Az apokromátok alternatívája a ferdetükrös távcső,
avagy Versenyben az apokromátokkal

Berente Béla amatőrcsillagász

Az utóbbi években viszonylag sok írás jelent meg az apokromátok különféle típusairól, össze- hasonlítva őket rendszerint egy hasonló méretű Newton távcsővel. Ezeknek a cikkeknek többnyire az volt a végső kicsengése - nem is alaptalanul, hogy az apokromatikus objektívvel szerelt távcső a Távcső, és a központi kitakarással rendelkező optika (Newton, Cassegrain stb.) csak a segédtükör méretének minimalizálásával válik valamennyire versenyképessé az apokromáttal szemben.
Természetesen, ha csak az a cél, hogy minél halványabb csillagokat, galaxisokat pillantsunk meg, akkor a tükör előbb-utóbb győzedelmeskedik a lencse felett annak ellenére, hogy a kontraszt ezen az észlelési területen is fontos tényező marad. Egészen más a helyzet, ha egy bolygón akarunk finom, halvány részleteket megfigyelni, amikor a tükör átmérőjének növelése már nem célravezető, mert a nagyobb átmérjű optika fokozottan érzékeny a földi légkör turbulenciájára.
A hazai amatrőcsillagászat hőskorában, 20-30 évvel ezelőtt a távcsövek kontraszttényezője nem volt szempont a köztudatban, inkább az a nézet uralkodott, hogy a kb. 60%-os központi kitakarásnak is csupán annyi hatása van a leképezésre, hogy csak némi fényveszteséget okoz. Készültek is kvázi-Casegrain távcsövek, amelyek mégsem váltották be a hozzájuk fűzött reményeket.

Voltak olyan amatőrök, akik inkább észleltek 80/1200-as Zeiss lencsével, mint 300/2000-es tükörrel. Erre az az egyszerű magyarázat, hogy akkoriban viszonylag könnyen, és elérhető áron hozzá lehetett jutni kiváló minségű NDK-s Zeiss termékekhez. Ugyanez viszont már nem volt érvényes a közepes és nagy átmérőjű (15-30 cm-es) gyári tükrökre, amelyek jórészt csak az USA-ból voltak beszerezhetők, így ezek a tükrök valódi státusszimbólumokká váltak. Sajnos ugyanez volt a helyzet a minőségi tükörcsiszolást elősegítő optikai szakkönyvekkel is.
Mára nagyot változott a világ! Minden típusú optika beszerezhető azok közül amelyeket korábban csak megcsodáltunk a magazinok borítóin sőt, a kínálat már kibővült az apokromát objektívvel rendelkező távcsövekkel is. Ezeknek a lencséknek a tulajdonságai valóban megközelítik a tökéletes optika fogalmát. A különleges üveganyagoknak és többszörös reflexiógátló bevonatoknak köszönhetően a maradék színihiba (tercier spektrum) elhanyagolható, és a lencsén áthaladó fény csaknem 100%-a hasznosul. Természetesen a különféle gyártó cégek termékei között vannak minőségbeli különbségek azonos típusú lencsék esetében is. Áruk azonban csillagászati!

Van azonban egy olyan távcsőcsalád, amelyekben szerencsésen ötvöződik az apokromát tiszta fényútja, a tökéletes színihibamentesség és a viszonylagos olcsóság. Ezekről a távcsövekről eddig csak említés történt egy-két mondat erejéig.
A ferdetükrös távcsövekről, (angolul Tilted Components Telescopes) rövidítve TCT-kről van szó.

Legalább tucatnyi fajtája létezik a döntött tükrös távcsöveknek, a két tükröstől a három, sőt négy tükrös rendszerekig. Vannak közöttük gömbtükörrel rendelkezők és bonyolult aszférikus, kéttengelyű ellipszoid (toroid) felületekkel birók is.

Legelőször W. Herschel épített ferdetükrös távcsövet azért, hogy minél több fényt tudjon összegyűjteni fémtükrű távcsövével. A főtükör döntéséből fakadó leképezési hibákat ,-(kóma és asztigmatizmus)- hosszú fókusszal igyekezett mérsékelni. Távcsöve a nehézkes kezelhetőség és a tökéletlen leképezés miatt nem vált népszerűvé.

Hosszú szünet után századunk elején az 1910-es években jelent meg az első kéttükrös TCT, Brachyt néven..(3.ábra).

A 80-as évek elején Papp Sándor barátommal (övé volt a távcső) módunk volt kipróbálni egy antik ......und Fritsch osztrák cég által gyártott távcsövet. A főtükör 110mm átmérőjű volt, az eredő fókusz 3000mm körüli. A hosszas jusztírozás után leképezése elfogadható volt. Ez a távcsőtípus sem terjedt el igazán. Több évtized múltán, az 50-es években egy Anton Kutter nevű német optikus megalkotta az általa schiefspiegler-nek nevezett távcsövet, amit később az ő nevével is emlegetnek.. A schiefspiegler szó is ferdetükröst jelent, mi azonban maradjunk a rövidség kedvéért a TCT -nél, de ne felejtsük el, hogy a Kutter-schiefspiegler csak egy típusa a sokféle TCT-nek.(1.ábra). . .

Anton Kutter több fontos feltételt állított fel a siker érdekében távcsövének tervezésekor: -a fő és segédtükör görbületi sugara legyen azonos, az elkészítést megkönnyítendő -a görbületi sugarak legyenek nagyok, ( a főtükör fényereje kb. f/12) így a rendszer eredő nyílásviszonya f/20 és f/30 közé esik.) -a brachytnál meglevő aberrációkat a segédtükör döntésével kompenzálja. Az eredmény nem maradt el: az optikai tengely mentén jól korrigált, központi kitakarás mentes hosszú fókuszú távcsövet kapott, amely jellegéből adódóan kiválóan alkalmas Hold, bolygó és kettőscsillag megfigyelésekre. Később Kutter megalkotta a schiefspiegler háromtükrös változatát a tri-schiefspieglert, ami fényerősebb és kompaktabb korábbi formájánál. A schiefspieglerek főleg az USA-ban terjedtek el kitűnő képkontrasztjuk, és szintén kiváló leképezésük miatt. Magyarországon tudomásunk szerint volt egy sikertelen próbálkozás Kutter távcső készítésére; ennek ellenére jó lenne több figyelmet szentelni ennek az optikának, mert ez az amatőrök által legkönnyebben elkészíthető TCT. 1965 újabb nagy évszám a ferdetükrös távcsövek történetében, amikor Arthur S. Leonard a Nevada állambeli Renoban bemutatott egy általa feltalált új távcsőtípust, a Yolo-t. Ez a távcső máig nem érte el azt a népszerűséget, ami pedig méltán megilletné leképezési paramétereit tekintve.(2.ábra).

A Yolo távcső két homorú tükörből áll, amelyek közül a főtükör erős hiperboloid, a segédtükör pedig kéttengelyű ellipszoid (toroid) felületű. Ez utóbbi olyan különleges felület, amelynek görbületi sugara két egymásra merőleges irányban eltér egymástól, - ilyen felület például a Föld egyenlítőjének egy darabja is. Ez a szándékoltan asztigmatikus felület kompenzálja a főtükör döntéséből eredő leképezési hibákat, asztigmatizmust és kómát.

Az optikai tervezést manapság nagyon megkönnyítik a különféle számítógépes programok (ray-tracing), amelyekben több száz, több ezer képzeletbeli fénysugarat küldenek át a vizsgálni kívánt optikai rendszeren. Az eredmény numerikusan és grafikusan megjelenik a képernyőn, ez utóbbi az ún. spot-diagram, amely mutatja az optikai tengelymenti és kívüli leképezést. A lépték rendszerint az Airy-korong mérete.(4.ábra).

Egy optika akkor kifogástalan, ha az objektívre eső fénysugarak az Airy-korong méreténél kisebb területen találkoznak, és ez az optikai tengely minél nagyobb környezetére igaz. Mi a helyzet a Kutter és a Yolo távcsövek esetében? A vizsgálatok azt mutatják, hogy az eredeti Kutter távcső csak kb. 110mm átmériőg felel meg a fenti kritériumoknak, jelentős a tengelymenti kóma.

Nagyobb átmérők esetében szükségessé válik a főtükör aszferizálása mellett még egy harmadik tükör beépítése a rendszerbe,- és ez már a tri-schiefspiegler!

A helyesen méretezett Yolo távcsőnek 15-20cm átmérőnél az optikai tengelyen a leképezés tökéletes, 0.5°-os látómező szélén a kóma nem nagyobb, mint egy hasonló méret f/6-os Newton távcsőé.

A Yolo viszonylag nagy fényereje (f/10-f/16) a különleges felületeknek köszönhető, amelyek az elkészíthetőségét megnehezítik. Érdekességként érdemes megemlíteni, hogy Arthur S. Leonard Yolo távcsövében a segédtükör kéttengelyű felületét a tükör foglalatában kialakított mechanikus feszítéssel állította elő! Huszonhárom év múltán, 1988-ban José M. Sasian (University of Arizona's Optical Sciences Center) polírozta bele először az üvegbe a toroidot. Ennek előnye az, hogy stabil, nem kell minden észlelés előtt beállítani az optimális korrekciót adó feszítést.

A Yolo távcső tükreinek pontos beszabályozása elengedhetetlen a jó képalkotás érdekében,- ami nem kis feladat! Fontos a tükrök döntésszögének, távolságának precíz beállítása, mert eszerint változik az asztigmatizmus és kóma korrekciója.

Néhány éve, mikor először olvastam erről a távcsőről, rögtön felkeltette érdeklődésemet, mert viszonylag nagy fényerő és zavartalan fényút miatt egy ilyen távcső szinte minden észlelési területen a maximumot tudja nyújtani. Meg is terveztem a 160/2000-es Yolo távcsövemet. A tervezés nem okozott problémát, a nehézségek a toroid segédtükör polírozásakor kezdődtek. Legalább tízszer csiszoltam újra a segédtükröt, mert a kívánt toroid felület sehogysem akart sikerülni. A kitartó és némileg kisérletező munka idővel kezdte meghozni a gyümölcsét,-a szerzett tapasztalatok felhasználásával végül sikerült peremtől-peremig kiváló toroidot kapni. Ehhez némi szünetekkel bő egy év kellett!

A tükörcsiszolásban jártasaknak többet mond a munka nagyságáról az, hogy polírozással olyan felületet kellett előállítani amelynek szagittális síkban 7530mm, erre merőleges tangenciális síkban 7710mm a görbülete, - a különbség 180mm! A főtükör hiperbolizálása a hosszú görbület miatt gyorsan ment, itt inkább arra kellett vigyázni, nehogy túlmélyüljön a tükör közepe.. A tükrök ezüstözése után a jusztírozás nehézségei okoztak némi fejfájást! Be kellett állítani a tükrök pontos döntését és távolságát, valamint a segédtükör elfordításával el kellett érni azt, hogy a segédtükör tangenciális síkja egybeessen a távcső szimmetriasíkjával is.

Már az első próbánál látszott, hogy nem akármilyen optikát sikerült alkotni! A Szaturnusz minden halo, kisugárzás nélkül keményen kontrasztosan lebegett az űrben! A Vénusz olyan volt, mint szabad szemmel a Hold - minden kisugárzás nélkül pengeélesen virított a látómezőben. Időközben elkészült a 210/2130-as Yolo távcsövem is, amely már csak nagyobb méreténél fogva is messze túlszárnyalja elődje teljesítményét. Kellően nyugodt légkör mellett, közepesen fényes csillagnál kemény Airy korong látszik, és egy halvány gyűrű. A leképezés teljesen refraktorszerű, az optika természetéből adódóan a legcsekélyebb színihiba nélkül. A Holdon eddig soha nem látott finom részletek tűnnek elő, a bolygók fantasztikusan színesek, és részletgazdagok! A Yolo olyan távcső, amely csupán két tükörrel a lehető legtökéletesebb képet adja. Megérte a fáradtságot!

Berente Béla
Kocsér

Saját tapasztalataim a Yolo távcsővel.

Schné Attila amatőrcsillagász

Régóta álmodoztam egy lencsés távcsőről, hiszen olyan éles és kontrasztos képet ad, amelyet más rendszerek általában meg sem közelítenek. A nagy átmérőjű lencsés műszer megfizethetetlen, nem beszélve arról, hogy csak az apokromát ad igazán színhibamentes képet. A túl kicsi lencsés műszerek nem gyűjtenek igazán sok fényt össze.

Amikor elkezdtem csiszolással foglalkozni az volt a titkolt célom, hogy olyan szintre fejlesszem a tudásomat amivel később képes leszek lencsét is csiszolni. Amikor már elkészültem egy két jó optikával, rájöttem, hogy lencsét csiszolni nagyon nagy feladat. Legtöbbször a szükséges üveganyagok is beszerezhetetlenek és drágák. Nem beszélve a tesztelés nehézségeiről.

A kitakarás nélküli tükrös rendszerekről is hallottam, és a Yolo-val az Advanced Telescope Making Techniques című könyvben találkoztam elszőször. Utána halottam azt, hogy ezt a távcsövet valaki már elkészítette Magyarországon is. Felvettem tehát a kapcsolatot a Bélával és arra jutottunk, hogy megpróbálom elkészíteni a Yolo mechanikus feszítéssel működő változatát. A toroid belepolírozása az üvegbe ekkor még túl nagy falatnak tűnt. Végül is elkészült egy 172mm átmérjű főtükör R=6160mm, a felület hiperbola, és egy segédtükör hozzá.

A felülete gömb lett. Ezt a felületet kellett mechanikus feszítéssel toroiddá tenni. A görbületi sugarak különbsége 126mm. Hihetetlennek tűnik, de lehet annyira deformálni az üveget, hogy létrejöjjön ez az állapot, anélkül, hogy eltörne a tükör. A mechanikus feszítést a foglalat oldja meg, a fent említett irodalomban ez részletesen le van írva.

A távcső végül is egy 172/1863-as kitakarásnélküli tükrös rendszer lett. A tubus hossza kb. 1.2m. A mechanikus feszítés jól működik, egyetlen hátránya, hogy eltorzítja egy kicsit a diffrakciós képben a legkülső gyűrűt, de ez nem számottevő. Ettől, ha nem túl jelentős, még jó képet ad a műszer.

A másik talán hátránynak nevezhető dolog az, hogy ezt a feszítést minden észlelés előtt be kell állítani, mert elállítódik, ez kb.5 perces munka. A távcső viszont olyan képet ad, amelyet mindig is szerettem volna látni. Általában, ha bolygókat észlelek vele, akkor sztereo benézővel használom. Így a magas kontraszt és a kétszemes háromdimenziós látvány még felejthetetlenebbé teszi az élményt. Egy évvel később azonban úgy döntöttem, elkészítek egy másik segédtükröt, amelybe már belepolírozom a szférikus toroid felületet. A legnagyobb nehézséget az okozta, hogy nekem volt egy kész tubusom, amibe bele kellett illeszteni az új segédet. A második tükör paramétereinek szinte tökéletesen egyezni kellett az elsőével. Ellenkező esetben ugyanis át kellett volna helyezni az okulárkihuzatot, ami a Yolo-nál nem olyan egyszerű feladat. A mutatvány végül, 6-8 hónap alatt sikerült is. A távcső azóta is az új segédtükörrel funkcionál, talán még jobban, mint valaha. Ami az igazsághoz tartozik, az, hogy nekem sokkal könnyebb dolgom volt, mert az úttörő munkát a Béla végezte el, és ezért sokat tudott segíteni, amit ez úton is köszönök neki.

Schné Attila
amatőrcsillagász
Nemesvámos