Среда 22.09.202104:53
Приветствую Вас Гость | RSS
 
Главная Глава 6 Регистрация Вход
Меню сайта
Категории
Московское отделение [5]
Ленинградское отделение [2]
Мурманское отделение [3]
Новосибирское отделение [0]
Центральный совет [0]
Наблюдательная астрономия [9]
Телескопостроение [0]
Лекции [2]
Тротуарная астрономия [1]
Новости сайта [0]
Енисейское отделение [7]
Балашихинское отделение [0]
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Фрагмент книги Александра Громова "Человек с телескопом"

 

Глава 6. Вторичное зеркало

 

Я не стану подробно описывать процесс изготовления вторичного зеркала «ньютона» просто потому, что убежден: начинающему любителю не стоит тратить на это время. Но рассмотрим сперва вопрос о необходимой точности «вторички». Не бывает ничего идеального – это мы понимаем. Но насколько поверхность вторичного зеркала может отличаться от идеальной плоскости без существенной потери качества изображения?

В этом вопросе мнения М.С. Навашина и Л.Л. Сикорука диаметрально расходятся. Если первый утверждает, что качество вторичного плоского зеркала «ньютона» должно быть выше качества главного зеркала, поскольку вторичное зеркало наклонено к оптической оси под углом 45 градусов, то второй столь же резонно указывает на то, что вторичное зеркало находится в 4-5 раз ближе к фокусу телескопа, чем главное зеркало, и считает достаточным намного более либеральное требование к точности «вторички»: не хуже λ/3. Возникает законный вопрос: кто из корифеев прав?

Правее Сикорук. Для начала надо заметить, что ошибки фигуры вторичного зеркала почти всегда связаны с радиусностью, иными словами, с тем, что поверхность зеркала не плоская, а сферическая (выпуклая или вогнутая), большого радиуса. Для этого – чрезвычайно распространенного – случая существует простая формула:

 

dL = 0,5*dl*(D/d)2

 

Здесь dL – максимально допустимое отступление поверхности вторичного зеркала от плоскости (в длинах волн); dl – допуск на деформацию волнового фронта (в длинах волн); D – размер малой оси вторичного зеркала; d = L*A, где L – расстояние от центра вторичного зеркала до фокальной плоскости; А – относительное отверстие телескопа. В качестве длины волны здесь, как и в других случаях, берется значение 555 нм, что соответствует желто-зеленым лучам видимого спектра, чувствительность к которым у человеческого глаза максимальна. Впрочем, нас интересует только допуск на деформацию волнового фронта dl, выраженный в долях длины этой волны. Для главного зеркала он вдвое больше, чем допуск на точность поверхности (за счет хода туда и обратно) и составляет λ/4. Произведем расчет. Например, для вторичного зеркала с малой осью 70 мм, предназначенного для относительно крупного телескопа Ньютона с А = 1:5, на расстоянии 250 мм от фокальной плоскости малая ось светового пучка d будет равна 250/5 = 50, что при допуске на ошибку волнового фронта в 1/4 длины волны, даст допуск на общее отступление от плоскости 0.5*(70/50)2/4 = 0,245, или примерно 1/4 длины волны. То есть требования к точности вторичного зеркала в данном примере вдвое «либеральнее», чем к точности главного зеркала. Значит, вы вы в принципе можете использовать вторичное зеркало с точностью λ/4, если у вас нет лучшего зеркала. Все-таки надо учесть, что ошибки волнового фронта от главного и вторичного зеркал складываются, а значит, итоговая ошибка волнового фронта может и выйти за допустимые пределы.

Рассмотрим теперь 150-мм телескоп с А = 1:8. Предположим, что внутренний диаметр трубы составляет 180 мм, толщина стенки трубы 5 мм, радиус поля зрения 30 угловых минут, а фокус вынесен за пределы трубы на 80 мм. Для удобства воспользуемся интернет-программой «Калькулятор для «ньютона». Малая ось диагонального зеркала получается равной 39,8 мм (округлим до 40 мм), а расстояние от него до фокальной плоскости равно 175 мм. Задав допуск на деформацию волнового фронта равным 1/4, получаем допуск на точность поверхности «вторички»: приблизительно 0,42 длины волны, или примерно λ/2,5. Но не хуже!

Вот, кстати, и еще одна причина, по которой корифеи советуют любителям начинать с постройки небольших длиннофокусных «ньютонов». Найти по разумной цене очень качественную «вторичку» для «ньютона», особенно крупного, не так-то просто. Во всяком случае, сразу отбросьте мысль разобрать ту конструкцию, что продается под названием «диагональное зеркало» и служит для излома оптической оси вблизи фокуса рефракторов и катадиоптриков, чтобы использовать находящееся там прямоугольное зеркало. Дело как раз в том, что это плоское зеркало размещено очень близко к фокусу, следовательно, допуск на точность его изготовления очень велик и может достигать нескольких длин волн. Строго говоря, из радиусности вторичного зеркала «ньютона» можно извлечь и пользу. Поскольку световой поток падает на вторичное зеркало под большим углом, основная деформация волнового фронта после неидеального вторичного зеркала – астигматизм. И если главное зеркало телескопа также заметно астигматичное (что бывает, увы, довольно часто), то вращением главного зеркала вокруг оптической оси можно подобрать такое его положение, при котором астигматизм вторичного зеркала будет хотя бы отчасти скомпенсирован астигматизмом главного зеркала. Конечно, так происходит не всегда. Может случиться, что ошибки поверхности вторичного зеркала будут связаны не с радиусностью. При исследовании такого зеркала с помощью интерферометра Физо или просто методом накладывания на плоское эталонное зеркало (только для испытуемых зеркал без отражающего покрытия) мы увидим не плавно искривленные линии, а линии с более или менее резким изломом. В таком случае формула, приведенная выше, не применима, а применимо ли в телескопе такое вторичное зеркало – вопрос, который каждому телескопостроителю придется решать самостоятельно. Лучше всего заказать плоское эллиптическое зеркало у проверенного мастера или в фирме, чья продукция считается стабильно хорошей. Задайте вопрос на форуме сайта astronomy.ru – вам охотно объяснят, где на сегодняшний день можно приобрести хорошее вторичное зеркало, а с кем лучше не связываться. Я не даю здесь рекомендаций по той причине, что информация в нашем меняющемся мире быстро устаревает.

Изготовить ньютоновскую «вторичку» самому очень непросто. Не зря на оптическом производстве обычно выделяют специального мастера под «плоскости». Тут нужно «набить руку» и вообще иметь в виду, что изготовление оптических плоскостей более трудоемкий процесс, чем изготовление вогнутых зеркал. Достаточно указать на то, что эллиптическое в плане зеркало приклеивается вместе с подклейками к план-шайбе не смолой и даже не оптическим воском, а специальным оптическим сургучом, имеющим весьма мало общего с обыкновенным сургучом, применяемым на почте. Смола и даже воск обязательно будут «тянуть» стекло, и после отклеивания зеркала по завершении весьма кропотливых трудов вы с горечью обнаружите, что зеркало «повело» – его фигура исказилась. Оптический сургуч «тянет» стекло гораздо слабее, зато и «держит» хуже. Если при работе на шлифовально-полировальном станке ваше зеркало внезапно отклеится от план-шайбы, это может погубить всю работу. Есть в работе с плоскостями и другие хитрости, связанные с выбором сорта стекла, подмазыванием полирующей суспензии и др.; на них мы останавливаться не будем. Просто поверьте: изготовление действительно качественного плоского эллиптического зеркала по силам лишь опытному мастеру.

Косвенные признаки хорошей «вторички»: материал – ситалл или кварц (рис. 31), толщина – большая, ибо чем толще зеркало, тем меньше оно коробится после отклейки от план-шайбы. Это не значит, что все другие вторичные зеркала плохие, и не значит, что все толстые ситалловые «вторички» обязательно хорошие, но явные признаки качества (или его отсутствия), к сожалению, видны лишь с помощью эталонного плоского зеркала, а еще лучше – интерферометра Физо.

Рис. 31. Вторичное зеркало из ситалла для довольно крупного «ньютона».

Возможно, вам удастся изготовить приличное плоское зеркало круглой формы методом, подробно описанным М.С. Навашиным, но, во-первых, для этого требуется большое желание «тереть стекло», а я сомневаюсь, что после изготовления главного зеркала у вас остался солидный запас такого желания, а во-вторых, купить «вторичку» приемлемого качества все-таки проще. К тому же она будет эллиптической в плане, а не круглой. Будем считать, что вы уже сделали это. Теперь встает вопрос о креплении диагонального зеркала в трубе телескопа. Проще всего этот вопрос решается вытачиванием на токарном станке двух простых деталей: условно говоря, «стакана» и «гриба»10 (рис. 32). «Ножка гриба» срезается под углом 45 градусов. Она не должна быть очень тонкой, поскольку к месту среза будет приклеено вторичное зеркало и не стоит уменьшать площадь склейки. Если вы посмотрите на современные «ньютоны» промышленного изготовления, то увидите, что старый метод крепления «вторичек» при помощи лапок ушел в прошлое, – сейчас предпочитают клеить. К сожалению, герметиком, а он «тянет» стекло, частенько искажая плоскость вторичного зеркала до недопустимых значений.

Рис. 32. Наиболее часто применяемая конструкция узла крепления вторичного зеркала.

Правда, существуют специальные оптические герметики, теоретически лишенные этого недостатка. Из них наиболее известен герметик ВГО-1. Однако опыт применения этого герметика в МОО АГО показал неудовлетворительные результаты. Возможно, дело в том, что свойства герметика «гуляют» от партии к партии. Если вы все же решите клеить вторичное зеркало на герметик, то имейте в виду: клеевой шов должен быть толстым. Лучше всего подложить под зеркало три спички и вынуть их, когда герметик слегка загустеет. Многие любители поступают проще: приклеивают вторичное зеркало к «грибу» с помощью двустороннего вспененного скотча толщиной 1 – 2 мм. Его нетрудно найти в продаже, и он обычно не «тянет» стекло. Очень часто в приносимых в МОО АГО на проверку телескопах выявляется один и тот же дефект: изображение портит «вторичка», причем сама по себе она нередко не так уж плоха, но герметик исказил ее форму. После переклейки вторичного зеркала с герметика на вспененный двусторонний скотч качество изображений заметно улучшается.

Законный вопрос: так ли уж прочно держит скотч? Попробуйте оторвать. Вы удивитесь, насколько это непросто. Мне пока не известны случаи, чтобы вторичное зеркало, приклеенное на двусторонний вспененный скотч, отвалилось само по себе. «Вторички» моих телескопов приклеены именно так, я не раз возил телескопы в автомобиле с довольно жесткой подвеской по ужасным дорогам, тряска временами была немилосердная, но вторичные зеркала всегда оставались на своих местах. Но если вы все равно не доверяете скотчу, подстрахуйтесь. Приклейте к задней стороне вторичного зеркала небольшую пластинку из меди, латуни или, еще лучше, фольгированного текстолита с припаянным к ней отрезком медной проволоки сечением порядка 0,5 – 1 мм2 (зависит от массы «вторички»), а другой конец отрезка закрепите на «грибе» при помощи винтика с шайбой. Перед этим свейте отрезок проволоки в спираль, обмотав его, например, вокруг карандаша. Трех витков вполне достаточно. Теперь если зеркало все-таки отвалится, оно повиснет на спирали из медной проволоки, которая демпфирует удар, то есть мягко растянется и сохранит зеркало в целости. Часто вместо проволочной спирали используют простой шнурок, но при этом вслед за падением зеркала и натяжением шнурка последует рывок, которого лучше избежать. Притом приклеивать шнурок к зеркалу приходится каплей герметика, тогда как пластинка с припаянной медной спиралью может быть приклеена тем же двусторонним вспененным скотчем. Ведь рывка в случае (повторяю: очень гипотетическом) отклеивания зеркала не будет, а значит, скотч удержит пластинку на месте. Вторичное зеркало не должно быть приклеено центром строго по оптической оси. Нужно сместить его на небольшую величину. Точное ее значение вы можете получить, обратившись к интернет-программе расчета «ньютона», а геометрический смысл легко понять, если начертить на бумаге вытянутый равносторонний треугольник (вид конуса сбоку) и пересечь его отрезком под углом 45 градусов к высоте. При помощи линейки вы легко убедитесь в том, что середина отрезка, то есть точка пересечения осей вторичного зеркала эллиптической формы лежит несколько в стороне от оси конуса. На данное обстоятельство справедливо указывают М.С. Навашин и Л.Л. Сикорук, однако оно почему-то плохо укладывается в головах некоторых начинающих любителей.

Разумеется, никто не помешает вам использовать иную, чем на рис. 32, конструкцию узла крепления «вторички». Может быть, вы найдете нечто более подходящее в Интернете, а может быть, и придумаете свою конструкцию. Почему бы нет? В качестве растяжек хорошо использовать тонкую (порядка 0,5 мм) сталь, лучше оцинкованную. Некоторые используют три растяжки, но большинство любителей (в том числе и я) отдают предпочтение четырем. Дифракционные лучи от них ярче, чем от трех растяжек, зато их всего 4, а не 6, что может быть полезно при разрешении тесных звездных пар.

Крепление «вторички» на стойке конструктивно самое простое, но невыгодное как раз с точки зрения яркости дифракционных лучей. Пусть их всего два, направленных перпендикулярно к стойке, но ведь они тем ярче, чем толще крепежный элемент, в данном случае – стойка. По чисто механическим соображениям она не может быть тонкой. В телескопе, предназначенном для визуальных наблюдений, однозначно не стоит применять всевозможные опоры узла крепления вторичного зеркала в виде колец или дуг окружности. Да, дифракционные лучи при этом пропадут, однако – увы! – физику не обманешь: та часть световой энергии от звезды, которая в случае прямых растяжек идет на формирование дифракционных лучей, в данном случае «размажется» вокруг звезды, сделав невидимыми дифракционные кольца и как минимум сильно затруднив разрешение тесных звездных пар. Доля этой энергии при криволинейных опорах будет даже больше, чем при прямых растяжках, поскольку растяжки обычно тонкие (ибо работают только на растяжение), а опоры в виде колец или дуг – нет.

Пусть не введет вас в заблуждение тот факт, что опоры узла крепления «вторички» в некоторых моделях «фирменных» любительских телескопов как раз выполнены в виде дуг. Для визуального инструмента это не достоинство. Это ошибка.

Возможно, вместо вторичного зеркала вам попадется призма полного внутреннего отражения подходящего размера и годного качества. Призма хуже эллиптического зеркала по трем причинам:

1. Ее размеры больше ровно настолько, насколько квадрат больше вписанной в него окружности, а значит, немного уменьшатся проницающая способность телескопа и контрастность изображений.

2. Призму труднее крепить в трубе. Ее приходится вклеивать в специальную оправу боковыми (треугольными) гранями, которые лучше зачернить. Оправа призмы дополнительно увеличит экранирование главного зеркала.

3. Как уже было сказано, призма слегка переисправляет сферическую аберрацию. Если вы все же используете призму, будет полезно чуть-чуть недопараболизовать главное зеркало. Например, для моего первого 160-мм «ньютона» с А = 1:5 величина продольной сферической аберрации при испытании из центра кривизны и предполагаемом использовании призмы в качестве «вторички» должна была составлять примерно 0,9 от расчетной величины. Разница не так уж велика, но при испытании зеркала может оказаться, что вы уже вышли за допуск, тогда как вам кажется, что вы еще в допуске.

Но если у вас в качестве «вторички» есть только призма – используйте призму. Лучше построить телескоп с недостатками, чем вообще не построить никакого телескопа.

В этой главе мне осталось лишь сказать несколько слов о виньетировании, вызванном «вторичкой». Если вы читали книги Навашина и Сикорука, то вы знаете, что это такое. Для тех, кто не читал, скажу: речь идет о потере края светового пучка при недостаточном размере вторичного зеркала. Виньетирование приводит к тому, что на краю поля зрения небесные объекты выглядят менее яркими, чем должны быть. Разумеется, лучше всего избежать виньетирования, подобрав диагональное зеркало соответствующих размеров, каковые проще всего вычислить с помощью программы расчета телескопа Ньютона. Но это удается не всегда. Л.Л. Сикорук, однако, справедливо указывает на то, что небольшое виньетирование не слишком вредно. Да, оно приводит к некоторому уменьшению яркости небесных объектов на краю поля зрения. Но ведь любитель обычно старается навести телескоп на объект так, чтобы тот оказался в центре поля зрения! Это верно. И все же могут возникнуть затруднения при визуальном определении яркости звезд, а также при поиске слабых, особенно туманных небесных объектов. Если вы способны более или менее уверенно разглядеть такой объект в центре поля зрения, то при наличии виньетирования можете и не заметить его, если он мелькнет на краю поля. Разумеется, данная оговорка существенна лишь для любителей вылавливать на небе всякую тусклую «мелочь». С виньетированием (небольшим, конечно) чаще всего приходится мириться. Связано это с тем, что качественную «вторичку» достаточно большого (с малой осью от 60 мм и выше) размера найти гораздо труднее, чем относительно небольшую (до 50 мм) «вторичку». Цена тоже играет роль. Между прочим, практически все «ньютоны» промышленного изготовления снабжены уменьшенными по сравнению с оптимальным размером «вторичками» и зачастую обеспечивают не 1 градус невиньетированного поля зрения при равнозрачковом увеличении, как полагалось бы приличному «ньютону», а лишь около половины этого значения. Связано это, как легко догадаться, с попытками изготовителя уменьшить себестоимость продукции. Тем не менее большинству наблюдателей такое виньетирование не доставляет серьезных проблем. Словом, не сильно огорчайтесь, если расчет покажет, что в вашем телескопе небольшое виньетирование все-таки будет.

Вовсе незачем искать вторичное зеркало с запасом по размерам. Да, с таким зеркалом вам удастся раздвинуть поле зрения телескопа до пределов, заданных диаметром трубы и диафрагмы фокусера, но, во-первых, изображения на краю поля зрения широкоугольного «ньютона» будут изуродованы всеми аберрациями, характерными для простых однозеркальных систем, а во-вторых, за счет большего экранирования главного зеркала вторичным снизится контрастность изображений, что отрицательно скажется при наблюдении, например, планет. Взвесив все «за» и «против», выскажу мое личное мнение: пожалуй, все же лучше использовать в телескопе чуть-чуть меньшее (по сравнению с расчетным) вторичное зеркало, нежели чуть-чуть большее.


10Вообще-то мастера-оптики называют грибом выпуклую оптическую поверхность. В данном случае я просто не подобрал более наглядного слова.

                                                                                                                                                

Глава 1 Глава 2 Глава 3 Глава 4 Глава 5 Глава 6 Глава 7 Глава 8 Глава 9

 

Вход на сайт
Поиск
Календарь
«  Сентябрь 2021  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930
Наш опрос
Оцените наш сайт
Всего ответов: 15
Архив записей
Copyright MOO AGO © 2021 Карта сайта XML
Всесоюзное Астрономо-Геодезическое Общество (1932-2020)