ATM
-Teleskopi
-Autokolimacijsko testiranje teleskopa
TELESKOPI
NAMJENA TELESKOPA
Teleskopi su glavno oruđe u astronomiji.
Oni prvenstveno služe da sakupljaju svjetlo vrlo udaljenih objekata u svemiru
koje pada na njihov objektiv i tako omogućuju pogled dublje u svemir, te da
prividno povećavaju sliku promatranog objekta i tako nam omogućuju detaljno
promatranje vrlo udaljenih objekata.
OSNOVNI DIJELOVI
TELESKOPA
Osnovni dijelovi teleskopa su okular i objektiv. Objektiv sve zrake svjetlosti što dolaze na njega paralelno sa optičkom osi skuplja u
jednu točku, fokus. Tu nastaje realna, umanjena i obrnuta sličica promatranog objekta. Na tu se sličicu
nadovezuje okular koji je uvećava to više što mu je manja njegova žarišna duljina. Sva svjetlost što polazi iz
jedne točke na nekom objektu
mora se prolazeći kroz leću sastaviti s druge strane u jednu točku. I tako sa svih točaka tog objekta koje su na jednakoj udaljenosti od leće. One točke bliže
leći fokusirat će se dalje od nje, a one dalje od leće bliže njoj. Drugim riječima leća u svom fokusu stvara virtualnu, trodimenzionalnu obrnutu sličicu
objekta.
PRINCIP RADA
TELESKOPA
Prije nego počnemo govoriti o
izradi teleskopa, moramo malo pojasniti
osnovne pojmove optike. Osnovna karakteristika teleskopa je promjer objektiva D. Što je on veći to
bolje jer daje svjetliju sliku
(veću svjetlosnu moć) i veću moć
razlučivanja što će reći da većim
objektivom možemo gurati do većih
povećanja. Pravilo je da objektiv dvostruko većeg promjera ima ne dva nego
četiri puta veću svjetlosnu moć. Slijedeći pojmovi su žarišna duljina objektiva
F i odnos žarišne duljine i promjera objektiva, tzv. f - broj. F – broj nam
govori koliko je žarišna duljina objektiva veća od njegovog promjera.
f = F/D
Slijedeći pojam je
granično povećanje teleskopa.
Ono se računa prema
promjeru objektiva i
iznosi dvostruki promjer
objektiva izražen u
milimetrima. Dakle ako nam
teleskop ima promjer
objektiva D = 300 mm, granično povećanje je
600 puta. Povećanje samog teleskopa
dobije se kada
fokus objektiva (F)
podijelimo sa fokusom okulara
(f).
P = F(objektiv) / f(okular)
F(objektiv) = 1200mm
f(okular) = 4mm
P = 300 puta
Sljedeći pojam je izlazna pupila.
To je sličica objektiva koju tvori okular u svom
vanjskom fokusu stoga je u njoj skoncentrirana sva svjetlost koju sakuplja objektiv teleskopa. Njena veličina u fokusu određenog okulara ovisi o f – broju teleskopa i o
žarišnoj duljini okulara. Što je f-broj teleskopa manji, izlazna pupila je veća i obrnuto. Ako je ona veća od promjera zjenice oka (6 mm u mraku), tada oko ne prima svu svjetlost koju daje objektiv. To je
kao da promatramo teleskopom manjeg promjera objektiva.
OSNOVNE VRSTE
TELESKOPA
Teleskope dijelimo na tri osnovne
skupine: refraktore, reflektore i katadioptrijske.
Refraktori su najstariji tip teleskopa.
Oni imaju leće i rade na principu loma svjetlosti koja prolazi kroz njih i
skupljaju je u jednu točku ili fokus. Obična leća ne može skupljati sve boje
spektra u jedan fokus pa imamo obojenu i mutnu sliku. Greška se naziva kromatska
aberacija. Crveno svjetlo se fokusira najdalje od leće, a ljubičasto najbliže
leći. Zato je potrebno leće objektiva raditi od stakla različitog indeksa
loma svjetlosti - recimo krunsko (BK7) i flintsko (F2) kako bi takva kombinacija
smanjila kromatsku aberaciju. Refraktore dijelimo na tri grupe: -akromate,
"semiapokromate" (ED dubleti) i apokromate (APO). Akromatski refraktor
ima objektiv od dvije ili više leća načinjenih samo od krunskog i flintskog
stakla. Dizajnirani su da dovedu barem dvije boje u jedan fokus i to obično
plavu i crvenu. Zelena se fokusira malo bliže leći. Akromatski objektivi se
rade od dvije, tri ili četiri leće. Od dvoelementnih ću spomenuti Fraunhofera
kojemu je prednja sabirna leća od krunskog, a zadnja rasipna od flintskog
stakla. Flintsko staklo jače lomi svjetlost, a budući da je jakost zadnje
leće manja od prednje, cijeli taj sistem se ponaša kao blago sabirna leća
duge žarišne daljine, a obje leće gotovo sasvim poništavaju jedna drugoj kromatsku
aberaciju. Slika nije sasvim bezbojna, objektiv izoštrava sliku u zelenoj
boji, a okolo te slike, naročito Mjeseca, planeta i sjajnih zvijezda vidi
se slabašni ljubičasti halo. To ustvari nije pravi ljubičasti fokus već kombinacija
crvene i plave koje su obje u istom fokusu. Takva izvedba akromata zove se
C-F akromat. Naime postoje tri osnovne spektralne linije: C (crvena), e (zelena)
i F (plava). Zato se ova spomenuta vrsta akromata i zove C-F akromat jer su
crvena (C) i plava (F) u istom fokusu dok je zeleni fokus malo bliži objektivu
i u zelenom fokusu promatramo samu sliku jer je ljudsko oko najosjetljivije
na zelenu boju. Takav tip akromata najčešći je danas kod komercijalnih refraktora.
Što je f-broj manji, jači je ljubičasti halo oko sjajnijih objekata pa je
tako donja granica do koje je podnošljiv ljubičasti halo f-broj oko 5 i to
kod objektiva do 80mm promjera (Orion ST80 „Shorty“). Ispod toga f-broja ili
ako je f5 akromat većeg promjera od 80mm pojavljuje se oko zvijezda osim ljubičastog
haloa još i jarko crveno-ružičasti zbog kojeg je takav akromat neupotrebljiv
za bilo kakvo promatranje Mjeseca ili planeta. Dobar je samo za deep sky,
dakle za mala povećanja. Za kratke akromate može se pri izradi samog objektiva
odabrati druga korekcija na boje to jest da više ne bude C-F akromat već C-e
odnosno korigiran na crvenu i zelenu boju u istom fokusu. I to je također
sekundarni spektar, samo je stvar u tome što u tvornici nemaju običaj dizajnirati
takvo što, već samo standardne C-F akromate, bez obzira na to koliki će imati
f broj. Osim ako objektiv slučajno ne ispadne takav obzirom na varijacije
u izradi leća kod masovne proizvodnje. Kod takvog objektiva se ne vidi unutar
fokusa ljubičast disk, a van fokusa žućkasto-zelenkasti nego modri unutar
fokusa, a zućkasto narančasti van fokusa. U 18 i 19 stoljeću kada je bilo
doba izrade velikih refraktora (500-900mm promjera) većina su njih bili C-e
akromati jer je kod njih mnogo oštrija slika u fokusu. Postoje i e-F korigirani
akromati, no oni se obično dobivaju slučajno, kod loše izrade C-F akromata,
a kod njih se vidi slika kao kod single kromatične leće dakle unutar fokusa
crveni disk, van fokusa plavi, ali je taj efekt bitno umanjen u odnosu na
običnu leću.
Inače kada se kod short tube
refraktora koristi akromatski barlow umjesto okulara za velika povećanja ili
dijagonal sa prizmom umjesto sa zrcalom tada se sveukupna kromatska korekcija
takve kombinacije pomiče ka C-e korekciji što omogućuje da se i kroz kratki
akromat tada dadu kvalitetno promatrati i planeti. To sam primijetio kada sam
na svoj Surplusshed C-F 80/400mm shorty dodao akromatski barlow 2x od Sebena i
dijagonal sa prizmom od Celestrona. Tako sam uspio dobiti kvalitetnu sliku i na
133x (2x barlow + WA Gold Line 6mm okular). Inače kod C-e akromata se žrtvuje
plava boja koja je jako defokusirana, a budući da je oko manje osjetljivo na
taj dio spektra, mnogo manje se primjećuje defokusirana plava nego defokusirana
crvena koja se inače vidi mnogo sjajnija.
C-F
akromat
C-e
akromat
Apokromat,
C-F akromat i C-e akromat usporedba
Što se tiče izvedbe refraktorskih
objektiva imamo više vrsta. Fraunhofer ima prednju i zadnju plohu krunske leće
ispupčenu, prednju plohu flintskog stakla udubljenu, a zadnju blago ispupčenu.
Steinheil objektiv je naopako posložen, ima sprijeda flintsku rasipnu leću.
Littrow je sličan Fraunhoferu, ali ima zadnju plohu rasipne leće ravnu, a prve
tri su jednake zakrivljenosti. Kao takav je idealan za amatera brusača zrcala
da si napravi vlastiti akromatski objektiv, ali Littrow objektiv ima dosta kome
van optičke osi. Troelementni imaju krunske leće izvana, dok je negativni flint
u sredini. Postoje i akromati i apokromati i sa dvije i sa tri ili četiri leće.
Troelementni objektivi su obično akromati za projektore u Cooke triplet
izvedbi, današnji Super ED APO tripleti ili Zeiss "B" APO objektivi.
Četveroelementni su Petzval i Zeiss-Tessar. Četveroelementni Petzval ima dva
simetrična akromata okrenuta flintskom lećom jedan drugome, a taj dizajn je
napravljen poglavito zbog korekcije vanosnih aberacija poput kome i
astigmatizma i za postizanje ravnog vidnog polja. Oni služe za
astrofotografiju. Apokromati imaju umjesto flintskog stakla ED ili fluoritna
(CaF2 - kalcij fluorit) stakla koja su obično skupa i egzotična. Imaju jako
mali indeks loma i od njih se dobivaju vrlo kvalitetni objektivi. Apokromati se
rade kao dvoelementni i troelementni objektivi. Dvoelementni se rade dizajnom
sličnim Fraunhoferu, a troelementni tako da je sabirna leća u sredini, a
rasipne sprijeda i straga. Može biti i obrnuto. Četveroelementni se obično rade
u Petzval izvedbi kao recimo TeleVue teleskopi. Semi-apokromat ne postoji. ED
objektivi se ponašaju kao ti semi-apokromati, ali se zapravo vode pod
"APO" i zato su najjeftinija verzija današnjeg APO refraktora.
Posebno bi se među njima dalo pohvaliti SkyWatcher Evostar 120/900mm ED APO.
Patka semi-apokromat koja ustvari znači "polu-apokromat" je stvorena
kako bi proizvođači teleskopa digli cijenu, a radi se samo o malo poboljšanom
akromatu. Taj su naziv, točnije "Halbapochromat" koristili njemački
optičari u Zeissu kada su izrađivali objektive spomenutog obrnutog slijeda leća
- u Steinheil verziji u kojoj je dakle flint bio sprijeda, a crown unutra. Taj
flint nije bio običan flint već Kurz flint, short flint ili kratki flint,
oznake KzFN2 koji je bolji od običnog flinta jer daje kromatsku korekciju
objektiva koja je nešto između akromata i apokromata. Takav objektiv je nazvan
"Astrospezialobjektiv" ili skraćeno"AS" To su ujedno bili i
inicijali jednog od optičkih inženjera u Zeissu, dr. Augusta Sonnenfelda.
Rađena je čitava serija "AS" objektiva raznih promjera i žarišnih
duljina:
AS63/840
AS80/840
AS80/1200
AS110/1650
AS130/1950 koji je na zagrebačkoj
zvjezdarnici
AS150/2250
i AS200/3000
Zeiss je radio objektive raznih
izvedbi koje su označavane slovima:
A, AS, B, C, D, E i F
Poznati Telementor i Telemator
imali su "C" objektiv i to C63/840 - crown/flint akromat (BK7/SF2),
no bio je vrhunski. Njegov prethodnik bio je AS63/840 "semi-apo".
Formule objektiva raznih izvedbi:
Zeiss AS objektivi (KzFN2/BK7)
Fraunhofer akromat (BK7/F2)
Zeiss "B" APO
(BK7/KzFN2/BK7)
TMB APO triplet (K7/FPL53/K7)
Većina Zeissovih objektiva za
refraktore je bila C-e kromatski korigirana ili nešto između C-e i C-F
korekcije tako da su bili mnogo ugodniji za promatranje kao i ovaj Zeiss
AS80/840 na slici ispod. To sam primijetio i kod slavnog Telematora C63/840
kojeg imaju na riječkoj zvjezdarnici.
Zeiss
AS80/840
Koja god vrsta stakla da se
koristi uvijek je potrebno od stakla manjeg indeksa loma izraditi pozitivnu
leću, a od stakla većeg indeksa loma negativnu. U slučaju akromata to su
pozitivna od krunskog, a negativna od flintskog stakla. Kada se koristi fluoritno
staklo ono tada dolazi na mjesto krunskog za pozitivnu leću, a negativna se
tada radi od krunskog stakla jer fluorit ima manji indeks loma ne samo od
flintskog već i od krunskog stakla.
Teleskopi reflektori imaju
udubljena zrcala koja odbijaju
svijetlost od svoje prednje udubljene
plohe i opet je skupljaju u jednu točku ili fokus. Za razliku od refraktorskih
leća, zrcala reflektora ne moraju zadovoljavati kriterije u pogledu vrste
stakla pa ih je jeftinije i jednostavnije izraditi.
Otkrićem Schmidtovog i
Maksutovljevog korektora nastala
je i treća vrsta
teleskopa – katadioptrijski teleskopi koji su
kombinacija leća i zrcala.
Schmidt-Cassegrain
teleskop - optička shema
Maksutov-Cassegrain
teleskop - optička shema
Razlika među
ove dvije vrste
Cassegrain teleskopa je
u korekcijskoj ploči. Korekcijska ploča
služi za ispravljanje
sferne aberacije glavnog
zrcala jer ovi
teleskopi koriste sferno
glavno zrcalo. Osim toga
korekcijska ploča ispravlja
i zakrivljenost žarišne
ravnine čime se
povećava iskoristivost vidnog
polja teleskopa. Korekcijska ploča
kod Schmidt- Cassegrain teleskopa
jest asferičnog oblika, dok
je kod Masutov-Cassegraina jest
meniskus koji je
teži od Schmidtove
korekcijske ploče. Način na
koji funkcioniraju je
slijedeći: -Sferno zrcalo ne
može fokusirati u
isti fokus sve
paralelne zrake što
padaju na njegovu
površinu, već zrake sa
ruba sfernog zrcala
imaju kraću žarišnu
duljinu od zraka
iz centra što
uzrokuje da zvijezde
u žarištu takvog
zrcala izgledaju kao
mutni kružići umjesto
oštrih točkica. Schmidtova ploča
skraćuje fokus zraka
iz centra, produžuje fokus
onih zraka sa
ruba zrcala, dok fokus
zraka iz zone
zrcala koji odgovara
0.707 polumjera zrcala
ostavlja nepromijenjenim.
Maksutovljev meniskus ostavlja
nepromijenjen fokus zraka
iz centra dok
fokuse zraka sa ostatka zrcala
produljuje i to sve više
kako idemo od
središta prema rubu.
teleskop refraktor
teleskop reflektor
Schmidt-Cassegrain teleskop
Maksutov-Cassegrain teleskop
Teleskop je
u sedamnaestom stoljeću
izumio nizozemski optičar
Hans Lippershey. Galileo Galilei
je čuo tu
vijest i izradio
sebi jedan. On je
tako postao prvi
ATM-ovac. Njegov teleskop imao
je objektiv leću,
promjera 4 cm i fokusnu dužinu
od 1666 mm i
svoju prvu primjenu
odmah je našao
u astronomiji. Okular mu
je bio rasipna
leća pa je
davao uspravnu sliku. Za
naše pojmove davao
je vrlo lošu
sliku, ali Galileo je
njime napravio prva
važna otkrića u
astronomiji i udario temelje moderne astronomije. Otkrio je
četiri najveća Jupiterova
mjeseca, vidio faze Venere, nazreo Saturnove
prstenove, otkrio Sunčeve pjege, otkrio
da se Mliječni
put sastoji od
velikih nakupina zvijezda
i vidio pravi
izgled Mjesečeve površine.
galilejev
teleskop
Teleskopi refraktori tog doba imali su mnogo kromatske aberacije jer
su imali objektive od samo jednog stakla. Ta se greška jednostavno nije mogla izbjeći kod objektiva
od jedne leće zbog razlike u indeksu loma pojedinih boja. Međutim ta se
greška kod objektiva od jedne leće mogla umanjiti tako da se naprave objektivi što većeg fokusa. Zbog toga su astronomi toga
doba gradili iznimno duge i tanke instrumente. Najpoznatiji od njih
bio je poljski astronom Johannes Hevelius. On je napravio teleskop
promjera objektiva 10 cm, ali
fokusa čak 30 m! Kako bi astronomi napravili praktičnije instrumente, astronom
Chester Moor Hall lijepi dvije leće
od različite vrste stakla da bi dobio
objektiv smanjene kromatske
aberacije. Kasnije astronom John
Dollond usavršava tu tehniku
izradom posebnog objektiva
lijepljenjem pozitivne leće od krunskog stakla (crown, BK7) i negativne
leće od flintskog stakla (F2). Krunsko
je alkalno, a flintsko olovno staklo. Te dvije leće od različite vrste stakla međusobno jedna drugoj poništavaju rasap bijele svjetlosti na dugine boje. Takvi objektivi koriste se još i danas za
manje teleskope refraktore (vidi
sl.1.2.) i nazivaju se akromatski
dubleti ili akromati. No ni kod njih
kromatska aberacija nije sasvim
uklonjena; akromatski objektiv fokusira samo crvenu i plavu boju u isti fokus
dok se zelena fokusira malo bliže leći. Taj nepotpuni rasap bijele svjetlosti je poznat kao
sekundarni spektar ili sekundarna
kromatska aberacija.
sekundarni spektar kod
akromatskog objektiva
Zbog toga se vrlo sjajne zvijezde i planeti vide opasani slabim tamnoljubičastim sjajem. Međutim dok se razvijala tehnika uklanjanja kromatske aberacije, drugi astronomi pribjegavaju izradi posve druge vrste teleskopa. Isaac Newton pravi teleskop s konkavnim (udubljenim)
zrcalom i takav teleskop se zove reflektor. To je zato
jer radi na principu odbijanja
svjetlosti. Zrcalo je mnogo lakše
izraditi jer nije toliko bitna
vrsta stakla od koje se izrađuje i
može čak imati u sebi mjehuriće.
Zatim treba brusiti samo jednu plohu
(prednju) a ne četiri ili više kao kod refraktora. Ali jedna najvažnija
prednost jest da zakoni refleksije ne dopuštaju rasap bijele svjetlosti na dugine boje, što će reći da zrcalo za teleskop nema kromatsku aberaciju. Svjetlost koja
padne na zrcalnu plohu pod jednakim
se kutom reflektira bez
obzira na valnu duljinu pojedinih boja. Sve ove prednosti omogućavaju raširenost teleskopa reflektora među astronomima amaterima i
ATM-ovcima (graditeljima teleskopa).
Teleskop
reflektor Williama Herschela s metalnim zrcalom promjera 120cm
Bezbojni rubovi slike
u teleskopu reflektoru