3. Основные двухзеркальные системы телескопов

   1. Общий обзор двухзеркальных систем телескопов

Двухзеркальные системы – системы, содержащие два зеркала, участвующие в построении изображения. Лучи света звезд параллельными пучками падают на первое зеркало, называемое главным, диаметр которого D₁, а фокусное расстояние f’₁. От него они отражаются на второе зеркало, имеющее диаметр D₂, обычно называемое вторичным. Общее фокусное расстояние телескопа называется эквивалентным фокусным расстоянием f (или f_экв). Соответственно эквивалентным относительным отверстием называется величина

Каждое из зеркал не плоское и меняет сходимость и аберрации пучка. Кроме них, такая система может содержать произвольное число дополнительных плоских зеркал; они не меняют сходимость пучка и теоретически не влияют на его аберрации, но направляют свет в место, удобное для наблюдателя. Рассмотрим системы, в которых используются зеркала, имеющие форму поверхности тел вращения второго порядка.

Рис. 3. Основные размеры двухзеркальной системы.

Главное зеркало строит изображение в своем главном фокусе F’₁ вторичное переносит его во вторичный фокус F’₂. Расстояния s₂ и s’₂ являются сопряженными. Параметры α (или q) и β (или т) позволяют удобно исследовать и классифицировать двухзеркальные системы. Оптические системы, соответствующие различным возможным сочетаниям параметров β и q, показаны на рис. 4.

Рис. 4. Типы двухзеркальных систем.

Если α > 1 (0 < q < 1), то вторичное зеркало находится перед фокусом главного зеркала, если же α < — 1 (—1 < q < 0), то за ним. Поэтому первые системы называются предфокальными, а вторые — зафокальными. Системы с —1 < α < 1 (| q | > 1) для оптических систем телескопов не имеют смысла, так как требуют применения вторичного зеркала, превышающего по размеру главное. Если |β|< 1 (|m|]>1), то система уменьшает сходимость пучка, удлиняя общее фокусное расстояние системы (f’ > │f’₁│). При этом масштаб изображения увеличивается, а относительное отверстие системы уменьшается. Такие системы называются удлиняющими. Если │β│> 1 (| т | < 1), то сходимость пучка увеличивается, общее фокусное расстояние f’ оказывается короче, чем абсолютная величина фокусного расстояния главного зеркала (f’ < │f’₁│), масштаб изображения уменьшается. Такие системы называются укорачивающими. Системы, в которых q и β имеют противоположные знаки, дают мнимые изображения. Такие системы самостоятельного применения иметь не могут. Системы с β = 0 являются афокальными телескопическими системами.

2. Классические двухзеркальные системы рефлекторов

Классической двухзеркальной системой рефлектора называется такая, в которой главное зеркало является параболоидом вращения. Параболическое зеркало свободно от сферической аберрации, т. е. строит изображение, стигматичное на оси. Вторичное зеркало не должно нарушать это свойство.

В зафокальных системах (β < 0) вторичное зеркало должно быть эллипсоидом, в предфокальных (β > 0) — гиперболоидом. В любом случае один из фокусов вторичного зеркала должен быть совмещен с фокусом главного параболического зеркала. Зафокальная (β < 0) и предфокальная (β > 0) системы соответственно называются схемами Грегори (1663 г.) и Кассегрена (около 1672 г.). Если β = 0, то вторичное зеркало превращается в вогнутый или выпуклый параболоид, а система становится афокальной и называется схемой Мерсена (1636 г). В этом случае А_экв = 0, f’_экв = ∞. Укорачивающие системы (см. рис. 4) на практике никогда не применялись. На их существование впервые указали К. Шварцшильд и Д. Д. Максутов. Системы с β=-1 на практике нереализуемы. Системы с β = + 1 вырождаются в кольцевой телескоп (см. рис. 5).

Рис. 5. Кольцевой телескоп.

Система Кассегрена короче, чем система Грегори. Это имеет решающее преимущество при конструировании трубы телескопа. Кроме того, это позволяет использовать купой меньшего диаметра, что сильно сокращает общую сумму денежных затрат на строитель­ство нового телескопа. В классических сложных системах кома ис­правлена только в схемах Мерсена (β = 0).