Астрономическая оптика - Мaксутов Д.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Наконец, существенную роль играет третий вид неоднородности воздуха, носящий чисто инструментальный характер. Здесь речь идет о неоднородности воздуха и конвекционных потоках внутри трубы телескопа.
В случае закрытой трубы рефрактора или менискового телескопа заключенный в трубе воздух приходит в некоторое равновес-
127
ное состояние, если, так сказать, не взбалтывать трубы. При неизбежных изменениях температуры у воздуха, заключенного в трубе, устанавливается некоторый температурный градиент, а вместе с тем и градиент показателя преломления. Если труба смотрит в зенит, то градиент направлен вдоль оси и столб воздуха действует как плоскопараллельная пластинка (без учета воздушной линзы, примыкающей к последней поверхности объектива, к мениску или к зеркалу) с градиентом показателя преломления по лучу зрения; а такая пластинка практически не искажает фронта волны. При горизонтальном положении трубы заключенный в ней воздух приобретает градиент в направлении, перпендикулярном оптической оси, и такой столб воздуха действует как призма с весьма малым углом — в силу малости показателя преломления воздуха и малости градиента; но такая призма также не может заметным образом деформировать сферическую волну. Важно то, что столб воздуха находится в уравновешенном состоянии и что он ограничен оптическими поверхностями; в случае рефрактора — последней поверхностью объектива, а в случае менискового телескопа — поверхностями мениска и зеркала. Если подогревать трубу снизу или охлаждать ее сверху, то внутри трубы возникнут конвекционные потоки воздуха, снижающие качество изображения; но так как значительных подогревов и охлаждений быть не может и так как металлическое тело трубы способствует быстрому выравниванию температуры, то ни сильных конвекционных потоков, ни значительных температурных градиентов в закрытых трубах не образуется.
В открытой трубе рефлектора явление протекает совсем другим образом. Прежде всего, и это главное, столб воздуха в трубе не ограничен с передней стороны оптической поверхностью, а значит, граница раздела между воздухом трубы и окружающим воздухом имеет самую произвольную и переменчивую форму; но так как всегда есть какая-то температурная разность между трубой и окружающим воздухом, то при прохождении волны через эту границу раздела волна должна деформироваться и притом в сильной степени. Кроме того, ветер, как бы слаб он ни был, создает завихрения возле металлических частей трубы, будет ли труба сплошная или ажурная; ажурная труба в этом смысле может оказаться даже хуже сплошной., Если же существуют завихрения, то должны иметь место и неоднородности воздуха на пути лучей.
Поясним сказанное очень простым и хорошо всем известным примером из обыденной практики. Зимой, в лютый мороз мы можем без всяких помех наблюдать из теплой комнаты внешние предметы через стекла окна. Между стеклами двойных'рам имеется весьма значительный температурный градиент воздуха как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях, но это обстоятельство нисколько не мешает отчетливо наблюдать предметы
128
даже с помощью бинокля, если только в окна вставлены зеркальные стекла. Теперь откроем форточку и продолжим наблюдение внешних объектов. Уже невооруженный глаз в этом случае легко заметит сильное искажение изображений предметов, контуры которых струятся и волнуются, теряя резкость очертаний. Что же произошло, и в чем разница между двумя случаями наблюдений: через закрытое и через открытое окно? В первом случае, несмотря на наличие значительного градиента показателя преломления, воздух между стеклами двойных рам находился в состоянии весьма медленного движения и, что самое важное, был ограничен поверхностями зеркального стекла, выполненными с полуоптической точностью. Во втором случае воздух находился в состоянии быстрого движения, конвекционные потоки переносили струи теплого комнатного воздуха за пределы окна и наоборот, а неоднородный слой воздуха не был ограничен ни с одной, ни с другой стороны постоянными поверхностями правильной геометрической формы. Движение воздуха (ветер) создавало, кроме того, завихрения, в которые втягивались струи воздуха существенно различной температуры.
Приблизительно то же различие существует при наблюдении в телескопы с закрытыми и открытыми трубами, чем в значительной степени объясняется относительное спокойствие изображения в рефракторе или в менисковом телескопе и неспокойствие в рефлекторе при одинаковости атмосферных условий.
Забегая вперед, заметим, что эти рассуждения явились одним из толчков, приведших автора к изобретению менисковых телескопов.
Установив, что инструменты с закрытой трубой лучше инструментов с трубой открытой, порекомендуем для первых трубы металлические, т. е. обладающие высокой теплопроводностью и способствующие уменьшению температурного градиента воздуха внутри трубы.
Для защиты трубы от воздействия резких перемен температуры полезно защищать ее изолирующим слоем из фанеры, войлока, материи, пробковой коры и т. д., располагая этот слой обязательно снаружи, а не внутри трубы, как это предлагали некоторые авторы. Если труба ничем не изолирована, то по изложенным выше причинам ее следует окрашивать снаружи в белый цвет.
