Астрономическая оптика - Мaксутов Д.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Астигматизм, кривизна поля, сферическая аберрация и хроматизм положения оказываются аберрациями наименее вредными. Они, правда, препятствуют'получению резких изображений, а зна-чит7 снижают точность наводки нитей компаратора на изображения звезд, но зато""они не вносят систематических ошибок в измерения, так как изображения, обусловленные этими аберрациями, обладают симметрией, а центры симметрии совпадают с гауссовыми изображениями.
* При учете проекции сферы на плоскость.
26
Следует особо остановиться на значимости хроматизма увеличения при фотографировании звезд. Если бы все звезды были одинакового цвета или, точнее, одного и того же спектрального класса, то хроматизм увеличения был бы не более вреден, чем перечисленная выше последняя группа аберраций. Действительно, звезды изображались бы в виде радиально растянутых черточек, причем в каждой такой черточке имелось бы наиболее почерневшее место, где-то вблизи середины, с последующим уменьшением почернения к обоим краям черточки; максимум почернения соответствует максимальной чувствительности данной фотографической эмульсии к данному спектральному составу света, а потому, если известно и то, и другое, всегда можно определить фокусное расстояние объектива для длины волны, соответствующей наибольшему почернению; выполняя наводку нитей компаратора на это место черточки, можно определять положения звездных изображений на негативе в правильном масштабе.
Но, во-первых, различные фотоматериалы обладают различной спектральной чувствительностью, а, во-вторых, различные звезды принадлежат к различным спектральным классам, т. е. посылают лучи существенно различного спектрального состава. Поэтому может статься, что звезды более «красные» будут отнесены измерением дальше от центра поля зрения, чем им надлежит быть, тогда как звезды более «синие» окажутся приближенными к центру поля зрения или наоборот. Вот почему хроматизм увеличения следует отнести к числу весьма вредных аберраций для астрометрических фотообъективов.
Обычно в реальных объективах проявляется одновременное действие всех или нескольких из перечисленных выше аберраций, а потому картина изображения оказывается более сложной, чем это было представлено при описании отдельных аберраций в чистом виде. Так, сферическая аберрация совместно с хроматизмом положения может испортить изображение точки на оси; по мере удаления от оси у такого изображения может образоваться заметный односторонний хвост, обусловленный комой; далее пятно начнет все более и более расплываться, приобретая овальную форму, т. е. здесь начнет уже заметно сказываться действие астигматизма и кривизны поля; наконец, при значительном удалении от оси контуры предмета представятся не только сильно размазанными в силу перечисленных аберраций, но и явно деформированными дисторсией.
Задача оптика-вычислителя состоит в отыскании такой конструкции оптической системы и в вычислении для нее таких конструктивных элементов, при которых вредные аберрации оказались бы сниженными до возможно малой величины. Таким образом, вычислитель в своей работе всегда преследует один и тот же идеал, недостижимый, к сожалению, на практике, и этим идеалом является идеальная оптическая система, удовлетворяющая требованиям гауссовой оптики.
27
3. ФИЗИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ТОЧКИ
Хорошо рассчитанный объектив с малыми аберрациями может практически ничем не отличаться от идеального объектива, особенно если его значительно задиафрагмировать. И все же он не способен построить изображение точки в виде точки же.
Больше того, чем сильнее его диафрагмировать, тем значительнее будет отличаться изображение от точки. Причиной этого оказывается дифракция — физическое явление, не учитываемое геометрической оптикой. •
В самых общих чертах сущность дифракции сводится к следующему.
Световые колебания, одновременно родившиеся в источнике света, распространяются в однородной среде за некоторый промежуток времени на одинаковые расстояния; поэтому если вокруг «точечного» источника света описать сферу любого радиуса, то в каждой точке этой сферы колебание будет находиться в одинаковой фазе в каждый данный момент времени.
В случае точечного источника света до объектива доходит сферический фронт волны, каждая точка которого находится в одинаковой фазе колебательного состояния; в случае бесконечно удаленного источника к объективу приходит плоский фронт волны: плоскость есть частный случай сферы, у которой радиус бесконечно велик.
Объектив без аберраций преобразует расходящиеся сферические волны в сходящиеся к фокусу сферические же волны; или, в геометрической интерпретации: объектив преобразует расходящийся гомоцентрический пучок в гомоцентрический сходящийся к фокусу пучок.
Согласно принципу Гюйгенса—Френеля, каждую точку волновой поверхности можно рассматривать как центр самостоятельных колебаний, поэтому каждую точку волны, прошедшей через объектив и преобразованной им в вогнутую сферическую волну с центром в фокусе, можно рассматривать как самостоятельный центр световых колебаний. Но в этом случае весь экран, получая свет по любым направлениям от каждой точки волны, оказался бы засвеченным. Однако это не так, ибо приходящие колебания обладают способностью между собою интерферировать, и если в некоторую точку экрана придут два колебания одинаковой амплитуды, но противоположные по фазе, то в результате их интерференции суммарная амплитуда обратится в нуль и свет исчезнет.
