Schema optica

Activitati ca astronomia, studiul naturii si observarea activitatilor sportive sunt adeseori facute de la distanta. Din diferite motive nu putem sa ne apropiem suficient de subiect pentru a-l observa in detaliu. Ochiul uman este un instrument de uz general si are o rezolutie limitata, o putere de marire redusa si o capacitate de colectare a luminii scazuta. Pentru a ne imbunatatii acuitatea vizuala trebuie sa folosim diverse dispozitive optice ca telescopul sau binoclul.

Un telescop este un dispozitiv optic ce face ca obiectele indepartate sa para mai apropiate. El ia o mica parte din peisaj, un camp, si il mareste facand obiectele indepartate sa para mai mari. Razele de lumina care vin de la un obiect indepartat sunt paralele. Ele intra in telescop si sunt focalizate de catre obiectiv intr-un singur punct numit focar. Aceste raze focalizate sunt apoi marite cu o lentila puternica, de regula un grup de lentile, numite ocular, rezultand o imagine marita a obiecteleor indepartate. Ocularul actioneaza in mod invers obiectivului, preluand razele focalizate si trimitandu-le catre ochi ca un fascicul paralel.

Raportul dintre distanta focala si diametrul obiectivului unui telescop se numeste raport focal.

REFRACTOARE

Cea mai veche metoda folosita de constructorii de telescoape pentru a focaliza un fascicul de lumina este trecerea lui printr-o bucata de sticla avand suprafetele curbe. Aceasta metoda produce un tip de telescop numit refractor.

Refractoarele au unele avantaje asupra altor scheme optice. Tubul lor este inchis la ambele capete impiedicand patrunderea prafului si a umiditatii. Elementele optice sunt fixe astfel ca nu necesita colimare frecventa, adica utilizatorul nu trebuie sa alinieze elementele optice. Ele nu au oglinda secundara deci nimic nu obtureaza lumina care intra in telescop. Imaginile rezultate, de mare rezolutie si cu un contrast ridicat, sunt considerate ideale pentru observarea planetelor.

Dezavantajul refractoarelor este acela ca diferitele lungimi de unda ale luminii care trece prin obiectiv nu sunt focalizate de catre obiectiv exact in acelasi punct. Acest defect este numit aberatie cromatica si este cauzat de faptul ca lumina cu diferite lungimi de unda se refracta sub unghiuri diferite. El poate fi corectat doar folosind lentile aditionale si tipuri speciale de sticla. Toate acestea duc la un cost mai ridicat decat al altor scheme optice. 

REFLECTOARE

O a doua metoda de a focaliza un fascicul de raze, pe langa cea cu o lentila, este reflexia fasciculului pe suprafata unei oglinzi concave, producand un tip de telescop numit reflector. Cele mai uzuale reflectoare folosite azi sunt cele de tip Newton, numite astfel deoarece designul lor a fost gandit de Isaac Newton.

O oglinda este realizata acoperind suprafata concava a unui disc de sticla cu un material reflectorizant, de obicei aluminiu. Razele de lumina care intra in telescop sunt reflectate de oglinda si, pentru ca ele nu trec prin sticla, nu rezulta culori false (vezi aberatia cromatica).

Suprafata unei oglinzi cu raport focal mare poate fi o calota sferica. Aceasta este acceptabil pentru oglinzi cu diametrul mic sau cu raportul focal mai mare sau egal cu 9. Pentru oglinzi cu diametru mare sau cu raport focal mai mic decat 9, suprafata sferica nu poate focaliza toate razele intr-un singur punct. Razele de la marginea oglinzii sunt focalizate in alt punct decat cele din centrul ei, producand imagini lipsite de contrast. Acest defect poarta numele de aberatie de sfericitate si poate fi evitat slefuind suprafata oglinzii sub forma de paraboloid, aceasta forma asigurand convergenta tuturor razelor intr-un singur punct.

Deoarece razele sunt reflectate de oglinda principala inapoi de-a lungul tubului, ele trebuiesc redirectate pentru a putea fi vazute. O oglinda secundara, avand o suprafata plana, este plasata in centrul tubului, sub un unghi de 45° fata de axa optica. Oglinda secundara obtureaza partial lumina care intra in telescop dar efectul produs este minor, cauzand doar o mica scadere a contrastului imaginii, fara a fi vazuta in imaginea observata prin ocular.

Deoarece ocularul este plasat aproape de capatul superior al tubului, reflectoarele pot fi montate relativ jos fata de pamant oferind o pozitie de observare comoda si o mai buna stabilitate. Un alt avantaj este acela ca este necesar sa se prelucreze (polizeze si aluminizeze) doar doua sufrafete optice – suprafetele celor doua oglinzi. Aceasta duce la un cost relativ scazut fata de alte scheme optice.

CATADIOPTRICE

O a treia schema optica, numita catadioptric, este o combinatie a celor doua scheme anterioare. Telescoapele catadioptrice folosesc atat oglingi cat si lentile pentru a focaliza fasciculul luminos. Doua exemple mai cunoscute din acest tip sunt telescoapele Schmidt-Cassegrain si Maksutov-Cassegrain.

Telescoapele Schmidt-Cassegrain folosesc un corector asferic subtire, care este o lentila pereche a oglinzii principale sferice, calculata cu grija pentru a corecta aberatia de sfericitate. Razele de lumina paralele intra in telescop prin corector si sunt reflectate inapoi de catre oglinda principala catre o oglinda secundara convexa, montata in spatele corectorului si concentric cu acesta. Oglinda secundara reflecta rezele de lumina inapoi catre oglinda principala si printr-o gaura aflata in centrul acesteia. Ocularul poate fi plasat direct in spatele oglinzii principale sau se poate folosi o diagonala pentru a schimba unghiul de vizualizare a imaginii. Focalizarea se poate face prin deplasarea ocularului sau a oglinzii principale.

Telescoapele Maksutov-Cassegrain au un principiu similar. Si ele folosesc un corector pentru a elimina aberatia de sfericitate dar acesta este un menisc gros in locul lentilei Schmidt. Lumina intra prin partea concava a corectorului si este reflectata inapoi de catre oglinda principala spre o oglinda secundara care adeseori este aluminizata direct pe spatele corectorului. Ca si la Schmidt-Cassegrain, lumina este reflectata apoi spre ocular printr-o gaura in centrul oglinzii principale. Acest tip de telescop este mai usor de produs decat Schmidt-Cassegrain dar grosimea corectorului il face sa aiba o greutate mai mare. Schema Maksutov-Cassegrain a fost dezvoltata in anii 1940 de catre diversi producatori sub forme usor diferite.

Principalul avantaj al telescopelor catadioptrice este ca permit realizarea unor telescoape cu distanta focala mare intr-un tub scurt si portabil datorita faptului ca razele de lumina sunt reflectate pe aceeasi axa intre cele doua oglinzi.