И зеркала, и линзы

Стремление свести к минимуму всевозможные аберрации рефракторов и рефлекторов привело к созданию комбинированных зеркально-линзовых телескопов. В этих оптических инструментах функции зеркал и линз разделены таким образом, что зеркала формируют изображение, а линзы исправляют аберрации зеркал. Первый телескоп такого типа был создан в 1930 году немецким оптиком Б. Шмидтом.

Рис. 25. Зеркально-линзовые системы Шмидта (слева) и Максутова.

В телескопе Шмидта главное зеркало имеет сферическую отражающую поверхность, а значит, тем самым отпадают трудности, связанные с параболизацией зеркал. Естественно, что сферическое зеркало большого диаметра обладает весьма заметными аберрациями, в первую очередь сферической. Для того чтобы максимально уменьшить эти аберрации, Шмидт поместил в центре кривизны главного зеркала тонкую стеклянную коррекционную линзу (рис. 25, слева). На глаз она кажется обыкновенным плоским стеклом, но на самом деле поверхность ее очень сложна (хотя отклонение от плоскости не превышает нескольких сотых долей миллиметра). Она, эта поверхность, рассчитана так, чтобы исправить сферическую аберрацию, кому и астигматизм главного зеркала. Происходит при этом как бы взаимная компенсация аберраций зеркала и линзы. Хотя в системе Шмидта остаются неисправленными второстепенные аберрации (например, дисторсия), телескопы этого типа заслуженно считаются лучшими инструментами для фотографирования небесных тел. Впрочем, при съемке неба перед фотопластинкой помещают специальную плоско-выпуклую линзу Пиацци — Смита, которая исправляет так называемую кривизну поля — искажения, выражающиеся в искривлении фокальной поверхности.

В отличие от рефлекторов, тубус камеры Шмидта наглухо закрыт коррекционной пластинкой и это исключает возникновение токов воздуха в трубе, которые портят изображение. Одно из главных достоинств телескопов Шмидта — огромное поле зрения и светосила. У большинства таких инструментов диаметр поля зрения доходит до 25°, а в некоторых случаях и того больше. Относительное отверстие в камерах Шмидта может быть доведено до 1 : 0,5!

Кстати сказать, для обеспечения большого поля зрения сферическое зеркало в системе Шмидта имеет больший диаметр, чем коррекционная линза. В некоторых вариантах телескопов Шмидта используется система Кассегрена, однако второе зеркало при этом сильно экранирует свет, идущий от небесных тел. Поэтому телескопы системы Шмидта работают главным образом как астрографы, то есть аппараты для фотографирования небесных объектов.

Самый крупный телескоп системы Шмидта с диаметром зеркала 122 см с 1956 года действует на обсерватории Маунт Паломар. Его поле зрения составляет 36 кв. градусов и с помощью этого фотоинструмента недавно выполнили грандиозную работу — составлен фотографический атлас всего наблюдаемого в Калифорнии звездного неба. При выдержке в 10 минут на фотопластинках фиксировались звезды до 20-й звездной величины. В Паломарском Атласе неба запечатлены сотни миллионов звезд и десятки миллионов галактик. Исследуя этот колоссальный по объему эмпирический материал, известный советский астроном профессор Б.А. Воронцов-Вельяминов открыл множество новых, неизвестных ранее типов галактик и явные следы взаимодействия между ними. Некоторые из галактик оказались соединенными длинными (многие тысячи световых лет!) перемычками, состоящими из звезд. Камера Шмидта представила человечеству совершенно неожиданный, удивительный облик Большой Вселенной.

Есть недостатки и у телескопов системы Шмидта. Так как коррекционная линза укреплена на двойном фокусном расстоянии от зеркала, тубус шмидтовских камер получается сравнительно длинным (у паломарской камеры — 5 метров). Главная же беда в другом — из-за сложной формы коррекционной пластинки изготовление ее сопряжено с огромными трудностями. Поэтому создание крупных камер Шмидта — редкое событие в астрономической технике.

В 1941 году известный советский оптик член-корреспондент Академии наук СССР Д.Д. Максутов изобрел новый тип зеркально-линзового телескопа, свободного от главного недостатка камер Шмидта. В системе Максутова (рис. 25, справа), как и в системе Шмидта главное зеркало имеет сферическую вогнутую поверхность. Однако вместо сложной коррекционной линзы Максутов использовал сферический мениск — слабую рассеивающую выпукло-вогнутую линзу, сферическая аберрация которой полностью компенсирует сферическую аберрацию главного зеркала. А так как мениск слабо изогнут и мало отличается от плоскопараллельной пластинки, хроматическую аберрацию он практически не создает.

Заметьте, в системе Максутова все поверхности зеркала и мениска сферические, что сильно облегчает их изготовление. Центральная часть мениска посеребрена и используется как второе отражательное зеркало в системе Кассегрена. Из-за этого максутовские телескопы получаются сравнительно короткими, компактными, удобными в обращении. В инструментах такого типа можно использовать и ньютоновскую систему и систему Грегори.

В 1950 году менисковый телескоп с диаметром входного отверстия 0,5 м был установлен на Алма-Атинской обсерватории и с его помощью изучена тонкая структура волокнистых газовых туманностей. Пять лет спустя менисковый телескоп диаметром 0,7 м начал работать в Грузии на Абастуманской обсерватории. Этот телескоп может работать по двум системам — ньютоновской и кассегреновской, причем переход от одной системы к другой осуществляется сменой дополнительных зеркал. Кстати сказать, такая многосистемность» применяется в большинстве современных крупных рефлекторов. Абастуманский рефлектор системы Максутова до сих пор остается крупнейшим в мире инструментом этого типа.

Упорная борьба с аберрациями привела в конце концов к созданию очень сложных зеркально-линзовых систем. Так, например, в камерах «Супершмидт», созданных Ф. Уипплом, кроме главного сферического зеркала используются два мениска, обращенных вогнутостями друг к другу и ахроматизирующая коррекционная линза между ними. В систему, разработанную Г.Г. Слюсаревым, входят сферическое зеркало, кассегреновское зеркало и ахроматическая линза, которые дают параллельный пучок в отверстие главного зеркала. Имеется в ней и дополнительная система линз с призмой прямого зрения. Крупнейший 13-дюймовый телескоп этой сложной системы работает в Пулковской обсерватории. Можно быть уверенным, что совершенствование зеркально-линзовых систем на этом не прекратится.

Заметим в заключение, что в последнее время большую популярность приобрели зеркальные телескопы системы Ричи — Кретьена. По существу, эта система представляет собой улучшенный вариант кассегреновской. Главное зеркало — вогнутое гиперболическое, вспомогательное зеркало также гиперболическое выпуклое. Окулярная часть укрепляется в центральном отверстии главного зеркала.

В системе Ричи — Кретьена исправлена сферическая и некоторые другие аберрации. Она удобна в конструктивном отношении, так как при большом фокусном расстоянии труба телескопа получается короткой. С помощью системы Ричи — Кретьена удобно получать крупномасштабные снимки небесных объектов, причем поле зрения у этой системы порядка четырех градусов.

Телескопы системы Ричи — Кретьена поперечником 4 м в последние годы установлены в США, Чили, ФРГ, Канаде, Австралии и других странах. В современной астрономической практике они считаются одними из лучших.