A távcsőtükör teszteléséről

Az alábbi cikkben szeretnék néhány sorban szólni a leggyakrabban használt tesztelési módszerekről, amelyeket távcsövek vagy távcsőtükrök ellenőrzésekor használhatunk, a teljeség igénye nélkül. Nagyvonalakban leírnám, a tesztelési módszereket és rávilágítanék azok, hiányosságaira ill. érzékenységükre. Ezzel szeretnék néhány tévhitet eloszlatni, ill. elérni, azt hogy a kedves távcsőhasználó amatőr jobban rálásson a dolog lényegére.

Az alábbi tesztekről írnék; csillagteszt, Focault késél teszt, Ronchi-rács teszt, autokollimációs teszt, interferometria. Természetesen csak dióhéjban.

A csillagteszt a legalapvetőbb mindenki számára elérhető eljárás a távcső minőségének megbecsülésére. Hangsúlyozottan nem mérésről van szó! Ez egy szemmel végzett összehasonlító becslés, amely gyakorlattal nagyon pontosan is elvégezhető. De ennek alapfeltétele az, hogy a tesztelést végző személy legalább egyszer az életben lásson egy tökéletes vagy közel tökéletes diffrakciós képet.(80/1200-as Zeiss AS akromát).

A teszt lényege az, hogy legalább akkora nagyítással nézzünk egy csillagot, hogy lássuk az Airy korongot! Ezután az élesre állított képtől extra-ill. intrafokálisan defókuszálunk. A két kitágult fénykorongot összehasonlítjuk. Ha egyformák méretre és fényességeloszlásra, akkor az optika jó. Röviden ez a lényege. Természetesen nem ilyen egyszerű, de aki részletesen kíváncsi a dologra az tanulmányozza a cikk végén található szakirodalmat. Kimerítő információkat fog találni a tesztre vonatkozóan.

Tegyünk azonban említést néhány fontos dologról. A teszt valóban érzékeny, de csak azoknak, akik gyakorlattal rendelkeznek a csillagteszt terén. Egy kezdő, vagy átlagos amatőr átlagos légkörnél nem tud különbséget tenni egy lambda/3-as és egy diffrakció határolt optika közt. Ha pedig a hiba ennél is kisebb, az a gyakorlott tesztelőt is próbára teszi. Az egyszerűség kedvéért csak a szférikus aberrációról beszéltem.

Tévhit az, hogy minél fényesebb a teszteléshez kiválasztott csillag annál jobb. A valóságban minden távcsőátmérőnek megvan az ideális fényességű tesztcsillaga. PL. egy 8cm-es műszernek 1-2 magnitúdó, egy 25cm-es 4-5 magnitúdó, egy 35cm-es 7 magnitúdó. Ha műcsillagra tesztelünk, figyeljünk a műcsillag méretére és távolságára. A távolság empirikus meghatározása alapján min. 20szorosa a tesztelendő műszer fókusztávolságának azért, hogy a visszamaradó aberráció lambda /4 legyen. Ez azt jelenti, hogy ennél pontosabban nem tudunk tesztelni. Ha az akarjuk, hogy még pontosabb legyen a tesztünk, még messzebb kell tennünk a fényforrást (40x távolság, lambda/8). Aminek mérete nem haladhatja meg az objektívünk felbontóképességét. Ellenkező esetben nem lesz pontszerű a fényforrás, ami alapfeltétel. Ez azonban csak ún. standard fényerejű távcsövekre igaz. Ha a távcső nagy fényerejű, méretű, ez a távolság a sokszorosára nő. Pl. egy 406mm-es f/4-es tükör teszteléséhez a fényforrást 84-szeres fókusztávolságra kell elhelyezni ahhoz, hogy a kívánt lambda/4-es érzékenységet elérjük.

Focault féle késél teszt. Ezt a tesztet Jean Bernard Leon Focault vezette be homorú tükrök görbületi középpontban történő teszteléséhez. Tudni kell azt, hogy ez az alapja sok más az optikában használatos tesztnek. A lényege egy mozgó vagy álló fényforrásból áll, ami mellet szorosan egy ún. késél van. Az egész a homorú tükör görbületi középpontjában helyezkedik el. A fényforrásból kiinduló és a tükörről visszaverődő fényt a késéllel kivágjuk, az így a tükrön létrejövő árnyékrajzokat tanulmányozzuk. Ezen teszt változatai a Couder féle maszkolás, a Ronchi-rács teszt, az autokollimáció is, és még sok más. A teszt érzékenysége a legfinomabb árnyék-kontraszt meglátásában rejlik. Ha elég kis méretű fényforrást használunk, pl. 10 mikrométer méretűt. Akkor akár lambda/40-50-es felületi hibákat is megláthatunk. De ez függ a fényerőtől is. A tesztet alapvetően kisebb f/6-8 fényerejű tükrökhöz „találták” ki. Nagyobb fényerőnél már nem olyan érzékeny. Nem beszélve arról, Hogy egy nagy fényerejű és átmérőjű tükörnél, már az optikai tengelyben kell elhelyezni a fényforrást és a késélt, különben asztigmatizmus lép fel.

A teszt közvetlen csak a gömbtükörre használható, ha pontosan szeretnénk egy parabolát bemérni vele, akkor már használnunk kell a Couder maszkot. Ez egy árnyékoló ernyő, ami lehetővé teszi különböző zónák görbületi sugarainak mérését. A gyakorlatban max. 0. 01mm leolvasási pontossággal. Egy jó számítógépes program segítségével kellő számú mérés sorozatot készítve a tükörről, kielégítően meghatározható annak minősége. és ez már mérésnek nevezhető! Hátránya a maszknak, hogy nem látszik egyszerre a teljes felület. Természetesen a tükör elforgatásával ez némileg kiküszöbölhető. További hátrány az, hogy fényerős tükröknél akár 8-10 zónát is kell készíteni a maszkara és azokat precízen kivágni. A széleknél, ahol a legkeskenyebb a tűrésmezeje a tükörnek a diffrakció tovább nehezíti a leolvasást. Mindemellett ez az amatőrök által még könnyen elérhető legpontosabb és legmegbízhatóbb teszt. Ez a teszt alapos elméleti és gyakorlati felkészültséget igényel. Valamint megfelelő felszerelést, mint ahogy a további tesztek is.

Szót ejtenék röviden még a Ronchi-rács tesztről. Ebben a tesztben az okulárt vagy a késélt egy ún. optikai rács helyettesíti. A rácson keresztül szemlélve a tükröt ún. rácsképet látunk, amely nagyon hasonlít az interferencia sávokra, de attól merőben eltérő módon keletkezik és nem keverendő össze azzal! Előnye, hogy az egész, optikai felületet látjuk, viszont nem olyan érzékeny, mint a Focault- teszt. Fontos megjegyezni azt, hogy a teszt érzékenysége függ a tesztelt optika fényerejétől és attól, hogy milyen sűrű az optikai rács. Az sem mindegy hogy a tesztet a görbületi középpontban vagy a fókuszpontban alkalmazzuk. Bizonyos kombinációk nagyon érzékenyek mások fatálisan érzéketlenek. A teszt pontossága a diffrakciós hatás miatt behatárolt, valahol lambda/4 körül. Nem alkalmas hullámfrontanalízisre, mint pl. az interferometria!

A Ronchi-rács teszt legtöbbször a görbületi középpontban alkalmazzuk úgy, hogy összehasonlítjuk az extra és intrafokális rácsképet. De e rácsképek hajlása csak pici különbséget mutat a jó és az elfogathatatlan közt. álljon példakén a következő felvétel. :

Az ábrából látható, hogy milyen kicsi a különbség a perfekt és a használhatatlan közt. és ezt a gyakorlatban észrevenni még nehezebb. Jómagam a tesztet csak durva hibák felismerésére és a perem ellenőrzésére használom, arra viszont nagyon jó.

Az interferometrikus teszt az, ami egzakt módon megválaszolhatja a kérdést. Milyen minőségű az optikám? Látszólag ugyanolyan sávokat hoz létre, mint a Roncsi-rács teszt, de ez távolról sem igaz. Itt ugyanis két hullámfront interferenciájáról van szó, és nem fényelhajlásról, mint a Ronchi-tesztben.

Az egyik hullámfront a referencia, a másik a tesztelendő felületről jön. Ha a kettő a megfelelő feltételek mellet találkozik, akkor létrejön az interferencia. A hullámok kioltják és erősítik egymást, a kioltott helyeken jönnek létre az interferencia sávok. A kiértékelésnél azt kell tudni, hogy ha direktben használjuk az interferométert pl. gömbtükörtesztelésnél, akkor az interferencia sávok közt 1 lambda a különbség. Ha autokollimációban használjuk, pl. parabola tükör méréséhez, akkor 0. 5 lambda a különbség. Egy egyszerű esetet véve, amikor csak szférikus aberráció van jelen a tesztben, az egyenes interferencia sávok hajlanak, valamilyen irányban. Ha a sáv áthajlik a szomszédos sáv közepéig, akkor annyi az aberráció mértéke amennyi a két sáv köz a távolság, autokollimációban 0. 5 lambda. Ha csak ennek töredékéig hajlik, akkor e szerint számolandó. Az aberráció a hullámfontra értendő.

Minden főbb aberráció mérésére ill. kiértékelésére alkalmas, úgy, mint, szférikus, asztigmatizmus, kóma, zónahiba, permkopás stb. Egyetlen egy nagy hátránya van drága felszerelés, kell hozzá és a szférikus aberráció kivételével, a többi hiba kiértékeléséhez szinte mindig számítógépes program kell.

Végül, de nem utolsó sorban hadd említsem meg az autokollimációt. Amely szintén a Focault teszt elvén alapul, de használható Ronchi teszthez, interferométerhez is. A gömbtükröt tesztelni egyszerű. Ha a görbületi középpontban elvágom a késéllel a visszavert sugárkúpot, akkor a perfekt gömb egyszerre elsötétül a peremtől a peremig. Ha valamilyen zónahiba van, akkor az azonnal púp vagy gödör formájában jelentkezik. Mégpedig azért mert a perfekt gömb minden egyes felületi pontjának ugyanabban a pontban van a görbületi középpontja. A parabolára ez nem igaz! A parabola akkor mutat ilyen tulajdonságot, ha a végtelenből érkezik a fény, magyarul párhuzamos a sugárnyaláb. A végtelenből érkező kollimált sugárnyalábot a parabola a fókuszpontjában képezi le. Innen nézve ugyanolyan tulajdonságot mutat, mint a gömbtükör a görbületi középpontból nézve, vagyis egyszerre sötétül el a felület.

Ilyen kollimált sugárnyalábot kapunk, ha egy csillagot tesztelünk (igazit), ill. létrehozhatjuk a saját párhuzamos sugárnyalábunkat egy megfelelő méretű síktükör segítségével. A teszt elrendezését alább láthatjuk:

Előnye az, hogy a kétszeres visszaverődés miatt a tükör hibái megduplázódnak! Így olyan hibák is könnyen észrevehetők ill. durva hibának látszanak, amiket a csillagteszt során vagy észleléskor észre sem veszünk. Azért hívják autokollimációnak, mert amikor összeáll a teszt és a visszavert sugárnyaláb a késél mellett, a szemünkbe érkezik, akkor automatikusan létrejön a kollimált sugárnyaláb a síktükör segítségével. A fókuszpontban teszteljük a tükrünket, ide kell elhelyezni a késélt, a rácsot ill. az interferométert is. Mivel duplázza a hibákat, ezért kell ebben az esetben az interferométernél az interferencia sávok közti távolságot 0. 5 lambdával figyelembe venni.

Hátránya, hogy szükséges hozzá egy megfelelő minőségű síktükör (főleg a felület finomsága döntő), aminek az átmérője legalább akkora, mint a tesztelendő legnagyobb tükrünk. Jómagam két ilyen síkkal is rendelkezem, az egyik 30cm, a másik 50cm átmérőig teszi lehetővé a tesztelést. A teszt továbbá megengedi a tükör felületének egyszerre történő vizsgálatát. Couder maszkkal kombinálva, pedig egészen finoman el lehet dönteni azt, hogy melyik felületrész magasabb egy kicsit a többinél (vagyis hosszabb a fókusza). Itt arra kell figyelni, hogy az összes zóna egyszerre sötétüljön el. Akárcsak egy jó gömb, a jó parabola is egyszerre sötétül autokollimációs teszt használatával.

Ezzel a rövid cikkel szerettem volna némi betekintést nyújtani a tükörkészítés rejtelmeibe, ill. a tesztelések nehézségeibe, buktatóiba. Remélem az amatőr, aki távcsövével az égbolt szépségeit fürkészi, így talán jobban megérti, hogy mennyi munka és fáradság van egy jó parabola elkészítésében, amely lehet, hogy épp az Ő távcsövének lelke.

Schné Attila

Ajánlott irodalom: H. R. Suiter: Star Testing Astronomical Telescopes