Глава 12

Хроматическая аберрация.

Объектив простого рефрактора фокусирует свет на разных расстояниях позади себя, что проявляется в цветовых погрешностях. Можно лишь выбрать некий фокус на раз, такой чтобы оставшиеся цвета выглядели как дефокусированные диски. Также, из-за различающихся фокальных точек, увеличение каждого цвета различно и края белого света расплываются в спектр.

Чтобы ухватить мысль названной проблемы, возьмем простой одноэлементный обьектив и посмотрим на изображение, передаваемое слабосильным окуляром. Такой объектив часто появляется в игрушечных телескопах или биноклях. Очевидно, хроматическая аберрация глубока. Каждый яркий объект окружается радужноокрашенным ореолом, и разумное отображение присутствует лишь для полей включающих в себя, не удивительно, толькл один чистый цвет.

Древние астрономы уменьшали важность цветовой погрешности простого объектива увеличением фокального отношения до чудовищных величин. Эта стратегема увеличивала глубину фокуса до охватывания (encompassed?) растяжения цветов, после чего они обнаружили, что эффективность улучшилась. Эту войну было трудно выиграть, однако, потому, что скромные увеличения в апертуре должны были сопровождаться огромными увеличениями фокусного расстояния, и проблемы с оперативностью усугублялись значительно (Кинг 1955; Белл 1922).[24]

Даже сегодня, остаточная цветовая погрешность видима в номинально хроматически скорректированных инструментах. Сфокусируйте бинокль на ярком краю против темного фона (хорошая мишень – окно изнутри большой комнаты), и потом уберите изображение из центра. Так как цветовая поправка только приблизительна в этих инструментах, вы увидите размазывание связанное с хроматической погрешностью. В некоторых биноклях, цветные каемки фиолетовые и зеленые, в зависимости от того, внутри или снаружи поля находится яркий край.

Цветовые погрешности это на самом деле не аберрации в узком смысле, так как аберрации - отклонения от идеальной сферической формы волнового фронта. Можно легко вообразить апертуру, которая фокусирует каждый цвет точно на другой осевой точке. В любом заданном цвете фронт волны сферичен. Такая апертура могла бв справедливо называться совершенной, однако она бы не работала как объектив телескопа.

Другое важное отличие между искажениями формы волнового фронта и хроматической аберрации – отсутствие эффектов интерференции в хроматических аберрациях. Различные цвета не взаимноинтерферирующие. Для большинства рассуждений представленных в этой главе, волновая оптика и лучевая оптика идентичны.

Откуда бы ни происходило оптическое ухудшение, цветовая погрешность неприемлема, и одна из целей звездного теста - удостовериться, что она по возможности мала.

12.1. Дисперсия.

Все из образцов изображений представленных в этой книге были вычислены для единичной длины волны света, так называемого монохроматического излучения. Идеальный объектив фокусировал бы все цвета на одном расстоянии, и линзы были бы неотличимы от зеркал.

К несчастью, все простые линзы обладают дисперсией. Слово дисперсия передает неспособность всех цветов света перемещаться с одинаковой скоростью в стекле. Как слово пропагация (распространение напр. волн) его источником являются ботаника или агрикультура. «Дисперсия» первоначально соотносилась со случайно распространяющимися семенами. Ее оптический смысл соотносится с распространением цветов, но такая дисперсия, какая угодно - только не случайная. Фактически, если бы она не была бы уже применена к цвеотовой погрешности, дисперсия могла бы стать лучим словом для того, что сегодя известно под «рассеянием света». 

Красный свет в стекле символично имеет боьшую скорость, чем голубой свет.   Таким образом, волны красного света обгоняют голубые, пока они пересекают материал. Эффект сети состоит в том, что после прохождения через призму голубой свет отклоняется на больший угол, чем красный.

Скажем, мы имеем два примезнных материала, такие как на рис. 12-1а, что отклоняют или преломляют свет на указанные углы. Среднее поведение двух призм одинаково. И та и другая отбрасывает желтый свет на 10°, но с каждого конца спектра несколько различно. Одно стекло (давайте назовем его «кронглас») отклоняет красный свет на 9° и голубой свет на 11°. Другое стекло (назовем его «флинт») растягивает спектр вдвое дальше, на 8° и 12° соответственно. Этот второй образец стекла говорится, имеет большую дисперсию из-за этого растягивающего свойства.

Мы можем комбинировать эти призмы для получения интересных эффектов. Если мы перевернем флинт-призму и положим плотно с кронгласом, как на рис. 12-1b, мы получим приблизительно прямопараллельное окно. Эта комбинация пропускает желтый свет неотклоненным, но красный отталкивается на +1° и голубой на  -1°. Что мы вообразили здесь прямо-сквозной (straight-through?) дисперсионный элемент, элемент, что растягивает свет на его составные компоненты, но не преломляет посередине. Такое присособление было однажды сделано и выброшено на рынок как объективная призма Мерца и Малера, но его дороговизна не способствовала его широкому принятию (Кинг 1955, стр. 294). Преимужество такой призмы было в том, что телескоп могбы быть непосредственно направлен на интересующую область.

Рис. 12-1. Упрощенный ахроматизм: а) кронглас (темная призма) показывающая дисперсию света и флинт демонстрирующий ту же среднюю преломляющую силу, но вдвое большую дисперсию b) два стекла скомбинированы, чтобы создать «прямо-сквозную» радугу (дисперсия без диверсии), с) комбинация приводящая к ахроматической призме (диверсия, но не диспресия).

 Рис. 12-1. Изображает другой умный фокус, который мы можем провести с этими двумя материалами. На этот раз, мы делим призму из флинта пополам, делая другую призму, которая отклоняет желтый свет только на 5°.      

Голубой свет выходил бы из этой полупризмы под углом в 6°, и красный 4°.

Если мы перевернем призму как прежде,  и поместим ее близко с призмой из кронгласа, выходной угол комбинации стал бы: желтый, 10°-5°=5°; красный, 9°-4°=5°; и синий, 11°-6°=5°.

Если бы строилась хрустальная люстра, эта комбинация призм была бы бедствием. Вместо разделения цвета на изобилие искрящихся радуг, составная призма держит свет плотно упакованным в белый луч. Все цвета отклоняются одинаково. С другой стороны, если бы строился телескоп, это как раз то, что надо. Это устройство имеет две важных характеристики. Она отклоняет свет и делает это бесцветно. Все, что было здесь продемонстрировано – существенные элементы ахроматического телескопа-рефракотра.

12.2. Ахроматическая линза.

Рис. 12-2. Демонстрирует прогрессию, которая должна иметь место, чтобы получить из  ахроматической призмы, ахроматическую линзу. Если мы вообразим себе линзу составленной из множества маленьких призматических кусков, и допустим делениям становиться все меньше, мы вконце концов придем к цилиндрической линзе. Не надо много воображения чтобы вращать в другую сторону и расширить ситуацию до сферической линзы.

Почти одновременно с открытием понятия дисперсии, этот трюк  ахроматизма был представлен. Все что оставалось сделать – найти подходящие материалы. Исаак Ньютон проводил ограниченные эксперименты, где он сравнивал дисперсионную силу разных сред с их преломляющей силой. Его поспешное заключение было таковым, что дисперсия и рефракция неразрывно связаны. Поэтому, диперсию нельзя контрсбалансировать без также уничтожения отклонения луча света. Он достиг этого ошибочного результата, возможно слишком сильно положившись на внутреннее чувство, что дисперсия свойство самого света. По такому аргументу, материалы не имеют значения; диспресия была пропорциональна рефракции, и так существовало всегда пока линзы не пришли в упадок, чтобы стать не больше, чем окнами. Отсюда ахроматические рефракторы были невозможны.

Рис. 12-2. Как призменный ахромат прямо ведет к ахроматической линзе.

Различные протворечащие утверждения были сделаны по поводу ошибки Ньютона, какую он допустил. Белл в 1922 сказал, что Ньютон никогда не публиковал своих результатов, а Кинг в 1955 ссылался на часть Ньютоновой Оптики в которой великий физик отчаяивался когда либо найти средство от хроматической аберрации, но не приводил своих доводов. Путаница могла бы уменьшться ссылкой на еще один раздел оптики, где Ньютон писал (Книга Первая, часть II, теорема III, испытание I, опыт 8):

Кроме того, я обнаружил, что, когда Свет уходит из Воздуха через несколько смежных преломляющих Сред, таких как Вода и Стекло, и оттуда возвращается обратно в Воздух (параллельны ли преломляющие Поверхности или наклонены одна к другой), Он всегда остается белым, если корректируется противоположными Преломлениями так, что появляется в Линиях параллельных тем, в которых падал. (I found moreover, that when Light goes out of Air through severeal … Mediums …, that Light as often as by contrary Refractions ‘tis so corrected, that it emegeth in Lines parallel those in which it was incident, continues ever afyer to be white. ???) Но, если входящие лучи идут под углом к выходящим, Белизна испущенного света в постепенном прохождении от Места  Вытекания, слегка окрасится на Краях Цветом. Это я проделал преломлением Света с помощию Стеклянных Призм помещенных в Призматический Сосуд с Водой.

Другими словами, условия ведущие к прямо-сквозному спектру рисунка 12-1b не имеют места быть, подразумевая рис. 12-1с также невозможным. Он проводил этот эксперимент, следуя некоторым умозрительным теоремам, развивавшим его идеи. В защиту Ньютона, я не верю, что дискредитация идеи ахроматизма была основной опорной точкой этого раздела Оптики, но этот эксперимент был среди тех, понятых последующими читателями должным стать более сильным приговором, чем он на самом деле был.

Частично из-за могучей репутации Ньютона, оптики забросили ахроматические линзы более чем на 50 лет. Потом, английский джентельмен по имени Честер Мур Холл создал первую линзу с пониженным хроматизмом из двух различных материалов. Он держал разработку линзы в тайне, хотя фокус был раскрыт одним носастым изготовителем линз, которому случилось подрядиться на субконтрактную работу с обеими линзами в то же самое время. Этот изготовитель линз не понял важности изобретения, и новинка томилась, пока не была переоткрыта поколением позже Джоном Доллондом. Когда она обнаружилась снова, став доходной разработкой, потянулись тяжбы с лондонскими оптиками, говорившими, что Доллонд украл эту идею.

До Доллонда, похоже, доходили слухи о линзе Холла, но, несомненно, он провел самостоятельно множество экспериментов, чтобы справедливо ему можно было доверять как повторному ее отнкрывателю. Возможно, было бы более точным сказать, что Доллонд был первым, кто вввел ахроматические линзы в распространенную практику. Он, несомненно, был певым оповестившим об этом публично (Кинг 1955, стр. 144-150).

12.3. Остаточная хроматическая аберрация.

К несчастью, идеальные материалы рисунка 12-1 не существуют. Больше всего дисперсии в диапазоне видимых длин волн происходит от резонанса в ультрафиолете. В частотных полосах этих резонансов, удивительно прозрачные материалы становятся мутными. Прозрачная природа этих материалов (называемых диэлетктриками) в видимом спектре не продолжается на всякую электромагнитную волну. На большей части спектра, эти материалы согласны принять энергию на входной и испустить ее на выходной стороне с очень маленькими потерями. Энергия прошмыгивает мимо молекул, мало их беспокоя. Как бы то ни было,  на некоторых частотах эти самые материалы необыкновенно возбуждаются падением энергии. Для длин волн близких к резонансу (как правило около 100нм), молекулы стекла внезапно адсорбируют энергию и преобразуют ее в тепло охотнее, чем пропускают в покое.

Материалы ведут себя как детские качели. Если качели толкать раз каждые четверть часа, движение маятника не создается. Если качели толкать три раза в секунду, большинство толчков придется на неправильно выбранное время и опять таки, движения маятника не возникает. Если импульсы выбираются своевременно, энергия теряемая на качели (или стекло) устойчиво растет. Качели приводятся в резонансную частоту. Энергия, содержащаяся в световой волне, больше не течет сквозь стекло, потому, что она должна поддерживать оссцилляциив материале. Прозрачность уничтожается (Хехт 1987, стр. 63).

Присутствие резонансов в ультрафиолете заставляет показатель преломления оптических материалов на видимом участке спектра возрастать резко в направлении голубого конца спектра. Большинство стекл также имеют отдаленный резонанс в инфракрасной области вызываемый молекулярной вибрацией, но этот резонанс поражает склон менее глубоко в видимой полосе.

Одна цель изготовителя линз выбрать  силы линз таким способом, чтобы заставить дисперсию кронгласподобных элементов линз погасить противоположную дисперсию флинтподобных элементов линз. Поскольку дисперсия резко падает в ультрафиолетовом конце  спектра, и число приемлемых материалов ограничено, цветовая коррекция не может быть совершенна. Изготовители линз неспособны выбрать  линзовые увеличения для каждого цвета так, чтобы дисперсии гнездились как ложки (?). Если они комбинируют два линзовых материала, различия рефракции в голубой части спектра означает, что они могут выбрать только вероятно два цвета с одинаковыми фокальными точками. Остаток спектра должен уйти куда уйдет. Каждый цвет, естественно, спарится с другим цветом с другой сторны спектра, но производитель может намеренно выбрать только два.

Для боьшинства визуальных телескопов существует два цвета, которые производитель пытается привести к общему фокусу красный (фраунгоферова линия С на 656нм) и сине-зеленый (фраунгоферова линия F на 486нм). Фокальная точка желтого слегка ближе к объективу, и далекие концы спектра (темно-красный и фиолетовый) за пределами C-F фокуса. Фиолетовый - дальше всего, но это не важно. Человеческий глаз нечувствителен к фиолету, если только он не большой яркости, поэтому дефокусированное гало фиолетового света в основном невидно. Распространение остаточного цвета в ахроматических  объективах между  двумя выбранными цветами известен как вторичный спектр.

Цветовые поправки не соответствуют по масштабу размеру. С увеличением диаметра оъектива он должен создаваться с ольшим фокальным отношением, чтобы впитать свет между C и F внутрь диска Эри. Если маленькие 80мм линзы могут работать восхитительно при f/10, стандартный ахромат, шести дюймов в диаметре, должен создаваться при f/18.5, чтобы сфокусировать различные цвета также хорошо (Sidgwick 1955, стр. 67; Rutten и Van Venrooij 1988, стр. 55). А.Е. Конради даже более консервативен, утверждая, что фокальное отношение для 80мм линзы должно быть f/15 и 6-и дюймовой f/29 (1957, I стр. 201). Если вторичный спектр 1/₂₀₀₀¦ для обычных ахроматов, мы можем использовать прил. Е для того чтобы показать:

        (12.1)

Где Dn число длин волны погрешности дефокусировки, которую мы собираемся терпеть во вторичном спектре, D диаметр апертуры, и F фокальное отношение. Следуя рассуждению о глубине фокуса в гл. 5, мы располагали Dn на ½ длины волны. Формула становится 0.23D[мм] = F, или f/18 для 80мм апертуры и f/35 для 6-и дюймов. Этот результат не менее консервативен, чем результат Конради. Тем не менее, я наблюдал через 6-и дюймовый f/15 рефрактор и был лишь умеренно обеспокоен излишками цвета. Возможно, это запрещение может быть смягчено до 1 длины волны без особых потерь. В таком случае, оно падает до 0.12D[мм] = F, которое такое же как у Sidgwick’а.

Это рассуждение о фокальном отношении слышится беспокойной заметкой о так называемом совершенстве ординарных рефракторов. Возможно это так же говорит о человеческой терпимости к хроматическим погрешностям.

Изготовители линз обнаружили другие полезные телескопные цветовые поправки кроме вытсягивания C-F в пределах собщего фокуса. В ранние годы астрофотографии, специализированные ахроматы корректировались под ортохроматические эмульсии, бывшие тогда в широком ходу.  Ортохроматические пластинки были наиболее чувствительны к синиму до ближайшего ультрафиолета и совершенно нечувствительны к красному. Фотографические телескопы могли фокусироваться только утомительным процессом снятия текущих экспозиций, но они давали на фотопластинках более четкие изображения, чем визуально-корректированные линзы.

С тех пор как, изготовитель принимал в расчет всю оптическую систему целиком, личные предпочтения наблюдателя воплощались в проекте. Кривые хроматической коррекции, опубликованные Беллом (стр. 91) показали, что искуснейшие мастера 19-ого столетия предпочитали выносить в общий фокус линию F (сине-зеленую) с темно-красной при 680нм (линия B). Многое в этом сдвиге цветовой поправки по-видимому вызвано хроматической аберрацией присущей глазу и окулярам использовавшимся в то время (Тэйлор 1983).

12.4. Апохромат.

Ахроматизм может быть сравнен с завязыванием спектра в узел. Ярчайшие части визуального спектра намеренно согнуты в тужайшую связку, с темно-красным и фиолетовым концами свисающими как шнурки. Кое-кто из ранних оптических рабочих (наиболее примечательно Питер Доллонд, сын разработчика ахроматической линзы) ухватился за причину этих спектральных дефектов. Доллонд мог выбирать только из подручных линз. Он рассудил, что если флинотовый элемент “делается” из композита двух стекл, тогда дисперсия каждого элемента моглабы быть обращена так, что гнездилась бы более близко с противоположной дисперсией кронгласового элемента (Кинг 1955).

Он сделал и пустил в продажу такой тройной объектив, но видимо линза была изготовлена методом проб и ошибок. В любом случае, стекла того времени все еще не были достаточно хороши, чтобы устойчиво допускать такую очистку. Так продолжалось до 1892 года пока Х. Деннис Тэйлор не произвел апохроматический объектив используя доходчивую оптическую теорию. Он не только скорректировал вторичный спектр более полно, но смял фиолетовый хвост спектра достаточно близко к визуальному с тем чтобы позволить сине-чувствительным фотографическим пластинкам того времени использовать тотже фокус, что и человеческий глаз.

Использование трех различных форм стекла (или двух, если используются экзотичные стекла) позволяет изготовителю объектива добавить лишний отброс в кривых дисперсии, который в свою очередь допускает  одновременный фокус для трех выбранных цветов. Протяжение цветов все еще снова завязывается. Часто, цвета, выбранные для общего фокуса разделяются дальше, чем фраунгоферовыми C и F линиями. Одна такая поправка приводит в общий фокус линии C, e и g, или красную, желто-зеленую и фиолетовую (Кингслэйк 1978, стр. 86). Темно-фиолетовый и темно-красный концы спектра всовываются ближе к визуальному фокусу. Символично, остаточный третичный спектр понижается на множитель пять до 1/_10’000¦ (Rutten и Van Venrooij 1988, стр. 54).

Однако, точное поведение ярких частей спектра не гарантирует, что спектральные хвосты близки к фокусу. Многое зависит еще и оттого, что было на уме у изготовителя. Некоторые апохроматические рефракторы могут делаться чисто для визуальных целей, минимизируя протяжение фокуса между C и F. Эти апохроматы могут подтягивать фиолет только чуть ближе к фокусы, чем обычные дублеты. Другие могут быть созданы для точечных фотографических изображений без применения фильтров, фокусируясь глубоко в фиолет только слегка улучшая визуальную часть.

12.5. Другие аберрации.

Раз каждый цвет, наконец, проходит разные видимые толщины стекла, можно было бы предвидеть, что коррекция на другие аберрации вполне могла бы меняться по спектру. Фактически, некоторые аберрации не корректируются вовсе. Много зависит от того, сколько свободных параметров доступно изготовителю объектива для игр.

Например, если все четыре кривых в дублете,  могут изменяться свободно, так же как расстояния между линзами и типы стекла, изготовители линз могут не только сфокусировать два цвета одновременно, но скорректируют сферическую аберрацию и кому, кроме того. Однако, если у производителя нарочно подрезаны поджилки ценовыми ограничениями или другими размышлениями, они могут быть вынуждены сделать намертво закрепленный ахромат из неправильного стекла. Такие условия могут быть настолько кабальными, что изготовитель не сможет скорректировать кому, даже если это доступно (Кингслэйк 19788, стр. 71). Боьшинство изготовителей качественных астрономических рефракторов не стеснены таким образом, самые дешевые магазинные телескопы могут хорошо предлагать ограниченную аберрационную поправку.

Апохромат фокусирует три выбранных цвета в одной точке (для более точного определения, см. Бухдаль 1970). Достаточные свободные параметры остаются в трехэлементных апохроматах, что изготовители могут  сделать превосходно скорректированный объектив, минимизируя хроматическую вариацию сферической аберрации (сферохроматизм) на более чем оду длину волны и подавляя кому. Также, апохроматы могут быть адекватно скорректированы на более короткие фокальные отношения. Шестидюймовые апохроматы привычно делаются с f/9. Апохромат должен представлять изображение настолько хорошо, насколько ему позволит дифракция, и должен бы в соответствии испытываться всесторонне.

12.6. Звездный тест.

Помните, вы должны тестировать рефрактор на все аберрации, используя окулярный фильтр. На деле, применение такого фильтра для подавления  полихроматической природы белого света рекомендуется даже для периодического исследования оптики рефлекторов. Рекомендуются очень плотный желтый или зеленый фильтры. После того как вы проведете испытание на центральном цвете, вы можете возжелать поменять фильтры на красный или синий для того, чтобы убедиься, что другие аберрации малы за пределами полосы интереса. Чтобы посмотреть цветовые эффекты, вытащите все фильтры и сфокусируйтесь на белой звезде или искусственном источнике. Непременно поместите фильтр на фонарик для ночного теста с искусственным источником на хроматическую аберрацию (см. гл. 5).

12.6.1. Клин, погрешности сборки, и атмосферные спектры.

Посмотрим на размазывание сфокусированного изображения в короткий латеральный спектр, эффект децетрировки, или клин в оптических компонентах. Каждая из этих проблем помещает красный край по одну сторону изображения и синий по другую, хотя желтый свет внешних планет часто перемешивается с этим светом чтобы сделать его зеленым. Децентровка может также вызвать другие аберрации, зависящие от частностей.

Децентровка это боковой сдвиг элементов одного по отношению к другому. Клин - черезвычайно узкая призма, добавляющаяся в оптическую систему. Это происходит потому, что элемент толще с одной стороны, чем с другой. После годов беспроблемного использования, клин может внезапно появиться после того, как объектив будет разобран для чистки. Изготовители иногда мудро устраняют последнюю  частицу клина в их объективах отменением ее между элементами объектива. Так, если кронгласовый элемент имеет клин 0.04мм и флинтовый элемент имеет клин 0.03мм при максимальным требуемом допуске 0.02мм, общий клин может быть уменьшен до 0.01мм, помещением толстой части кронгласа против тонкой части флинта. Простодушный владелец может повернуть эти элементы так, что приобретет общий клин в 0.07мм, или более чем в три раза боьше допуска. Во время обратной сборки элементов объектива, поищите юстировочные отметки, либо стрелки либо царапины, на краях дисков. 

Другая неприятность возможна, когда линзы рефрактора разделяются друг от дружки для чистки. Рефракторы такие долгожители, что даже инструменты, с которыми хорошо обращались, соберут, в конечном счете, слишком много внутренней грязи. Время от времени, владельцы неточно переворачивают кронгласовый элемент во время очистки. Эта погрешность иногда выпадает даже на инструменты громадных обсерваторий, как зафиксировано в Звездных Ночах Лесли Пелтиера (1965). Он приобрел 12-и дюймовый рефрактор Кларка, который имел чудовищное лиловое сияние вокруг звездных изображений. Сомневаясь, что Кларк нарочно выпустил такой плохой инструмент, поскольку он повредил бы репутации фирмы в газах профессионалов, Пелтиер предположил, что кронгласовый элемент был неосторожно вставлен во время последней чиски в прошлом. Он переверул элемент еще раз, и восстановил точные рабочие характеристики оригиналного проекта объектива. Любой воздухо-разделенный инструмент может страдать от такого неуважения, в независимости от его размеров. Я однажды видел такое в 2-х дюймовом рефракотре, но в случае этого миниатюрного дублета, инверсия, кроме того,  повредила сферическую коррекцию.

Обычно, направление спектральной дисперсии вертикально. В таком случае, виновата атмосфера, а не телескоп. Тот же спектр появился бы в сходного размера рефлекторе, и конечно не существует механизма в рефлекторе, вызвавшего бы такую дисперсию. Присутствие вертикального спектра могло быть вызвано либо поддувом холодного воздуха из-под дна телескопа или (более вероятно) легким призматическим эффектом в самой атмосфере.

Наблюдатели в общем являются свидетелями цветового ратсяжения в низко-лежащих планетах и ярких звездах. Любой объект находящийся ниже 45° высоты вероятно будет размазан в небольшом протяжении. Такие погрешности несвойственны искусственным источникам, но в небе все они слишком превалируют. Вращение трубы послужит выделить эту ошибку воздушных эффектов. Выберете звезду ближе к зениту.

12.6.2. Звездный тест для ординарных астрономических визуальных дублетов.

Разработка кронглас-флинтового объектива рефрактора застыла в 19-ом столетии. Отдельные изготовители индивидуалы выбрали слегка другие остаточные кривые дисперсий, но все в большей или меньшей степени были ограничены доступностью материалов. Качество и однородность материалов улучшилось, но простейшие астрономические рефракторы все еще делаются по проектам знакомым изготовителям в 1800-е.

Следующий звездный тест неприменим к современным продвинутым рефракторам сдленным из необычных материалов. Он основывается на звездном тесте сделанном автором на 4-х дюймовом f/15 рефракторе Элвина Кларка построенном в 1881. Этот тест использовал Полярную в качестве цели. Существенно, что то же описание найдено у Тэйлора (в 1891), кто вероятно использовал сходные инструменты, и приложим к рядовым дублетам даже сегодня.

Внутри фокуса, видим очень бледный желто-зеленый диск со следами малинового края. Очень близко за фокусом снаружи, в центре появляется немного удивительное красное пятно. Эта удивительно крошечная, малиновая точка света, поразительна для всякого впервые ее заметившего человека. Тэйлор говорит, что ее происхождение в глубоком красном участке спектра позади линии С.

Дополнительный фактор вносит свой вклад в появление этой красной точки. Она очень близко совпадает с местом соответствующим желто-зеленому свету на 1 длине волны дефокусировки. Дифракционный образец желто-зеленого света для такой ситуации  выглядит как рис. 12-3а, который показывает ободок с дыркой  тонко проделанной в нем. Ур. 5-1 дает сдвиг фокуса до +1 длины волны дефокусировки как 8F₂l. Дробь фокусного расстояния точно 8F₂l/¦. Для 4-х дюймового f/15 рефрактора в желто-зеленом свете это отношение составляет –  8 (225) (2.2х10^-5) / 60 = 0.00066.

Для ординарных дублетных рефракторов, разность между желто-зеленым и С (красным) фокусами – 0.00005 раз фокального расстояния. Для того же положения желто-зеленого фокуса рисунка 12-3а, красный свет, слегка позади С линии фраунгофера, представлен фокусирующимся на рис. 12-3b. Так, удобная дырочка представляется в ярком желто-зеленом дифракционном образце сквозь, которую высовывается красный фокус. 

Позади красного пятна еще раз расширяется бледный зеленоватый диск. Тэйлор говорит, что временами зеленый край появляется на этом диске, но он не появился или был очень слаб в Коарке. Дальше за фокус, неточный синий фокус предполагается, что сформируется в центре.

Рис. 12-3. Эффект красной точки как раз позади фокуса в ординарных дублетных рефракторах.

Фокус, тем не менее, слишком сильное слово. 4-х дюймовый показал сине-фиолетовый диффузный шарик, что никогда не конденсировался достаточно хорошо в форму которую можно было бы назвать фокусом.

Наблюдения Тэйлора были сделаны с гюйгенсовским окуляром, когда современные видимости обеспечивались модифицированным ортоскопическим окуляром. Эта разница, видимо, стоила нескольких изменений, вместе с вариациями оптичесого дизайна. Еще, Кларк не имел покрытия, и у него была остаточная окрашенность стекол в то время, когда он был создан, отсюда слегка повлияло на сравнение с современными дублетами.

Тусклое предфокальное изображение по большей части неокрашено. Его наиболее неприемлемая особенность водянисто лиловое или фиолетовое сияние, формирующееся вокруг ярких объектов, таких как Венера. Тэйлор сказал об этом лучше всего, когда описал планетное изображение как черно-белый эскиз, где художник сделал последний штрих, положив дальние красный и фиолетовый цвета губкой. Однако не следует преувеличивать плохие эффекты этого гало. Это привлекает внимание только на слепящих объектах, и даже тогда кажется вмешивается мало в способность разрешать детали. На ординарных рефракторах меньших 80мм, это чистое сияние практически незаметно. Оно начинает становиться беспокоящим на 4 и 5 дюймах (100 до 130 миллиметров), но только для больших инструментов становится неприемлемым. Я видел его в 6-и дюймовом f/15 рефракторе применяемом как гид для шотландской 16-и дюймовой камеры шмидта (Кинг 1955, стр. 370). Сатурн имел четкий бело-желтый диск, окруженный яркой лиловой кляксой.

Плохо сделанные современные дублеты демонстрируют поведение, которое не соответствует обычной C-F цветовой поправке. Сильное красное или зелено-синее гало, окружающее сфокусированное изображение несомненно причина для тревоги. Такое поведение ненормально.

Меньшие величины хроматической аберрации могут быть также различимы исследованием краев изображения при только что предфокальной дефокусировке. Длина волны фокусирующаяся ближе всего к объективу в нормальном дублете 550 – 560нм (желто-зеленый). Если место, где ахромат сгибает спектр, слишком близок к красному концу, предфокальный край голубой возможно с маленьким зеленым компонентом. Если сгиб слишком близок к синему концу, край малиново-красный, а не фуксиновый (Sidgwick 1955)

12.6.3. Звездный тест апохроматов или продвинутых рефракторов.

Цветность намного менее заметна в апохроматах. Тэйлор заявлял, что дефокусированные звездные диски в его фотовизуальных линзах были практически бесцветны. Я никогда не исследовал фотовизуальный Cooke-объекитв, так что поручиться не могу. В соответствии с Sidgwik’ом (1955, стр. 201), сфокусированный фотовизуальный объектив имеет ослепительный желто-зеленый диск с лилово-красным краем. Следует указать, что этот слабый красный край появляется на точечных источниках даже в рефлекторах, хотя его и трудно обнаружить. Диаметр диффракционного диска возрастает на длинных длинах волн, и телескоп неспособен упаковать краный свет в маленький пучек.

Мой апохроматический рефрактор имеет легкий малиноый край на коротком расстоянии внутри фокуса и зеленый в таком же положении снаружи. В фокусе никаких цветов не заметно. Это описание совместимо с желтым или зеленым фокусом ближайшим к объективу и красным или синим фокусом немного дальше.  Кляксовидный сине-фиолетовый фокус не образуется нигде. Предположительно, фиолет отгибается рядом с другими цветами. Потому, что фиолет не так ярок, он больше не может быть виден в «шуме» других сильных цветов. Местоположение красного фокуса не так далеко за желто-зеленым чтобы быть отчетлио заметным.

Белый вид изображения сфокусированной звезды или заглушание цвета в видах планеты Венеры (в сравнении с ординарным дублетом) должен бы быть мощным индикатором, что апохромат или продвинутый рефрактор правильно хроматически скорректирован. Вам следует примириться с некоторым паразитным цветом в любом современном триплете или просветленном (fluorite?) дублете. Изображения планет не должны показывать легкоразличимые расплывчатые цвета.

12.6.4. Хроматические эффекты глаза.

Удостоверьтесь, что не обвиняете объективную линзу в цветовых ошибках вашего собственного глаза. Большинство не отдают себе отчета в том, что их глаза не ахроматичны. На самом деле, ошибочное предположение, что человеческий глаз ахроматичен привело поздних ученых к Ньютоновскому исследованию вопроса о дисперсии. В нормальном дневном зрении, система глаз-мозг способна обработать большинство из ошибок, с которыми сталкивается. Астрономия не общее занятие, однако, и обработка ниспровергается в течение наблюдения. Тэйлор упоминает как очевидная цветовая поправка телескопа была рассторена изменением увеличения и выходного зрачка.

Ответ на эту задачу состоит в том, чтобы использовть глаз с уменьшенным размером зрачка. Когда вуличение телескопа возрастает, зрачек глаза освещается в меньшей степени. Цветовая коррекция глаза улучшается с меньшим размером зрачка по той же причине, что рефракторы работают лучше на больших фокусных расстояниях. Большинство неустранимой хроматической аберрации тогда производится в телескопе, а не в глазу. Проводите звездный тест с окуляром короткого фокусного расстояния.

12.6.5 Окуляр

Объектив может предоставлять совершенно приемлемое изображение, разрушаемое несовершениством ахроматизма окуляра. Можно несправедливо обвинять линзу объектива телескопа в ошибке случающейся дальше в оптическом пути.

По счастью, современный окуляр общего назначения проектируется работать довольно хорошо даже с крутым f/4 конусом. Большинство рефракторов, которые мы бы хотели проверить на звездный тест, имеют рабочее отношение f/9 и больше. На этих среднефокусных онтошениях, составные окуляры, такие как ортоскопы и Plössl’ы, работают великолепно. Если они только не были неправильно сделаны или собраны они не добавят заметную хроматическую аберрацию в изображение. Ожнако же, они имеют наилучшие рабочие характеристики, когда звезда в центре поля. Не судите о хроматической аберрации по звездам не в центре.

Проще всего проверить ваш окуляр – заменить его другим окуляром и посмотреть не исчезли ли цветовые погрешности. Так же, поместите подозрительный окуляр в телескоп рефлектор и посмотрите, все ли еще присутствует эта цветовая проблема.

12.7. Выводы и средства исправления

Из оптических проблем рассмотренных в этой главе могут быть изменены только те, что имеют дело с атмосферными эффектами или неправильной сборкой оправ линз. С боьшинством других цветовых погрешносттей должно разбираться на заводе. Вы обязаны быть очень осторожны в суждении о неустранимой хроматической аберрации в инструменте. Лично я никогда не видел качественного рефрактора с черезмерно неверной коррекцией хроматической аберрации. Я слышал о нескольких случаях с секондхэндом. Даже магазинные модели, кажется, имеют правильную цветовую коррекцию, хотя они портят почти каждую механическую деталь в инструменте. Я видел короткофокусные широкоугольные рефракторы или большие бинокуляры, которые имели только пограничную цветовую поправку, но рефракторы особого назначения должны оцениваться по друнгому стандарту, нежели лунно-планетные модели. Владельцы этих телескопов должны понимать, что они получают завышенную цветовую погрешность взамен за более широкое поле зрения.

Тестирование с плохим окуляром предоставляет огромнейшую возможность для ошибки. Удостоверьтесь, что подозреваемая хроматическая аберрация появляется в многих окулярах, предпочнительно разного типа. Не проводите теста с гюйгенсовскими или рамсденскими окулярами, которыми часто оснащаются телескопы. Если применяется линза Барлоу, удостоверьтесь, что она ахроматична. Из-за больших фокальных отношений большинства рефракторов, некоторые компании известны тем, что включают в комлект простые линзы Барлоу. Такая линза применима, но она дает неправильную цветовую коррекцию в звездном тесте. Выполняйте тест при большом увеличении, с тем чтобы избежать цветовых проблем в глазу, и быть абсолютно уверенным, что необычная цветность в вашем источнике света не сместит результаты. Наконец, протестируйте несколько раз, перед тем как сделать окончательную оценку.