jest aberracja chromatyczna.
Refraktor Apochromatyczny
Odmiana refraktora wyposażona w dobrej klasy obiektyw wieloelementowy dające obrazy o szczątkowej aberracji chromatycznej. Sprzęt tego typu jest dość drogi ale wydaje się być najbardziej uniwersalnym i najdoskonalszym systemem optycznym. Nadaje się jednakowo dobrze do obserwacji planetarnych, mgławicowych (przy większych aperturach) jak też w połączeniu z montażem paralaktycznym do astrofotografii.
Superchromat - koryguje aberrację chromatyczną dla czterech lub więcej najważniejszych fragmentów spektrum dając najlepsze obrazy. Są to jednak konstrukcje wyjątkowo drogie.
Semiapochromat - określenie raczej komercyjne niż naukowe, stosowane przez producentów sprzętu astronomicznego dla określenia refraktorów, których korekcja aberracji jest oceniana jako nieznacznie tylko ustępująca apochromatom (lepsza zaś niż w achromatach). Najczęściej określane są w ten sposób 2-soczewkowe obiektywy ED (3-soczewkowe ED oraz 2 i 3 soczewkowe fluoryty zazwyczaj uznaje się za apochromaty).
Reflektor Newtona
Teleskop którego optyka składa się ze zwierciadła głównego sferycznego lub parabolicznego, zwierciadła wtórnego płaskiego oraz okularu. Tego typu sprzęt jest tani w produkcji i oferuje najlepszy stosunek możliwości obserwacyjnych do ceny. Stosunkowo łatwo zdobyć jest teleskopy newtona o średnicach nawet powyżej 30cm. Sprzęt tego typu ze względów ekonomicznych jest idealnym rozwiązaniem dla początkującego obserwatora (tu polecamy teleskopy newtona o średnicy równej lub większej 15cm), największe instrumenty tego typu są niedoścignione jeśli chodzi o szczegółowość obrazów obiektów mgławicowych, ich duża apertura skutecznie wynagradza pewne wady charakterystyczne dla tego układu. Podstawową jest tutaj koma którą korygować można przy użyciu odpowiednich korektorów soczewkowych.
Teleskop systemu Cassegraina
Teleskop Cassegraina - posiada paraboliczne zwierciadło główne oraz mniejsze wtórne, eliptyczne kierujące światło przez otwór w zwierciadle głównym do okularu. Najpopularniejszy i najprostszy typ to Dall-Kirkham obarczony znaczną komą. Teleskopy w systemie Cassegraina zwykle posiadają mniejszą światłosiłę, co czyni je szczególnie użytecznymi przy obserwacji jaśniejszych obiektów takich jak Księżyc i planety.
Teleskopy w systemie mieszanym (katadioptryk zwierciadlano-soczewkowy)
Teleskop systemu Maksutowa
Teleskop składający się z płyty korekcyjnej, meniskowej, zwierciadła głównego oraz zwierciadła wtórnego umieszczonego na wewnętrznej części menisku. Teleskopy tego typu mają zredukowaną komę, z reguły wykazują jedynie szczątkową aberracje chromatyczną, dają ostre, wyraziste obrazy. Ze względu na znaczną ogniskową i niewielką światłosiłę doskonale nadają się one do obserwacji planetarnych, ze względu na kłopoty z uzyskiwaniem dużych ja pól widzenia raczej nie nadaje się do obserwacji mgławicowych. Konstrukcja tego rodzaju dobrze spisuje się w warunkach wielkomiejskich gdzie na jasnym niebie trudno jest zaobserwować jakiekolwiek obiekty mgławicowe. Wielka zaletą teleskopów Maksutowa jest niewielka ich długość, zwarta konstrukcja i na ogół niewielka masa. Mniejsze konstrukcje tego typu bywają wykorzystywane jako teleobiektywy fotograficzne oraz jako konstrukcje do obserwacji przyrodniczych.
Teleskop systemu Schmidta-Cassegraina
Teleskop składający się ze zwierciadła głównego, asferycznej płyty korekcyjnej, zwierciadła wtórnego oraz nasadki kątowej z okularem. Teleskopy Schmidta-Cassegraina mają z reguły krótsze ogniskowe niż teleskopy maksutowa, znajdują bardziej uniwersalne zastosowania. Są krótkie, stosunkowo lekkie, przy dużych aperturach znaczenie praktyczniejsze w zastosowaniu niż teleskopy Newtona. Co ciekawe teleskopu SCT (podobnie jak i teleskopy maksutowa) nie posiadają wyciągów okularowych w klasycznym tego słowa znaczeniu. Ustawianie ostrości odbywa się przy pomocy pokrętła w tylnej ściance teleskopu, obrót pokrętła powoduje przesunięcie się zwierciadła takiego teleskopu w przód lub w tył co powoduje zmianę położenia ogniska na wyjściu tuby optycznej.
