Teleskop Newtona
Cz. I
Teleskop zwierciadlany jest używany do szeregu różnorodnych
prac obserwacyjnych. Dla miłośnika astronomii najbardziej dostępne są
obserwacje wizualne i fotograficzne. Te pierwsze wymagają umieszczenia
oka w bliskim sąsiedztwie ogniska, a przy fotografowaniu nieba kasetę
fotograficzną umieszczamy bezpośrednio w ognisku. W obu wypadkach
spowodowałoby to nadmierne przesłonięcie obiektywu. Dla uniknięcia tego,
przed głównym zwierciadłem umieszczamy małe płaskie lusterko ustawione
pod kątem 45° do osi optycznej instrumentu. Lusterko to
przechwytuje promienie odbite od głównego zwierciadła i przez otwór w
ściance tubusa wyprowadza je na zewnątrz niego. Usytuowanie ogniska na
zewnątrz tubusa pozwala na wygodne zamontowanie urządzenia okularowego
lub kasety fotograficznej, bez obawy przesłonięcia głównego zwierciadła.
Zbiegające się w płaszczyźnie obrazowej obiektywu wiązki promieni
tworzą świetlny stożek. Przecięcie stożka pod kątem 45° tworzy elipsę i dlatego płaskie lusterko ma obrys eliptyczny (rys.1).
Na lustro (rys.2) padają dwie wiązki promieni świetlnych od dwóch gwiazd pod kątem ω do osi optycznej. Po odbiciu się, tworzą one w płaszczyźnie obrazowej ogniska F (lub F' obrazy tych gwiazd: z1 i z2 (lub z1' i z2).
Jeżeli w płaszczyźnie obrazowej umieścimy płytę fotograficzną, to
możemy otrzymać fotografię tych dwóch gwiazd, których wzajemna odległość
kątowa na niebie wynosi 2ω. Kąt 2ω jest fotograficznym polem widzenia teleskopu. Liniowa odległość obrazów gwiazd na płycie wynosi:
(1)
Odległość Δ ogniska F' od osi optycznej lustra głównego, jest równa odległości lusterka od ogniska F. Wielkość Δ
musi być tak dobrana, aby urządzenie okularowe lub fotograficzne można
było dogodnie zamontować na tubusie. Płaskie lusterko musi obejmować
pełen przekrój stożka świetlnego dla danego pola widzenia. Długość małej
i dużej osi eliptycznej obrysu lusterka, określają z wystarczającą
dokładnością następujące zależności (według D. Maksutowa):
(2)
Pole widzenia teleskopu jest zależne między innymi od średnicy wlotu
tubusa i jego odległości od lustra głównego. Musimy tak dobrać te dwie
wielkości, aby tubus nie przesłaniał lustra promieniom świetlnym
padającym na nie pod kątem ω do osi optycznej. Spełniona musi być zależność:
(3)
Średnicę otworu okularowego i jego odległość od głównego zwierciadła obliczymy przy pomocy następujących wzorów:
(4)
Jest koniecznym, aby urządzenie okularowe było oddalone co najmniej 15 cm
od wlotu tubusa. W przeciwnym razie obecność obserwatora wywoła przez
nagrzewanie tubusa ruchy powietrza w jego wnętrzu, co spowoduje pulsację
i rozmazywanie się obrazów gwiazd.
Użyteczne fotograficznie pole widzenia dużych teleskopów jest zwykle bardzo małe, rzędu kilkunastu minut kątowych.
Amatorskie instrumenty są niewielkie, co pozwala na pewne zwiększenie
pola widzenia bez zbyt rażącego ujawnienia się błędów pozaosiowych.
Kątowe fotograficzne pole widzenia teleskopu amatorskiego powinno
umożliwiać swobodne sfotografowanie całego Księżyca. Wielkość tego pola
powinna wynosić co najmniej około 40 minut kątowych. Pole
widzenia w teleskopie Newtona ograniczone jest rozmiarami małego
lusterka. Największą dopuszczalną długość małej osi obrysu lusterka
podaje wzór:
(5)
Dla przykładu opracujemy konkretny przypadek konstrukcyjny:
Budujemy teleskop Newtona o średnicy lustra głównego D = 150 mm i ogniskowej f = 1400 mm. Rozporządzamy tubusem bakelitowym o wewnętrznej średnicy Φ1 = 170 mm i grubości ścianki g = 5 mm. Fotograficzne pole widzenia teleskopu ma wynosić 2ω = 50'.
Obliczamy kolejno:
1. Odległość ogniska F' od ścianki tubusa.
Wielkość ta wynika z konstrukcji i rozmiarów urządzenia okularowego lub fotograficznego. Zamontowanie kasety fotograficznej wraz z jej regulacją wymaga zazwyczaj większego wyniesienia ogniska poza tubus, niż w przypadku wyciągu okularowego, co trzeba uwzględnić, jeżeli chcemy użyć teleskopu do fotografii nieba.
W praktyce wielkość e waha się od kilku do kilkunastu cm. W tym przypadku przyjmujemy:
2. Odległość ogniska F' od osi głównej:
3. Odległość osi otworu okularowego w tubusie od powierzchni lustra głównego:
4. Maksymalną odległość wlotu tubusa od powierzchni lustra głównego:
skąd 
5. Liniowe rozmiary fotograficznego pola widzenia w płaszczyźnie obrazowej lustra głównego:
6. Długość małej i dużej osi eliptycznego obrysu lusterka płaskiego:
7. Minimalną średnicę otworu okularowego w tubusie:
Uwaga: Należy pamiętać o tym, że zewnętrzna średnica oprawki małego lusterka nie może przekroczyć wielkości określonej wzorem (5).
Lucjan Newelski