Что такое рефлектор?В широком смысле слова рефлектор - это любой телескоп, объектив которого состоит только из зеркал. Это и объективы по схеме Ньютона (вогнутое параболическое главное зеркало и вспомогательное диагональное), и Кассегрена (главное - вогнутое, экранирующее меньшее по размеру - выпуклое), и Ричи-Кретьена (апланатический - свободный от комы - Кассегрен), и довольно редкого Грегори (вогнутое и главное, и экранирующее вспомогательное), и некоторые еще менее распространенные двух-, трех- и четырехзеркальные.
Однако в узком смысле это название обычно употребляют по отношению только к Ньютонам.
Какова схема Ньютона?Классическая схема Ньютона это - вогнутое параболическое зеркало (главное зеркало - ГЗ), которое отражает лучи от бесконечно удаленного объекта в фокальную плоскость на расстоянии равном половине радиуса кривизны при вершине зеркала. Для того, чтобы вывести изображение из падающего параллельного пучка используется вспомогательное плоское зеркало повернутое на 45 градусов к оси труба, оно отражает изображение на 90 градусов. Из-за этих 45 градусов оно назвается диагональным (ДЗ). Для того, чтобы его тень на ГЗ была круглой (это выгодно по ряду соображений) форма ДЗ обычно делается эллиптической с отношением большой оси к малой равном 1.4142 (корень из двух). Размеры определяются размерами сечения светового конуса конуса в плоскости расположения ДЗ. Малая ось эллипса отражающей поверхности диагонального зеркала определяется следующим соотношением
a (мм) =
4*S*D*(S-f'+L)/(4*S*S-D*D),
где
S (мм)
= D*f'/(D - 2y') S - расстояние от ГЗ до вершины светового конуса (равно фокусному расстоянию при нулевом невиньетированном поле),
D (мм) - диаметр ГЗ,
2y' (мм) - диаметр невиньетированного поля зрения,
f' (мм) - фокусное расстояние ГЗ,
L (мм) - излом оси (расстояние от оси трубы до вынесенной в бок фокальной плоскости).
Отношение
a/D - линейный коэффициент экранирования и обычно выражают в процентах. При этом геометрический центр эллипса диагоналки для сохранения симметричности виньетирования должен быть смещен с оси главного зеркала на
d (мм) =
0.25*a*D/S =
D*D*(S-f'+L)/(4*S*S-D*D), мм
в сторону от фокусера и к главному зеркалу. Внутренний размер трубы Ньютона должен быть больше диаметра ГЗ как минимум на величину примерно
2y', чтобы не виньетировались наклонные (полевые) световые пучки.
А вот говорят есть какая-то "кома"?При идеально изготовленной параболе ГЗ (что, говоря по совести, бывает только в математической модели) и идеальной юстировке центр поля зрения Ньютона полностью свободен от аберраций и разрешение ограничено только дифракцией (в том числе и от тени вторичного зеркала, которую можно особенно не принимать во внимание при коэффициенте линейного экранирования до 20%). Но Ньютон не свободен от аберраций. Чуть в сторону от оси и уже начинает проявляться кома (неизопланатизм) - аберрация связанная с неравностью увеличения разных кольцевых зон апертуры. Кома приводит к тому, что пятно рассеививания выглядит как проекция конуса - острой и самой яркой частью к центру поля зрения, тупой и округлой в сторону от центра. Размер пятна рассеивания пропорционален удалению от центра поля зрения и пропорционален квадрату диаметра апертуры. Поэтому особенно сильно проявление комы в так называемых "быстрых" (светосильных) Ньютонах на краю поля зрения. Обычно будущих владельцев Ньютона пугают малым диаметром поля зрения условно свободного от влияния комы (то есть в пределах которого кома меньше пресловутого критерия Релея). Приведем и мы эту несколько модернизированную табличку:
k d, мм ф150 ф200 ф250 ф300
2.86 0.50 4 3 2 2
3.21 0.71 5 4 3 3
3.61 1.00 6 5 4 3
4.05 1.41 8 6 5 4
4.55 2.00 10 8 6 5
5.10 2.83 13 10 8 6
5.73 4.00 16 12 10 8
6.43 5.66 20 15 12 10
7.22 8.00 25 19 15 13
8.10 11.3 32 24 19 16
9.09 16.0 40 30 24 20
10.2 22.6 51 38 30 25
где
k - относительное фокусное расстояние параболического зеркала телескопа,
d - диаметр поля зрения свободного от комы в мм (
d = k3/45),
ф150 ф200 ф250 ф300 - колонки в который указаны угловые поля зрения условно свободные от комы, в угловых минутах соотвественно диаметру главного зеркала фХХХ в мм.
Возможно, покажутся полезными следующие формулы расчета величины комы в волновой мере:
WPV = 0.888*D/k3WRMS = 0.265*D/k3St = e-(1.66*D/k3)2где W
PV - размах деформации волнового фронта возмущеного комой в длинах волн 0.55 мкм, k - относительный фокус зеркала, D - диаметр зеркала в мм, W
RMS - среднеквадратическаая деформация волнового фронта, St - критерий Штреля.
В хорошо отъюстированных Ньютонах умеренной светосилы кома не слишком мешает наблюдениям. Она едва заметна в окуляр с ординарным полем зрения (Плёсл, Кельнер и т.п.) и сильнее в качественный широкоугольный окуляр (отсюда практический вывод - не стоит для Ньютона разоряться на очень уж дорогие широкоугольные окуляры, их перфектное качество можеть оказаться невостребованным - без корректора комы для детального рассматривания объект все-равно придется перемещать в центр поля зрения).
См. интересное обсуждение степени влияния
комы Ньютона при визуальных наблюдениях.
Значит только кома?Ну, нет, конечно. Есть еще астигматизм, который хоть и проявлzется в меньшей степени, чем у рефраторов, но так-же ухудшает край поля зрения. Если влияние комы линейно пропорционально удалению объекта от центра поля зрения, то астигматизм нарастает квадратично и именно он ухудшает качество изображения у края полевой диафрагмы 2" окуляров.
Вот табличка диаметров (мм) полей зрения Нютона условно свободного от астигматизма (по критерию Реллея) в зависимости от диаметра зеркала D и относительного фокусного расстояния k = f'/D:
k\D | 114 | 127 | 152 | 203 | 254 | 305 |
3.5 | 5.6 | 5.9 | 6.5 | 7.5 | 8.4 | 9.2 |
4 | 6.8 | 7.2 | 7.9 | 9.1 | 10.2 | 11.2 |
4.5 | 8.2 | 8.6 | 9.4 | 10.9 | 12.2 | 13.4 |
5 | 9.6 | 10.1 | 11.1 | 12.8 | 14.3 | 15.7 |
6 | 12.6 | 13.3 | 14.5 | 16.8 | 18.8 | 20.6 |
7 | 15.9 | 16.7 | 18.3 | 21.2 | 23.7 | 25.9 |
8 | 19.4 | 20.4 | 22.4 | 25.9 | 28.9 | 31.7 |
10 | 27.1 | 28.6 | 31.3 | 36.1 | 40.4 | 44.3 |
А всякие там Шмидт-Ньютоны?Существуют многочисленные вариации оптической схемы Ньютона.
- Ньютон со сферическим (а не параболическим) главным зеркалом. Эта схема вносит сферическую аберрацию тем большую, чем больше светосила главного зеркала. То есть пригодна только для весьма умеренных по апертуре и несветосильных инструментов. К примеру, для 150 мм диаметра сферическое зеркало с фокусом 1500 мм почти идеально замещает параболическое. См. обсуждение https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,12759.0/topicseen.html, в котором в частности приведена формула связывающая минимальное фокусное расстояние сферического зеркала, когда оно еще не слишком уступает параболическому f' = 1.52*D4/3 Из этой формулы следует такая табличка минимальных фокусных расстояний при которых возможна замена парабол сферическими зеркалами:
D, мм Fmin, мм
114 840 / 1:7.4
130 1000 /1:7.7
150 1200 / 1:8
200 1778 / 1:9
250 2394 / 1:9.5
300 3053 / 1:10
вообще же для, сферического зеркала диаметром D и относительным фокусным k = f'/D сферическую аберрацию в волновой мере можно рассчитать по формулам:
WPV = 0.888*D/k3 - полный размах
WRMS = 0.265*D/k3 - среднеквадратическое значение - Ньютон с линзовым компенсатором сферической аберрации. Это сферическое главное зеркало в сочетании с линзовый компенсатором сферической аберрации располагаемый перед фокусом в окулярном узле. Увы, качество компенсации в дешевом исполнении этой схемы невысоко, да и велика чувствительность к разъюстировкам.
- Ньютон с корректором комы. Классический Ньютон с двух- трехлинзовым корректором комы и некоторых других полевых аберраций. В таком исполнении Ньютон становится весьма пригоден как для астрофотографических работ, так и для использования высококачественных широкоугольных окуляров. Чувствительность к разъюстировкам такая-же, как у обычного Ньютона.
- Ньютон с призмой полного отражения вместо диагонального зеркала. Призма - не самая лучшая замена диагональному зеркалу (она вносит аберрации, имеет большее число источников погрешностей, более чувствительна к ошибкам изготовления, хуже в части экранирования и т.д.), но при небольших апертурах приемлима.
- Шмидт-Ньютон с компенсатором в виде пластинки Шмидта. Пластинка Шмидта закрывает передний обрез трубы, что благориятно сказывается на чистоте зеркал и уменьшении внутренних тепловых токов. Главное зеркало - сферическое. Кома примерно вдвое меньше, чем у классического Ньютона.
- Максутов-Ньютон с афокальным компенсатором в параллельном ходе лучей в виде ахроматического мениска (расположен на переднем обрезе трубы и делает ее "закрытой"). Главное зеркало - сферическое. Кома исправлена, то есть объектив апланатичен.
- Волосов-Ньютон с компенсатором в виде двухлинзового афокального корректора в передней части трубы (труба такми образом закрыта). Наилучшее исправление как осевых, так и полевых аберраций, позволяет достигать весьма интересных для астрофотографии светосил. См. интересное обсуждение https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,12127.0.html
В чем отличие Ньютона и Добсона?Хм,.. они жили в разное время
. Да и для любителя астрономии это имена назных классов объектов. Ньютон - имя оптической схемы рефлектора, а Добсон (Доб) - имя концепции визуального любительского телескопа включающего трубу с оптической схемой Ньютона на упрощенной легкой альт-азимутальной монтировке. То есть, если кто-то говорит, что у него Ньютон. Скорее всего это означает трубу по схеме Ньютона на какой-то экваториальной монтировке (может быть с возможностью астрофотографии).