Астрономическая оптика - Мaксутов Д.Д.
Скачать (прямая ссылка):
И вот, наконец, плоская, ничем не деформированная световая волна от далекой звезды достигла земной атмосферы, чтобы пронизать ее в течение приблизительно одной тысячной доли секунды. На этом коротком пути световая волна испытывает первые серьезные деформации, обусловленные оптической неоднородностью земной атмосферы, и достигает объектива телескопа или глаза наблюдателя, в случае наблюдений невооруженным глазом, в заметно искаженном виде.
Оптическая система визуального телескопа «сжимает» фронт волны от размеров диаметра объектива до размеров диаметра выходного зрачка, в несколько миллиметров или даже долей миллиметра, доставляя ??<>вый, номинально плосвдй. фронт зэдяьт
проникнуть в глаз через зрачок. Но деформации упавшей на объектив волны оставят свой след и на волне, падающей на глаз наблюдателя.
^В случае фотографического инструмента его объектив преобразует плоский фронт падающей волны в сходящийся сферический фронт с тем, чтобы построить изображение звезды на пластинке. Но деформации плоского фронта оставят свой след и на фронте сферической волны, которая соответственным образом исказится, как бы безупречна ни была оптика инструмента.
В большинстве оптических инструментов имеются линзовые элементы, и если даже объективная часть телескопа зеркальная, то окуляр, как правило, выполнен из линз. Вещество же линз не всегда или в недостаточной степени может быть оптически однородным, поэтому неоднородность веществ (стекла, кварца и др.), из которых выполнены преломляющие элементы оптического прибора, является вторым фактором, деформирующим фронт волны и искажающим изображение.
Наконец, последняя оптическая система — глаз человека — весьма далека от желательной степени оптической однородности. Наиболее однородными элементами системы глаза являются жидкости передней и задней камер. Наименее однородным оказывается тело хрусталика. Опытный браковщик оптического стекла мог бы расценить хрусталик как свилистый, в высшей степени неоднородный материал, почти непригодный для оптических целей. Кроме неоднородности хрусталика, о которой подробнее будет сказано в дальнейшем, в глазу имеет место жидкая пленка, увлажняющая роговую оболочку. Эта пленка непостоянна и неравномерна по толщине, произвольно деформируется и не сразу успокаивается при каждом моргании глаза, и, кроме того, попадающие на нее из воздуха пылинки и возникающие при этом силы поверхностного натяжения вызывают местные резкие деформации пленки. В результате волна, попадающая в глаз, дополнительно деформируется, а изображение на сетчатке дополнительно искажается.
Нам предстоит, таким образом, рассмотреть три вида оптической неоднородности и три источника деформаций световых волн: в атмосфере, в стекле и в глазу.
Вопрос об оптической неоднородности атмосферы луяше и строже, чем где-нибудь в другом месте, рассмотрен в книге Дан-жона и Кудера. К русскому переводу соответствующей главы этой книги мы и направляем интересующегося читателя.*
Все же изложим здесь в общих чертах сущность вопроса.
Показатель преломления воздуха зависит от его химического состава, от температуры и от давления. Если представить себе атмосферу пришедшей в полное равновесие, то она должна опоясать землю слоями постепенно изменяющегося показателя пре-
* А. Д а н ж о н, А. К у д е р. Атмосферное волнение. — Астрон. ?курнм 1940, XVII, № 1, (Перевод и редакция Д, Максутова), -
117
'шиш
ломления со значительным вертикальным градиентом и с ничтожно малым и плавным горизонтальным градиентом. Так как радиусы кривизны таких слоев, как и радиус земного шара, весьма велики по сравнению с диаметрами наибольших современных телескопов, то, несмотря на наличие горизонтального градиента, такая атмосфера практически не может деформировать плоского фронта волны и привести к сколько-нибудь заметному снижению качества изображения звезд даже в телескопах самого крупного размера.
Но атмосфера никогда не находится в равновесии. Объемы различной плотности, влажности и температуры постоянно перемешиваются, переносятся ветром, изменяют свои контуры; кроме того, суточное движение звезд изменяет траектории световых лучей, заставляя проходить их по все новым и новым направлениям к наблюдателю через новые участки атмосферы, хотя бы и застывшей в своем движении, но неоднородной по своей природе.
Данжони Кудер находят из своих наблюдений, что существует слой сравнительно ограниченной толщины и находящийся на высоте порядка Зх/2 км, в котором особенно бурно протекают процессы атмосферного волнения или в котором особенно велики оптические неоднородности воздуха. Это очень интересное открытие требует, конечно, дальнейшего более тщательного изучения и проверки. Во всяком случае, теория Данжона и Кудера, строга она или не вполне строга, хорошо объясняет большинство наблюдаемых явлений, связанных с неоднородностью атмосферы.*
Итак, в ограниченном слое атмосферы, заштрихованном на рис. 37, имеют место особенно значительные неоднородности показателя преломления воздуха.
Плоская световая волна /—/, пройдя через этот слой, деформируется в волну //—//, нормали к которой являются «звездными лучами» в^представлении геометрической оптики.
