Teleskop Newtona
Teleskop Newtona , zwany także zwierciadłem Newtona lub po prostu Newtonem , jest rodzajem teleskopu zwierciadlanego wynalezionego przez angielskiego naukowca Sir Isaaca Newtona , wykorzystującego wklęsłe zwierciadło główne i płaskie ukośne zwierciadło wtórne . Pierwszy teleskop zwierciadlany Newtona został ukończony w 1668 roku i jest najwcześniejszym znanym funkcjonalnym teleskopem zwierciadlanym. Prosta konstrukcja teleskopu Newtona sprawiła, że stał się on bardzo popularny wśród amatorskich twórców teleskopów .
Opis
Teleskop Newtona składa się ze zwierciadła głównego lub obiektywu, zwykle o kształcie parabolicznym, oraz mniejszego zwierciadła zwanego „wtórnym”, które jest płaskie. Pierwsze zwierciadło umożliwia zbieranie światła pochodzącego ze wskazanego obszaru nieba, drugie zwierciadło kieruje światło z osi optycznej pod kątem 90 stopni, dzięki czemu można je oglądać przez okular .
Zalety konstrukcji Newtona
- Są wolne od aberracji chromatycznej występującej w teleskopach refrakcyjnych.
- Teleskopy Newtona są zwykle tańsze dla dowolnej średnicy obiektywu (lub apertury ) niż teleskopy innych typów o porównywalnej jakości.
- Ponieważ istnieje tylko jedna powierzchnia, którą należy wyszlifować i wypolerować w celu uzyskania złożonego kształtu, ogólna produkcja jest znacznie prostsza niż w przypadku innych konstrukcji teleskopów (refraktory gregoriańskie , Cassegraina i wczesne refraktory miały dwie powierzchnie, które wymagały figurowania . Późniejsze refraktory achromatyczne miały cztery powierzchnie, które trzeba wymyślić).
- Łatwiej uzyskać krótki współczynnik ogniskowej , co prowadzi do szerszego pola widzenia .
- Okular znajduje się na górnym końcu teleskopu. W połączeniu z krótkim współczynnikiem przysłony może to pozwolić na znacznie bardziej kompaktowy system montażu, zmniejszając koszty i zwiększając mobilność.
Wady projektu Newtona
- Newtony, podobnie jak inne konstrukcje teleskopów zwierciadlanych wykorzystujących zwierciadła paraboliczne, cierpią na śpiączkę , aberrację pozaosiową, która powoduje rozbłyski obrazów do wewnątrz i w kierunku osi optycznej (gwiazdy w kierunku krawędzi pola widzenia przybierają kształt „komety”). . Ten rozbłysk jest zerowy na osi i jest liniowy wraz ze wzrostem kąta pola i odwrotnie proporcjonalny do kwadratu współczynnika ogniskowej lustra ( długość ogniskowej lustra podzielona przez średnicę lustra). Wzór na śpiączkę styczną trzeciego rzędu to 3θ / 16F², gdzie θ to kąt poza osią obrazu w radianach a F jest współczynnikiem ogniskowania. Uważa się, że newtony ze współczynnikiem ogniskowej f/6 lub niższym (na przykład f/5) mają coraz poważniejszą śpiączkę do celów wizualnych lub fotograficznych. Zwierciadła główne o niskim współczynniku ogniskowania można łączyć z soczewkami korygującymi komę, aby zwiększyć ostrość obrazu w polu.
- Newtonowie mają centralną przeszkodę z powodu lustra wtórnego na ścieżce światła. Ta przeszkoda, a także kolce dyfrakcyjne spowodowane przez strukturę nośną (zwaną pająkiem ) zwierciadła wtórnego zmniejszają kontrast. Wizualnie efekty te można zredukować, stosując dwu- lub trójnożnego zakrzywionego pająka. Zmniejsza to bocznych listków dyfrakcyjnych o współczynnik około czterech i pomaga poprawić kontrast obrazu, z potencjalną karą, że okrągłe pająki są bardziej podatne na wibracje wywołane wiatrem.
- Dla przenośnych Newtonów kolimacja może być problemem. Wstrząsy związane z transportem i przeładunkiem mogą rozregulować układ pierwotny i wtórny. Oznacza to, że teleskop może wymagać ponownego ustawienia (skolimacji) za każdym razem, gdy jest ustawiany. Inne projekty, takie jak refraktory i katadioptryki (w szczególności cassegrainy Maksutowa ) mają stałą kolimację.
- Płaszczyzna ogniskowa znajduje się w punkcie asymetrycznym i na górze zespołu tuby optycznej. W przypadku obserwacji wizualnych, zwłaszcza na mocowaniach teleskopów równikowych , orientacja tubusu może sprawić, że okular znajdzie się w bardzo złej pozycji widzenia, a większe teleskopy wymagają drabin lub konstrukcji wsporczych, aby uzyskać do nich dostęp. Niektóre konstrukcje zapewniają mechanizmy obracania mocowania okularu lub całego zespołu tubusu do lepszej pozycji. W przypadku teleskopów badawczych należy wziąć pod uwagę zrównoważenie bardzo ciężkich instrumentów zamontowanych na tym ognisku.
Wariacje
Istnieje kilka odmian projektu Newtona, które dodają soczewkę do systemu tworzącego teleskop katadioptryczny . Ma to na celu skorygowanie aberracji sferycznej lub obniżenie kosztów.
Schmidta-Newtona
płytą korekcyjną Schmidta o pełnej aperturze przed zwierciadłem głównym, która nie tylko koryguje aberrację sferyczną , ale może również wspierać zwierciadło wtórne. Otrzymany system ma mniej komą i zwierciadłem wtórnym.
Maksutowa-Newtona
Podobnie jak w przypadku Schmidta-Newtona, korektor w kształcie menisku teleskopu Maksutowa można dodać do konfiguracji Newtona, co zapewnia minimalną aberrację w szerokim polu widzenia , z jedną czwartą śpiączki podobnego standardowego Newtona i połowę śpiączki Schmidta-Newtona. Dyfrakcję można również zminimalizować, stosując wysoki współczynnik ogniskowej z proporcjonalnie małym zwierciadłem diagonalnym zamontowanym na korektorze.
Jones-Ptak
Jones-Bird Newtonian (czasami nazywany Bird-Jones) używa sferycznego zwierciadła głównego zamiast parabolicznego, z aberracjami sferycznymi korygowanymi przez soczewkę korektora o małej aperturze, zwykle montowaną wewnątrz tubusu ogniskującego lub przed zwierciadłem wtórnym. Ta konstrukcja zmniejsza rozmiar i koszt teleskopu dzięki krótszej całkowitej długości tubusu teleskopu (z korektorem wydłużającym ogniskową w „ teleobiektywie układ typu ") w połączeniu z mniej kosztownym zwierciadłem sferycznym. Komercyjnie produkowane wersje tego projektu zostały zauważone jako upośledzone optycznie ze względu na trudność w wyprodukowaniu prawidłowo ukształtowanego korektora podaperturowego i są skierowane na niedrogi koniec teleskopu rynek.
Historia
Pomysł Newtona na teleskop zwierciadlany nie był nowy. Galileo Galilei i Giovanni Francesco Sagredo dyskutowali o używaniu lustra jako obiektywu tworzącego obraz wkrótce po wynalezieniu teleskopu refrakcyjnego, a inni, tacy jak Niccolò Zucchi , twierdzili, że eksperymentowali z tym pomysłem już w 1616 roku. Newton mógł nawet mieć przeczytaj książkę Jamesa Gregory'ego Optica Promota z 1663 r. , w której opisano projekty teleskopów zwierciadlanych wykorzystujących lustra paraboliczne (teleskop, który Gregory bezskutecznie próbował zbudować).
Newton zbudował swój teleskop zwierciadlany, ponieważ podejrzewał, że może to potwierdzić jego teorię, że białe światło składa się ze spektrum kolorów. Zniekształcenie kolorów ( aberracja chromatyczna ) było główną wadą teleskopów refrakcyjnych z czasów Newtona i istniało wiele teorii wyjaśniających, co je powodowało. W połowie lat sześćdziesiątych XVII wieku, pracując nad teorią koloru , Newton doszedł do wniosku, że wada ta była spowodowana tym, że soczewka teleskopu refrakcyjnego zachowywała się tak samo, jak pryzmaty , z którymi eksperymentował, rozbijając białe światło na tęczę kolorów wokół jasnych obiekty astronomiczne . Gdyby tak było, to aberrację chromatyczną można by wyeliminować budując teleskop bez soczewki – teleskop zwierciadlany.
Pod koniec 1668 roku Isaac Newton zbudował swój pierwszy teleskop zwierciadlany . Wybrał stop ( metal wziernikowy ) cyny i miedzi jako najbardziej odpowiedni materiał na swoje zwierciadło obiektywu . Później opracował środki do kształtowania i szlifowania lustra i być może jako pierwszy użył okrążenia skokowego do polerowania powierzchni optycznej. Wybrał kulisty kształt swojego lustra zamiast paraboli, aby uprościć konstrukcję; nawet jeśli wprowadziłoby to aberrację sferyczną , nadal koryguje aberrację chromatyczną. Dodał do swojego odbłyśnika to, co jest znakiem rozpoznawczym konstrukcji teleskopu Newtona, wtórne zwierciadło zamontowane po przekątnej w pobliżu ogniska zwierciadła głównego, aby odbijać obraz pod kątem 90 ° do okularu zamontowanego z boku teleskopu . Ten unikalny dodatek umożliwił oglądanie obrazu przy minimalnym zasłonięciu lustra obiektywu. Wykonał również rurę, mocowanie i złączki. Pierwsza wersja Newtona miała średnicę lustra głównego 1,3 cala (33 mm) i współczynnik ogniskowej f/5. Odkrył , że teleskop działa bez zniekształceń kolorów i że może dzięki niemu zobaczyć cztery galileuszowe księżyce Jowisza oraz fazę sierpa planety Wenus . Przyjaciel Newtona, Isaac Barrow, pokazał drugi teleskop małej grupie z Royal Society of London pod koniec 1671 roku. Byli pod takim wrażeniem, że zademonstrowali go Karolowi II w styczniu 1672 roku. Newton został przyjęty jako członek towarzystwa w tym samym roku.
Podobnie jak Gregory przed nim, Newtonowi trudno było skonstruować skuteczny reflektor. Trudno było zeszlifować metal wziernika do regularnej krzywizny. Powierzchnia również zmatowiała ; wynikający z tego niski współczynnik odbicia zwierciadła, a także jego niewielkie rozmiary sprawiły, że widok przez teleskop był bardzo słaby w porównaniu ze współczesnymi refraktorami. Z powodu tych trudności konstrukcyjnych teleskop zwierciadlany Newtona początkowo nie był powszechnie stosowany. W 1721 roku John Hadley pokazał Towarzystwu Królewskiemu znacznie ulepszony model. Hadley rozwiązał wiele problemów związanych z tworzeniem paraboli lustro. Jego Newton ze zwierciadłem o średnicy 6 cali (150 mm) wypadł korzystnie w porównaniu z ówczesnymi dużymi powietrznymi teleskopami refrakcyjnymi .
Zobacz też
Notatki
- Smith, Warren J., Nowoczesna inżynieria optyczna , McGraw-Hill Inc., 1966, s. 400
