Дифракционные шипы — это линии, исходящие от ярких источников света, вызывающие то, что известно как эффект звездообразования [1] или солнечные звезды [2] на фотографиях и в зрении. Это артефакты , вызванные дифракцией света вокруг опорных лопастей вторичного зеркала в телескопах-рефлекторах или краев некруглых апертур камеры , а также вокруг ресниц и век в глазу.
Хотя внешне это похоже, этот эффект отличается от «вертикального размытия» или «засветки», которые появляются, когда яркие источники света улавливаются датчиком изображения с зарядовой связью (ПЗС) .
В подавляющем большинстве конструкций телескопов-рефлекторов вторичное зеркало должно быть расположено на центральной оси телескопа и, таким образом, должно удерживаться распорками внутри трубы телескопа. Независимо от того, насколько тонкими являются эти опорные стержни, они преломляют входящий свет от звезды-объекта, и это проявляется в виде дифракционных шипов, которые являются преобразованием Фурье опорных стоек. Шипы представляют собой потерю света, который мог бы быть использован для получения изображения звезды. [3] [4]
Хотя дифракционные пики могут затенять части фотографии и нежелательны в профессиональном контексте, некоторым астрономам-любителям нравится визуальный эффект, который они придают ярким звездам – вид « Вифлеемской звезды » – и они даже модифицируют свои рефракторы, чтобы демонстрировать тот же эффект, [5] или чтобы облегчить фокусировку при использовании ПЗС . [6]
Небольшое количество конструкций телескопов-рефлекторов избегают дифракционных пиков, размещая вторичное зеркало вне оси. Ранние конструкции вне оси, такие как телескопы Гершеля и Шифшпиглера, имеют серьезные ограничения, такие как астигматизм и большие фокусные отношения, что делает их бесполезными для исследований. Брахимедиальная конструкция Людвига Шупмана , которая использует комбинацию зеркал и линз, способна идеально исправить хроматическую аберрацию на небольшой площади, а конструкции, основанные на брахимедиальной конструкции Шупмана, в настоящее время используются для исследования двойных звезд .
Также имеется небольшое количество внеосевых беспрепятственных полностью отражающих анастигматов , которые дают оптически идеальные изображения.
Рефракционные телескопы и их фотографические изображения не имеют подобных проблем, поскольку их линзы не поддерживаются крестовиной.
Диафрагмы с подвижными лепестками используются в большинстве современных объективов для камер, чтобы ограничить свет, получаемый пленкой или датчиком. В то время как производители пытаются сделать апертуру круглой для приятного боке , при диафрагмировании до высоких чисел f (малых апертур) ее форма стремится к многоугольнику с тем же числом сторон, что и лепестков. Дифракция распространяет световые волны, проходящие через апертуру перпендикулярно примерно прямому краю, каждый край дает два пика под углом 180° друг к другу. [7] Поскольку лепестки равномерно распределены по кругу, на диафрагме с четным числом лепестков дифракционные пики от лепестков на противоположных сторонах перекрываются. Следовательно, диафрагма с n лепестками дает n пиков, если n четное, и 2 n пиков, если n нечетное. [8]
Изображения с телескопов с сегментированными зеркалами также демонстрируют дифракционные пики из-за дифракции от краев зеркал. Как и прежде, два пика перпендикулярны каждой ориентации края, что приводит к шести пикам (плюс два более слабых из-за паука, поддерживающего вторичное зеркало) на фотографиях, сделанных космическим телескопом Джеймса Уэбба . [9]
.jpeg/1280px-A_Wreath_of_Star_Formation_in_NGC_7469_(potm2212a).jpeg)
Неправильно очищенная линза или покровное стекло, или линза с отпечатком пальца могут иметь параллельные линии, которые преломляют свет подобно опорным лопастям. [10] Их можно отличить от шипов из-за некруглой апертуры, поскольку они образуют заметное пятно в одном направлении, и от просветления ПЗС по их косому углу.
.jpg/1280px-Cappella_della_Madonna_di_Vitaleta_-_Exterior_-_Ales_Krivec_2015-04-13_(Unsplash).jpg)
При нормальном зрении дифракция через ресницы (и из-за краев век, если человек щурится) производит много дифракционных шипов. Если ветрено, то движение ресниц вызывает шипы, которые перемещаются и мерцают. После моргания ресницы могут вернуться в другое положение и заставить дифракционные шипы прыгать. Это классифицируется как энтоптическое явление .
Дифракционный скачок в нормальном зрении человека также может быть вызван некоторыми волокнами в хрусталике глаза, иногда называемыми линиями швов . [11]
Фильтр перекрестного экрана , также известный как звездный фильтр, создает звездный рисунок с помощью очень тонкой дифракционной решетки, встроенной в фильтр, или иногда с помощью призм в фильтре. Количество звезд зависит от конструкции фильтра, как и количество лучей каждой звезды.
Похожий эффект достигается при фотографировании ярких огней через оконный экран с вертикальными и горизонтальными проводами. Углы наклона полос креста зависят от ориентации экрана относительно камеры. [7]
В любительской астрофотографии маска Бахтинова может использоваться для точной фокусировки небольших астрономических телескопов. Свет от яркой точки, например, изолированной яркой звезды, достигающий разных квадрантов главного зеркала или линзы, сначала пропускается через решетки в трех разных ориентациях. Половина маски создает узкую форму «X» из четырех дифракционных шипов (синий и зеленый на иллюстрации); другая половина создает прямую линию из двух шипов (красных). Изменение фокуса заставляет формы перемещаться относительно друг друга. Когда линия проходит точно через середину «X», телескоп находится в фокусе, и маску можно снять.
.jpg/1280px-thumbnail.jpg)
