De Newton-telescoop

Newton telescoopDe Newton-telescoop, kortweg Newton, is in de amateur-wereld zonder enige twijfel de meest gebruikte spiegeltelescoop. En de Dobson dan? Ook dat is een Newton maar dan een in bijzondere bouwvorm, met name voor het statief en de montering.

Harrie Rutten is opticus en auteur van onder meer het standaardwerk Telescope Optics, waar wereldwijd meer dan 55.000 exemplaren van verkocht werden.

Zorgt bij een refractor een aantal lenzen voor de beeldvorming in een telescoop, bij een Newton is dat slechts één optisch element: een holle spiegel. Nu doet de naam Newton vermoeden dat de bekende Engelse wis- en natuurkundige uit de 17e eeuw de uitvinder is van de spiegeltelescoop. Dat is echter niet het geval. Kort na de uitvinding van de lenzentelescoop in 1608 door Hans Lippershey in Middelburg kwam de Italiaanse Jezuïet Niccolo Zucchi op het idee de positieve lens te vervangen door een holle spiegel. zuvsne fig2

Zoals figuur 2 laat zien werd de spiegel schuin in een buis gezet zodat het brandpunt aan de rand van de buis kwam te liggen en daar het beeld met een negatief lensje, net zoals bij de kijker van Lippershey, kon worden bekeken. Helaas waren die spiegels niet goed en was het gezichtsveld heel erg klein zodat Zucchi tot de conclusie kwam dat de kijker niet geschikt was voor praktisch gebruik. Wel klopte de verwachting van Zucchi dat het beeld vrij was van kleurfouten omdat het licht niet gebroken werd. Het duurde tot 1668 tot dat Newton zelf op het idee kwam om een vlak spiegeltje in de lichtweg te zetten, zoals weergegeven in figuur 2. Door zijn wiskundige kennis was hij tot de conclusie gekomen dat de spiegel een parabolische vorm moest hebben. Deze aanpassingen leidden tot het voordeel dat een scherp beeld buiten de buis kon worden waargenomen waarbij niet, zoals bij Zucchi, het hoofd in de weg kon zitten. De reden dat de telescoop die Zucchi had gebouwd geen goed beeld gaf was natuurlijk vanwege de sferische aberratie en de coma, afbeeldingsfouten die in vorige afleveringen van deze serie werden besproken. Nu hoeft de sferi- De Newton-telescoop, kortweg Newton, is in de amateur-wereld zonder enige twijfel de meest gebruikte spiegeltelescoop. En de Dobson dan? Ook dat is een Newton maar dan een in bijzondere bouwvorm, met name voor het statief en de montering. sche aberratie niet altijd in die mate aanwezig te zijn dat zij storend is, zodat toch een sferische spiegel kan worden toegpast. Dit kan alleen bij kleine spiegels en een wat langere brandpuntsafstand. Vandaar dat de meeste kleine en populaire 114 mm Newton-telescoopjes met een brandpuntsafstand van 900 mm een sferische spiegel hebben. Een parabolische spiegel is immers moeilijker te maken en daardoor duurder. De lichtsterkte van deze telescoop is ongeveer F/8 (= 900 mm / 114 mm) en met deze afmeting zijn veel amateurs begonnen. Oorzaak astigmatisme fig3

In figuur 3 zijn de spotdiagrammen (uitleg in Zenit van april 2015 (p.46) over de beeldfouten) weergegeven van twee 114 mm Newton telescopen met een brandpuntsafstand van 900 mm. De bovenste rij met sferische spiegel, de onderste met een parabolische. Ondanks de grote diameter van de verstrooiingsfiguur bij de sferische spiegel is de lichtintensiteit die in het centrum van de grote vlek terecht komt zo groot dat de beeldkwaliteit t.o.v. een parabolische spiegel nauwelijks afwijkt. Het beeld is zelfs buigingsbegrensd. Om die reden kan deze spiegel dan ook sferisch blijven, paraboliseren zou de prijs behoorlijk opdrijven. Het cirkeltje in figuur 3 en alle andere is de diameter van het buigingsschijfje. Bij grotere telescopen moet de spiegel een parabool zijn (eigenlijk een paraboloïde omdat het een omwentelingsfiguur is) omdat anders de sferische aberratie zo groot wordt dat op de optische as geen scherp beeld meer kan worden verkregen. Buiten de optische as treedt coma en astigmatisme op, waarvan de coma de meest opvallende is.



optischekwaliteitfig4Zoals we in vorige afleveringen hebben gezien is de grootte van een onscherpte ten gevolge van afbeeldingsfouten vaak afhankelijk van de openingsverhouding van een telescoop. Bij de Newton telescoop is dat niet anders. De parabolische spiegel verzamelt in het brandpunt de stralengang tot een geometrisch punt. Maar buiten de optische as ontstaat er direct coma en natuurlijk

ook astigmatisme. In figuur 4 is duidelijke zien hoe sterk deze coma is. Deze geldt voor drie telescopen met D=250 mm en verschillende openingsverhoudingen. Dat zijn F/4, F/5 en F/6. Dit omvat tegenwoordig bijna alle gebruikelijke Newton-telescopen. Het buigingsschijfje is bij F/6 de helft groter dan bij F/4. Duidelijk is te zien dat de coma meer dan lineair toeneemt met de openingsverhouding: voor F/4 is deze twee keer zo groot dan voor F/6! Focusseren heeft ook geen zin om de coma weg te krijgen. Dat is duidelijk te zien in figuur 5. Wel is er een verandering te zien van de concentratie van de stralen ten gevolge van het astigmatisme. In de praktijk merk je daar weinig van: het blijft een vervelend asymmetrisch onscherp V-vormig vlekje. Nu doet zich bij een Newton telescoop iets bijzonders voor. Ongeacht de grootte van de telescoop is bij eenzelfde lichtsterkte de coma van een Newton-telescoop even groot. Echter doordat de kromming van de spiegel afhankelijk is van de grootte, verandert wel het astigmatisme. Dit resulteert in een kleine verandering in de vorm van focustraject brandpunt fg5

de verstrooingsfiguur (figuur 6). Bij de opening van 1 meter (!) is de grootte van de onscherpte nauwelijks anders dan die bij een 200 mm telescoop. Bij de grote telescoop is astigmatisme zelfs niet meer te onderscheiden. De grote overeenkomst met de coma en het kleine verschil in astigmatisme maakt het mogelijk dat de zogenaamde comacorrectoren universeel voor elke verstrooiings fig6Newton toepasbaar zijn. Comacorrectoren zijn additionele optische elementen die in de buurt van het afbeeldingsvlak vóór het focus worden geplaatst en in staat zijn de hinderlijke asymmetrische coma weer te corrigeren. Afhankelijk van de kwaliteit en de grootte van het gecorrigeerde beeld bevat zo’n corrector 2 tot 4 lenzen. In een latere aflevering komen we op deze additionele optiek nog uitgebreid terug. Tot slot nog een bijzonderheid over lichtsterke Newton telescopen. Bij deze telescopen valt het vaak op dat de vangspiegel niet exact in het midden van de buis zit. Dit is geen constructiefout. Doordat de vangspiegel onder een hoek van 45° staat zal deze aan de oculairzijde de convergerende bundel die van de hoofdspiegel afkomt later onderscheppen dan aan de overzijde. Om zo min mogelijk lichtverlies te krijgen kan de vangspiegel, naarmate hij verder weg staat van de hoofdspiegel, dus kleiner zijn. Een pure elliptische vorm van de vlakke vangspiegel is heel gemakkelijk te maken en kan eenvoudig iets uit het midden worden geplaatst. Dit is ook verwerkt in figuur 2.

Weersverwachting

Foto van de dag

Tweets over sterrenkunde

Contact

Stip Media

Louise de Colignystraat 15 

1814 JA Alkmaar

+3172 531 49 78

info@zenitonline.nl