Катадиоптрик своими руками

Обновлено: 08.07.2024

Плюсы и минусы оптических схем телескопов: катадиоптрики

1) Зеркально-линзовый телескоп (катадиоптрический телескоп) — телескоп, изображение в котором строится сложным объективом, содержащим как зеркала, так и линзы (у распространенных видов). Зеркала несут исключительно силовую функцию (формирование изображения), а линзы - корректирующую (исправление аберраций).

Плюсы по сравнению с рефлекторами:
- дополнительные линзовые элементы позволяют лучше корректировать аберрац ии, дают возможность развивать большие свободные от аберраций поля зрени я ;
- более устойчивая юстировка;
- у всех распространенных катадиоптриков (кроме клевцовых) закрытый внутреннний объем и как следствие более легкое и безопасное удаление загрязнений с оптики;
- компактность;
- отсутствие растяжек (но не отсутствие центрального экранирования).

Минусы по сравнению с рефлекторами:
- более высокая цена за апертуру , а также рост цены в геометрической прогрессии (особенно после 200 мм) в связи со сложностью изготовления коррекционных элементов больших размеров;
- невысокая светосила;
- более сложная юстировка.

Плюсы по сравнению с рефракторами:
- по сравнению с ахроматами - коррекционные элементы катадиоптриков в силу специфики их строения практически не вносят хроматизм;
- компактность.

Минусы по сравнению с рефракторами:
- сложность схемы в результате большого количества оптических элементов требует большей точности в изготовлении;
- наличие экранирования, и как следствие меньшая контрастность изображения;
- менее устойчивая и более сложная юстировка.

Благодаря техническому прогрессу, к середине XX века стало возможным массовое производство качественной и доступной оптики. Это привело к становлению любительской астрономии и лавинообразному росту вовлеченности населения. Сегодня, когда большинство телескопных брендов перенесло производство в КНР, купить недорогой оптический прибор уже не проблема.

Как быть? Последовать примеру большинства из тех, кто сохранил интерес к астрономии на всю жизнь. Ответьте на три простых вопроса:

Кто (только взрослые, с детьми) и с какой площадки будет наблюдать в телескоп
Готовы ли вы к выездам в поисках чистого неба, есть ли подходящий транспорт
Будет ли время на изучение основ астрономии

Исходя из результата купите добротный, не слишком габаритый телескоп, с которым попробуете планетарные и дип-скай наблюдения, рассмотрите поверхность Луны на разных увеличениях и сделаете несколько фото на камеру смартфона. Потом, когда будет ясно, что вам больше по душе, можно выбрать модель посерьезнее и потяжелее, а предыдущую – продать или оставить в качестве портативного телескопа. Не стоит переживать, что оптика упадет в цене: при условии аккуратного обращения и сохранности аксессуаров телескоп б/у стоит ненамного дешевле нового. Особенно, если вы согласитесь провести для будущего хозяина мастер-класс по сборке и использованию!

О характеристиках оптики и типах монтировки мы обстоятельно поговорим далее. По прочтении вы сможете воспринимать на слух астролюбительский сленг и даже узнаете, может ли быстрый ньютон быть добом ☺

Увеличение телескопа: так ли оно важно?

В отличие от биноклей, для которых увеличение – базовый параметр, телескопы вообще не имеют увеличения как такового. Точнее, оно подсчитывается для каждого используемого окуляра по формуле

То есть рефрактор с фокусом 1000 мм + окуляр 4 мм обеспечат рабочую кратность 250x: много это или мало для телескопа? Для аматорского рефрактора, да и вообще для оптики любительского уровня это, честно говоря, слишком много.

Наибольшее из комфортных для работы увеличений определяется апертурой телескопа. Апертура (D) – это просто диаметр объектива телескопа в миллиметрах. Максимальное полезное увеличение приближенно равно 2D, т.е. для модели с апертурой 120 мм оно составит 240x. Есть ли смысл подбирать окуляр, реализующий такую кратность? Да, но только в расчете на исследования ближайших планет – Марса, Венеры, Юпитера. При этом обзорные наблюдения и изучение слабосветящихся протяженных объектов будут невозможными из-за малого поля зрения и низкой светосилы телескопа.

Минимальное полезное увеличение = D/6, для телескопа с апертурой 120 мм оно равно 20x. Такое увеличение еще называют равнозрачковым: смысл в том, что на меньших кратностях выходной зрачок телескопа будет больше, чем диаметр человеческого зрачка, и часть собранного объективом света будет потрачена зря. Применение телескопа на до-равнозрачковых кратностях нецелесообразно: лучше воспользоваться астрономическим биноклем или подзорной трубой. Интуитивно это понятно и без подсчетов, так что при выборе телескопа на данный параметр редко обращают внимание.

Вообще говоря, от окуляра зависят не только сила увеличения и вынос зрачка, но и множество других характеристик. Оптическая схема окуляра (Гюйгенса, Рамсдена, Кельнера, Плёссла и т.п.) влияет на поле зрения телескопа, контрастность картинки, а при несоответствии параметрам прибора может добавить системе оптических аберраций.

Схемы из статьи Wikipedia

Но углубляться в эту науку новичку не обязательно: в комплект любого приличного телескопа входят 2-3 подходящих окуляра для начала исследований.

Светосила, Относительное отверстие

Понятия эти тесно связаны, и соответствующие величины отличаются лишь коэффициентом. Для простоты будем считать, что это одно и то же. Итак, диаметром Относительного Отверстия, или Светосилой, называют отношение апертуры к фокусному расстоянию.

К примеру, упомянутый рефрактор 120 мм/1000 мм имеет светосилу 1/8.3 единиц. Обобщенно, по диаметру относительного отверстия (ОО) телескопы подразделяют на:

Рефлектор

Объектив такого телескопа состоит из пары зеркал – главного (сферического, параболического или гиперболического) и вторичного (плоского диагонального, эллиптического или гиперболического). Основное зеркало собирает звездный свет и направляет его на вторичное, которое отражает лучи в сторону окуляра, размещаемого обычно на боковой поверхности трубы. Расположением вторичного зеркала можно добиться того, что фокусное расстояние объектива будет больше, чем у одного только главного зеркала. А значит, при скромной длине трубы рефлектор будет работать на солидных кратностях.

Первая и наиболее распространенная на сегодняшний день модель зеркального телескопа – рефлектор Ньютона; также встречаются системы Кассегрена и Ричи-Кретьена.

В плане дизайна оптической трубы рефлекторы могут отличаться разительно: сравните обычный сплошной тубус и каркасную flex-систему. Но на оптических характеристиках эта особенность не сказывается.

Отдать предпочтение зеркальному телескопу стоит, если для вас важны следующие преимущества:

небольшая длина, скромный вес (за счет полой конструкции);
отсутствие хроматических искажений;
самая доступная цена за единицу апертуры;
возможность приобрести ультра-крупноапертурный экземпляр (до 500 мм в диаметре);
удобство применения для фотографирования астрономических объектов;
приспособленность для наблюдения рассеянных звездных скоплений, туманностей и др. слабых объектов глубокого космоса.

При этом следует учесть и недостатки рефлекторов:

необходимость периодической чистки открытых оптических поверхностей;
относительно долгое время термостабилизации;
на краях поля заметна кома (можно докупить и установить корректор комы);
неприменимость для наземных наблюдений.

Катадиоптрик

Телескопы с комбинированной, зеркально-линзовой оптической системой воплощают в себе главные достоинства линзовых и зеркальных телескопов. Попытки построить прибор с такими свойствами велись еще с начала 19-го века, а столетие спустя, в 1930 г., был создан первый получивший признание катадиоптрик – телескоп системы Шмидта-Кассегрена.

С тех пор схема неоднократно совершенствовалась, и сегодняшние шмидты-кассегрены свободны от сферической аберрации, астигматизма, комы и кривизны поля.

Еще одна распространенная катадиоптрическая схема – конфигурация Максутова-Кассегрена. По уровню коррекции искажений такие телескопы приближаются к телескопам Шмидта-Кассегрена, однако для избавления от сферических аберраций их приходится делать длиннофокусными, с относительным отверстием 1/12–1/15.

О катадиоптриках на основе схемы Кассегрена стоит сказать следующее:

они компактны и портативны, при равном фокусном расстоянии могут быть вдвое короче рефракторов;
имеют обширное поле зрения (особенно шмидты-кассегрены);
отлично подходят для наблюдения дипскай-объектов, адаптированы для астрофото;
в закрытой трубе оптические поверхности защищены от загрязнений, минимизировано влияние на качество картинки проточного воздуха.

относительно большое фокусное расстояние, не вполне подходят для обзорных наблюдений на малой кратности;
практически невозможно получить крупноапертурный прибор, тем более по разумной цене;
требуют длительного времени на термостабилизацию.

К тому же стоят такие телескопы существенно дороже линзовых и зеркальных в отдельности. Да, они формируют изображение превосходного качества, но все же на краю поля зрения не исключены проявления хроматизма.

Монтировка для выбранного телескопа: какая подойдет?

Основные типы монтировок, используемых в любительской астрономии – альт-азимутальная (Alt-Az) и экваториальная (EQ). Каждая из них имеет свои подтипы и сферу применения, при этом любая может быть дополнена автоматизированной системой управления (к примеру, GoTo). Стоит ли покупать телескоп с автонаведением – каждый решает для себя. Кому-то интересно самому определять на небе расположение выбранного объекта, пользуясь атласами и оптическим искателем. Кому-то легче задать имя звезды, нажать кнопку на пульте и предоставить прибору свободу действий. Оборудованный монтировкой GoTo телескоп не только сфокусируется на объекте, но и будет удерживать его в поле зрения столько, сколько потребуется для наблюдений.

Азимутальная

Альт-азимутальная (Alt-Az), или просто азимутальная монтировка – самая легкая и недорогая опора телескопа. Устанавливается на трехногий штатив, реже на одну ногу-колонну; допускает управление по вертикальной и горизонтальной оси (по высоте и азимуту). Для более плавного наведения на нужную точку небосклона азимутальные монтировки оборудуют приводами тонких движений.

Предварительной настройки азимутальная монтировка не требует, управление ею интуитивно понятно: новички осваивают его без посторонней помощи. В плюсы данного вида монтировок стоит также зачесть их применимость для наземных наблюдений: на азимуталки устанавливают мощные подзорные трубы и телескопы с оборачивающей системой. Недостатки:

Крайне затруднительно изучение объектов, расположенных близко к зениту.
Компенсация собственного вращения Земли не предусмотрена: для этого пришлось бы поворачивать трубу сразу вокруг двух осей с разными (и постоянно меняющимися) скоростями.
Следствие п.2 – неприменимость для астрофотографии на больших выдержках и длительного просмотра: с течением времени объекты будут менять положение на небе.

Астролюбители считают азимутальные опоры лучшим выбором для наблюдений на небольших кратностях. Такие монтировки чаще предпочитают владельцы рефракторов-универсалов или среднефокусных катадиоптриков. Хотя стандартные альт-азимутальные монтировки накладывают ограничения на вес трубы, существуют и грузоподъемные их разновидности (к примеру, м. Добсона).

Мощная вилочная монтировка может быть трансформирована в экваториальную с помощью экваториального клина (пример на рис.). В результате такого апгрейда ваш телескоп, если он достаточно светосилен, будет пригодным для съемки космических фото и видео. Правда, стоит фабричный EQ-клин около 200 у.е. Альтернативой ему может стать самодельное устойство: в сети найдется достаточно публикаций из серии Do It Yourself.

Монтировка Добсона

На деле это всего лишь разновидность альт-азимутальной монтировки, адаптированная к использованию с телескопами большой апертуры. Умельцы могут изготовить ее самостоятельно и нередко делают это, устанавливая крупноапертурные рефлекторы во дворе частного дома или на даче.

Зато линзовые и катадиоптрические телескопы на фанерном основании размещать не стоит: им больше подойдет высокая тренога с любой механической или автоматизованной монтировкой.

Экваториальная

Наиболее практичная, но требующая настройки и навыков обращения монтировка. С ее помощью можно вручную или с посредством часового механизма отслеживать положение объекта на небе, вращая прибор вокруг одной лишь оси. Из-за сложности механической системы EQ-монтировки дороже, чем азимутальные того же класса; к тому же они обычно массивнее.

Экваториальная монтировка имеет две оси вращения – земную ось и прямую в плоскости экватора (отсюда и название). Ось монтировки, направленную вдоль оси мира, называют полярной, или осью прямого восхождения, а другую, перпендикулярную ей – осью склонения. Сложные двусоставные вращения понадобятся для первичного наведения телескопа на выбранную точку.

Как и азимутальные, экваториальные монтировки имеют много подвидов и внешне очень разнятся. В аматорской среде наиболее популярны монтировка немецкого типа и вилочная экваториальная, а для гигантских исследовательских телескопов чаще используют т.н. английскую. Сравните несимметричную немецкую монтировку (слева) и облегченную вилочную (справа):

EQ-монтировка	Немецкого типа, чаще ручная или моторизованная	Вилочная, почти всегда компьютеризованная
Назначение	Для любых телескопов, в т.ч. длиннофокусных рефракторов	Только для катадиоптриков и короткофокусных рефлекторов
Недостатки	1. Требует использования тяжелого противовеса. 2. Проблема прохождения меридиана: решается конструктивно (изгибом колонны) или “перекладкой” телескопа (поворотами)	Зубья крепления, удерживающие трубу, невозможно сделать высокими (теряется жесткость). Из-за чего телескопы с длинной трубой не смогут навестись на точку высоко над горизонтом

Из сказанного понятно, что монтировки EQ необходимы тем, кто увлекается фотографией или изучением глубин космоса на высоких кратностях.

Общие советы по выбору телескопа

Заключительный раздел не будет слишком длинным. Если вы прочли предыдущие, то уже знаете, каким будет ваш первый телескоп. Если нет – вот несколько предельно упрощенных советов.

Подумайте о транспортировке к месту наблюдения. Тем, кто не имеет авто, придется экономить на весе конструкции (имеется в виду телескоп с монтировкой, штативом, окулярами и пр.) Это означает, что ваша монтировка – любая азимутальная или экваториальная вилочная, труба – компактный зеркально-линзовый телескоп или рефрактор с фокусным расстоянием до 900 мм.
Жителям коттеджных поселков с придомовым участком можно рекомендовать крупноапертурный рефлектор на монтировке Добсона. В теплое время года при сухой погоде он будет спокойно стоять в садовой беседке или под навесом.
Обитатели верхних этажей городских высоток часто ищут телескоп для наблюдений с балкона. Им стоит предпочесть катадиоптрик или рефрактор с относительным отверстием не больше 1/10, можно на невысоком настольном штативе.

Это линзово-зеркальные телескопы, в которых значительно снижены разные виды искажений за счёт использования корректирующих линз вместе с зеркалами.
Труба закрыта, вдобавок она короче, чем у рефракторов и рефлекторов.
Фокус может быть длинный, поскольку свет отражается внутри трубы несколько раз (на фотографии слева в центре объектива видно вторичное зеркало).
Стоят не так дёшево, но обеспечивают качественное изображение.
Приведённый здесь Celestron Advanced C6-SGT XL стоит конечно недёшево, но он того стоит: апертура 150мм, экваториальная монтировка с компютерным наведением, небольшие размеры.

Существует несколько их схем. У всех есть свои сторонники, но многие всё-же сходятся на том, что телескопы на системе Максутова-Кассегрена дают несколько лучшее изображение.
Не надо только забывать, что схема схемой, но есть ещё качество изготовления и точность юстировки(настройки). Это как с китайскими телескопами сейчас - можно купить действительно качественную вещь, а можно "нарваться" на второсортную игрушку.

В закрытых трубах Шмидт-Кассегрена и Максутов-Кассегрена вторичные зеркала крепятся на мениск и коррекционную пластину. А в остальных схемах, которые открытые, вторичные зеркала вынуждены крепиться на растяжках, которые вносят небольшие дифракционные искажения ("четыре луча" на снимках звёзд).

Система Кассегрена. Главное зеркало параболическое, вторичное - гиперболические. Сферических искажений нет, но изображение страдает заметной комой. Труба открыта.

Система Ричи-Кретьена (Р-К). Оба зеркала гиперболические. Сферических искажений нет, но изображение страдает заметной комой. Труба открыта.

Система Максутова-Кассегрена (М-К) несёт массивный ахроматический мениск. Зеркала сферические. Есть некоторые виды искажений, но все они небольшие. Вторичное зеркало может делаеться в виде зеркального напыления на внутренней поверхности мениска.

Система Шмидта-Кассегрена (Ш-К). Зеркала сферические. Перед ними установлена асферическая планоидная коррекционная пластинка, изобретённая Шмидтом для устранения сферических искажений. Кома не исправлена.

Телескопы системы Клевцова. Зеркала сферические. Производятся у нас на заводе НПЗ (www.npzoptics.ru), например ТАЛ-200К. В качестве вторичного отражающего элемента используется мениск и отражательная линза Манжена. Труба телескопа открыта снаружи, то есть с одной стороны быстрее остывает, чем тот же "максутов", а с другой - собирает пыль так же как и рефлектор Ньютона. Зато стоит дешевле "максутова" и вдобавок весит меньше последнего (для моделей примерно одинаковых апертур).

Телескопы системы Волосова. Искажения хорошо исправлены - в т. ч. и кома, и сферическая аберрация. Объектив считается дорогим в изготовлении, наверно поэтому в продаже я его не встречал.

Следует обратить внимание на то, что в схемах Кассегрена, Р-К, Клевцова и Несмита, вторичное отражающее зеркало как-бы висит в воздухе. Это означает, что оно крепится на растяжках, которые вносят искажения - у ярких звёзд появляются характерные лучи. То есть, катадиоптрические телескопы этих схем - не самые удачные для рассматривания звёзд и шаровых скоплений.

По уровню подготовки

Для детей. Телескопы для начальных астрономических наблюдений. Богатая комплектация и простое управление.

Для начинающих. Телескопы для первого знакомства с космосом. Для изучения планет Солнечной системы.

Для опытных. Телескопы продвинутого уровня. Для всех видов визуальных наблюдений и астрофотографии.

Для профессионалов. Телескопы для опытных пользователей и профессионалов. Оптика высочайшего класса.

По оптической схеме

Рефрактор. Линзовые телескопы. Оптимальны для изучения Луны и планет Солнечной системы.

Рефлектор. Зеркальные телескопы. Подходят для изучения объектов дальнего космоса.

Катадиоптрик. Зеркально-линзовые телескопы. Высокий уровень коррекции искажений. Наиболее известные виды: Максутов/Шмидт-Кассегрен, Ричи-Кретьен.

По предмету наблюдения

За планетами. Телескопы со средним увеличением. Для изучения Луны, планет и других объектов Солнечной системы.

За звездами. Телескопы с высоким увеличением. Большая светосила.

Наземные объекты. Телескопы для ландшафтных наблюдений.

По типу монтировки

Азимутальная (AZ). Азимутальные монтировки просты в управлении. Подходят для визуальных наблюдений.

Экваториальная (EQ) Позволяют компенсировать суточное движение астрономических объектов.

Автонаведение. Подходят для пользователей любого уровня подготовки. Идеальны для астрофотографии.

Добсона. Рефлекторы Ньютона на монтировке Добсона. Монтировка проста в сборке и управлении.

По дополнительным опциям

Расширенная комплектация. Модели с дополнительными аксессуарами в комплекте. Окуляры, линзы Барлоу, светофильтры, справочники и другое.

Ахроматический объектив. Рефракторы с двухлинзовым объективом. Минимизируют хроматические и сферические аберрации.

Апохроматический объектив. Рефракторы с апохроматическим объективом. Практически полностью устраняют аберрации.

Линейки телескопов

Discovery Sky. Начальный уровень наблюдений. Телескопы со всеми необходимым аксессуарами, установленные на азимутальные монтировки. В комплекте познавательная книга о космосе.

Discovery Sky Trip. Рефракторы для начинающих с книгами знаний в комплекте. Простая азимутальная монтировка, укороченная труба телескопа, рюкзак или сумка для путешествий, адаптер для смартфона.

Levenhuk Blitz BASE. Телескопы для начинающих пользователей. Расширенная комплектация, азимутальные монтировки, простое управление.

Levenhuk Blitz PLUS. Телескопы начального уровня для визуальных наблюдений и астрофотографии. Богатая комплектация, экваториальные монтировки, хорошие оптические возможности.

Levenhuk LabZZ. Особая детская серия ярких и удобных телескопов. Для детей от 6 до 12 лет.

Levenhuk Ra. Телескопы для профессионалов: Добсоны, апохроматы, фототелескоп, рефлектор Кассегрена. Высочайший уровень оптики и механики, прекрасный выбор для визуальных наблюдений и астрофотографии.

Levenhuk Skyline BASE. Рефракторы и рефлекторы Ньютона для всех видов наблюдений. Азимутальные монтировки, ручное управление, богатая комплектация. Для начинающих пользователей.

Levenhuk Skyline PLUS. Телескопы на экваториальных монтировках для всех видов наблюдений. Расширенная комплектация, ручное управление. Для начинающих и опытных пользователей.

Levenhuk Skyline PRO. Катадиоптрики для опытных астрономов. Высокое качество оптики. Заводская юстировка.

Levenhuk Skyline Travel. Компактные и легкие рефракторы на азимутальных монтировках. В комплекте все необходимые оптические аксессуары и рюкзак или сумка для перевозки. Отличный выбор для планетарных, лунных и наземных наблюдений.

Levenhuk Skyline Travel Sun. Легкие рефракторы на азимутальных монтировках для поездок и путешествий. Основные особенности серии: простота управления, качественная оптика, богатая комплектация (в том числе солнечный фильтр). Телескопы не требуют настройки. В комплекте идет удобный фирменный рюкзак.

Levenhuk SkyMatic. Телескопы с автоматическим наведением. База на 42 000 астрономических объектов.

Архив телескопов Levenhuk. Модели, снятые с производства.

Читайте также: