Aberracje optyczne

Niestety, nie istnieje teleskop i optyka bez wad. Tu poznasz najważniejsze aberracje optyczne teleskopów astronomicznych.

Aberracja sferyczna to wada, która występuje zarówno w przypadku soczewek, jak i zwierciadeł. Wiązka światła w pobliżu osi optycznej jest załamywana lub odbijana inaczej, niż wiązka światła oddalona od tej osi. Dlatego różne promienie mają różne płaszczyzny (odległości od płaszczyzny głównej) ogniskowania. W teleskopie wada ta widoczna jest jako nieostrość. W przypadku krótkich ogniskowych wada ta jest wyraźniej widoczna niż w przypadku dłuższych. Aberrację sferyczną można wyeliminować poprzez zastosowanie soczewki o asferycznej krzywiźnie, lub zwierciadła parabolicznego.

Ciekawostka: kiedy wyniesiono teleskop Hubble'a na orbitę, okazało się, że dawał nieostre obrazy ponieważ ma aberrację sferyczną. Teleskop musiano wyposażyć w "okulary" korygujące wadę.

Aberracja chromatyczna to wada optyczna występująca w teleskopach soczewkowych, czyli refraktorach. Światło pada na soczewki i ulega załamaniu. Być może pamiętasz to mgliście z lekcji fizyki w szkole. To załamanie światła jest niezbędne, by w ogóle powstał obraz. Światło niebieskie jest załamywane silniej niż czerwone. Oznacza to, że różnie długości fal mają różne ogniskowe.

Wybrażając to sobie praktycznie od strony obrazowania obiektu, można powiedzieć, że światło niebieskie skupia się w innym miejscu niż światło czerwone. Z tego powodu powstaje rozmycie obrazu. Ale to nie wszystko, ponieważ każda z barw daje różne powiększenie. Mówiąc prostym językiem, obraz ma różne powiększenie w poszczególnych barwach. Wynikiem tego są kolorowe obwódki.

Aberrację chromatyczną można skorygować za pomocą optyki achromatycznej. W tym celu za dwuwypukłą soczewką dodatnią umieszcza się soczewkę ujemną i silniejszej dyspersji (rozproszeniu barw). To częściowo niweluje aberrację chromatyczną. Jednak nawet wtedy zauważalna jest niewielka obecność aberracji chromatycznej. Ta szczątkowa aberracja chromatyczna znana jest jako widmo wtórne.

Widmo wtórne również można skorygować, wstawiając dodatkową soczewkę (zwykle jest to kolejna soczewka dodatnia). Aberracja chromatyczna nie występuje w teleskopach zwierciadlanych.

Koma to kolejna wada obrazu, która powstaje głównie z powodu ukośnego padania promieni światła względem osi optycznej. Koma jest często spowodowana nałożeniem się aberracji sferycznej i astygmatyzmu. Podczas obrazowania, wiązka światła przybiera asymetryczny kształt. Powoduje to zniekształcenie obrazu gwiazdy przy krawędzi pola widzenia przypominające warkocz komety, którego nie da się wyostrzyć.

Koma jest szczególnie zauważalna w teleskopach o dużej światłosile, jak np. f/4 czy f/5. Oznacza to, że wada ta dotyka przede wszystkim jasną optykę fotograficzną. W przypadku teleskopów długoogniskowych o małej światłosile (np. f/10), wada ta maleje. Można ją również zminimalizować przysłaniając obiektyw. W przypadku jasnej optyki również można uzyskiwać ostre zdjęcia wykorzystując korektor komy.

Astygmatyzm w teleskopie może być spowodowany przez ukośnie padające promienie światła (astigmatismus = wiązka ukośna). Może być spowodowany zniekształceniami na zwierciadle. Często jednak wynika z dwóch różnych krzywizn zwierciadeł lub soczewek, które mają różne ogniskowe. Jedna wiązka promieni byłaby prostopadła do drugiej. W krążkach dyfrakcyjnych astygmatyzm pojawia się jako wydłużona, zniekształcona struktura.

Krzywizna pola

Krzywizna pola obrazu jest związana z astygmatyzmem.

Obraz jest tworzony na zakrzywionej powierzchni, dlatego środka obrazu i jego krawędzi nigdy nie można wyostrzyć jednocześnie.