Астрономическая оптика - Мaксутов Д.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Для практического определения турбуленции ?0 и особенно в условиях экспедиционных работ по выбору места для обсерватории можно рекомендовать метод Данжона и Кудера, сводящийся приблизительно к следующему.
Наблюдение дифракционных изображений звезд на различных зенитных расстояниях производится с помощью достаточно крупного и совершенного инструмента, снабженного увеличением не ниже разрешающего (?0 7), позволяющего в подробностях видеть детали дифракционной картины. Набор объективных диафрагм * позволяет по желанию уменьшать действующее отверстие инструмента, а вместе с тем и изменять масштаб дифракционных изображений звезд. Простейший угломерный инструмент в виде транспортира с отвесом, прикрепленный к телескопу, позволяет грубо, но с достаточной для практических целей точностью измерять зенитное расстояние % наблюдаемой звезды.
Связь между углом турбуленции Ьг и качеством дифракционного изображения устанавливается с помощью эмпирической таблицы (табл. 28), в которой гг1аг есть отношение угла турбуленции к угловой величине радиуса дифракционного кружка [см. выражение (11)].
Таблица 28
гя\лт Качество изображения
< 1/4 Совершенное дифракционное изображение без ощутимой де-
формации, слегка, может быть, волнующееся
1/4 Неразорванные дифракционные кольца с пробегающими
по ним сгустками света
1/2 Изображение заметно волнуется; кольца местами разор-
ваны; края дифракционного кружка волнуются
1 Сильное волнение изображения; дифракционные кольца
исчезают; пятно выбрасывает из себя пучки лучей, тотчас же исчезающие
> 1.5 Изображение в виде бурлящего диффузного пятна относи-
тельно устойчивой формы, усеянного мелкими волнующимися блестками. Если бы не это бурление, изображение звезды походило бы на планетарное изображение
Изменяя либо диаметр объектива, либо зенитное расстояние наблюдаемой звезды, мы можем наблюдать любую из описанных
* Еще лучше — диафрагма «ирис» с отсчетом на лимбе диаметра действующего отверстия.
123
в таблице картин. Как бы скверны ни были атмосферные условия, но, приближаясь к зениту и диафрагмируя объектив, можно «успокоить» изображение и привести его к виду первой строки таблицы; с другой стороны, как бы ни казалась спокойной атмосфера, но при полном отверстии объектива и при наблюдении звезд, достаточно близких к горизонту, всегда можно воспроизвести картину последней строки таблицы.
Закрепим предыдущие рассуждения следующим примером: зенитное расстояние звезды 2=60°; при объективе, задиафрагми-рованном до Z) = 100 мм, наблюдается первое появление сгустков света, пробегающих по неразорванным еще дифракционным кольцам. Это значит, что^=аг/4. Нопри1) = 100 мм и при 1=0.555 мкм угловой радиус дифракционного кружка [выражение (И)] ar=i"A; отсюда *,=0.'35. Так как 2=60°, то sec 2=2. На диаграмме рис. 38 строим точку с абсциссой х~2 и ординатой у=0'./35; проводим через начало координат и точку прямую линию, с которой снимаем некоторую новую точку М, имеющую абсциссой sec 2=1 (2=0), а ординатой t0=0'H75. Это и будет турбуленция в зените, вычисленная по единичному наблюдению турбуленции t некоторой звезды, находящейся на произвольном зенитном расстоянии 2. Чем большим числом отдельных одновременных наблюдений мы будем располагать, тем надежнее будет определена величина ?0, характеризующая атмосферное состояние данного момента.
Для экспедиционного инструмента при выборе места для обсерватории следует рекомендовать диаметр не менее 200 мм. Действительно, если диаметр объектива мал, например 50—60 мм, то в такой инструмент дифракционные изображения почти всегда * будут представляться безупречными даже при значительных углах турбуленции, и, чтобы обнаружить заметные искажения изображения, т. е. чтобы получить право пользоваться табл. 28, пришлось бы наблюдать звезды, весьма близкие к горизонту, для которых все предыдущие выводы недостаточно строги и для которых случайные рефракции приземного слоя воздуха могут произвольно и в сильной степени искажать картину изображения. Кроме того, при малом диаметре объектива он не захватывает двух гребней волны II—II рис. 37, а потому вносимые турбуленцией волновые аберрации всегда меньше полной аберрации волны II—II. В результате вполне четкое дифракционное изображение звезды совершает быстрые колебания с полуамплитудой t по всевозможным направлениям относительно среднего положения звезды; но измерить эти колебания с надлежащей точностью в экспедиционных условиях, при зыбких штативах и порывах ветра, и тем самым определить угол tz не так-то просто. Вот почему предпочтительнее пользоваться крупным инструментом, захватить объективом по крайней мере два гребня волны II—II рис. 37 и наблюдать характер дифракционного изображения звезды, испорченного в полной мере аберрациями волны II—II.
124
Рефрактор с диаметром 200.мм должен иметь длину трубы около 3 м и соответственно большой вес, что совершенно недопустимо для экспедиционных условий.
Рефлектор непригоден для экспедиционных условий по причине открытой трубы, неизбежной и быстрой порчи отражающего слоя зеркал и неминуемой расцентрировки в условиях перевозок инструмента с одного места на другое. Кроме того, открытые трубы рефлекторов способствуют конвекционным потокам воздуха внутри трубы и резким воздействиям перемен температуры на зеркало, что снижает качество изображения по причинам, никак не связанным с турбуленцией; поэтому если выставить для наблюг дений в одних и тех же условиях два инструмента одинаковой силы — рефрактор и рефлектор, то в первом всегда будут более спокойные дифракционные изображения, чем во втором.
