Телескопы Ньютона обычно дешевле для любого заданного диаметра объектива (или апертуры ), чем телескопы сопоставимого качества других типов.
Поскольку требуется отшлифовать и отполировать только одну поверхность, придав ей сложную форму, общая конструкция телескопа намного проще, чем у других конструкций телескопов ( у григорианских , кассегреновых и ранних рефракторов было две поверхности, которые требовали обработки . Более поздние ахроматические рефракторные объективы имели четыре поверхности, которые требовали обработки).
Окуляр расположен в верхней части телескопа. В сочетании с короткими f- коэффициентами это может позволить гораздо более компактную систему крепления, снижая стоимость и повышая портативность.
Недостатки ньютоновской конструкции
Ньютоновцы, как и другие конструкции телескопов-рефлекторов, использующие параболические зеркала , страдают от комы , внеосевой аберрации, которая заставляет изображение бликовать внутрь и по направлению к оптической оси (звезды по направлению к краю поля зрения принимают форму кометы ). Эта вспышка равна нулю на оси и линейна с увеличением угла поля зрения и обратно пропорциональна квадрату фокального отношения зеркала ( фокусное расстояние зеркала , деленное на диаметр зеркала). Формула для тангенциальной комы третьего порядка - 3θ / 16F², где θ - угол вне оси к изображению в радианах , а F - фокальное отношение. Ньютоновцы с фокальным отношением f/6 или ниже (например, f/5) считаются имеющими все более серьезную кому для визуального или фотографического использования. [3] Первичные зеркала с низким фокальным отношением можно комбинировать с линзами, которые корректируют кому, чтобы увеличить резкость изображения по полю зрения. [4]
У ньютонов есть центральное препятствие из-за вторичного зеркала на пути света. Это препятствие, а также дифракционные пики, вызванные опорной конструкцией (называемой «пауком») вторичного зеркала, снижают контраст. Визуально эти эффекты можно уменьшить, используя двух- или трехногий изогнутый паук. Это снижает интенсивность боковых лепестков дифракции примерно в четыре раза и помогает улучшить контраст изображения, с потенциальным штрафом, что круглые пауки более подвержены вибрации, вызванной ветром.
Для портативных ньютонов коллимация может быть проблемой. Первичный и вторичный могут выйти из выравнивания из-за ударов, связанных с транспортировкой и обращением. Это означает, что телескоп может потребоваться повторно выравнивать (коллимировать) каждый раз, когда он настраивается. Другие конструкции, такие как рефракторы и катадиоптрикс (в частности, максутовские кассегрен ) имеют фиксированную коллимацию.
Фокальная плоскость находится в асимметричной точке и в верхней части оптической сборки трубы. Для визуального наблюдения, особенно на экваториальных монтировках , [5] ориентация трубы может поставить окуляр в очень плохое положение для обзора, и для более крупных телескопов требуются лестницы или опорные конструкции для доступа к нему. [6] Некоторые конструкции предусматривают механизмы для поворота крепления окуляра или всей сборки трубы в лучшее положение. Для исследовательских телескопов необходимо учитывать уравновешивание очень тяжелых инструментов, установленных в этом фокусе.
Вариации
Существует несколько вариаций конструкции Ньютона, которые добавляют линзу в систему, создавая катадиоптрический телескоп . Это делается для исправления сферической аберрации или снижения стоимости.
Шмидт–Ньютонов
Телескоп Шмидта–Ньютона сочетает в себе оптическую конструкцию Ньютона с полноапертурной корректорной пластиной Шмидта перед главным зеркалом, которая не только исправляет сферическую аберрацию , но и может поддерживать вторичное зеркало. Полученная система имеет меньше комы и поддержки вторичного зеркала, вызванных эффектами дифракции. [7]
Максутов–Ньютонов
Подобно Шмидту-Ньютону, менисковый корректор телескопа Максутова может быть добавлен к конфигурации Ньютона, что обеспечивает минимальную аберрацию в широком поле зрения , с одной четвертой комы аналогичного стандартного Ньютона и половиной комы Шмидта-Ньютона. [8] Дифракцию также можно минимизировать, используя высокое фокусное отношение с пропорционально малым диагональным зеркалом, установленным на корректоре. [9]
Джонс–Бёрд
Ньютоновская модель Джонса–Берда (иногда называемая Бердом–Джонсом) использует сферическое первичное зеркало вместо параболического, при этом сферические аберрации исправляются субапертурной корректирующей линзой [10], обычно устанавливаемой внутри фокусировочной трубки или перед вторичным зеркалом. Такая конструкция уменьшает размер и стоимость телескопа за счет более короткой общей длины телескопической трубки (с корректором, увеличивающим фокусное расстояние в компоновке типа « телефото ») в сочетании с менее дорогим сферическим зеркалом. Было отмечено, что коммерчески выпускаемые версии этой конструкции оптически скомпрометированы из-за сложности производства корректора субапертуры правильной формы и нацелены на недорогой сегмент рынка телескопов. [11]
История
Идея Ньютона о рефлекторном телескопе не была новой. Галилео Галилей и Джованни Франческо Сагредо обсуждали использование зеркала в качестве объектива для формирования изображения вскоре после изобретения рефракторного телескопа, [12] а другие, такие как Никколо Дзукки , утверждали, что экспериментировали с этой идеей еще в 1616 году. [13] Ньютон, возможно, даже читал книгу Джеймса Грегори 1663 года Optica Promota , в которой описывались конструкции рефлекторных телескопов с использованием параболических зеркал [14] (телескоп, который Грегори безуспешно пытался построить). [15]
Ньютон построил свой рефлекторный телескоп, потому что подозревал, что он может доказать его теорию о том, что белый свет состоит из спектра цветов. [16] Цветовое искажение ( хроматическая аберрация ) было основным недостатком рефракционных телескопов времен Ньютона, и существовало много теорий относительно того, что его вызывало. В середине 1660-х годов, работая над теорией цвета , Ньютон пришел к выводу, что этот дефект был вызван линзой рефракционного телескопа, ведущей себя так же, как призмы, с которыми он экспериментировал, разбивая белый свет на радугу цветов вокруг ярких астрономических объектов . [17] [18] Если бы это было правдой, то хроматическую аберрацию можно было бы устранить, построив телескоп, который не использовал бы линзу — рефлекторный телескоп.
В конце 1668 года Исаак Ньютон построил свой первый рефлекторный телескоп . Он выбрал сплав ( speculum metal ) олова и меди в качестве наиболее подходящего материала для своего зеркала объектива . Позже он изобрел средства для формования и шлифования зеркала и, возможно, был первым, кто использовал шлифовальный круг [20] для полировки оптической поверхности. Он выбрал сферическую форму для своего зеркала вместо параболы, чтобы упростить конструкцию; даже если это внесло бы сферическую аберрацию , это все равно исправило бы хроматическую аберрацию. Он добавил к своему рефлектору то, что является отличительной чертой конструкции ньютоновского телескопа, вторичное диагонально установленное зеркало вблизи фокуса главного зеркала, чтобы отражать изображение под углом 90° к окуляру, установленному сбоку телескопа. Это уникальное дополнение позволило просматривать изображение с минимальным заграждением от зеркала объектива. Он также изготовил трубу, крепление и фитинги. Первая версия Ньютона имела диаметр главного зеркала 1,3 дюйма (33 мм) и фокусное отношение f/5. [21] Он обнаружил, что телескоп работал без искажения цвета, и что он мог видеть с его помощью четыре галилеевых спутника Юпитера и полумесяц планеты Венера . Друг Ньютона Исаак Барроу показал второй телескоп небольшой группе из Королевского общества Лондона в конце 1671 года. Они были настолько впечатлены им, что продемонстрировали его Карлу II в январе 1672 года. Ньютон был принят в члены общества в том же году.
Как и Грегори до него, Ньютону было трудно построить эффективный рефлектор. Было трудно отшлифовать металл зеркала до правильной кривизны. Поверхность также быстро тускнела ; последующая низкая отражательная способность зеркала, а также его небольшой размер означали, что вид через телескоп был очень тусклым по сравнению с современными рефракторами. Из-за этих трудностей в конструкции ньютоновский рефлекторный телескоп изначально не был широко принят. В 1721 году Джон Хэдли показал значительно улучшенную модель Королевскому обществу. [22] Хэдли решил многие проблемы создания параболического зеркала. Его ньютоновский с диаметром зеркала 6 дюймов (150 мм) выгодно отличался от больших воздушных рефракторных телескопов того времени. [23]
^ Сачек, Владимир (2006-07-14). "8.1.1. Ньютоновские внеосевые аберрации" . Получено 2009-09-29 . внеосевые характеристики параболоидного зеркала падают так быстро с увеличением относительной апертуры за пределы ~ƒ/6
^ Книсли, Дэвид (2004). "Tele Vue Paracor Coma Corrector for Newtonians" (PDF) . Обзор телескопа Cloudy Nights . Получено 29.11.2010 .
^ "Телескоп Шмидта-Ньютона". telescopeOptics.net . Получено 28 августа 2012 г. .
^ Руттен, Харри Дж.Дж.; ван Венрой, Мартин AM (1988). Оптика телескопа: оценка и проектирование. ISBN9780943396187.
^ Mollise, Rod (28 февраля 2009 г.). Выбор и использование нового CAT. стр. 101. ISBN9780387097725.
^ 10.1.2. Примеры корректоров субапертуры: Однозеркальные системы – Джонс-Берд
^ "ТЕЛЕСКОПЫ – ОБЗОР И ТИПЫ ТЕЛЕСКОПОВ, КАТАДИОПТРИЧЕСКИЕ НЬЮТОНОВСКИЕ". Архивировано из оригинала 2020-08-11 . Получено 2014-11-18 .
^ Фред Уотсон (2007). Звездочет: Жизнь и времена телескопа. Аллен и Анвин. стр. 108. ISBN978-1-74176-392-8.
^ Проект Галилео > Наука > Зукки, Никколо
^ Дерек Джертсен (1986). Справочник Ньютона. Рутледж и Кеган Пол. п. 562. ИСБН978-0-7102-0279-6.
^ Майкл Уайт (1999). Исаак Ньютон: Последний волшебник. Basic Books. стр. 169. ISBN978-0-7382-0143-6.
^ Майкл Уайт (1999). Исаак Ньютон: Последний волшебник. Basic Books. стр. 170. ISBN978-0-7382-0143-6.
^ Ньютон считал, что для исправления аберрации мало что можно сделать, кроме как сделать линзы с диафрагмой f/50 или больше. « объективное стекло любого телескопа не может собрать все лучи, исходящие из одной точки объекта, так, чтобы они собрались в его фокусе в меньшем пространстве, чем в круглом пространстве, диаметр которого составляет 50-ю часть диаметра его апертуры »
^ Стивен Паркинсон (1870). Трактат по оптике. Macmillan. стр. 112.
^ Генри К. Кинг (1955). История телескопа. стр. 74. ISBN978-0-486-43265-6. Получено 01.08.2013 .
^ Raymond N. Wilson (2007). Reflecting Telescope Optics I: Basic Design Theory and its Historical Development. Springer Science & Business Media. стр. 9. ISBN978-3-540-40106-3.
^ telescope-optics.net Рефлекторные телескопы: ньютоновские, двух- и трехзеркальные системы
^ amazing-space.stsci.edu – Рефлектор Хэдли
^ Полный любитель астрономии – Рефлектор Джона Хэдли
Ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Ньютоновские телескопы» .