Астрономическая оптика - Мaксутов Д.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Но можно осуществить конструкцию простого телескопа, состоящего только из одного вогнутого зеркала М (рис. 124), а по-
294
тому не имеющего никаких экранирующих элементов, а вместе с тем и потерь света на экранирование и на дополнительное зеркальное отражение и свободного от дифракционных помех экранирующих элементов. Такая система телескопа носит название системы Гершеля, хотя имеются указания, что еще за полтора века до В. Гершеля такая система телескопа была известна современникам Галилея как наиболее простая и естественно приходящая на мысль человеку, желающему использовать одиночное вогнутое зеркало для наблюдения удаленных предметов.*
В телескопе Гершеля изображение образуется в фокусе Р, за которым и следует расположить глаз наблюдателя, вооруженный окуляром той или иной силы, направленным своей осью либо на центр т зеркала М, либо на точку С, либо на некоторую промежуточную точку. Для удобства наблюдения можно перенести изображение в фокус Р' с помощью диагонального зеркальца Л.**
Оптическую схему телескопа Гершеля можно трактовать различными способами и в каждом случае получать своеобразную систему, имеющую лишь внешнее сходство с тем, что мы окрестили общим именем «системы Гершеля».
Рассмотрим разновидности системы Гершеля.
1) Вогнутое зеркало М имеет сферическую форму поверхности и наклонено на соответственный угол ю к падающему пучку лучей; ось окуляра направлена на точку т зеркала М. В этом случае пучок значительно наклонен к оси, а потому изображение испорчено комой, астигматизмом, кривизной поля и, кроме того, сферической аберрацией, так как зеркало М имеет сферическую, а не параболическую форму.
Аберрации .вычисляются по известным нам формулам (4), в которых А =В/{; В, / и угол наклона ю оси зеркала тп к падающему пучку изображены на рис. 124; следует помнить, что здесь и> определяет не угол поля зрения, а угол наклона пучка к оси зеркала М.
Если зеркало М взято умеренной светосилы, то сферическая аберрация может быть небольшой, но благодаря значительности угла ю кома и астигматизм должны сильно испортить изображение и притом в различной степени для различных точек окулярного поля: чем эти точки дальше от оси тп, тем ниже в них качество изображения.
При заданных / иш диафрагмирование зеркала М сильнее всего сказывается, как мы помним, на уменьшении сферической аберрации, в меньшей степени на коме и в еще меньшей степени на астигматизме. Выше был изложен материал, вполне достаточный для расчета предельного диаметра или светосилы телескопа Гершеля
* Телескоп такой же системы предлагал М. В. Ломоносов ранее В. Гершеля.
** Система телескопа Ломоносова—Гершеля широко используется в солнечных телескопах. Малое относительное отверстие А позволяет использовать сферическое зеркало. — Прим. ред.
295
как функции угла ю или наоборот; такие расчеты, приводят к весьма неблагоприятным результатам для телескопа Гершеля, относительное отверстие которого неизбежно должно быть очень малым, а длина инструмента преувеличенно большой.
1а) Будем трактовать то же зеркало М как часть, выкроенную из большой сферы аСЪ диаметра Б', относительного отверстия А' =1)7/ и с*осью ?С. Такая система'может считаться центрированной относительно""оси РС, а потому для точки Р изображение будет свободным от аберраций наклонных пучков, т. е. комы, астигматизма икривизны?поля.ЕНо так как^относительное отверстие А' в данном случае весьма велико"(Б' значительно больше Б), то сферическая аберрация, растущая пропорционально кубу относительного отверстия, будет очень велика; кроме того, мы будем
м
РисП25.
наблюдать не всю картину сферической аберрации, а только часть ее, так как зеркало М выкроено эксцентрично из большого зеркала аСЬ; в результате получится несимметричная аберрационная картина, ничем, конечно, не отличающаяся от картины предыдущей трактовки телескопа Гершеля.
Все это справедливо для точки Р центра поля, тогда как для других точек поля зрения аберрационные картины будут зависеть от ориентировки оси окуляра; чтобы быть последовательным при данной трактовке, следует направить ось окуляра на точку С вместо точки т, а потому несимметрия изображений различных точек поля будет несколько иная, чем при ориентировке оси окуляра по линии тп.
Окуляр, ось которого направлена по оси РС, должен быть рассчитан на относительное отверстие А', значительно превосходящее А, и обладать эксцентричным зрачком выхода:
О
с1 = ^ = Аф, (353)
где ф — фокусное расстояние окуляра.
Рис. 125 схематически поясняет сказанное; но возвращаемся к "рис. 124.
296
Между трактовками 1) и 1а) разница состояла в том, как рассматривать зеркало М: как децентрированное зеркало малого диаметра Б с осью тп или как эксцентричный элемент центрированной сферы большого диаметра Б' с осью РС. Следствием таких двух различных трактовок явилось различное направление осей окуляров, различные их конструкции и различные аберрационные картины на протяжении окулярного поля, мало, впрочем, отличающиеся одна от другой.
2) Допустим теперь, что зеркало М рис. 124 есть параболоид вращения вокруг оси тп с вершиной в точке т. При таком условии возможна только одна-единственная трактовка, при которой ось окуляра следует расположить вдоль оси Рт и рассматривать параболоид как наклоненный к пучку на угол ио и имеющий относительное отверстие А=Б1}. Сферическая аберрация системы исправлена, поскольку зеркало имеет параболическую форму поверхности, но аберрации наклонных пучков будут такими же, как в сферическом зеркале первой схемы. В результате качество изображения, если и улучшится при замене сферического зеркала параболическим, то в очень малой степени.
