Сферическая аберрация (изучаем свой телескоп)

Как известно сферическая аберрация - один из основных источников искажений в оптике телескопа. Она появляется в системах, содержащих элементы со сферическими поверхностями. Причина сферической аберрации в том, что отдельные кольцевые зоны оптической системы фокусируют изображение звезды на различных расстояниях от объектива, т.е. световые лучи, проходящие сквозь краевые зоны сферической линзы (или отражающиеся от сферического зеркала), фокусируются ближе к ним, чем прошедшие ближе к центру. В результате изображение светящейся точки (звезды) выглядит яркой точкой, окруженной постепенно ослабевающим ореолом.

Тем не менее, от сферических поверхностей не отказываются, т.к. они проще в изготовлении, чем асферические, в результате чего сферическая аберрация присутствует в большинстве оптических систем, в том числе телескопов, и порой, если величина сферической аберрации значительна, она существенно влияет на качество конечного изображения.

Довольно уверенно присутствие сферической аберрации можно определить путем даже визуальных наблюдений, рассматривая и сравнимая внефокальные изображения звезды, хотя количественно оценить ее таким образом сложно. Весьма сложно и описать словами тонкие эффекты, создаваемые сферической аберрацией в дифракционных картинах, которые видит глаз во время таких тестов, и, как правило, это всегда требовало приличного опыта. Теперь прекрасным подспорьем в этом деле может служить вышедшая в 1994 г. знаменитая книга Star testing astronomical telescopes Г. Сьютера, где автор привел расчетные дифракционные картины, видимых наблюдателем в различных оптических системах, а также изменения при внесении в них всевозможных искажений. Подобные картины, представляющие собой и модели, 'очищенные' от влияния других аберраций, и их комбинации, будут весьма полезными при оценке наблюдателями качества их приборов.

В этой статье приводятся картины, создаваемые в телескопах только сферической аберрацией, и наблюдатели участники АстроФеста' смогут лично попробовать протестировать имеющиеся приборы с помощью этих картин.

Разумеется, следует помнить, что в реальное изображение, даваемое конкретным оптическим прибором, помимо сферической аберрации, вносят свой вклад также астигматизм, хроматическая аберрация, различные разъюстировки и ряд других существенных факторов, которые по своему влиянию могут и значительно превзойти сферическую аберрацию и даже полностью скрыть ее, но тем не менее, на хороших и более-менее нормально съюстированных приборах она будет заметна и, возможно даже, оценена. Следует также заметить, что расчет автором книги велся для сферической аберрации низших порядков.

Метод оценки заключается в рассматривании и сравнивании между собой расфокусированных изображений звезд, находящихся на оптической оси. При наблюдении следует помнить, что расфокусировать изображение следует на одну и ту же величину и стараться применять максимально возможные увеличения, такие как 2D (D - диаметр телескопа в мм) и даже больше.

Справа у всех картинок приведены значения расфокусировки, снизу значение сферической аберрации:

Примечание. В авторских подписях к рисункам используются термин 'недоисправленная оптика'. Это означает, что речь идет о случае, когда краевые лучи фокусируются ближе осевых, в противном случае, когда, краевые лучи фокусируются дальше, считается, что линза 'переисправлена'.

А. Остапенко