Ce este un telescop astronomic?

In esenta, telescopul optic este un instrument ce concentreaza o imagine din realitate intr-un manunchi suficient de mic de raze astfel incat sa intre prin pupila ochiului uman. Ca un produs secundar al acestei operatii, lumina este intensificata, lumina slaba devenind usor vizibila.

Tipuri de telescoape

Există trei tipuri principale de telescoape, în funcţie de tipul obiectivului colector de lumină:

Refractoare (obiectiv dioptric): cunoscute şi sub numele de lunete, adună şi focalizează lumina prin intermediul unei lentile aflată în partea din faţă a instrumentului.

Refractoarele sunt cel mai popular design de telescoape deoarece din punct de vedere istoric este primul model de telescop apărut. Obiectivul este compus fie din două lentile de densităţi diferite (refractoare acromate sau apocromate în cazul în cazul folosirii cel puţin a unui element din sticlă ED - extra low dispersion sau a unei lentile din cristal fluorura de calciu), fie din trei sau patru lentile (în general refractoare apocromate) pentru a reduce sau chiar anula aberaţia cromatică specifică fiecărui tip de sticlă.

Avantajele refractoarelor sunt date de: a) lipsa obstrucţiei centrale în calea razelor de lumină, specifică celorlalte tipuri de telescoape, ceea ce duce la un contrast foarte mare; b) îşi menţin foarte bine alinierea opticii necesitând întreţinere foarte puţină sau deloc; c) sunt utilizabile atât la observaţii astronomice, cât şi la observaţii terestre şi d) corectia culorii este foarte bună în refractorele acromate şi excelentă în refractoarele apocromate ED sau cele cu fluorit.

Dezavantajele principale sunt greutatea şi preţul lor mare pe măsură ce creşte dimeniunea obiectivului astfel că în general refractoarele sunt realizate cu aperturi mai mici decât celelalte designuri de telescoape, precum şi aberaţia cromatică specifică modelelor acromate.

Reflectoare newtoniene (obiectiv cataoptric): cunoscute şi sub numele de telescoape, adună şi focalizează lumina prin intermediul unei oglinzi aflată în partea din spate a instrumentului.

Telescopul newtonian este cel mai simplu dintre telescoapele reflectoare. Oglinda principală este din sticlă şlefuită sub formă sferică în cazul oglinzilor mici (de obicei până la 114 cm) şi sub formă parabolică în cazul oglinzilor mai mari şi a celor cu un raport focal mic (în general sub f/8). Parabolizarea este necesară pentru a corecta aberaţia de sfericitate specifică oglinzilor sferice (razele de lumină nu sunt focalizate într-un acelaşi punct decât de partea centrală a oglinzii). Discul de sticlă este acoperit cu un strat de aluminiu, protejat la exterior cu un strat de protecţie în general din SiO2. Oglinda secundară are rolul de a reflecta razele de lumină sub un unghi de 90 pentru a menţine capul observatorului înafara acestora şi a le dirija spre ocular. Imaginea produsă de reflectoarele newtoniene este inversată şi în oglindă, însă pentru observaţii astronomice aceasta nu contează pentru că în spaţiu nu există direcţiile sus-jos, stânga-dreapta.

Principalele avantaje ale reflectoarelor newtoniene sunt: a) cel mai mic cost/diametru apertură comparativ cu celelalte designuri deoarece oglinzile pot fi produse cu un cost mai mic decât lentilele; b) instrumentele cu oglinzi cu distanţe focale până la 1200mm sunt destul de compacte şi portabile; c) datorită aperturilor mari ale reflectoarelor newtoniene acestea sunt excelente pentru observaţii şi astrofotografie la obiecte deepsky puţin luminoase precum galaxii îndepărtate, nebuloase, roiuri de stele; d) sunt foarte bune pentru observaţii planetare şi lunare, instrumentele cu diametre mari permiţând rezolvarea de detalii fine.

Principalele dezavantaje ale designului newtonian sunt date de obstrucţia centrală a razelor de lumină dată de oglinda secundară şi de faptul că pentru dimensiuni mari ale oglinzii principale lungimea tubului va fi şi ea mare astfel că pentru a ajunge la ocular în cazul în care telescopul este îndreptat spre zenit este nevoie de scară. Efectul principal al obstrucţiei centrale este reducerea contrastului, însă aceasta nu este majoră până la obstrucţii de aproximativ 30-35% din diametru, rar atinse de telescoapele newtoniene, în general obstrucţia centrală încadrându-se între 20% şi 29% din diametru. Aceste neajunsuri sunt compensate însă de simplitatea sa şi mai ales valorea scăzută a preţului său de producţie per centimetru de apertură.

Catadioptrice: adună şi focalizează lumina prin intermediul unei lentile aflate la partea din faţă a instrumentului ce colectează şi defocalizează lumina pentru a corecta aberaţia de sfericitate a oglinzii principale, a unei oglinzi sferice aflate la partea din spate a instrumentului ce focalizează lumina şi a unei oglinzi secundare aflate în mijlocul lentilei corectoare ce amplifică distanţa focală şi focalizează razele de lumină în ocular printr-o gaură localizată în mijlocul oglinzii principale. Rezultatul este un telescop cu o oglindă mare, o distanţă focală lungă (de obicei între f/10 şi f/15) totul împachetat într-un tub de lungime mică.

Există mai multe tipuri de instrumente catadioptrice, cele mai frecvent întâlnite fiind Schmidt-Cassegrain, Maksutov-Cassegrain, Schmidt-Newtonian, Maksutov-Newtonian, Dall-Kirkham şi Ritchey-Cretien.

Designul Schmidt-Cassegrain foloseşte ca lentilă corectoare o placă subţire de sticlă de formă cuadratică (sub formă de W turtit) pentru a corecta aberaţia de sfericitate oglinzii principale.

Avantajele telescoapelor Schmidt-Cassegrain sunt: a) este designul de telescop optic cel mai versatil, adecvat pentru realizarea de observaţii cu scopuri multiple: observaţii vizuale şi astrofotografie, observaţii deepsky şi observaţii planetare şi lunare; b) combină avantajele optice atât a lentilelor, cât şi a oglinzilor, eliminând în acelaşi timp dezavantajele acestor două medii optice; c) optica este excelentă, iar imaginile sunt clar focalizate pe un câmp vizual larg; d) poate fi folosit cu succes pentru observaţii şi fotografii terestre; e) raportul focal este în jur la f/10 şi poate fi redus cu ajutorul unor lentile reducătoare de focală special optimizate pentru acest design; f) designul cu tub închis reduce curenţii de aer instrumentali ce degradează imaginile; g) instrumentele sunt foarte compacte şi portabile; h) telescoapele sunt durabile în timp şi necesită foarte puţină întreţinere; i) telescoapele schmidt-cassegrain oferă aperturi mari la costuri rezonabile, mult mai ieftine decât refractoarele de apertură asemănătoare; j) sunt disponibile o serie de accesorii pentru optimizarea telescopului pentru diferite tipuri de observaţii.

Dezavantajele telescoapelor Schmidt-Cassegrain sunt: a) telescoapele Schmidt-Cassegrain sunt mai scumpe decât telescoapele reflectoare newtoniene de apertură egală; b) o uşoară scădere a contrastului comparativ cu refractoarele datorită obstrucţiei realizată de oglinda secundară, însă aceasta este acceptată de către astronomi datorită avantajelor pe care le oferă acest design de telescop, iar la aperturi mari reducerea de contrast este puternic compensată de rezoluţia oferită.

Designul Maksutov-Cassegrain foloseşte ca lentilă corectoare un menisc gros de sticlă. Deşi curbele meniscului sunt foarte mari, faptul că se utilizează doar suprafeţe sferice face ca acesta să fie uşor de şlefuit. Oglinda secundară este fie o pată aluminizată pe partea interioară a meniscului corector, fie este construită separat şi prinsă în centrul meniscului corector.

Avantajele telescoapelor Maksutov-Cassegrain comparativ cu telescoapele Schmidt-Cassegrain: a) obstrucţia secundară mai mică, ce produce o uşoară creştere a contrastului planetar; b) mult mai ieftin de produs în aperturi mici pană la 180mm diametrul

Dezvantajele telescoapelor Maksutov-Cassegrain comparativ cu telescoapele Schmidt-Cassegrain: a) sunt mai grele decât telescoapele Schmidt-Cassegrain datorită meniscului gros; b) timpi mai mari pentru aclimatizare la temperatura mediului ambiant odată cu creşterea diametrului; c) distanţa focală în general mai mare rezultă în câmpuri vizuale mai înguste

Se pot construi şi telescoape newtoniene catadioptrice prin montarea la partea din faţă a unei lentile Schmidt sau a unui menisc. Obţinem astfel fie un Schmidt-Newtonian (în imaginea de mai sus), fie un Maksutov-Newtonian. În cazul acestor două designuri, oglinda principală este sferică, iar aberaţia de sfericitate este corectată de lentilele corectoare. Designul catadioptric permite utilizarea unor oglinzi cu distanţă focală scurtă, fără a avea efectele negative ale acestora, în special coma specifică oglinzilor parabolice şi aberaţia de sfericitate specifică oglinzilor sferice.

Mai există un model de telescop newtonian catadioptric obţinut prin montarea în focalizator a unei lentile barlow, așa numitul design John-Bird. Aceste telescoape apar de cele mai multe ori cu denumirea de "tub scurt", tubul optic fiind mai scurt decat un reflector newtonian de aceeasi apertura si cu aceeasi distanta focala, dar care nu utilizează lentila barlow in focalizator. Deşi din punct de vedere teoretic un asemenea telescop ar trebui să producă imagini de aceeaşi calitate ca şi celelalte modele, în realitate imaginile obţinute prin cele mai multe asemenea telescoape sunt de calitate scăzută din cauza calităţii slabe a oglinzii, a lentilei barlow utilizate si a mecanicii deficitare a tubului optic. În general sunt utilizate oglinzi sferice cu distanţe focale foarte mici (sub f/5). Pe lângă problemele generate de aberaţia de sfericitate a unei asemenea oglinzi, lentila barlow montată în focalizator generează probleme de colimare a telescopului.