2019.02.07.

Színez nem színez? (Feketén-fehéren a refraktorokról) – Babcsán Gábor

1. Refraktorok.

Képzeljük el, az erkélyünk egy tengerre néz épp!
Fodrozódnak, de nem túl vadul a hullámok a meditterán tenger felszínén. Klassz ez a délután, de mi mégis jobban várjuk az estét, mikor az elhamvadó égen egymás után feltűnnek a legfényesebb csillagok. Tudjuk nevüket és épp mellettünk várakozik egy ilyen műszer…

Hát, igen. A refraktorokat valami különös misztikum övezi, nehéz ezt lesúrolni róluk. Kétségtelen, hogy a csillagászat hőskorában ezek voltak a profi csillagászat műszerei, a Hold, a bolygók megfigyelésére, de a pozíciós asztrometria és a kettőscsillagok világában is. 

Ma elsősorban az amatőrök vágyott műszerei. Nem csupán a kontrasztos képalkotásuk miatt, hanem a látómező teljes tartományában jellemző szép látvány okán. Nem állunk messze az igazságtól, ha az mondjuk, hogy a refraktorok a legideálisabb műszerek a 15 cm-es átmérőig a vizuális és fotografikus észlelésre.

A képen egy remekbe szabott műszer a 80-as évekből. Német Wachter manufaktúrából egy precíz Jeagers 152/1500 objektívvel.

 

 

2. Petzval József

Bár hazánk még a szerencsésebb korokban sem volt csillagászati nagyhatalom, azért van mire büszkék lennünk. Például a 19. század derekán a polihisztor Petzwal jelentős felfedezéssel gazdagította a lencsés objektívek fejlődését. A kora fényerőtlen objektívjeivel nagyon hosszadalmas dolog volt az akkori idők friss szenzációja, a fekete-fehér fotózás. (Ha a tehetős úr fényképre vágyott, hosszú percekig kellett feszíteni a kezdetleges kamerák előtt. Hja, nehéz munka a kissé hosszabb (AgN03 biztosította) öröklét!)

Petzwal egy fényerős, négy lencséből álló objektívet készített, amely csekény torzulásokkal másodpercekre csökkentette az expozíciós időt.

Forradalmi kontrukciója, alig 20 évvel követte kora legfontosabb műszerfejlesztését. 1820-ban a bajor Fraunhofer kitűnően korrigált objektívet konstuált korona és flint üvegből. Ez kis fényerő (f/10-20) mellett nagyon jól csökkentette a szini eltérést (kromatikus abberáció), szinte teljes kóma korrigáltsággal. A precíz FH-refraktorokat használva “szárnyakat” kapott a megfigyelő csillagászat (Bessel, Struve és a többiek). Egymás után épültek a 20-30, sőt 4O cm-es pompás refraktorokkal az obszervatóriumok, a csillagászat darázsfészkei.

A képen Petzwal-híres fotoobjektívje. Barnard ilyen tipusú lencsét használt a 20.század elején a Tejút nagy léptékű asztrofotózásánàl.
(Petzwal zsenialitására jellemző volt, hogy a hagyatékából előkerült egy 1846- ban konstruált lencserendszer, az anasztigmát vázlata is, amely a fényerős objektíveknél erősen fellépő asztigmatizmust csökkentette.)

Petzwal jelentős felfedezést tett, hiszen a fényerős, asztrofotós refraktorokat most is pont ugyanilyen lencsekonstrukciókkal készítik, pl. a Tele Vue híres Genesis refraktorát.

A refraktorok fejlődésének néhány komoly állomása (persze önkényes válogatásban) napjainkig:

– 17. század: az egytagú objektívekkel feltárul a Kozmosz. Útjára indul a csillagászat ujkori tudománya (Galilei, Cassin, és társaik).

– 1760. körül Dolond megalkotja az első kis kéttagú objektívet, amelyek ellentétes szini és gömbi hibákkal jelentősen mérsékelik az abberációkat. E kis refraktorok elterjednek a megfigyelő csillagászatban, az egyetemeken meg az úri szalonokban is.

– 1820. Joseph Fraunhofer egy nagyon jó akromatikus tipust fejleszt, amit magas minőségben lehet gyártani. Európa szerte elterjednek a nagy, obszervatóriumi (20-60 cm-es refraktorok, Pulkovo, Parizs, Bécs, Meudon, stb.)

– 1860. Zeiss bejegyzi cégét Jénában. Hozzá társul Scott az optikai üvegek gyártásával. Abbe megalkotja az apokromatikus lencserendszereket a mikroszkópoknál és a csillagászati okulároknál. A Zeiss hamarosan a vezető optikai gyár lesz. Obszervatóriumi műszereket épít, de amatőr távcsöveket is gyárt.

– 1880: Az amerikai Alvan Clark elkészíti a legnagyobb refraktorokat, a Linck Obszervatórium (91 cm) és Yerkes (102 cm) számára. Ez a felső határ a lencsék növekvő szinezése és a foglalatban fellépő torzulások miatt. A profi obszervatóriumi távcsövek fejlődése a reflektorok, a kompaktabb felépítésű Newtonok, Cassagrainok és Schmidt-kamerák irányába fordul véglegesen.

A lencsés távcsövek jelentősége csökken a csillagászatban, de fontosak maradnak mint amatőrtávcsövek, bemutató csillagvizsgálók és iskolák műszerei.

– 1910-20: A Zeiss elkészíti a nagyon jól korrigált f/15 körüli apokromatikus obszervatóriumi lencséket (Taylor munkásság után, pl. Zeiss B triplett).

– 1960 évek:
A belga Lichtenknecker magas minőségű akromatikus, félapokromatikus és apokromatikus objektíveket gyárt az igényes amatőrök számára, a f/10- f/20 fényerővel. A négytagú VAS objektívje közel áll a szuper apokromatikus szinkorrigáltsághoz.

– 1972: A japán Takahashi elkészíti ez első fényerős és kitűnő apokromatikus refraktorokat a KF2 mono kristály felhasználásával. A gyártási technológia bonyolult és nagyon drága.

– 1970 évek vége:
Az amerikai Roland Christen (Astro Physics) triplett apokromátokat fejleszt, olcsóbb ED-üvegek felhasználásával. Al Nagler megalkotja az első 70-80 fokos jól korrigált, nagy látószögű okulárokat és a Petzwal-rendszerű Genesis-refraktorokat (f/5), amellyek elsőrangúak az asztrofotózásnál is.

– 1990 évek eleje.
Thomas Back amerikai optikus több kitűnő apo-rendszert fejleszt, amelynek gyártásában fő szerepet játszanak az oroszok (LZOS, TMB, LOMO, Aries), igen magas minőségben.
A Zeiss néhàny évig gyárt KF2 triplett refraktorokat (APQ) 10-20 cm között.

– 2000 évek:
A kinaia nagy optikai gyárak belekapcsolódnak a minőségi ED és Apo refraktorok gyártásába is.
Később önállóan, sok tipust és jó minőségben előállitva, alacsonyabb árakon. Ennek révén a jó refraktorok reneszánszukat élik ismét az amatőrcsillagászatban.

3. A problémás fénysugár

A lencserendszerek leképezése az optika egyik legbonyolultabb ága. A fény ugyan nagyon egyszerűen viselkedik, mert két pont között a leggyorsabb utat választja, de mivel útjában állandó akadályok, reflexiók, és refrakciók vannak, bizony bonyolódik a helyzete.

Az optikai képalkotás alapja a fényinterferencia. Már Rayleight a fény hullámtermészetének kutatója rájött, hogy két fényhullám csak akkor ad jó közös diffrakciós képet, ha fáziskülönbségük a találkozáskor a hullámhossz negyede vagy kisebb (l/4 hullámfronthiba).

Már több helyen leírtam, de nagyon vázlatosan – a könyebbség miatt – néhány alapfogalom a leképezés fogalmi tisztázására:

– Hullámfront hiba (PV error):
ettől függ az optikai leképezés “jósága”. Kiterjedt hullámfronthibánál ezt pontosan csak az “átlagos” hullámfronthibával lehet jól jellemezni (RMS – négyzetes átlag érték). A gyakorlatban a legtöbbször az “egyszerű ” hullámfront hibát adják meg, a leggyakoribb abberáció: a gömbi eltérésre ekvivalensen vonatkoztatva.

A l/4 hullámfronthiba a jó leképezés (a diffrakció limitált) küszöbértéke (ez Strehl értékben 0,82).
A l/7 érték 0,93 Strehl a prémium minőségű optikák határértéke.
l/10 felett a leképezés közel ideális (O,98 Strehl) lesz, különösen a reális földi légköri kondícióknál.
O,70 Strehl érték alatt a műszer a kontrasztos, nagy nagyítású megfigyelésekre rosszul
használható.

– A Strehl-érték Az Airy-korongban gyüjtött fény intenzitásának és az elméleti értéknek a hányadosa. Bár ez a legjellemzőbb érték a leképezésre, de csak az optikai tengelyen (és monokromatikusan a lencséket tartalmazó refraktoroknál és katadioprikus műszereknél) szignifikàns érték . Az optikai tengelyen van a leképezés maximuma, ettől távolodva a Strehl-értékek a szini hibák és térbeli abberációk függvényében változnak, és pont annyira tekinthetőek át, mint egy végtelen mátrix!

A optikai hibák nagyon változatosak. Vannak a szabályos elméleti abberációk, ezek összeadódnak a felületi pontatlanságok, jusztírozási hibák, centírozási hibák és egyebek hatásaival is.

Előfordul, hogy egy azonos Strehl degradációval leírt hibát nehéz észrevenni, míg egy másik – hasonló értékű – könnyen kitűnik (pl. a felületi mikroegyenletlenségek kontra asztigmatizmus) a leképezésben.

– A gömbi hiba (szférikus abberáció)

E hibát minden szférikus optikai felület óhatatlanul mutatja. Például a gömbtükröknél a külső sugarak (párhuzamosan) az optikai tengellyel) beljebb fókuszálódnak, mint a belsők. Tulajdonképp sehol se fókuszálodnak pontosan, de bizonyos tűréshatárokkal azért jó lehet a leképezés. Fényerős reflektoroknál a parabola képalkotása a tökéletes.
A lencserendszerek óhatatlanul tartalmaznak gömbi hibát, amelyet ellentétes hibájú negatív és pozitív lencsék kombinációval jól lehet mérsékelni, a közel tökéletesig.

Sajnos, a lencsék gömbi hibája színfüggő, ez a szferokromatizmus. Azaz erre is kell korrigálni.

– Törésmutató és szini diszperzió

Az eltérő törésmutatójú és alakú (görbületek, vastagság) lencse tagok eltérő abberációinak összehangolásával lehet harmonikusan optimalizálni a képalkotást. A törésmutató üveganyagonként a fény hullámhosszától is függ természetesen, ez a szini diszperzió, amelyet a zseniális Zeiss optikusa után, Abbe-számmal jellemeznek. A modern üvegyanyagok minimális szini diszperzióval (ED, extra low dispersion) lehetővé tették a szini hiba minimalizálását nagy fényerő mellett is. Sajnos, ezek az üveganyagok jóval drágábbak, mint a közönséges optikai üvegek, és a megmunkálásuk is sokkal nehezebb.

4. Az optikai tengelytől távolabb

Az optikai tengellyel párhuzamos sugarakra (a műszerben a látómező közepén) a lencsékre jellemző a gömbi meg a színi hiba. Ha szögben érkezik a fény (tehát a látómező egészében), akkor további térbeli, un. Seidel-abberációk jelentkeznek, sajnos. 

Ezek közül a kómahiba a legjellegzetesebben érzékelhető, a centrikus diffrakciós kép eltorzulásával. Az asztrofotózásnàl nagyon hátrányos a fókuszsík görbülete is, amely a nagy látómezőben erősen kihangsúlyozódik.

Jó hír, hogy a két tagú lencséknél f/8 fényerőnél kisebbnél, a három tagúaknál f/6-7 fényerő körül nagyon jól lehet korrigálni a kómát, 1-2 fokos látómezőben szinte minimálisra.
Ez nagy előny egy fényerős Newtonhoz képest, amelynek kómáját csak egy 3-4 tagú lencsével (kómakorrektorral) tudjuk mérsékelni (de koràntsem a refraktorok szintjéig).

A leképezés abberációira elsődleges jelentőségű minden távcsőtipusnàl a fényerő! A fényerő növelésével az optikai hibák exponenciálisan nőnek: a szférikus abberáció a 3.hatványon, a kómahiba a 2.hatvànyon, stb. Természetesen az adott optikai rendszerre jellemzően.

A Newtonoknàl például a kómahiba a legfontosabb hiba, – így például a az f/8-as parabolák kómájánál a fotózásra tipikus f/4-esek torzítása már négyszer nagyobb. (Egy fényerős 30 cm-es tükör diffrakció határolt látómezeje csupán 10′ alatti.)

A refraktoroknál a kóma csak nagy fényerőnél lesz jelentős tényező. Àm az asztrofotózásnàl áhított f/5 körüli fényerőt és jó leképezést egyszerre csak Petzwal-rendszerekkel lehet biztosítani, vagy speciálisan egy tipusra korrigált – drága – fókuszreduktorral.

5. Szinezés

– A fényerő fontosságára a leképezés “jóságában” a megfigyelő csillagászok hamar rájöttek. Az első egytagú, szörnyen szinező lencséket azért készîtették f/100 nyilásviszonyra. Hevelius alig használható “távcsőkigyói” így is kb. olyannyira szineztek, mint egy mai binokulár objektív (a türelem csodája volt ezekkel észlelni olyanokat, amelyet Cassiniék csináltak.)

– Az akromatikus lencséknél úgy alakítjàk a korrigàltságot, hogy a vörös és a kék fényhullámok közel egy helyen fókuszálódjanak. A szem a sárgászöld fényre érzékeny a legjobban, ilyen korrigáltságnál lesz ekkor a legjobb a vizuális képélesség. Egy 10 cm-es f/12 Fraunhofer lencse szini hibája a fókusztávolság 1/2000 része e fönti tartományban. Ekkor jól definiált lesz a képalkotás. Egy 20 cm-es FH lencse f/24- nèl ad ugyanilyen korrigáltságot, míg egy 10 cm-es f/6 lencse már négyszer erősebb mértékben szinez (azaz magas nagyításon erősen degradál a szini hiba, ez a lencse alacsony és közepes nagyitás tartományban teljesít csak megfelelően). A lencserendszerek korrekciójánál a legfontosabb rész, a rádiusz külső 70,7 %-án van. A lehető legjobb korrekciókat ide tervezik, mivel ekkor a külső és belső objektív felület azonos, a különböző előjelű hibák így minimalizálódnak optimálisan.

– Az un. félapokromatikus korrigàltsàg ennél jobb, a határértéke a fókusztáv 1/5000 része. Ilyenkor a fókuszban már közel színhelyes a leképezés.

– Az apokromatikus korrigáltság az átlagos észleléseknél teljesen színhelyes leképezést jelent, fókuszeltéres a 1/10000 határ alatt. Az apo lencséknél 3 színre korrigálják a rendszert, hogy a fókuszvándorlás a lehető legkisebb legyen.

Thomas Back definicója szerint az apokromatizmus küszöbe az, ha pontosan a sárgászöld tartományra fókuszálunk, akkor itt a Strehl-érték 0,95 fölött van, míg az egész vörös és kék tartományban végig l/4, (a diffrakció limitált határ) fölött (0,82 Strehl fölött), de lila színben is l/2- nél jobb.

Lictenknecker jelentős európai optikai manufaktúra volt, amely az 50-70-es években kitűnő akromatikus és apokromatikus refraktorokat gyártott. A lencsékre szini hibáját a 3 Fraunhofer vonal hullámhosszának egymástól való eltérése alapján un, RC index-szel jellemezte.

RC 12-6: A szini hiba erős, de elfogadható a képalkotás. A közepesen fényes csillagok körül nyilvánvaló (a kékes-lilás) halo.

RC 6-2: A szini hiba jól korrigált, minőségi képalkotás. Csak a fényes
objektumoknál van némi zavaró szín.

RC 2-1: Félapokromatizmus. A szini hiba alig látszik a fókuszban, csak nagy nagyitásoknál (fényes fehér csillagok).

RC 1 – 0,4: Apokromatizmus. A szini hiba gyakorlatilag csak kozmetikai hiba nagy nagyitásoknál (Vénusz, Vega).

RC 0,4 alatt: Szuper apokromatizmus. A szini hiba csak fókuszon kívül észlelhető.

6. A vizuális képélesség

A szemünk spekrális érzékenysége nappal (sok fényben) meg éjszaka eléggé eltérő. Nappal a sárgászöld fényre (550 nm) érzékeny a legjobban), mivel a Nap sugárzásához alkalmazkodott az elővilág. Viszonylag szűk tartomànyra érzékeny a szemünk. Alaposan bonyolítja a helyzetet, hogy az éjszakai megfigyelésnél, ha nagyon kevés a fény (pl. nem a Holdat, vagy a bolygókat, hanem halvány ködöket vagy kettősöket figyelünk meg), a szem átvált egy másik üzemmódba, amelynek eltérô az érzékenysége (maximuma 510 nm-nél van). Mivel a fönti érzékenység egyénileg eltérő és a két fajta “üzemmód” nagyon bonyolultan változik, a dolog csak egy megközelítően írható le, pl. a vizuális képkontraszt tekintetében.

A vizuàlis észlelésnél tehát ez a szűk tartomány a perdöntő. A távcső élesre állitásánál ugyanis a sárgászöld fókuszt fogjuk kiválasztani, és akkor kapjuk a legélesebb képet, ha a szem érzékenységének függvényében a ősszetett hibák a lehető legkisebbek lesznek itt.

A hagyományos akromatikus refraktorok az egész fotovizuális tartományban csak a szemünk érzékenységének szűk tartományában adnak jó képet csupán. Az apokromatikus refraktoroknál viszont lehetőség nyílik, hogy a fotózásnál a detektorok szélesebb érzékenységénél is “elfogadható” legyen a képalkotás.

7. A lehetetlen nyomában

Bár a szemünk speciális és szubjektív érzékenysége még áttekinthetetlenebbé teszi a témánkat (a refraktorok szinezésének hatásait), de a fönti diagramm vállalkozik a lehetetlenre.
20 hullámhossz súlyozott érzékenysének a tükrében mutatja be, hogy egy 10 cm-es Fraunhofer objektívnek, hogy alakul a kontrasztátvitele (a fényerő függvényében).

A függőleges tengelyen az un. polikromatikus Strehl, az “effektív” átlag Strehl-érték, amely a szemünk (nappali) érzèkenységének tükrében lett átlagolva.

Látható, hogy egy 10 cm-es (elterjedt méretű) FH objektívnél az F/9 fényerő ad jó leképezést a kiterjedt objektumoknál (0,82 Strehl). Ennél nagyobb fényerőnél a leképezés gyorsan és drámain romlik. A kitűnő leképezés (0,90 S) f/16 nyilásviszony alatt kezdődik csak. Természetesen ezek a fényerő tartomànyok a félapokromatikus objektíveknél kedvezőbbek lesznek.
Azaz például a FH lencséknèl kb. 30%-al kisebb szini hibàjú Zeiss AS (Steinhel dublett, korona és kurzflint üvegből) még jobb az leképezés.
Az egyszerű dublett ED semiapok f/7 fényerőnél lépik át a “jó leképezés” határvonalát, míg f/9-nél már általában a polikromatikus 0,90 határt is. Hozzà kell tenni, ezek csak elméleti értékek, csak közel tökéletes felületek esetén érvényesek.
A következő ábrán láthatóak az elterjedt refraktor tipusok közti különbségek.

8. Beljebb a hinárosba

A “polikromatikus” Strehl-érték segítségével megközelíthetjük a refraktorok képalkotását. De mielőtt fetisizálnánk a szimpla “egyszámjegyű” megközelítéseket, le kell előljáróban szegezni, hogy az csak az első megközelítés és csak az optikai tengely viszonylag szűk környezetére vonatkozik (nem jellemzi pl. a fontos kómahibát!).

Mi a helyzet az optikai tengelyen?

Az ábrán az optikák képalkotását jól leiró optikai átviteli függvény (MTF) alakulásai különböző elterjedtebb lencsetipusnál 10 és 15 cm átmérőnèl. E függvény első közelítésben a kontrasztátvitel alakulását (függőleges tengely) mutatja a maximális felbontás aktuális hányadához viszonyítva ( rácskép vonalszáma /mm-ben a vizszintes tengelyen). 

A különböző refraktorok az eltérő polikromatikus Strehl-értékük miatt eltérő hatékonyságú kontrasztátvitellel rendelkeznek egy adott jelsűrűségnél.
A felbontási határhoz közeledve a kontraszátvitel egyre romlik az összes refraktornál. Ha a felbontási határtól erősen eltávolodunk, akkor kontrasztátvitel egyre jobb lesz.
A műszerek közt a legnagyobb kűlönbség a középső tartományban van, az Airy-korong méretének 2-4 x-szeresén, ez természetes.

Az ábra szàmítógépes optikai programmal készült, és csak a szini hiba és a szferokromatizmus elméleti hatását mutatja. A gyakorlatban a műszerek ennél többé-kevésbé rosszabbak, gyártási minőségük függvényében!

Jól látható, hogy a 15 cm-es refraktorok az átmérőjükkel összhangban fölülmúlják a 10 cm-esek felbontását, persze ez nem meglepő. A szini hiba és szferokromatizmus alakította “vizuális” polikromatikus Strehl (effektív Strehl) erősen befolyásolja a kontrasztátvitelt.

Az erős szini hibàjú f/6 Fraunhofer-refraktor erősen leszakad a többitől, még az F/10 FH objektívtől is. Az f/15 FH viszont eléri a gyengébben korrigált és fényerős ED dublettek kontrasztátvitelét.
A 15 cm f/8 Fraunhofer képalkotása annyira degradálódik, hogy egy 10 cm “nagyon jó” apo kissé felülmúlja az alacsony kontrasztú részleteknél.
(Pont ezt látjuk a távcsőben, egy 150/1200 akromát felülmúl az egyenlő kettőscsillagok felbontásában egy prémium 10 teljes apokromátot, de nem mutat annyira finom részleteket pl. bolygókon.)

Megállapítható, hogy a jelenleg gyártott legjobb apokromatikus refraktorok elméletileg megközelítik a tökéletes 1,0 kontrasztátvitelt. Mondhatni a sok fejtörés 4 évszázada nem volt hiábavaló.

Az ábrán is látható, hogy az igazán jó refraktorok között különbség nem annyira jelentős, néhány százalékpontnyi, de 10%-on belül van mindenképp.

Ahogy a 7. grafikán látható, a bonyolult diffrakciós effektusok miatt a kiterjedt objektumok megfigyelésekor a 8. ábrán ábrázoltnál a polikromatikus Strehl kissé magasabb értékű lesz.

Néhány ismert műszertipusra kiszámítva
a kiterjedt objektumokon a vizuális polikromatikus Strehl:

És ismét!:
Ezek elméleti értékek, amelyek a gyártási minőség függvényében alacsonyabbak!
100/600 FH 0,75
100/1000 FH 0,83
100/ 1200 FH 0,86
110/1650 AS (Zeiss) 0,89
150/2250 B (Zeiss apo triplett, 1920) 0,96
100/700 ED (FK 51, ZKN7) O,83
100/700 ED (FPL 53, ZKN7) O,93
100/700 ED triplett( FPL53, TMB super ED) 0,97
140/980 ED triplett (FPL 53) TEC, 0,955
100/1000 dublett (KF2,K5) Tak. FC 0,984
130/1000 ortho (2x FPL 53, BSL7) Tak 0,987

Látható, hogy a modern gyartók közelítenek az 1,0 Strehl-érték felé, bár hozzá kell tenni, hogy 100 éve se járták ettől annyira messze Jénában, – igaz, a “megbocsájtó” f/15 fényerőnél.

(Talán meglepő lehet, hogy a szini hiba függvényében ennyire romlik a leképezés, különösen a FH refraktoroknál. De a tükrös rendszereknél is hasonló a helyzet. Vegyük pl. az általában kitünő minőségű Maksutov-Cassagrain rendszereket, ezek a kis fényerő miatt alig mutatnak kómát. A szerencsés 0,96 Strehl értékhez, tipikus 30 -33 %-os kitakarás társul, így az “effektív “Strehl 0,79-0,76 körüli lesz. Ezzel ez a “planetary telescope” tulajdonképpen kiesik a “diffrakció határolt” tartományból kissé. És 10-15 %-nyi veszteséget szenved egy hagyományos f/10 vagy f/15 FH -refraktorhoz képest, ami különösen látszik a bolygókon.
Egy nagyon jó apo még az átmérő kétharmadával is versenyképes.
A fényerős Newtonok a jellemzően nagyobb optikai hibák (de a szűk jusztirozási tűrés) miatt még problémásabb műszerek.)

9. A fényerős ED semiapokromátok és akromátok

A fényerős refraktorok nagy látómezejük révén az amatőrök kedvenc utazó távcsövei, asztrofotózásra és mélyegekre is elsőrangúak.

A 7-10 cm-es közkedvelt átmérőtartományban tipikus a f/6-7 fényerő, amely az egyszerűbb (és kedvezőbb) árú ED dubletteknél némi konpromisszumokkal jár. Itt ugyanis hasonló a szini hiba, mint a f/15-ös klasszikus akromatikusrefraktoroknál, viszont ezekhez képest a kóma, a fókuszsíkgörbület meg a gömbi hiba a nagy fényerő miatt jelentősebb.
Az ábrán látható is, hogy a gyártó (Omegon, de kinai Syntha gyártás természetesen) a vizuálisra érzékeny színre korrigálta szinte hibátlanul a lencsét (ez az elméleti képalkotás, a gyártási pontatlanság, jusztirozatlanság, stb. kivonásával.) De a többi színnél korántsem ideális a helyzet (a Strehl értékek a sárgászöld pontos fókusznál lettek mérve).
Ez tipikus helyzet a legtöbb fényerős ED dublett refraktornál, a vizuális polikromatikus Strehl 0,82 fölötti, de messze nem tökéletes.
Ám utazó “mindenesnek” tökéletes e jó leképezésű és óriás látómezejű kis műszer.

Ugyanez vonatkozik, de sokkal fokozottabban a fényerős : f/6-f/8 körüli kis méretű 6-15 cm-es Fraunhofer lencsékre. Ezek a kis kóma miatt nagyszerű távcsövek kicsi és közepes nagyításon (Dmm tartományig) pl. a mélyég észlelésre. Ám nagyobb nagyitáson a képet érdemes sárga vagy zöld szűrővel vagy kontrasztnövelő szűrőkkel (minus violett) filterezni. A fényintenzitás csökkeni fog, de a képkontraszt növekedni.

10. Prémium minőség problémai

A három lencsés apokromátok még f/7 fènyerő körül is jól tudjàk kontrollálni abberációkat. Ám például az egyszerű fényerőtlen FH lencsékhez képest sokkal komolyabbak a gyártási nehézségek. Az ED üveganyagok nehezen megmunkálhatók (sokszor túl lágyak),kényesek, a fényerős lencsetagok nagyon érzékenyek a pontos jusztírozásra. Sőt, az észlelési használatban három lencsetag termális érzékenysége is gyakran degradálja a képet. 

A lencsék gyártásánál a “magas minőség” l/4 alakhibát jelent, de a “tudományos, mérnöki” viszont már l/20-at. A lencse rádiuszok tűréshatára 0,1% helyett 0,01% lesz, és még sorolhatnánk a precíz gyártás elvárásait.

Nem véletlen tehát a prèmium lencsék magas ára. Az amatőr sokszor bajban van, hogy a méregdràga műszer valóban annyira pontos-e.

Néhány évtizeddel ezelőtt komoly refraktorokat csak kis manufaktúrák vagy olyan optikai gyárak készítettek, mint a Zeiss, Takahashi vagy Lomo. Ám jó ideje a kinai tömeggyártók e szegmensben is dominánsak lettek. Kérdés, hogy milyen minőségűek a valamivel kedvezőbb árú prémium kinai optikák?

Ez a tárgykör hosszú ( és néha szubjektív) diskurzusok tárgya.
Az ég alatt csak nagy gyakorlattal lehet látni a jó optikák közti kis eltéréseket. Bár például a csillagteszttel jól láthatók l/12 körüli zónahibák is (1-2 % Strehl degradációval), – egzakt eredményeket csak gondos (!) és megismételt interferometrikus labormérés szolgálhat.

Az ábrán Wolfgang Rohr német optikai mérnök mérési adatbankjából a kinai Sky Whatser egyik csúcsműszere a 12 cm-es Equinox leképezése. Rohr adatbankjában igen sok műszer szerepel, sok tesztmetódust használva párhuzamosan, többek között egy fehér fényű Bath interferométert is.

A képen látható 120/900 Equinox a SW “zászlóshajója” . FPL 53 ED apokromát. Rohrnál három van lemérve, ez azért már jó alap a következtetésekre. E műszereknél a legoptimálisabb hullámhossznál O,96 körüli Strehl-értékkel vannak rendre . Bőven bent a prémium kategóriában, bár azért kissé elmaradva egy még drágább Zeiss, LZOS, AP vagy Takahashi jellegzetes szintjétől.

A fönti Equinox egy igazi apokromát. FPL 53 dublettjének szini hibája is természetesen az apo küszöbérték alatt van. A Rest Cromatismus index 0,6-O,7 közötti. 1,0 RC az apokromatikus küszöb, 0,3 a szuper apokromatikusság.
Ez a távcső igen drága, jóval az egyszerűbb üvegű ED dublettek ára felett. A személyes tapasztalataim szerint elmodható, hogy a gyártási minőség a kinai műszernél is erősen árfüggő, a kedvező árú akromatikus vagy félapokromatikus lencsék minőségi szórása nagyobb.

Egy bizonyos, a jobb minőségnek általában magasabb ára van. Ez egy elég szigorú korrelláció.

11. Az örök klasszikus

Ahogy említettem, a távcsövek abberációjánàl a fényerőnek döntő szerepe van. A mai leggondosabb gyártási metódussal is nagyon nehéz elkészíteni pl. egy “hibátlan” 15 cm-es triplett apokromátot f/7 fényerő alatt, viszont jóval könnyebb feladat pl. f/9 fényerőnél ugyanez.

A klasszikus régi refraktorok általában f/1O és f/15 fényerő körüliek voltak, amelyeket egyrészt nagypontossággal lehetett elkészíteni, másrészt a kis szinezés miatt hozták a refraktoroktól elvárt képminőséget. E távcsövek a jusztirozi “érzéketlenség”, a termális stabilitás terén is előnyösek, pl. a triplett apo objektívekkel összehasonlítva.

A magyar amatőrök e tekintetben szerencsére jól ismerik a Zeiss refraktorait, mivel sok 6-15 cm-es Zeiss van az országban. A Steinheil féle Astro-Special (AS) objektív valamivel jobb korrekciókat biztosít a jól korrigált Fraunhofer-objektíveknél is.
Kis méretben (6-11 cm) egy AS objektív f/1O és f/15 között a félapokromatikus határon van (RC indexe: 1,8-2,7), mint egy fényerős ED dublett. Az alacsony nyilásviszonynál viszont csak nagyon kis egyéb abberációk (pl. gömbi hiba, szferokromatizmus) jelentkeznek. A tökéletes optikai felületek megközelítése sem lehetetlen.
Különösen nem a Zeissnél!

Az ábrán Rohr számtalan pontosan elemzett optikája közül az egyik, egy 110/1650 AS lencse képalkotása.
Külön-külön fókuszálva a szineket a szférikus abberáció és a gyártási hibák rendkívül minimàlisak. A fontos sárgászöldben 0,996 Strehl-értéket mutat e objektív, de a többi színben is alig rosszabb.

Láthatóan a Zeissnél tudományos műszerpontosságra törekedtek, már messze belül a “kiváló” és az ég alatt egyáltalán érzékelhető hibahatáron.
Mivel a f/15 objektív szini hibája is csekély, e régi műszer sok hasonló ED refraktort, de akár egy apokromatikusat is felülmúl az éles kép dolgában, ha az kissé távol esik a tökéletesen kimunkált felületektől.

Ezek a gondos műszerek szép emlékei a hosszú fókuszú, klasszikus refraktorok világának.

12. Szuper apokromatikus álmok

Nem kérdés, hogy az optikusoknak és az optikai gyáraknak örök kihivás és motiváció a “majdnem tökéletes” műszer elkészítése. Ez persze illuzórikus dolog, hiszen a távcsövek rengeteg szempont szerint osztályozhatóak, és minden műszer optikai és mechanikai kompromisszumok sora.

A kontrasztos képalkotást és a nagy látómezőt tekintve az apokromatikus refraktorok azértorrhosszal kiemelkednek az optikák közül. De itt gyorsan hozzá kell tenni, hogy e távcsövek a kis, esetleg közepes mérettartományban reálisan elérhető műszerek az amatőrök többsége számára. Mint utazó távcsövek, és nem olyanok, amelyekkel láthatjuk a fényes galaxisok spirálszerkezetét.


Ezzel együtt is szép az igyekezet, ahogy a nagynevű optikai gyárak tökéletesítik a műszereiket. Az amatőrök oldaláról nyilvánvaló az igény a “tökéletes műszerre”, még sokszor akkor is, ha az éjszakák 90%-ban egy pillanatra sincs esély, hogy a rezzenéstelen légkörnél kihasználják ezt.
Az ábrán az eddigi egyik legjobb apokromatikus lencse, a Takahashi legendás FS mért leképezése. Bár a sárgászöld fókuszban van a közös mérés, a teljes vizuális tartományban 0,96 fölött van a Strehl-érték. A vizuálisan legfontosabb hullámhossznál a 0,99 “misztikus” határnál.

Az FS objektív Steinheil-rendszerű dublett, ahol kívül – egy nagyon erős védőréteg alatt – lapul a KF2 negatív tag, a legkisebb diszperziójú ismert üveganyag. A fluorit monokristály érzékeny a vizpárára. A japán cég egy rendkívül kemény réteggel vonta be, 30 év garanciát is vállal (, de más gyártó nem kisérletezett ilyen frontlencsével). A gyártási és konstrukciós nehézségek miatt ezt a tipust már nem gyártják. Ilyen jó korrekciót csak ED triplettekkel lehet elérni, ezek hátránya viszont a komoly termikus érzékenység, meg a foglalatban levő gyakori centírhibák.

A dublettek közül ez az elmèletileg a legjobb konstrukció az abberációk minimalizására, különösen a mérsékelt, f/8 fényerőnél. Az áteresztés 98%-os, a maximum. A rendszer szuper-apokromatikus, az RC index 0,3 -O,4 körüli, azaz a fókuszban sem a Vegán, sem a Vénuszon nem mutat szini hibát az értelmes nagyitástartományban (300x).

Nem véletlenül raktam föl épp ezt a lencsét, mivel három FS refraktort volt szerencsém használni két évtizeden át (egy 7,8 cm-es most is megvan, a kisfiam hasznàlja lelkesen). Még néhány másik FS lencsét is kritikusan megnéztem műcsillagos teszttel. Az optikák f/8 fényerőnél tènyleg közel álltak a tökéleteshez, ahogy azt Rohr interferometrikus méréseiben is feketén-fehéren kitűnik. A fényerősebb f/5,6- f/6 FS objektívek viszont “csak” a prémium leképezés alján voltak. A fokozottabb szferokromatizmus meg a fényerősebb lencsék nagyobb pontatlansága miatt.
A fénytani szabályok meg a gyártási nehézségek egy Takahashi cégre is univerzálisak.

Ez a gyártási szinvonal az apo-refraktorok világában is ritka. Fehér hollók, mint a LZOS 130/1200 triplettje , a Zeiss 100/1000 APQ objektívjei vagy a Nikon 100/1200 Super ED -apoja . Ezeket se gyártják többet, mert álmokat tükröztek inkább, nem a reàlis piaci igényeket. Ilyen amatőrtávcsövek gyártása egyszerűen nem (vagy alig) gazdaságos kis példányszámnál a komoly optikai gyáraknak.

Valószínű, hogy jövőben a kivételes és egyedi távcsövek piaca még tovább fog szűkülni az amatőrcsillagászatban,
a kinai optikai tömeggyártás erősödő monopol helyzete miatt. Néhány munufaktúra valószínűleg megmaradt méregdrága optikáival.

De tény: a prémium minőség már sokkal kedvezőbb áron elérhető, ha nem is ennyire kompromisszum mentes ( és konzekvens) mechanikai és optikai szinvonalon.

13. Ahova döcögünk a villamossal

Mars.

Viszonylag nyugodt légkör, de egy 10 cm-es refraktornak nem különlegesen ritka alkalom. 4 mm Zeiss ED otho okulár + 2x Tele Vue Barlow, 408 x.

Még “egyben” van a kép. Tak 102/816.

Egy refraktor.
(A műszer jelenleg – Tibor Horváth gondozásában – a nagyszerű hegyhátsáli Csillagdában szeretettel várja az érdeklődőket!)

Babcsán Gábor

4.8/5 (10)

Értékelés

About the Author: