Część 13 - Jakie lunety są odpowiednie do astrofotografii

Wybranie odpowiedniego teleskopu, odpowiadającego własnym potrzebom i dostępnemu budżetowi, z bogatej oferty nie jest łatwym zadaniem.

Część 13: Jakie teleskopy są odpowiednie do astrofotografii

Osoba zainteresowana astronomią ogólnie i astrofotografią w szczególności w końcu będzie odczuwać pragnienie posiadania własnego teleskopu. Chociaż obserwacje wizualne są możliwe nawet za pomocą zwykłego oka lub lornetki, a nawet zadziwiające astrofotografie można uzyskać bez teleskopu (patrz części 1-4 tej serii poradników), to dopiero teleskop umożliwia dostęp do niezliczonych mniejszych i/lub słabiej oświetlonych obiektów na niebie.

Oferta teleskopów jest ogromna i na początku przytłaczająca, obietnice reklamowe są przesadne. Ten poradnik ma zatem rozważyć, jakie teleskopy są odpowiednie do astrofotografii i mogą być polecane. Na wstępie należy zaznaczyć, że nie ma jednego „najlepszego” teleskopu na wszystkie cele. Oferowane konstrukcje i systemy optyczne mają swoje specyficzne zalety i wady, niektóre nadają się do szerokiego spektrum zastosowań, inne są specjalistami, których zalety ujawniają się tylko przy obserwacji określonych obiektów. Nawet duży, potężny teleskop może być niewłaściwym wyborem, jeśli jego rozmiar i waga powodują, że rzadko jest używany, ponieważ obsługa i transport są zbyt uciążliwe.

Warto zauważyć, że wymagania stawiane teleskopowi do celów astrofotograficznych są znacznie wyższe niż wymagania stawiane urządzeniu do wizualnej obserwacji nieba. Podczas gdy do oglądania potrzebne mogą być nawet teleskopy z niższej półki cenowej, do fotografowania tylko lepsze, ale i droższe modele wchodzą w grę.

Oto wybór punktów, które są istotne:

• Jakość obrazu

Każdy teleskop z precyzyjną optyką na osi optycznej dostarcza akceptowalnej jakości obraz. Dla celów wizualnych jest to wystarczające, ale dla fotografii ważne jest, aby gwiazdy były odwzorowane ostro także poza osią optyczną - najlepiej aż do krawędzi obrazu. Im większa powierzchnia matrycy w używanym aparacie, tym trudniejsze jest spełnienie tego warunku.

• Pole widzenia

Większość teleskopów nie jest w stanie równomiernie oświetlić „matrycy pełnoklatkowej” o rozmiarze 24x36 mm bez winietowania; wtedy powstają ciemne zakątki na każdym obrazie. Nawet przy matrycach „APS-C” (1,6-krotne przycięcie, 15x22 mm) niektóre teleskopy nadal wykazują słabości w tej dyscyplinie.

• Wyciąg okularowy

Przy użyciu cyfrowego aparatu lustrzanego (DSLR) wyciąg okularowy musi mieć minimalną średnicę dwóch cali. Istotna jest również mechanika wykonania wyciągu okularowego. Powinien być wystarczająco stabilny, aby po podłączeniu ciężkiego aparatu DSLR nie pojawiały się przechylenia. Do precyzyjnego i delikatnego ustawiania ostrości przydatne jest jego dokładne przełożenie ruchu skupiającego.

Stabilny wyciąg okularowy 2-calowy z precyzyjnym mechanizmem skupiania: Duża czarna tarcza służy do zadbania o ogólną ostrość, a ta złota jest dziesięciokrotnie przełożona, co umożliwia delikatne ustawienie.

Ten wyciąg okularowy firmy Meade również oferuje przekładnie podczas skupiania. W obszarze niebieskiego pierścienia istnieje dodatkowo możliwość rotacji wokół osi optycznej, aby dostosować najlepsze kadrowanie obrazu.

Ten wyciąg okularowy 1,25-calowy jest za mały, aby podłączyć do niego cyfrowy aparat lustrzany. Chromowane wykończenie maskuje fakt, że jest on w całości wykonany z tworzywa sztucznego i nie spełnia wymagań fotograficznych co do stabilności.





• Stabilność temperaturowa

Zazwyczaj temperatura stopniowo spada w ciągu nocy. W zależności od zastosowanych materiałów do tubusu i wyciągu okularowego może to spowodować przesunięcie punktu skupienia, wymagając częstego ponownego ustawiania ostrości. Przyjemniej jest korzystać z urządzenia, w którym ponowne ustawienie ostrości pomimo obniżającej się temperatury nie będzie konieczne lub będzie rzadkie.

• Korekcja pola obrazu

Większość systemów optycznych teleskopów amatorskich cierpi na zniekształcenia pola obrazu, czyli płaszczyzna ostrości nie jest płaska, lecz półkulista. Oznacza to nieuchronne powstawanie rozmyć na zdjęciach, w zależności od tego, na który punkt jest skupiona ostrość. Im większa powierzchnia matrycy, tym problem jest wyraźniejszy. Pomocne jest zastosowanie specjalnego korektora pola obrazu zaprojektowanego specjalnie dla danego systemu optycznego, choć nie jest on dostępny dla wszystkich teleskopów.

• Współczynnik otwarcia

Współczynnik otwarcia oblicza się dzieląc ogniskową przez wolną aperturę obiektywu lub głównego zwierciadła. Wynik to liczba identyczna z przysłoną obiektywu fotograficznego. Im mniejsza liczba, tym teleskop jest bardziej światłosiłowy. Duża światłosiła oznacza krótsze czasy naświetlania, co jest dużą zaletą przy fotografowaniu obiektów słabych światłem z głębokiego nieba. Z powodu krótkich czasów naświetlania obiektywy o dużej światłosiły określane są jako „szybkie”, te zaś o niskiej światłosiły jako „wolne”.

• Błędy obrazu (aberracje)

Do celów fotograficznych nadają się tylko teleskopy, których błędy obrazu (aberracje) są na tyle małe, że nie są widoczne lub widoczne są tylko z trudnością na zdjęciach.

Rozdzielczość i zdolność skupiania jak najwięcej światła zależy wyłącznie od średnicy zewnętrznej obiektywu teleskopu (soczewka lub zwierciadło), którą astronomowie zwykle nazywają aperture i podają w calach (1 cal = 2,54 centymetra). Jednak dla fotografii ważniejsze jest współczucie otwarcia, czyli przysłona, ponieważ od niej zależy czas naświetlania. Oczywiście: Chcąc osiągnąć długie ogniskowe przy „szybkim” stosunku otwarcia, konieczne są duże przekroje.

Należy zauważyć, że cena, waga i wymiary teleskopu rosną bardzo szybko wraz ze wzrostem przekroju.

Obok tych wymagań decydujące znaczenie mają również indywidualne życzenia i preferencje w wyborze teleskopu. Zwłaszcza ogniskowa w połączeniu z formatem matrycy decyduje o efektywnym polu widzenia. Podczas gdy rozległe obiekty na niebie, takie jak galaktyka Andromedy czy mgławica Oriona, mogą być uchwycone wypełniająco na zdjęciu przy ogniskowej 500 mm, mniejsze obiekty, takie jak mgławica Pierścień czy planeta, wymagają znacznie dłuższej ogniskowej.

Soczewki czy lustra?

Podstawową różnicę między teleskopami można zauważyć, gdy spojrzy się na składniki optyczne odpowiedzialne za generowanie obrazu. Jeśli obiektyw składa się tylko z soczewek, mówimy o teleskopie soczewkowym, zw. również refraktorem. Jeśli za obiektyw służą wyłącznie lustra, to mamy do czynienia z teleskopem zwierciadlanym, czyli reflektorem. Gdy zarówno lustra, jak i soczewki generują obraz, mówimy o systemie katadioptrycznym.

1. Teleskop soczewkowy (refraktor)

Reflektor najlepiej odpowiada wyobrażeniu laika o teleskopie: na przodzie tubusu znajduje się obiektyw z co najmniej dwiema soczewkami, podczas gdy na tylnym końcu aparat fotograficzny jest podłączany bez dodatkowych elementów optycznych. Teleskop soczewkowy jest zatem ściśle uproszczoną formą obiektywu teleobiektywu o stałej ogniskowej. W przeciwieństwie do obiektywów teleobiektywów, które są bardziej złożone w konstrukcji, długość tubusu jest krótsza niż efektywna ogniskowa. W przypadku refraktorów nie zachodzi ten efekt, dlatego długość tubusu jest w przybliżeniu równa rzeczywistej ogniskowej.

Schematyczne przedstawienie refraktora. Światło gwiazd pada z lewej strony, pada na obiektyw z soczewek szklanych i jest skupiane przez nie w jednym punkcie na matrycy aparatu.





Refraktory cierpią na problem tzw. aberracji chromatycznej, błędu powodującego rozszczepienie kolorów, który wynika z różnej dyspersji światła w soczewkach w zależności od długości fali.



Schematyczne przedstawienie aberracji chromatycznej: Soczewka działa jednocześnie jak pryzmat i rozdziela światło na składowe. Dla każdej długości fali (=koloru) powstaje inny punkt ogniskowy.



Soczewka działa więc jednocześnie jak pryzmat i rozdziela światło na jego składowe spektralne. Skutkuje to tym, że pojedynczy obiektyw nie ma rzeczywistego punktu ogniskowego, ale skupia kolory niebieski, zielony i czerwony w punktach ogniskowych usytuowanych w różnych miejscach; w sumie daje to „linię ogniskową”. Ogniskowa dla światła czerwonego jest dłuższa niż dla światła niebieskiego. Soczewki takiego rodzaju, zwane chromatami, są po prostu nieprzydatne do obserwacji wizualnej ani do fotografii, ponieważ jakość obrazu jest nie do przyjęcia ze względu na wyraźnie zarysowane, kolorowe aureole wokół gwiazd. Chromaty spotyka się głównie w „teleskopach zabawkowych”.

Pewną poprawę osiąga się poprzez obiektyw złożony z dwóch soczewek wykonanych z różnych szkieł, co pozwala na skupienie w jednym punkcie co najmniej dwóch z trzech głównych długości fal. Lokalizacja ogniskowa trzeciej (w praktyce zazwyczaj niebieskiej) jest wciąż różna, więc nawet przy najlepszym wyostrzeniu na zdjęciach widoczne są niechciane niebieskie obramowania wokół gwiazd. Teleskopy tego rodzaju noszą nazwę achromatów lub teleskopów frauhoferowskich i są stosunkowo niedrogie. Z powodu pozostałego błędu kolorowego nie są odpowiednie do zastosowań fotograficznych, a co najwyżej w niewielkim stopniu. Im większa jasność obiektywu refraktora, tym silniejszy jest efekt aberracji chromatycznej.



Schematyczne przedstawienie achromatu: Dwie soczewki z różnych rodzajów szkła łączone są w taki sposób, że co najmniej dwie główne długości fal (tutaj czerwony i zielony) skupiane są w jednym punkcie ogniskowym, podczas gdy światło niebieskie nadal ma inną lokalizację ogniskową.

Kolimator achromatyczny Bressera o 5-calowej aperturze i zintegrowanej soczewce wyrównującej pole obrazu to już imponujący instrument. Pozostały błąd kolorowy objawi się w postaci niebieskich obramowań wokół jasnych gwiazd. Cena: 480 euro.

Obiektyw tego u Bressera refraktora po usunięciu osłony przeciwtłuściowej pokazuje trzy pary śrub regulacyjnych (po jednej dla śruby ciągnącej i dociskowej). Pozwala to ustawić obiektyw tak, aby oś optyczna pokrywała się z linią środkową tubusu. W praktyce konieczność takiej regulacji jest bardzo rzadka. Zielonkawa powłoka na soczewkach zapobiega dużej stracie światła przez odbicia.

Najdoskonalszą formą refraktora jest apochromat, w którym zazwyczaj troje soczewek eliminuje całkowicie aberrację chromatyczną lub przynajmniej redukuje ją do minimum, aby nie miała praktycznego znaczenia. Jedna z soczewek jest wykonana z ekskluzywnej i kosztownej szklanej oprawy, co pozwala na skupienie trzech długości fal w jednym punkcie ogniskowym. Rezultatem jest obraz całkowicie wolny od kolorowych smug wokół jasnych obiektów. Niestety terminy apochromat oraz odpowiedni przymiotnik apochromatyczny nie są objęte normami przemysłowymi, więc na rynku można znaleźć urządzenia, które posiadają miano apochromatu, ale w praktyce wciąż wykazują pewne pozostałości aberracji chromatycznej.



Schematyczne przedstawienie apochromatu: Obiektyw (najczęściej) trójsoczewkowy potrafi skupić praktycznie wszystkie długości fal w jednym wspólnym punkcie ogniskowym – efektem jest zdjęcie bez widocznego błędu kolorowego. Jedna z soczewek musi być wykonana z kosztownego szkła specjalnego.

Ten apochromat jest w dużej mierze wiernym odwzorowaniem kolorów, ma 90 milimetrów. Producentem jest William Optics, a jego cena przekracza 800 euro.

Rzucając okiem na obiektyw widzimy wysoką jakość powłoki, ponieważ soczewki są praktycznie niewidoczne. Długość ogniskowa wynosi 621 milimetrów, a liczba przysłony 1:6,9.

Apochromaty producenta LZOS należą do najlepiej skorygowanych refraktorów na świecie. Na zdjęciu przedstawiony jest obiektyw o średnicy 115 milimetrów (4,5 cala) i ogniskowej 805 milimetrów (przysłona 1:7). Wraz z tubusem i wyciągiem okularowym należy przewidzieć na nie ponad 3000 euro.

Dwa apochromaty marki Astro-Physics: Biały teleskop to refraktor o średnicy 6,1 cala (155 milimetrów), o przysłonie 1:7, a mniejszy teleskop przyłączony do niego to apochromat o średnicy 4,1 cala przy przysłonie 1:6 (ogniskowa 630 milimetrów). Widać wyraźnie, jak dużą różnicę w wymiarach i wadze stanowi dwa cale różnicy w średnicy.

Refraktory o średnicy powyżej 7 cali są praktycznie nieprzenośne. Duże urządzenie na następującym zdjęciu to 10-calowy apochromat o przysłonie 1:14, a mniejsze przyłączone urządzenie to 5,1-calowy apochromat o przysłonie 1:8. Zostały one zamocowane na stałe w kopule obserwatorium astronomicznego Welzheim.

Pomiędzy achromatem a apochromatem klasyfikuje się soczewki ED, semi- lub półapochromatyczne, które zapewniają zauważalnie lepszą korekcję błędów chromatycznych niż achromaty, nie osiągając jednak doskonałości prawdziwego apochromatu.

Możliwe jest to dzięki zastosowaniu specjalnego szkła dla jednej z soczewek. Pod względem cenowym te urządzenia są dość interesujące, a niektóre modele oferują niezłą wydajność fotograficzną.

Półapochromaty często posiadają oznaczenie „ED”. Korekta aberracji chromatycznej jest znacznie lepsza niż w przypadku achromatów, ale nie osiąga perfekcji prawdziwego apochromatu. Stosunek jakości do ceny jest uznawany za zrównoważony i atrakcyjny. To urządzenie o średnicy 80 milimetrów i ogniskowej 600 milimetrów jest dostępne już od 350 euro:

Ten refraktor ED ma 100 milimetrów średnicy (4 cale) i ogniskową 900 milimetrów (przysłona 1:9). Jego cena wynosi około 700 euro.

Widok na (nierozstrajalny) obiektyw połączonego z góry refraktora ED-60/800:

Z lewej strony zdjęcie Mgławicy Oriona z achromatem. Wyraźnie widoczne są niebieskie otoki wokół jasnych gwiazd jako wynik aberracji chromatycznej. Półapochromat (ED, obraz po prawej) znacznie redukuje ten błąd odwzorowania:

Zalety i wady refraktora można oprzeć na poniższych obszarach:

• Prosta obsługa
• Regulacja optyki jest rzadko konieczna lub w ogóle niepotrzebna
• Szybka gotowość do użycia bez długiego czasu schładzania
• Najlepszy wybór do fotografowania Słońca (patrz Tutorial Nr 6)
• Odporność na boczne oświetlenie
• Brak obstrukcji w drodze promienia światła przez zwierciadło odchylenia (patrz także teleskopy zwierciadlane)
• Wysoka transmisja bez znaczących strat światła z powodu rozpraszania i odbicia
• Odwzorowanie gwiazd bez „promieni”
• (Teoretycznie) najlepsza możliwa jakość obrazu przy danej średnicy (Apochromat)
  
  
• Wraz z przekroczeniem 6-calowej średnicy utrudnienie obsługi związane z wielkością i wagą
• Aberracja chromatyczna achromatów
• Wysoka cena apochromatów
• Średnice powyżej 7 cali praktycznie tylko jako urządzenia obserwacyjne w obserwatoriach astronomicznych
  
  

2. Teleskop zwierciadlany (Reflektor)

Obiektyw teleskopu zwierciadlanego składa się z zwierciadła optycznego, które jest w pierwszym przybliżeniu szlifowane w formie kulistej w materiale szklanym lub szklano-ceramicznym, a następnie pokrywane refleksyjną powierzchnią. Po dokładniejszym przyjrzeniu się można zauważyć, że powierzchnia zwierciadła w zależności od typu konstrukcji lekko różni się od powierzchni kulistej.

Ponieważ ogniskiem zwierciadła jest w zasadzie punkt na drodze promienia światła, aparat fotograficzny (przynajmniej w przypadku teleskopów klasy amatorskiej) nie może być umieszczony bezpośrednio tam, ponieważ blokowałby zbyt dużą część padającego światła. Dlatego reflektory posiadają drugie zwierciadło, tzw. zwierciadło wtórne. Jest on umieszczony przed ogniskiem, przekierowuje zbierane światło głównego zwierciadła z tubusu, gdzie jest ono zbieżne w ognisku i tam można zamocować aparat fotograficzny.

Ponieważ zwierciadło wtórne znajduje się na drodze promienia światła, musi być ono utrzymywane poprzez pręty, tzw. "pająk". Z kolei "pająk" jest zamocowany do wewnętrznej ściany tubusu. Zwierciadło wtórne wraz z "pająkiem" na drodze promienia jest więc koniecznym złem, które zostanie omówione poniżej.

Ważne jest na początku, że zwierciadło wtórne na zdjęciu nie jest widoczne, ani jako ostry, ani jako nieostry zarys. W zależności od średnicy, zacienia on jednak część padającego wiązki promieni, co powoduje pewne straty w jasności. Jednak te straty są minimalne: Nawet zwierciadło wtórne, którego średnica liniowa wynosi 30 procent średnicy zwierciadła głównego, zaciera tylko dziewięć procent padającego światła.

Drugim efektem zwierciadła wtórnego jest zmniejszenie ogólnego kontrastu, które maleje im większa jest średnica zwierciadła wtórnego. Fotograficznie ten wpływ jest pomijalny, ewentualnie istotny przy obserwacji wizualnej planet z ich już niewielkimi detalami o dużym kontraście. Natomiast pręty zwierciadła wtórnego pozostawiają na zdjęciach widoczne ślady w postaci „promieni” wokół jasnych gwiazd.

Formularz zginany jest podwójnie, gdzie drugi obraz jest przesunięty o 180 stopni względem pierwszego. Czteroramienna pająk generuje cztery promienie jasnych gwiazd, a trzy belki tworzące sześć.



Refraktor obrazuje gwiazdy bez "promieni" (po lewej). Natomiast belki fangspiegla reflektora Newtona generują obraz promieni poprzez dyfrakcję światła gwiazdowego (po prawej).



Teleskopy lustrzane są ogólnie wolne od aberracji chromatycznej, ponieważ odbicie światła ma miejsce niezależnie od jego długości fali.

Poniżej przedstawione zostaną trzy popularne typy teleskopów lustrzanych.

2.1 Reflektor Newtona

Niewielkie urządzenia tego typu posiadają niedrogie zwierciadło główne szlifowane sferycznie, nieco większe – zwierciadło paraboliczne, którego kształt odbiega od kuli, aby poprawić jakość obrazu. Przed osiągnięciem punktu ogniskowego eliptyczne, jednak płaskie zwierciadło wtórne kieruje światło pod kątem 90 stopni przez otwór w ścianie tubusu. Oznacza to, że pozycja obserwacyjna lub kamery znajduje się po boku przedniego końca tubusa teleskopu, początkowo nieco nietypowa konfiguracja. Ponieważ w teleskopach tego typu tylko jedna powierzchnia jest optycznie czynna, mogą być względnie niedrogie w produkcji.

Do fotografii bardziej odpowiednie są modele z dużym fangspieglem niż te z małym, aby oświetlić nawet większe sensory obrazowe aż do rogów obrazu. Wówczas mówi się także o fotooptymalizowanych teleskopach Newtona lub po prostu o "Foto-Newtonie". Teleskopy Newtona mogą być produkowane z dużą aperturą i "szybkimi" stosunkami ogniskowej, ale systemowo poza osią optyczną pokazują błąd obrazu Koma, który objawia się gwiazdami o kształcie kometa na obwodzie obrazu. Rozwiązaniem jest dodatkowy system soczewek w wysuwie okularowym, tzw. koryktor Komy.



Schematyczne przedstawienie Reflektora Newtona: Światło wpadające z lewej strony trafia najpierw do zwierciadła wklęsłego, jest przez nie załamywane, a przed dotarciem do ogniskowego jest wypychane z tubusa przez zwierciadło główne zadbane o 45 stopni.

Observacja w Reflektorze Newtona znajduje się po boku przedniego końca teleskopu (czerwona strzałka).

Widok w otwór Reflektora Newtona. Widoczny jest fangspiegel podwieszony na czterech cienkich belkach. Daleko z tyłu widać zwierciadło główne. Ku górze po prawej stronie wystaje wysuw okularowy.

Fotograficznie zoptymalizowany Reflektor Newtona firmy Vixen. Ponownie wysuw okularowy, do którego przypinany jest aparat, zaznaczony jest czerwoną strzałką. Ten sprzęt ma 8 cali (200 milimetrów) apertury i 800 milimetrów ogniskowej, co daje "szybkie" stosunki ogniskowej 1:4. Teleskop kosztuje około 1100 euro bez montowania.

Spojrzenie w otwór Vixen-Foto-Newton-Reflektora pokazuje, że fangspiegel ma dość dużą średnicę, aby oświetlić nawet większe sensory obrazowe. Belki, na których zawieszony jest fangspiegel, są dość grube, ale również odpowiadająco stabilne.

Bardzo prosty model Reflektora Newtona, znany jako "Teleskop Dobsena", jest łatwy w montażu. Ze względu na montaż takie urządzenia nie nadają się jednak do celów fotograficznych.



Do celów wizualnych teleskopy „Dobsona” cieszą się dużym zainteresowaniem. Są to bardzo proste w montażu Reflektory Newtona, ale ze względu na montaż nie nadają się do robienia długich zdjęć astrofotograficznych.

2.2 Reflektor Cassegraina

Przy tym typie zwierciadło główne jest paraboliczne. Natomiast fangspiegel nie jest, jak w przypadku Newtona, płaski, ale wypukło-hiperboliczny (a więc optycznie czynny) i ustawiony tak, by zespół promieni był odbijany z powrotem w kierunku zwierciadła głównego. Ten jest przekłuty w środku, więc okular lub aparat fotograficzny jest mocowany na tylnej końcówce tubusa. Zatem pozycja odczytu odpowiada tej samej jak dla refraktora.



Schematyczne przedstawienie Reflektora Cassegraina: Zwierciadło główne (po prawej) skupia wpadające światło na zwierciadle wtórnym (po lewej). Ten odbija je poprzez centralne otwory zwierciadła głównego, gdzie ostatecznie jest łączone poza tubusem w jednym punkcie ogniskowym.

Wysuw okularowy w Reflektorze Cassegraina, do którego można podłączyć aparat, znajduje się z tyłu w kierunku patrzenia przez teleskop (czerwona strzałka), podobnie jak w przypadku refraktora:





Reflektory Cassegraina są obecnie dostępne tylko w pojedynczych przypadkach. Ich pole obrazu jest zakrzywione i pokazują błędy obrazu poza osią, w tym Koma. Dopiero z odpowiednim korektorem z zestrojonego systemu soczewek można te błędy zmniejszyć na tyle, że otrzymamy fotograficznie przydatny teleskop z wystarczająco dużym polem obrazu dla formatu sensora aparatu cyfrowego lustrzanego.

2.3 Reflektor Ritchey-Chrétien

On bardzo przypomina Reflektor Cassegraina, ale używa dwóch hiperbolicznych kształtów luster, jednego dla głównego i jednego dla lustra wtórnego. Dzięki temu można wyeliminować komę występującą w Cassegrainach, ale nie można zlikwidować, wciąż wymaga on korektora z soczewek do walki z zniekształceniem pola obrazu. Jednak ten rodzaj konstrukcji zapewnia dobrą jakość obrazu aż do krawędzi nawet większych czujników obrazowych. Dlatego wiele największych teleskopów na Ziemi, a także Teleskop Kosmiczny Hubble'a, ma konfigurację jako Reflektory Ritchey-Chrétien.

Te instrumenty specjalnie dostosowane do celów fotograficznych czasem są nazywane również Astrografami. Wiele Reflektorów Ritchey-Chrétien jest wytwarzanych tylko z relatywnie dużym otwarciem i są dość drogie. Zostają one więc zarezerwowane dla ambitnych amatorów.

Schematyczne przedstawienie Reflektora Ritchey-Chrétien: Przebieg promieni jest dokładnie taki sam jak w Reflektorze Cassegraina; jedynie oba lustra mają lekko różne kształty powierzchni, dzięki czemu błędy obrazu poza osią optyczną są lepiej korygowane:

Reflektor Ritchey-Chrétien z 20 calami (50 centymetrów) średnicy to już niemal profesjonalne urządzenie. Sam teleskop marki RCOS z USA kosztuje 46 000 euro, bez montażu.

Zalety i wady reflektorów można podsumować następująco:

• Duże średnice przy stosunkowo niskich kosztach zakupu (Newton)
• Brak aberracji chromatycznej
• Dostępne wersje o dużej jasności (Newton)
• Średnie czasy wychładzania dzięki tubusowi otwartemu z przodu
• Bardzo wysoka jakość obrazu dla dużych czujników obrazowych (Ritchey-Chrétien z soczewką do wyostrzania pola obrazu)
• Długość konstrukcji znacznie krótsza niż ogniskowa (Cassegrain, Ritchey-Chrétien)
  
  
• Brud na głównym lustrze może dostać się przez otwarty tubus
• Co pewien czas wymagana korekcja luster (kolimacja)
• Utrata światła i kontrastu przez lusterko wtórne na drodze promienia
• Utrata światła przez ograniczony stopień odbicia luster
• Ograniczone zastosowanie do obserwacji Słońca
• Ograniczone zastosowanie do obserwacji ziemskich w dzień (np. ptaki)
• Promieniowanie wokół jasnych gwiazd z powodu ramienia lustra wtórnego
  
  
  
  Trzy pary śrub (jedna do dociskania, druga do rozciągania) pozwalają na precyzyjne dostrojenie głównego lustra w Reflektorze Newtona. Zdjęcie przedstawia tył tubusa.
  
  
  
  

Za pomocą trzech dodatkowych śrub można dostroić lusterko wtórne Reflektora Newtona do optymalnej pozycji. Dopasowanie optyki Reflektora Newtona nie jest czarną magią, ale trzeba się jej nauczyć.

3. System katadioptryczny

Teleskopy katadioptryczne do generowania obrazów stosują lustra i soczewki, ale opierają się na opisanych powyżej Reflektorach Newtona i Cassegraina. W założeniu dodanie dodatkowego elementu soczewkowego na przednim końcu, czyli w obszarze źrenicy wejściowej, ma na celu poprawę jakości obrazu poza osią optyczną, często w połączeniu z łatwiejszym i taniszym w produkcji kształtem powierzchni głównego lustra. Zastosowany element soczewkowy powoduje wynikowy błąd chromatyczny, który jednak – w porównaniu z refraktorom achromatycznym – jest minimalny i w praktyce trudny do zauważenia. Jeśli dodane soczewki są cienkie i asferyczne, to są one określane jako "Płyta Schmidta" i nazwa teleskopu zaczyna się od przedrostka "Schmidt-". Jeśli soczewka jest stosunkowo gruba i sferycznie wyprodukowana, mówi się o "Teleskopie Maksutowa".

Soczewka służy również jako mocowanie lustra wtórnego, dzięki czemu można zrezygnować z mocowania lustra wtórnego i nie powoduje to powstawania promieniowania z jasnych gwiazd.

3.1. Schmidt-Cassegrain

Struktura jest w przybliżeniu taka sama jak w Reflektorze Cassegraina, z dodatkową asferyczną płytą Schmidta. Pozwala ona na kulistą (sferyczną) formę głównego lustra, co sprawia, że jest on tańszy w produkcji. Jednocześnie redukuje komę, teoretycznie prowadząc do dobrego wyniku obrazu. Niestety produkcja asferycznej płyty Schmidta jest problematyczna. Nie zawsze udaje się to z odpowiednią dokładnością, co sprawia, że efektywna wydajność niektórych teleskopów Schmidt-Cassegraina pozostaje poniżej oczekiwań. Niemniej jednak ten typ teleskopu był przez długi czas bardzo popularny wśród amatorów, ponieważ pozwala na stosunkowo duże średnice i ogniskowe przy umiarkowanych wymiarach teleskopu. Kolejnym problemem wielu modeli jest to, że oświetlenie dużych czujników aparatów cyfrowych SLR nie udaje się – silne winietowanie w postaci ciemnych krawędzi obrazu psuje efekt.



Schematyczne przedstawienie teleskopu Schmidt-Cassegraina: W przeciwieństwie do Reflektorów Cassegraina, przednia soczewka znana jako płyta Schmidta istnieje. Jest ona ukształtowana asferycznie, co umożliwia tańsze lustra oraz korektę błędów obrazu poza osią optyczną.

Celestron jest najbardziej znanym producentem teleskopów Schmidta-Cassegraina. Model, który tu widzisz, ma otwarcie o średnicy 8 cali (200 milimetrów) i ogniskową wynoszącą 2000 milimetrów, czyli przysłonę 1:10. Dość duże zwierciadło wtórne jest przymocowane do płyty Schmidta, co sprawia, że niepotrzebne są pręty podtrzymujące. Dzięki powleczonej płycie Schmidta można zobaczyć główne zwierciadło. Teleskop bez montażu można nabyć za około 1150 euro.

Jedyne, co można dostroić w tym teleskopie, to zwierciadło wtórne. Po zdjęciu centralnej pokrywy pojawiają się odpowiednie śruby do regulacji.

3.2 Maksutov-Cassegraina

W zasadzie jest to to samo co teleskop Schmidta-Cassegraina, tyle że zamiast płyty Schmidta używa się soczewki meniskusowej. Wszystkie powierzchnie są sferyczne, dlatego mogą być wytwarzane tanio i z dużą dokładnością. Zwierciadło wtórne składa się z powierzchni pokrytej warstwą odbijającą na tylnej stronie soczewki meniskusowej. Zasada optyczna pozwala na wysoką jakość obrazu i znajduje zastosowanie zwłaszcza w bardzo kompaktowych, mniejszych teleskopach oraz niektórych obiektywach fotograficznych. Wraz z rosnącą średnicą teleskopu Maksutow-Cassegraina, z powodu grubej soczewki meniskusowej staje się dość ciężki.

Z powodu zwykle "wolnych" przysłon, obiekty słaboszczelne z nieba muszą być długoświetlone. Zalety teleskopu Maksutow-Cassegraina w pełni się ujawniają w fotografowaniu Księżyca i planet.



Schematyczne przedstawienie teleskopu Maksutow-Cassegraina: Droga promieniowania jest taka sama jak w przypadku teleskopu Schmidta-Cassegraina, tylko zamiast płyty Schmidta używa się sferycznie szlifowanej soczewki meniskusowej, na której tylnej stronie osadzone jest zwierciadło wtórne.

Przenośnie do regulacji w tym teleskopie obejmuje jedynie zwierciadło wtórne. Po zdjęciu centralnej pokrywy ukazują się odpowiednie śruby do precyzyjnej regulacji.

3.3 Schmidt-Newtona

Droga promieniowania jest zasadniczo taka sama jak w przypadku Newtona-Reflektora, tylko w obszarze otworu wejściowego teleskopu umieszczona jest soczewka korekcyjna. Wiele z tego, co zostało powiedziane o teleskopie Schmidta-Cassegraina, odnosi się również do teleskopu Schmidt-Newtona. Soczewka korekcyjna umożliwia użycie głównego zwierciadła sferycznego i redukuje powstające komę. Ale także nie zawsze problematyczne wykonanie płyty Schmidta może wpłynąć na ogólną wydajność tego systemu. Dostępne są szybkie, jasne soczewki.



Schematyczne przedstawienie teleskopu Schmidt-Newtona: W odróżnieniu od Newtona-Reflektora, ten teleskop zawiera płytę Schmidta jako soczewkę przednią. Z kolei służy ona jako punkt mocowania do zwierciadła wtórnego, dzięki czemu nie jest konieczne stosowanie prętów podtrzymujących.

Niniejszy teleskop Schmidt-Newtona od Meade ma otwarcie o średnicy 8 cali (200 milimetrów) i ogniskową liczącą 810 milimetrów, co oznacza "szybkie" przysłonowe stosunek 1:4. Dobrze widoczna jest soczewka korekcyjna Schmidta, w środku której znajduje się zamocowane zwierciadło wtórne. Cena takiego teleskopu to około 715 euro.

3.4 Maksutov-Newtona

Znowu jako bazę wykorzystuje się Newtona-Reflektora, uzupełnionego o soczewkę meniskusową w otworze wejściowym do korekty wad obrazu sferycznego głównego zwierciadła. W handlu dostępne są głównie urządzenia z bardzo małym zwierciadłem wtórnym. Idealne są one do wykonywania wysoce rozdzielczych zdjęć Księżyca i planet, podczas gdy ze względu na mały rozmiar zwierciadła wtórnego nie są w stanie równomiernie oświetlić matrycę lustrzanki cyfrowej.



Schematyczne przedstawienie teleskopu Maksutov-Newtona: Soczewka meniskusowa służy jako soczewka frontowa, w przeciwnym razie jest to zasadniczo ten sam teleskop co model Schmidt-Newton.

Niniejszy teleskop Maksutov-Newtona od Intes Micro ma siedem cali otwarcia (180 milimetrów) i 1080 milimetrów ogniskowej (przysłona 1:6). Wejście jest na górze i z boku (czerwona strzałka). Cena tego urządzenia z doskonałą optyką wynosi około 1800 euro.

Soczewka meniskusowa poniżej przedstawionego Maksutow-Newtons ma na swoim środku bardzo małe zwierciadło odbijające, które liniowo stanowi zaledwie 18 procent średnicy całkowitej. Opcjonalnie urządzenie można także zamówić z przysłoną 1:8, wtedy zwierciadło odbijające jest jeszcze mniejsze (13 procent otworu). Te małe zwierciadła odbijające zapewniają doskonały kontrast obrazu, ale nawet nie oświetlają czujnika aparatu cyfrowego lustrzanego z "współczynnikiem powiększenia". Dlatego są to specjaliści w fotografowaniu detali Księżyca i planet.

Podobnie jak zwykły reflektor Newtona wygląda ten Maksutowa-Newtona od Bresser-a, którego zwierciadło odbijające wydaje się unoszące się w powietrzu, ponieważ bardzo skutecznie wykończenie soczewki meniskusowej eliminuje prawie wszystkie odbicia świetlne. Spojrzenie jest - typowe dla Newtona - z boku (czerwona strzałka). Urządzenie ma około 6 cali otwarcia (152 milimetry) i ogniskową 740 milimetrów, co odpowiada stosunkowi ogniskowej 1:5. Cena wynosi około 1000 euro.

Zwierciadło odbijające Bresser-Maksutow-Newtons jest znacznie większe niż modelu Intes Micro. Jednakże umożliwia to oświetlenie sensorów w formacie APS-C (cyfrowy aparat lustrzany z 1,6-krotnym współczynnikiem powiększenia).

Warianty

Obok opisanych form konstrukcyjnych istnieje wiele egzotycznych modyfikacji, które muszą być uważane za egzotyczne. Wiele z nich obiecuje poprawę jakości obrazu poprzez lekką modyfikację kształtu głównego i/lub zwierciadła odbijającego i/lub korekcyjnej soczewki w porównaniu z „oryginałem“.

Jednym z przykładów są teleskopy „Advanced Coma-Free“ od Meade, których jakość obrazu udało się poprawić w porównaniu do teleskopów Schmidt-Cassegrain.

Relatywnie nowością na rynku są teleskopy Meade, zatytułowane przez producenta jako „Advanced Coma-Free“. W związku z tą nową konstrukcją, Meade nie ma już teleskopów Schmidt-Cassegrain w ofercie. Przedstawiony model ma 8-calowe otwarcie (200 milimetrów). Ogniskowa wynosi 2000 milimetrów (przysłona 1:10). Warto rozpocząć od mniejszej ogniskowej, ponieważ dokładne śledzenie takiego teleskopu przy długich czasach ekspozycji nie jest łatwe. Za tubus bez montażu trzeba zapłacić około 1380 euro.

Widok od przodu teleskopu Advanced Coma-Free. Wykończenie przedniej soczewki jest bardzo wysokiej jakości, ponieważ eliminuje prawie wszystkie odblaski - zwierciadło odbijające zdaje się unoszące w powietrzu. Widać także śruby regulacyjne zwierciadła odbijającego i głównego zwierciadła dalej w tubusie. Linearna średnica zwierciadła odbijającego wynosi imponujące 38% otworu. Cienie 14% obszaru źrenicy wejściowej - obie te cechy są akceptowalne w zastosowaniach fotograficznych.

Zalety i wady teleskopów katadioptrycznych w skrócie:

• Zamknięty system, dlatego niewielkie ryzyko zabrudzenia dla głównego zwierciadła
• Prawie brak aberracji chromatycznej
• Długość budowy znacznie krótsza niż ogniskowa (z wyjątkiem systemów Schmidt-Newton i Maksutow-Newton)
• Brak promieniowania wokół jasnych gwiazd, ponieważ nie ma wsporników zwierciadła odbijającego
• Wysoka jakość obrazu przy starannej konstrukcji
  
  
• Długie czasy wyłączenia (np. po transporcie z ogrzewanego mieszkania na zewnątrz)
• Kolimacja luster (kollimierung) konieczna od czasu do czasu
• Strata światła i kontrastu przez zwierciadło wtórne na drodze promieni
• Strata światła poprzez ograniczony stopień odbicia zwierciel
• Ograniczone zastosowanie do obserwacji słonecznych
• Ograniczone zastosowanie do obserwacji ziemskich w dzień (np. ptaki)
• Większe ryzyko osadzenia na dużej soczewce przedniej
• Wysoka waga (w szczególności urządzenia Maksutowa)
  
  
  
  W następującej tabeli wymieniono najważniejsze systemy i ich odpowiedniość do astrofotografii, po dwie lornetki, reflektory i systemy katadioptryczne. Ponieważ żaden typ teleskopu nie jest równie dobrze nadany do wszystkich zastosowań, tabela zawiera podział według różnych motywów astronomicznych.

Polecam

Fakty są jednym, a opinie drugim. Dlatego też z mojego subiektywnego punktu widzenia nie mogę sobie odmówić konkretnych rekomendacji.

Dla osób rozpoczynających przygodę z astrofotografią, wyposażonych w aparat cyfrowy lustrzanka, które chcą robić długie ekspozycje słabych obiektów niebieskich, poleciłbym niewielki, apochromatyczny refraktor, którego ogniskowa powinna wynosić od 400 do 600 milimetrów. W ten sposób problemy z dokładnym prowadzeniem aparatu podczas czasu ekspozycji pozostają w granicach przyzwoitości, pozostawiając jednocześnie szereg atrakcyjnych motywów (gromady gwiazd, mgławice, galaktyki) w zasięgu ręki. Taki sprzęt jest kompaktowy i łatwy w obsłudze, jeśli średnica otworu wynosi maksymalnie cztery cale. Potrzebny montaż (patrz Tutorial Nr 9 z serii "Fotografia Astro- i Nieboskłonowa") również mieści się w ramach wagi i ceny. Jeśli pojawia się problem budżetowy, półapochromat bądź refraktor ED może być godną alternatywą. W każdym przypadku powinieneś sprawdzić przed zakupem, czy dla wybranego modelu jest dostępna działająca soczewka wyrównująca pola obrazu.

Za pomocą soczewki Barlowa można wydłużyć efektywną ogniskową takiego refraktora, co umożliwia uzyskanie szczegółowych zdjęć Księżyca. Ponadto, otwiera się możliwość robienia zdjęć Słońca w białym świetle lub świetle H-alfa z takim teleskopem (patrz Tutorial Nr 6 z serii "Fotografia Astro- i Nieboskłonowa").

Jeżeli później, z zebranym doświadczeniem, chcesz użyć dłuższych ogniskowych (od 1000 do 1500 milimetrów), trudniej jest wydać konkretne rekomendacje. Dla obiektów głębokiego nieba wymagających długich czasów ekspozycji nadają się reflektory Newtona z korektorem komatycznym, reflektory Schmidt-Newtona lub teleskopy Maksutowa-Cassegraina, jeśli nie chcesz za bardzo sięgnąć do portfela i chciałbyś jako ostateczne rozwiązanie uzyskać duży refraktor apochromatyczny (o średnicy sześciu lub siedmiu cali) lub reflektor Ritchey-Chrétiena.

Jeśli interesują Cię głównie zdjęcia planet i szczegółowe zdjęcia Księżyca, musisz używać długich i najdłuższych ogniskowych, ale może wolisz pracować z aparatem internetowym lub wideo (patrz Tutorial Nr 14 z serii "Fotografia Astro- i Nieboskłonowa") zamiast lustrzanki cyfrowej. Wtedy wymóg dużej, przezroczystej pola widzenia odpada, a możliwości wyboru są większe. Wtedy w grę wchodzą teleskopy Schmidt-Cassegraina, Maksutowa-Cassegraina, Maksutowa-Newtona i reflektor Newtona o długiej ogniskowej, każdy z otworami od ośmiu do czternastu cali.

Podziękowania

Firmie Fernrohrland z Fellbach (www.fernrohrland.de) składam podziękowania. Tam miałem okazję wykonać wiele zdjęć teleskopowych zawartych w tym samouczku i omówić aktualną sytuację na rynku podczas długich rozmów, bez których ten samouczek nie byłby kompletny.

Wszystkie podane ceny są orientacyjne z kwietnia 2009 roku.