Soorten telescopen

Een telescoop is een apparaat dat gebruikt wordt om verre objecten te observeren door de emissie, absorptie of reflectie van elektromagnetische straling. Oorspronkelijk was het een optisch instrument dat lenzen, gebogen spiegels of een combinatie van beide gebruikte om verre objecten te observeren – een optische telescoop. Tegenwoordig wordt het woord "telescoop" gedefinieerd als een breed scala aan instrumenten die in staat zijn verschillende gebieden van het elektromagnetische spectrum te detecteren.

De eerste bekende praktische telescopen waren refractie-telescopen met glazen lenzen en werden begin 17e eeuw in Nederland uitgevonden. Ze werden gebruikt voor zowel aardse toepassingen als astronomie. De reflectietelescoop, die spiegels gebruikt om licht te verzamelen en te focussen, werd enkele decennia na de eerste refractietelescoop uitgevonden. In de 20e eeuw werden veel nieuwe soorten telescopen uitgevonden, waaronder radiotelescopen in de jaren 30 en infraroodtelescopen in de jaren 60.

TERUG

Het woord telescoop werd in 1611 bedacht door de Griekse wiskundige Giovanni Demisiani voor een van de instrumenten van Galileo Galilei, die hij presenteerde tijdens een banket in de Accademia dei Lincei. In De Sterrenboodschapper had Galileo de Latijnse term perspicillum gebruikt. De wortel van het woord komt van het Oudgriekse τῆλε, tele 'ver' en σκοπεῖν, skopein 'kijken of zien'; τηλεσκόπος, teleskopos 'verziend' ...

Refractor telescoop

Een refractietelescoop (ook wel refractor of dioptrische telescoop genoemd) is een type optische telescoop dat een lens als objectief gebruikt om een beeld te vormen. Het ontwerp van de refractietelescoop werd oorspronkelijk gebruikt in verrekijkers en astronomische telescopen, maar wordt ook gebruikt voor cameralenzen met een lange brandpuntsafstand. Hoewel grote refractietelescopen erg populair waren in de tweede helft van de 19e eeuw, is de refractietelescoop voor de meeste onderzoeksdoeleinden vervangen door de reflectietelescoop, die grotere openingen mogelijk maakt. De vergroting van een refractietelescoop wordt berekend door de brandpuntsafstand van de objectieflens te delen door die van het oculair.

Refractietelescopen hebben doorgaans een lens aan de voorkant, vervolgens een lange buis en dan een oculair of instrumentarium aan de achterkant, waar het beeld van de telescoop scherp wordt gesteld. Oorspronkelijk hadden telescopen een objectief met één element, maar een eeuw later werden lenzen met twee en zelfs drie elementen gemaakt.

Refractietelescopen maken gebruik van technologie die vaak al is toegepast op andere optische apparaten, zoals verrekijkers en zoomlenzen/telelenzen/lenzen met een lange brandpuntsafstand.

Uitvinding

Refractoren waren het vroegste type optische telescoop. De eerste vermelding van een refractietelescoop verscheen rond 1608 in Nederland, toen een brillenmaker uit Middelburg, Hans Lippershey, tevergeefs probeerde er een te patenteren. Het nieuws over het patent verspreidde zich snel en Galileo Galilei, die toevallig in mei 1609 in Venetië was, hoorde van de uitvinding, construeerde een eigen versie en paste deze toe bij het doen van astronomische ontdekkingen.

Principes

Alle refractietelescopen werken volgens dezelfde principes. De combinatie van een objectieflens (1) en een oculair (2) wordt gebruikt om meer licht op te vangen dan het menselijk oog zelf kan waarnemen, het te focussen (5) en de kijker een helderder, scherper en vergroot virtueel beeld (6) te presenteren.

Het objectief in een refractietelescoop breekt of buigt licht. Door deze breking convergeren parallelle lichtstralen in een brandpunt, terwijl niet-parallelle lichtstralen convergeren in een brandvlak. De telescoop zet een bundel parallelle stralen, die een hoek α met de optische as maken, om in een tweede parallelle bundel met een hoek β. De verhouding β/α wordt de hoekvergroting genoemd. Deze is gelijk aan de verhouding tussen de grootte van het retinale beeld met en zonder de telescoop.

Refractietelescopen zijn er in vele verschillende configuraties om de beeldoriëntatie en soorten aberratie te corrigeren. Omdat het beeld wordt gevormd door de buiging van licht, oftewel breking, worden deze telescopen refractietelescopen of refractoren genoemd.

Galileïsche telescoop

Het ontwerp dat Galileo Galilei rond 1609 gebruikte, wordt gewoonlijk een Galileïsche telescoop genoemd. Deze gebruikte een convergente (plano-convexe) objectieflens en een divergerende (plano-concave) oculairlens (Galileo, 1610). Een Galileïsche telescoop, omdat het ontwerp geen tussenliggend focuspunt heeft, resulteert in een niet-omgekeerd (d.w.z. rechtopstaand) beeld.

Galileo's krachtigste telescoop, met een totale lengte van 980 millimeter (39 inch), vergrootte objecten ongeveer 30 keer. Galileo moest werken met de gebrekkige lenstechnologie van die tijd en ontdekte dat hij diafragma's moest gebruiken om de diameter van de objectieflens te verkleinen (de brandpuntsverhouding te vergroten) om aberraties te beperken, waardoor zijn telescoop wazige en vervormde beelden produceerde met een smal gezichtsveld. Ondanks deze gebreken was de telescoop nog steeds goed genoeg voor Galileo om de hemel te verkennen. Hij gebruikte het om kraters op de maan te bekijken, de vier grootste manen van Jupiter, en de fasen van Venus.

Galileïsche telescoop

Parallelle lichtstralen van een ver object (y) worden samengebracht in het brandvlak van de objectieflens (F′ L1 / y′). De (divergerende) oculairlens (L2) onderschept deze stralen en maakt ze weer parallel. Niet-parallelle lichtstralen van het object die onder een hoek α1 ten opzichte van de optische as bewegen, bewegen onder een grotere hoek (α2 > α1) nadat ze door het oculair zijn gegaan. Dit leidt tot een toename van de schijnbare hoekgrootte en is verantwoordelijk voor de waargenomen vergroting. [bronvermelding nodig]

Het uiteindelijke beeld (y″) is een virtueel beeld, gelegen op oneindig en staat op dezelfde manier (d.w.z. niet omgekeerd of rechtop) als het object.

Kepler telescoop

De Kepler-telescoop, uitgevonden door Johannes Kepler in 1611, is een verbetering ten opzichte van het ontwerp van Galileo. Hij gebruikt een bolle lens als oculair in plaats van de concave lens van Galileo. Het voordeel van deze opstelling is dat de lichtstralen die uit het oculair komen [twijfelachtig – discussie] convergeren. Dit zorgt voor een veel breder gezichtsveld en een grotere oogafstand, maar het beeld voor de waarnemer is omgekeerd. Met dit ontwerp kunnen aanzienlijk hogere vergrotingen worden bereikt, maar net als de Galileïsche telescoop gebruikt hij nog steeds een eenvoudige objectieflens met één element, waardoor hij een zeer hoge brandpuntsverhouding nodig heeft om aberraties te verminderen. (Johannes Hevelius bouwde een onhandelbare f/225-telescoop met een objectief van 200 millimeter en een brandpuntsafstand van 46 meter, en er werden zelfs nog langere buisloze "luchttelescopen" gebouwd). Het ontwerp maakt ook het gebruik van een micrometer in het brandvlak mogelijk (om de hoekgrootte en/of afstand tussen waargenomen objecten te bepalen).

Huygens bouwde een luchttelescoop voor de Royal Society of London met een enkelvoudige lens van 19 cm (7,5 inch).

Achromatische lenzen

De volgende belangrijke stap in de evolutie van refractietelescopen was de uitvinding van de achromatische lens, een lens met meerdere elementen die hielp bij het oplossen van problemen met chromatische aberratie en kortere brandpuntsafstanden mogelijk maakte. De lens werd in 1733 uitgevonden door een Engelse advocaat genaamd Chester Moore Hall, hoewel ze onafhankelijk werd uitgevonden en gepatenteerd door John Dollond rond 1758. Het ontwerp overwon de noodzaak van zeer lange brandpuntsafstanden in refractietelescopen door gebruik te maken van een objectief gemaakt van twee stukken glas met verschillende dispersie, 'kroonglas' en 'vuursteenglas', om chromatische en sferische aberratie te verminderen. Beide zijden van elk stuk worden geslepen en gepolijst, waarna de twee stukken worden samengevoegd. Achromatische lenzen zijn gecorrigeerd om twee golflengten (meestal rood en blauw) in hetzelfde vlak scherp te stellen.

Chester Moore Hall wordt genoemd als de maker van de eerste dubbele kleurgecorrigeerde lens in 1730.

Achromatische lenzen

Dollond-achromaten waren erg populair in de 18e eeuw. Een belangrijk voordeel was dat ze korter gemaakt konden worden. Problemen met de glasproductie zorgden er echter voor dat de glazen objectieven niet groter dan ongeveer 10 cm in diameter werden gemaakt.

Aan het einde van de 19e eeuw ontwikkelde de Zwitserse opticien Pierre-Louis Guinand (foto) een manier om glazen blanks van hogere kwaliteit te maken met een diameter groter dan 10 cm. Hij gaf deze technologie door aan zijn leerling Joseph von Fraunhofer, die deze technologie verder ontwikkelde en ook het Fraunhofer-dubbellensontwerp ontwikkelde. De doorbraak in de glasproductietechnieken leidde tot de grote refractoren van de 19e eeuw, die in de loop van het decennium steeds groter werden en uiteindelijk aan het einde van die eeuw een diameter van meer dan 1 meter bereikten, voordat ze in de astronomie werden vervangen door reflecterende telescopen van verzilverd glas.

Doublet refractoren

Enkele beroemde doublet-refractoren uit de 19e eeuw zijn de James Lick-telescoop (91 cm) en de Greenwich 28-inch refractor (71 cm). Een voorbeeld van een oudere refractor is de Shuckburgh-telescoop (daterend uit de late 18e eeuw). Een beroemde refractor was de "Trophy Telescope", die werd gepresenteerd op de Great Exhibition van 1851 in Londen. Het tijdperk van de 'grote refractoren' in de 19e eeuw werd gekenmerkt door grote achromatische lenzen, met als hoogtepunt de grootste achromatische refractor ooit gebouwd, de 'Great Paris Exhibition Telescope' uit 1900.

In het Royal Observatory in Greenwich staat een instrument uit 1838, de Sheepshanks-telescoop (foto), met een objectief van Cauchoix. De Sheepshanks had een lens met een diameter van 17 cm en was ongeveer twintig jaar lang de grootste telescoop in Greenwich.

Zeiss

In de jaren 1900 was Zeiss een bekende fabrikant van optische instrumenten. Een voorbeeld van de belangrijkste prestaties van refractoren is dat meer dan 7 miljoen mensen door de 12-inch Zeiss-refractor (foto) in het Griffith Observatory hebben kunnen kijken sinds de opening in 1935; dit is het grootste aantal mensen dat ooit door een telescoop heeft gekeken.

Achromaten waren populair in de astronomie voor het maken van sterrencatalogi en ze vereisten minder onderhoud dan metalen spiegels. Enkele beroemde ontdekkingen met behulp van achromaten zijn de planeet Neptunus en de manen van Mars.

De lange achromaten, ondanks hun kleinere opening dan de grotere reflectoren, werden vaak geprefereerd voor "prestigieuze" observatoria. Aan het eind van de 18e eeuw werd er om de paar jaar een grotere en langere refractor geïntroduceerd. [bronvermelding nodig]

Het observatorium van Nice introduceerde bijvoorbeeld een refractor van 77 centimeter, de grootste op dat moment, maar deze werd al binnen een paar jaar overtroffen.

Apochromatisch

Apochromatische refractoren hebben objectieven die zijn gemaakt van speciale materialen met een extra lage dispersie. Ze zijn ontworpen om drie golflengten (doorgaans rood, groen en blauw) in hetzelfde vlak scherp te stellen. De resterende kleurfout (tertiair spectrum) kan een orde van grootte kleiner zijn dan die van een achromatische lens. [bronvermelding nodig] Dergelijke telescopen bevatten elementen van fluoriet of speciaal glas met een extra lage dispersie (ED) in het objectief en produceren een zeer scherp beeld dat vrijwel vrij is van chromatische aberratie. Vanwege de speciale materialen die nodig zijn voor de fabricage, zijn apochromatische refractoren meestal duurder dan telescopen van andere typen met een vergelijkbare opening.

In de 18e eeuw maakte Dollond, een populaire fabrikant van doublet-telescopen, ook een triplet, hoewel deze niet zo populair waren als de telescopen met twee elementen.

Een van de beroemde triplet-objectieven is de Cooke-triplet, die bekend staat om zijn vermogen om de Seidal-aberraties te corrigeren. Het wordt erkend als een van de belangrijkste objectieve ontwerpen op het gebied van de fotografie. Het Cooke-triplet kan met slechts drie elementen voor één golflengte sferische aberratie, coma, astigmatisme, veldkromming en vervorming corrigeren.

Aberratie

Refractoren hebben last van residuele chromatische en sferische aberratie. Dit heeft een grotere invloed op kortere brandpuntsverhoudingen dan op langere. Een achromatische refractor met een brandpuntsafstand van f/6 zal waarschijnlijk aanzienlijke kleurafwijkingen vertonen (meestal een paarse halo rond heldere objecten); een achromatische refractor met een brandpuntsafstand van f/16 heeft veel minder kleurafwijkingen.

Bij zeer grote openingen is er ook een probleem met doorbuiging van de lens, een gevolg van de zwaartekracht die het glas vervormt. Omdat een lens alleen door de rand op zijn plaats kan worden gehouden, buigt het midden van een grote lens door de zwaartekracht door, waardoor de beelden die hij produceert vervormd raken. De grootste praktische lensdiameter in een refractietelescoop is ongeveer 1 meter.

Een ander probleem zijn glasdefecten, strepen of kleine luchtbelletjes die in het glas vastzitten. Bovendien is glas ondoorzichtig voor bepaalde golflengten, en zelfs zichtbaar licht wordt gedempt door reflectie en absorptie wanneer het de lucht-glasgrensvlakken passeert en door het glas zelf gaat. De meeste van deze problemen worden vermeden of verminderd bij spiegeltelescopen, die met veel grotere openingen gemaakt kunnen worden en die refractortelescopen voor astronomisch onderzoek vrijwel volledig hebben vervangen.

Applicaties

Refractietelescopen stonden bekend om hun gebruik in de astronomie, maar ook voor Aardse waarnemingen. Veel vroege ontdekkingen van het zonnestelsel werden gedaan met enkelvoudige refractoren. Het gebruik van refractietelescopen is alomtegenwoordig in de fotografie en wordt ook toegepast in een baan om de Aarde. Een van de bekendste toepassingen van de refractietelescoop was de ontdekking van de vier grootste manen van Jupiter door Galileo in 1609. Enkele decennia later werden vroege refractoren ook gebruikt om Titan, de grootste maan van Saturnus, te ontdekken, samen met drie andere manen van Saturnus.

In de 19e eeuw werden refractietelescopen gebruikt voor baanbrekend werk op het gebied van astrofotografie en spectroscopie, en het verwante instrument, de heliometer, werd gebruikt om voor het eerst de afstand tot een andere ster te berekenen. Hun bescheiden openingen leidden niet tot zoveel ontdekkingen en waren doorgaans zo klein dat veel astronomische objecten simpelweg niet waarneembaar waren tot de komst van lange belichtingstijdfotografie. Tegen die tijd begonnen de reputatie en eigenaardigheden van reflectie-telescopen die van refractortelescopen te overtreffen. Desondanks werden er enkele ontdekkingen gedaan, waaronder de manen van Mars, een vijfde maan van Jupiter en vele dubbelsterren, zoals Sirius. Refractoren werden vaak gebruikt voor positionele astronomie, naast de andere toepassingen in fotografie en aardse waarnemingen.

Reflector kijker

Een spiegeltelescoop (ook wel reflectortelescoop genoemd) is een telescoop die gebruikmaakt van een enkele of een combinatie van gebogen spiegels die licht weerkaatsen en een beeld vormen. De spiegeltelescoop werd in de 17e eeuw uitgevonden door Isaac Newton als alternatief voor de refractietelescoop, die destijds last had van ernstige chromatische aberratie. Hoewel spiegel-telescopen andere soorten optische aberraties produceren, maakt dit ontwerp het gebruik van objectieven met een zeer grote diameter mogelijk. Bijna alle belangrijke telescopen die in astronomisch onderzoek worden gebruikt, zijn spiegeltelescopen. Er zijn veel varianten in gebruik en sommige maken gebruik van extra optische elementen om de beeldkwaliteit te verbeteren of het beeld in een mechanisch gunstige positie te plaatsen. Omdat spiegeltelescopen spiegels gebruiken, wordt het ontwerp soms ook wel een catoptrische telescoop genoemd.

Reflector kijker

Van de tijd van Newton tot de 19e eeuw was de spiegel zelf van metaal gemaakt – meestal spiegelmetaal. Dit type spiegel werd gebruikt in Newtons eerste ontwerpen en in de grootste telescoop van de 19e eeuw, de Leviathan van Parsonstown met een metalen spiegel van 1,8 meter breed. Rond de eeuwwisseling werd een nieuwe methode met een glazen blok bedekt met een zeer dunne laag zilver steeds populairder. Dit leidde tot de ontwikkeling van de Crossley- en Harvard-reflectietelescopen, die de reputatie van reflectietelescopen verbeterden, aangezien de ontwerpen met metalen spiegels bekend stonden om hun nadelen. Met name de metalen spiegels reflecteerden slechts ongeveer tweederde van het licht en het metaal kon dof worden. Na herhaaldelijk polijsten en doven kon de spiegel zijn precieze vorm verliezen.

Reflectietelescopen werden enorm populair in de astronomie en veel beroemde telescopen, zoals de Hubble-ruimtetelescoop, en populaire amateurmodellen maken gebruik van dit ontwerp. Bovendien werd het reflectietelescoopprincipe toegepast op andere elektromagnetische golflengten, en zo maken röntgen-telescopen bijvoorbeeld ook gebruik van het reflectieprincipe voor beeldvormende optiek.

Geschiedenis

Het idee dat gebogen spiegels zich gedragen als lenzen gaat minstens terug tot Alhazens verhandeling over optica uit de 11e eeuw, werken die in vroegmodern Europa in Latijnse vertalingen wijdverspreid waren. Kort na de uitvinding van de refractietelescoop bespraken Galileo Galilei, Giovanni Francesco Sagredo en anderen, aangespoord door hun kennis van de principes van gebogen spiegels, het idee om een telescoop te bouwen met een spiegel als beeldvormend objectief. Er waren berichten dat de Bolognees Cesare Caravaggi er rond 1626 een had gebouwd en de Italiaanse professor Niccolò Zucchi schreef in een later werk dat hij in 1616 had geëxperimenteerd met een concave bronzen spiegel, maar dat deze geen bevredigend beeld opleverde. De potentiële voordelen van het gebruik van parabolische spiegels, met name de vermindering van sferische aberratie zonder chromatische aberratie, leidden tot vele voorgestelde ontwerpen voor reflecterende telescopen. Hieronder viel er een van James Gregory (foto), gepubliceerd in 1663. In 1673 slaagde de experimentele wetenschapper Robert Hooke erin dit type telescoop te bouwen, die bekend kwam te staan als de Gregoriaanse telescoop.

Geschiedenis

Vijf jaar nadat Gregory zijn telescoop had ontworpen en vijf jaar voordat Hooke de eerste Gregoriaanse telescoop bouwde, bouwde Isaac Newton (foto) in 1668 zijn eigen reflecterende telescoop, die wordt beschouwd als de eerste reflecterende telescoop, aangezien eerdere ontwerpen nooit in de praktijk werden gebracht of mislukten toen ze werden geprobeerd. Newtons telescoop gebruikte een sferisch geslepen metalen primaire spiegel en een kleine diagonale spiegel in een optische configuratie die bekend is komen te staan als de Newtoniaanse telescoop.

Geschiedenis

Ondanks de theoretische voordelen van het reflectorontwerp, zorgden de moeilijkheid van de constructie en de slechte prestaties van de destijds gebruikte spiegels van speculummetaal ervoor dat het meer dan 100 jaar duurde voordat ze populair werden. Veel van de vooruitgang in reflecterende telescopen omvatte de perfectionering van de fabricage van parabolische spiegels in de 18e eeuw, verzilverde glazen spiegels in de 19e eeuw (gebouwd door Léon Foucault (foto) in 1858), duurzame aluminiumcoatings in de 20e eeuw, gesegmenteerde spiegels om grotere diameters mogelijk te maken, en actieve optiek om zwaartekrachtvervorming te compenseren. Een innovatie uit het midden van de 20e eeuw waren catadioptrische telescopen zoals de Schmidt-camera, die zowel een sferische spiegel als een lens (een correctieplaat genoemd) als primaire optische elementen gebruiken, voornamelijk voor breedbeeldopnamen zonder sferische aberratie.

Aan het eind van de 20e eeuw werden adaptieve optica en lucky imaging ontwikkeld om de problemen met seeing te overwinnen, en reflecterende telescopen zijn alomtegenwoordig op ruimtetelescopen en vele soorten beeldvormingsapparatuur in ruimteschepen.

Technisch

Een gebogen primaire spiegel is het belangrijkste optische element van een reflectortelescoop dat een beeld creëert in het brandvlak. De afstand van de spiegel tot het brandvlak wordt de brandpuntsafstand genoemd. Hier kan een film of een digitale sensor worden geplaatst om het beeld vast te leggen, of er kan een secundaire spiegel worden toegevoegd om de optische eigenschappen te wijzigen en/of het licht te herleiden naar film, digitale sensoren of een oculair voor visuele waarneming.

De primaire spiegel in de meeste moderne telescopen bestaat uit een massieve glazen cilinder waarvan het vooroppervlak is geslepen tot een bolvormige of parabolische vorm. Een dunne laag aluminium wordt onder vacuüm op de spiegel aangebracht, waardoor een sterk reflecterende spiegel met een eerste oppervlak ontstaat.

Sommige telescopen gebruiken primaire spiegels die op een andere manier worden gemaakt. Gesmolten glas wordt rondgedraaid om het oppervlak parabolisch te maken en blijft ronddraaien terwijl het afkoelt en stolt. De resulterende spiegelvorm benadert een gewenste paraboloïde vorm die minimale slijp- en polijstbewerking vereist om de exacte vorm te bereiken.

Optische fouten

Reflectietelescopen produceren, net als elk ander optisch systeem, geen "perfecte" beelden. De noodzaak om objecten op oneindige afstanden af te beelden, ze te bekijken bij verschillende golflengten van licht, en de vereiste om het beeld dat de primaire spiegel produceert te kunnen bekijken, betekent dat er altijd een compromis moet worden gesloten in het optische ontwerp van een reflecterende telescoop.

Omdat de primaire spiegel het licht focust op een gemeenschappelijk punt vóór zijn eigen reflecterende oppervlak, hebben bijna alle reflecterende telescopen een secundaire spiegel, filmhouder of detector in de buurt van dat focuspunt, die het licht gedeeltelijk blokkeert en zo voorkomt dat het de primaire spiegel bereikt. Dit zorgt niet alleen voor een vermindering van de hoeveelheid licht die het systeem opvangt, maar ook voor een verlies aan contrast in het beeld als gevolg van diffractie-effecten van de obstructie en diffractiepieken die door de meeste secundaire ondersteuningsstructuren worden veroorzaakt.

Een afbeelding (foto) van Sirius A en Sirius B, gemaakt door de Hubble-ruimtetelescoop, waarop diffractiepieken en concen-trische diffractieringen te zien zijn.

Aberratie

Het gebruik van spiegels voorkomt chromatische aberratie, maar ze produceren andere soorten aberraties. Een eenvoudige bolvormige spiegel kan licht van een ver object niet naar een gemeenschappelijk brandpunt brengen, omdat de reflectie van lichtstralen die de spiegel nabij de rand raken, niet convergeert met de reflectie van lichtstralen dichter bij het midden van de spiegel. Dit defect wordt sferische aberratie genoemd. Om dit probleem te voorkomen, gebruiken de meeste reflecterende telescopen parabolische spiegels, een vorm die al het licht naar een gemeenschappelijk brandpunt kan focussen. Parabolische spiegels werken goed met objecten nabij het midden van het beeld dat ze produceren (licht dat parallel aan de optische as van de spiegel beweegt), maar naar de rand van datzelfde gezichtsveld toe hebben ze last van aberraties buiten de as :

Coma – een aberratie waarbij puntbronnen (sterren) in het midden van het beeld worden gefocust tot een punt, maar meestal verschijnen als "komeetachtige" radiale vlekken die naar de randen van het beeld toe erger worden.

Veldkromming – Het beste beeldvlak is over het algemeen gekromd, wat mogelijk niet overeenkomt met de vorm van de detector en leidt tot een focusfout over het hele beeldveld. Dit wordt soms gecorrigeerd met een veldvlaklens.

Astigmatisme (foto) – een azimutale variatie van de focus rond de opening waardoor puntbronbeelden buiten de as elliptisch lijken. Astigmatisme is meestal geen probleem bij een smal beeldveld, maar bij een breed beeldveld wordt het snel erger en varieert het kwadratisch met de beeldhoek.

Vervorming – Vervorming heeft geen invloed op de beeldkwaliteit (scherpte), maar wel op de vorm van objecten. Dit wordt soms gecorrigeerd door beeldverwerking.

Applicaties

Vrijwel alle grote, professionele astronomische telescopen zijn reflectortelescopen. Dit heeft verschillende redenen :

- Reflectoren werken met een breder spectrum aan licht, omdat bepaalde golflengten worden geabsorbeerd wanneer ze door glaselementen gaan, zoals die in een refractor.

- In een lens moet het gehele materiaalvolume vrij zijn van imperfecties en inhomogeniteiten, terwijl in een spiegel slechts één oppervlak perfect gepolijst hoeft te zijn.

- Licht van verschillende golflengten beweegt zich met verschillende snelheden door een medium anders dan vacuüm. Dit veroorzaakt chromatische aberratie. Om dit tot een aanvaardbaar niveau te reduceren, is meestal een combinatie van twee of drie lenzen met een bepaalde opening nodig. De kosten van dergelijke systemen schalen daarom aanzienlijk met de grootte van de opening. Een beeld verkregen met een spiegel heeft van nature geen last van chromatische aberratie, en de kosten van de spiegel schalen veel minder sterk met de grootte.

- Er zijn structurele problemen verbonden aan de productie en het hanteren van lenzen met een grote opening. Omdat een lens alleen door de rand op zijn plaats gehouden kan worden, zal het midden van een grote lens door de zwaartekracht doorzakken, waardoor het geproduceerde beeld vervormd raakt.

Gregoriaans ontwerp

De Gregoriaanse telescoop, beschreven door de Schotse astronoom en wiskundige James Gregory in zijn boek Optica Promota uit 1663, maakt gebruik van een concave secundaire spiegel die het beeld terugkaatst door een opening in de primaire spiegel. Dit levert een rechtopstaand beeld op, wat nuttig is voor aardse waarnemingen. Sommige kleine spotting scopes worden nog steeds op deze manier gebouwd. Er zijn verschillende grote moderne telescopen die een Gregoriaanse configuratie gebruiken, zoals de Vatican Advanced Technology Telescope, de Magellan-telescopen, de Large Binocular Telescope en de Giant Magellan Telescope.

Newtoniaans ontwerp

De Newton-telescoop was de eerste succesvolle spiegeltelescoop, voltooid door Isaac Newton in 1668. Hij heeft meestal een paraboloïde hoofdspiegel, maar bij brandpunts-verhoudingen van ongeveer f/10 of langer kan een bolvormige hoofdspiegel volstaan voor een hoge visuele resolutie. Een vlakke secundaire spiegel reflecteert het licht naar een brandvlak aan de zijkant van de bovenkant van de telescoopbuis. Het is een van de eenvoudigste en goedkoopste ontwerpen voor een gegeven grootte van de hoofdspiegel en is populair bij amateur-telescoopbouwers als zelfbouwproject.

Cassegrain ontwerp

De Cassegrain-telescoop (soms ook wel de "klassieke Cassegrain" genoemd) werd voor het eerst beschreven in een ontwerp uit 1672, toegeschreven aan Laurent Cassegrain. Hij heeft een parabolische primaire spiegel en een hyperbolische secundaire spiegel die het licht terugkaatst door een opening in de primaire spiegel. Het vouwen en divergeren van de secundaire spiegel zorgt voor een telescoop met een lange brandpuntsafstand en een korte buislengte.

Catadioptrische kijker

Een catadioptrisch optisch systeem is een systeem waarin breking en reflectie gecombineerd worden, meestal door middel van lenzen (dioptrie) en gebogen spiegels (catoptrie). Catadioptrische combinaties worden gebruikt in focusseersystemen zoals zoeklichten, koplampen, vroege focusseersystemen van vuurtorens, optische telescopen, microscopen en telelenzen. Andere optische systemen die lenzen en spiegels gebruiken, worden ook wel "catadioptrisch" genoemd, zoals catadioptrische bewakingssensoren.

Geschiedenis

Catadioptrische combinaties werden gebruikt in veel vroege optische systemen. In de jaren 1820 ontwikkelde Augustin-Jean Fresnel verschillende catadioptrische reflectorversies van zijn Fresnel-lens voor vuurtorens

Léon Foucault ontwikkelde in 1859 een catadioptrische microscoop om aberraties tegen te gaan die optreden bij het afbeelden van objecten met een lens bij hoge vergroting. In 1876 vond de Franse ingenieur A. Mangin de zogenaamde Mangin-spiegel uit, een concave glazen reflector met het zilveren oppervlak aan de achterzijde van het glas. De twee oppervlakken van de reflector hebben verschillende radii om de aberratie van de sferische spiegel te corrigeren. Licht gaat tweemaal door het glas, waardoor het hele systeem zich gedraagt als een tripletlens. Mangin-spiegels werden gebruikt in zoeklichten, waar ze een bijna perfect parallelle lichtbundel produceerden. Veel catadioptrische telescopen gebruiken negatieve lenzen met een reflecterende coating aan de achterkant, die "Mangin-spiegels" worden genoemd, hoewel het geen objectieven met één element zijn zoals de originele Mangin-spiegel, en sommige dateren zelfs van vóór de uitvinding van Mangin.

Bronnen

- Wikipedia
- BBC
- Astroscope
- NASA
- Science photo library
- Sony
- Griffith Observatory
- Royal Museum Greenwich

Astropolis respecteert logischerwijze de auteursrechten, maar het blijkt helaas niet altijd mogelijk om te achterhalen wie de rechtmatige eigenaar is van betreffende foto of video. Bent u de eigenaar en maakt u bezwaar ? Neem dan gerust contact met ons op !