Pregled parametara dizajna i optičkih karakteristika glavnih tipova amaterskih teleskopa

“What goes on inside a star is better understood than one might guess from the difficulty of having to look at a little dot of light through a telescope, because we can calculate what the atoms in the stars should do in most circumstances.” Richard P. Feynman

 
Uvod

Astronomski teleskopi su odigrali ključnu ulogu u širenju našeg razumijevanja svemira, omogućavajući posmatranja od vidljivog spektra do infracrvenih i radio talasnih dužina. Tokom vijekova, dizajn teleskopa se značajno razvio od ranih refraktora i reflektora do sofisticiranih svemirskih opservatorija opremljenih adaptivnom optikom i segmentiranim ogledalima. Svaki dizajn je vođen naučnim zahtjevima, kao što su poboljšana rezolucija, veća moć sakupljanja svjetlosti i minimizirane optičke aberacije.
Astronomi se, generalno, oslanjaju na tri glavne vrste teleskopa: refraktorske (diopteri), reflektirajuće i katadioptrijske sisteme. Svaki dizajn ima različite optičke karakteristike koje utiču na kvalitet slike, kao što su rezolucija, kontrast i korekcija različitih aberacija.
U ovom pregledu analiziraće se osnovni principi spomenutih tipova teleskopa i njihove performanse tokom vizuelnog posmatranja i u astrofotografiji. Neće biti govora samo o optičkim performansama, već i o praktičnim aspektima poput prenosivosti, jednostavnosti korištenja, održavanja i cijene. Oslanjajući se na širok spektar literature, izvršen je i komparativni pregled stranih istraživanja. Daju se i preporuke za odabir najprikladnijeg teleskopa za specifične potrebe korisnika.

Pregled literature

Postoji značajan korpus literature o dizajnu i razvoju astronomskih teleskopa, koji obuhvata i akademske publikacije i praktične priručnike. Dostupne su brojne knjige koje istražuju teorijske osnove i inženjerske aspekte konstrukcije teleskopa. Ovi resursi se, generalno, mogu svrstati u dvije različite grupe: one koje se bave složenim zahtjevima i metodologijama dizajna profesionalnih teleskopa opservatorijske klase i one koje služe kao praktični vodiči za amaterske proizvođače teleskopa. Dok se prvi često bave naprednom optičkom teorijom, preciznim inženjerstvom i instrumentacijom velikih razmjera, drugi se obično fokusiraju na pojednostavljene tehnike konstrukcije, isplative materijale i optimizaciju performansi za ličnu upotrebu ili hobije.
Pored knjiga, širok spektar recenziranih naučnih članaka doprinosi ovoj oblasti predstavljajući originalna istraživanja, studije i tehničke inovacije u optičkom dizajnu teleskopa, mehaničkom dizajnu i analizi performansi. Ovi radovi pružaju vrijedne uvide u napredak u optičkim materijalima, tehnikama korekcije aberacija i adaptivnim optičkim sistemima. Raznolikost tema obrađenih u literaturi odražava kontinuiranu evoluciju tehnologije teleskopa i širok interes koji ona ima i kod profesionalnih astronoma i kod posvećenih amatera.
Pregled literature ne samo da ističe historijski napredak različitih tipova teleskopa, već i identificira ključne doprinose koji su utjecali na principe dizajna modernih teleskopa.

2.1 Pregled knjiga

“Historija teleskopa” Henryja C. Kinga [38] je sveobuhvatna hronika koja detaljno opisuje razvoj teleskopa od njegovog izuma do sredine 20. vijeka. Originalno objavljeno 1955. godine, ovo djelo se bavi doprinosima poznatih ličnosti – poput Galileja, Newtona i Huygensa – i manje poznatih majstora i amatera koji su odigrali ključne uloge u unapređenju tehnologije teleskopa. Kingova naracija obogaćena je sa oko 200 ilustracija, uključujući portrete, dijagrame i fotografije, nudeći čitaocima vizuelno putovanje kroz evoluciju astronomskih instrumenata. Knjiga je hvaljena zbog detaljnog istraživanja i pristupačnosti, što je čini vrijednim resursom i za entuzijaste i za one zainteresovane za historiju astronomije i optičke nauke.
Cheng u svojoj knjizi [1] nudi sveobuhvatno istraživanje dizajna teleskopa u cijelom elektromagnetnom spektru, uključujući radio talase, infracrvene, optičke, rendgenske i gama-zrake. Oslanjajući se na preko dvadeset pet godina iskustva, Cheng pruža i opći uvod i teorijsku analizu dizajna teleskopa. Knjiga je strukturirana u nekoliko poglavlja, od kojih se svako fokusira na različite aspekte dizajna teleskopa. Bely [2] objedinjuje astronomske i inženjerske principe bitne za dizajniranje i izgradnju velikih teleskopa. Objavljena 2003. godine kao dio serije Astronomy and Astrophysics Library, njegova knjiga se bavi različitim aspektima razvoja teleskopa, od fundamentalnih astronomskih promatranja do detaljnih inženjerskih razmatranja. Izvrsna knjiga Ruttena i van Venrooija [3] objašnjava principe i praktične aspekte dizajna i performansi teleskopa, posebno prilagođene amaterskim astronomima. Prvi put objavljena 1988. godine, ova knjiga služi i kao obrazovni resurs i kao referentni priručnik. Schroederova [4] knjiga je, takođe, sveobuhvatan tekst koji se bavi osnovnim principima i primjenom optičkog dizajna u astronomiji. Knjiga nudi objedinjen tretman različitih tipova teleskopa, obrađujući i one na koje utiču geometrijske aberacije i atmosferski efekti, kao i teleskope ograničene difrakcijom, namijenjene za svemirska posmatranja. Naglašavajući osnovne koncepte poput Fermatovog principa, Schroeder ih primjenjuje na optičke sisteme za snimanje udaljenih nebeskih tijela. Wilson u svojoj dvotomnoj seriji [5,6] pruža detaljan uvid u istraživanje dizajna, proizvodnje i testiranja reflektirajućih teleskopa. Prvi tom nudi pregled optičke teorije i historijske evolucije reflektirajućih teleskopskih sistema. Obuhvata osnovne principe dizajna, uključujući Gaussovu optiku i teoriju aberacija, te razmatra korektore polja i fokalne reduktore. Knjiga također pruža historijsku perspektivu, detaljno opisujući glavne teleskope od ere Lorda Rossea do 1980-ih. Nadovezujući se na prvi tom, drugi tom se bavi modernim razvojem optike reflektirajućih teleskopa u protekle dvije decenije. Bavi se napretkom u postupcima proizvodnje i testiranja, tehnikama poravnanja i integracijom aktivnih kontrolnih sistema u teleskopima. Također se istražuju teme poput atmosferske i adaptivne optike, reflektirajućih premaza i pomoćne opreme. Hardyjeva [35] knjiga pruža uvod u tehnologiju adaptivne optike (AO), koja se koristi za ispravljanje deformacija uzrokovanih atmosferskom turbulencijom u astronomskim posmatranjima. Obuhvata osnovne principe AO, detekciju talasnog fronta, deformabilna ogledala i sisteme upravljanja u realnom vremenu. Knjiga je neophodna za istraživače, inženjere i astronome koji rade snimanja visoke rezolucije. U Izvještaju br. 90 [39] mogu se pronaći detalji optičkog dizajna 10-metarskog teleskopa koji se koristi u opservatoriji Keck. Walkerova [7] knjiga je sveobuhvatan vodič koji povezuje područja optičkog inženjerstva i ljudskog vida; prikazuje složen odnos između optičkih instrumenata i ljudskog oka, pružajući i teorijske uvide i praktična razmatranja dizajna. Kroz cijelu knjigu, Walker kombinira jasna objašnjenja s praktičnim primjerima, čineći složene koncepte dostupnim i studentima i inženjerima u praksi. Geary [8] je napisao korisnu knjigu (baziranu na uvodnom kursu dizajna sočiva iz doktorskog programa Optičke nauke i inženjerstva na Univerzitetu Alabama u Huntsvilleu) koja se bavi dizajnom sočiva, bogatom praktičnim radom (koristi program Ansys Zemax). Knjiga nudi veliki broj ilustracija, brojne primjere i rješenja problema, što je čini pogodnom i za samostalno učenje i kao sveobuhvatan uvodni tekst. Smithova [9] knjiga je sveobuhvatan vodič koji se bavi metodologijama i primjenama dizajniranja optičkih sistema pomoću računarski potpomognutih alata. Kroz cijelu knjigu, Smith usvaja praktičan i intuitivan pristup, minimizirajući složenu matematiku kako bi sadržaj učinio pristupačnim. Uključivanje brojnih ilustracija i rješenja problema poboljšava razumijevanje, čineći je pogodnom za samostalno učenje ili kao udžbenik. O’Shea i Bentley [10] napisali su odličnu knjigu koja demonstrira proces dizajniranja optičkih sistema pomoću Ansys Zemax-a, vodećeg softvera za optički dizajn. Objavljena 2024. godine, ova knjiga nudi “korak-po-korak” pristup različitim dizajnima sočiva, od početne definicije preko analize performansi i tolerancije. Korschova [70] “Reflektirajuća optika” je knjiga koja se fokusira na teoriju, dizajn i praktičnu primjenu reflektirajućih optičkih sistema, posebno onih koji se koriste u astronomskim teleskopima, svemirskoj optici i sistemima za snimanje visoke rezolucije. Za razliku od refrakcijske optike, reflektivni sistemi se u potpunosti oslanjaju na ogledala, koja su važna u situacijama gdje se mora izbjeći hromatska aberacija ili gdje se koriste široki rasponi talasnih dužina. Oswaltova [71] knjiga prikazuje istraživanje instrumenata i tehnika koje su revolucionirale naše razumijevanje svemira i obuhvata širok raspon tema, od tradicionalnih optičkih teleskopa do najsavremenijih svemirskih opservatorija, pružajući čitaocima holistički pogled na savremenu astronomsku instrumentaciju.
Među nekoliko knjiga iz oblasti amaterske izrade teleskopa, ističe se nekoliko desetina. Suiterova [11] knjiga je sveobuhvatan vodič koji se bavi metodom testiranja zvijezda, moćnom tehnikom za procjenu i dijagnosticiranje optičkih performansi različitih teleskopa, direktno pod noćnim nebom. Ovaj priručnik je posebno vrijedan za amaterske astronome i entuzijaste teleskopa koji žele procijeniti i poboljšati svoje instrumente bez oslanjanja na složenu opremu. Mackintosh je sastavio [12,13] dvotomnu seriju, zasnovanu na odabranim člancima iz Maksutov Circularsa, biltena koji se distribuirao tokom 21 godine članovima Maksutov kluba. Ovi tomovi služe kao vodiči za amaterske i profesionalne proizvođače teleskopa, nudeći uvid u optičke i mehaničke aspekte konstrukcije i poboljšanja teleskopa. Texereau [14] je napisao klasični vodič za amaterske proizvođače teleskopa. Knjiga pruža detaljne upute o brušenju, poliranju i testiranju teleskopskih ogledala, kao i o konstrukciji nosača teleskopa i drugih bitnih komponenti. Obuhvata optičku teoriju, odabir materijala i praktične tehnike koje pomažu entuzijastima da izgrade visokokvalitetne reflektirajuće teleskope. Knjiga ostaje fundamentalni resurs za one koji su zainteresovani za praktičnu izradu teleskopa. Tonkin [15] je uredio vodič koji sastavlja praktična znanja i tehnike za konstrukciju teleskopa. Uključuje doprinose iskusnih proizvođača teleskopa, pokrivajući teme kao što su brušenje i poliranje ogledala, sastavljanje nosača i optimizacija optičkih performansi. Knjiga pruža detaljne upute, tehničke uvide i praktične smjernice za hobiste koji žele izgraditi i usavršiti svoje teleskope. Služi kao bitan resurs za amaterske astronome i entuzijaste za izradu teleskopa metodom „uradi sam“. Clark [16] daje praktični vodič za moderne proizvođače teleskopa, fokusirajući se na to kako iskoristiti internet za nabavku materijala, dobijanje savjeta i povezivanje s globalnom zajednicom amaterskih astronoma. Knjiga pruža uvid u korištenje online resursa za pronalaženje dijelova, alata i informacija za izgradnju teleskopa, kao i kako rješavati probleme i dobiti stručnu pomoć. Takođe uključuje savjete o pridruživanju online forumima, učešću u virtuelnim radionicama i korištenju digitalnih alata za dizajn i testiranje. Jim i Dennis Kriege [17] napisali su sveobuhvatan vodič za izgradnju i korištenje Dobsonovih teleskopa, koji su poznati po svojoj jednostavnosti, stabilnosti i odličnim performansama u amaterskoj astronomiji. Knjiga pokriva sve, od osnovnih principa dizajna teleskopa do detaljnih uputstava o konstruisanju Dobsonovog nosača i optimizaciji optičkog sistema. Pruža praktične savjete o materijalima, alatima i tehnikama, što je čini neprocjenjivim resursom za astronome amatere zainteresovane za stvaranje vlastitih velikih, ali jednostavnih teleskopa. Ingalls [18,19,20] je napisao tri toma, od kojih svaki nudi praktične smjernice o dizajniranju, izgradnji i testiranju teleskopa, prvenstveno namijenjenih amaterskim astronomima. Prvi tom predstavlja osnove izrade teleskopa, fokusirajući se na tehnike brušenja i poliranja ogledala. Takođe pokriva konstrukciju nosača teleskopa i sastavljanje optičkog sistema. Drugi tom se bavi naprednijim tehnikama, uključujući složene dizajne ogledala, teleskope s više elemenata i metode za poboljšanje optičkih performansi. Naglašava preciznost u izradi većih teleskopa i finije optike, idealne za one s određenim iskustvom u izradi teleskopa. Treći tom se fokusira na konstrukciju velikih teleskopa, posebno onih namijenjenih za ozbiljna amaterska astronomska posmatranja. Obuhvata teme poput izrade velikih ogledala, sofisticiranih sistema za montažu i finog podešavanja optičkih performansi za astronomiju visoke rezolucije. Ovaj tom je više tehnički i usmjeren je na napredne hobiste.

Remer [21] je napisao praktični vodič namijenjen amaterskim astronomima zainteresiranim za konstrukciju vlastitih refraktorskih teleskopa. Knjiga pruža detaljna uputstva o tome kako izraditi visokokvalitetnu optiku, uključujući izradu i poravnanje sočiva, kao i konstrukciju cijevi i sistema za montažu. Također pokriva potrebne alate i materijale, dajući detaljne smjernice o postizanju dobro optimiziranog refraktora za vizualno promatranje i astrofotografiju. Highe [22] dao je praktični vodič namijenjen astronomima amaterima koji žele izgraditi ili optimizirati prijenosne Newtonove teleskope. Njegova knjiga pokriva različite aspekte dizajna teleskopa, od odabira materijala i optike do konstrukcije stabilnog, laganog nosača. Fokusira se na stvaranje teleskopa koji se lako prenosi i sposoban je pružiti visokokvalitetne prikaze za promatranje dubokog svemira. Knjiga takođe uključuje savjete za postizanje optimalnih performansi i pruža savjete o modifikacijama za poboljšanje prenosivosti bez ugrožavanja optičkog kvaliteta. Daleyjeva [23] knjiga pruža detaljno istraživanje dizajna Schupmannovog teleskopa, optičkog sistema koji nudi kombinaciju širokog polja gledanja i visokokvalitetnog snimanja. Knjiga se fokusira na to kako ovaj dizajn funkcionira, njegove optičke prednosti i inženjering uključen u konstrukciju takvih teleskopa. Daley pokriva teorijsku osnovu Schupmannovog dizajna, kao i praktične smjernice o izgradnji i finom podešavanju ovih teleskopa. Ovo je korisno za astronome amatere koji žele istražiti jedinstven i manje uobičajen optički dizajn. Idealno za one s određenim iskustvom u izradi teleskopa. Treći tom se fokusira na konstrukciju velikih teleskopa, posebno onih namijenjenih za ozbiljna amaterska astronomska posmatranja. Obuhvata teme poput izrade velikih ogledala, sofisticiranih sistema za montažu i finog podešavanja optičkih performansi za astronomiju visoke rezolucije. Ovaj tom je više tehnički i usmjeren je na napredne hobiste.

Za informacije o amaterskoj optici teleskopa, treba posjetiti i sljedeće web stranice: Amateur Telescope Optics [40] autora V. Saceka (ova stranica nudi detaljan uvid u dizajn teleskopa, optičku teoriju i praktične savjete za entuzijaste), Telescope Optics Topics [41] autora B. Greera (repozitorij ličnih istraživanja usmjerenih na Newtonov dizajn teleskopa, uključujući članke i prateće stranice za časopise), Astronomical optics [155], Telescope Optics for Hobbyists [42] iz Edmund Optics (pruža smjernice o izgradnji teleskopa, razumijevanju različitih tipova i odabiru odgovarajućih komponenti), kao i online forume, kao što je onaj u astronomskoj zajednici Cloudy Nights [43]

2.2 Pregled naučnih radova

Područje dizajna astronomskih teleskopa podržano je opsežnim i rastućim korpusom naučnih radova, koji obuhvata stotine visokokvalitetnih istraživačkih radova i tehničkih članaka. S obzirom na ogroman obim publikacija, teško je izolovati i istaknuti pojedinačne doprinose, a da se ne previde mnogi drugi značajni. Shodno tome, ovaj pregled selektivno predstavlja reprezentativni skup literature, fokusirajući se na radove koji nude uvide u ključne principe dizajna, inovacije i nove trendove u tehnologiji teleskopa.
Iako ovaj izbor nije iscrpan – zbog širine i raznolikosti istraživanja u ovoj oblasti – njegov cilj je pružiti smislen pregled trenutnih istraživačkih pravaca i fundamentalnih studija u ovoj oblasti.
Peaseov rad iz 1935. godine, “Moderni dizajn velikih teleskopa” [24], objavljen u časopisu Journal of the Optical Society of America, istražuje napredak i metodologije u konstruisanju velikih optičkih teleskopa. Pease, ključna figura u Solarnoj opservatoriji Mount Wilson, značajno je doprinio dizajnu glavnih instrumenata, uključujući 100-inčni Hooker teleskop i 200-inčni Hale teleskop. Haleova stručnost u dizajnu astronomskih instrumenata bila je ključna u oblikovanju moderne posmatračke astronomije. Feinberg i saradnici [25] objavili su pregled višestrukih faktora koji utiču na dizajn astronomskih svemirskih teleskopa. U njemu se uvode metrike performansi koje prevode naučne ciljeve u zahtjeve dizajna i razmatraju faktori procjene troškova kao što su masa, složenost, zrelost tehnologije i naslijeđe. Autori su imali za cilj da pruže mapu puta budućim dizajnerima svemirskih teleskopa za optimizaciju dizajna koji poboljšavaju naučne mogućnosti uz minimiziranje ukupnih troškova.
Endelman [26] pruža pregled Svemirskog teleskopa Hubble (HST), od njegovog nastanka, preko ranih izazova, dizajna i naknadnih rješenja. Lansiran u aprilu 1990. godine nakon skoro petnaest godina razvoja, HST je imao za cilj unaprijediti naše razumijevanje svemira posmatranjem nebeskih pojava bez atmosferskih smetnji. Međutim, početne slike otkrile su značajan problem: primarno ogledalo od 2,4 metra patilo je od sferne aberacije zbog greške u proizvodnji, što je dovelo do zamućenih slika. Dodatne komplikacije su se pojavile sa solarnim panelima, sistemima za navođenje i pomoćnom opremom. Kako bi se riješili ovi problemi, 2. decembra 1993. godine započela je 11-dnevna servisna misija, tokom koje su astronauti na svemirskom šatlu Endeavour zamijenili i popravili neispravne komponente.
McElwain i saradnici [27] razmatraju dizajn, razvoj i performanse optičkog teleskopskog elementa (OTE) svemirskog teleskopa James Webb (JWST) u orbiti. Ključne tačke obrađene u radu su dizajn i arhitektura, poravnanje i detekcija talasnog fronta, postavljanje i puštanje u rad, kao i performanse i naučni uticaj. Što se tiče JWST-a, Contreras i Lightsey [28] su također dali pregled optičkih zahtjeva misije i optičke arhitekture. Opisali su dizajn teleskopa, istakli neke od karakteristika osnovnog teleskopa i razmotrili nominalne performanse. Pored toga, njihov rad je dao pregled procesa detekcije i kontrole talasnog fronta i opisao neka od posebnih razmatranja optičke analize neophodna u sistemu kojem je potrebno daljinsko poravnanje u orbiti.
Huiru Ji i saradnici [30] predložili su metodu za projektovanje teleskopa korištenjem vanosne konfiguracije anastigmata s tri ogledala u kombinaciji s mehanizmom za skeniranje. Rezultirajući dizajn postiže f/6, vidno polje od 60° × 1,5° i žarišnu daljinu od 876 mm. Sirsi i saradnici [31] razmatraju dizajn OASIS-a, predloženog svemirskog teleskopa s 14-metarskim “napuhavajućim” primarnim reflektorom. Teleskop je namijenjen za posmatranja visoke spektralne rezolucije u terahercnom frekventnom opsegu, koristeći optiku za korekciju aberacija i mehanizam za skeniranje kako bi se postiglo vidno polje od 0,1 stepena s performansama ograničenim difrakcijom.
Rad Gravesa i saradnika [32] bavi se integriranim procesima dizajna i proizvodnje velikih teleskopa sljedeće generacije. Obuhvata teme od optičkog dizajna do zahtjeva za kućištem, naglašavajući potrebu za novim pristupima kako bi se ispunili naučni ciljevi budućih opservatorija. Muslimov i saradnici [33] predstavljaju dizajn potpuno reflektirajućeg, dvostruko preklopljenog Schmidtovog teleskopa namijenjenog za snimanje “širih” astronomskih objekata s izuzetno niskim površinskim sjajem. Inovativni dizajn uključuje zakrivljeni detektor za postizanje visokog kvaliteta slike u velikom vidnom polju, što ga čini pogodnim za istraživanja dubokog svemira.
Zhang i saradnici [34] proučavali su konceptualni optički dizajn teleskopa od 6,5 metara. Dizajn naglašava odličan kvalitet slike u širokom vidnom polju, s ciljem olakšavanja astronomskih istraživanja velikih razmjera, i sa visokom efikasnošću. Ho Jin i saradnici [35] predstavili su razvoj kompaktnog reflektirajućeg teleskopa prilagođenog za 3U CubeSat platformu, s ciljem snimanja visokokvalitetnih snimaka Zemlje. Autori su dizajnirali teleskop tipa Ritchey-Chrétien s vanosnim segmentiranim ogledalima. Na operativnoj visini od 700 km, sistem može snimiti područje Zemljine površine otprilike 4 km sa 2,3 km. Ovaj dizajn pokazuje izvodljivost integracije reflektirajućih teleskopa visoke rezolucije u CubeSat misije, nudeći alternativu sistemima zasnovanim na sočivima.
Catalan [36] uvodi približne formule za kvantifikaciju aksijalne kome koja nastaje usljed nagiba i decentriranja površine, kao i sferne aberacije usljed aksijalnog pomjeranja. Catalan primjenjuje ovu metodu na astronomski teleskop sa dva ogledala i korektorom, demonstrirajući značajno smanjenje osjetljivosti na neusklađenosti nagiba.
Stepp i Strom [37] daju pregled početnih napora u dizajnu i razvoju projekta Teleskopa od trideset metara (TMT). Cilj TMT-a je izgraditi optičko-infracrveni teleskop promjera 30 metara kako bi se omogućila revolucionarna astronomska posmatranja. Autori razmatraju ključne aspekte projekta, uključujući naučne ciljeve koji su uticali na dizajn teleskopa, tehničke izazove povezane s konstrukcijom tako velikog segmentiranog sistema ogledala i adaptivnu optiku potrebnu za postizanje performansi ograničenih difrakcijom. Također opisuju zajedničke napore između različitih institucija i planirani vremenski okvir za faze razvoja projekta.
Hodapp i kolege [38] predstavili su razvoj Panoramskog teleskopa za istraživanje i sistema za brzi odgovor (Pan-STARRS), koji je pokrenuo Institut za astronomiju Univerziteta Havaji. Primarni cilj Pan-STARRS-a bio je otkrivanje potencijalno opasnih asteroida i provođenje sveobuhvatnih istraživanja neba. Dizajn naglašava široko vidno polje i brzo pokrivanje neba, koristeći veliki otvor blende i napredne optičke komponente za postizanje visokog kvaliteta slike u širokom polju. Rad detaljno opisuje izbore optičkog dizajna, uključujući konfiguraciju ogledala i korektorskih elemenata, kako bi se ispunili naučni ciljevi otkrivanja asteroida i istraživanja neba.
Macias i saradnici [65] predstavljaju inicijativu koju vode studenti za dizajniranje, izradu i evaluaciju jeftinog Newtonovog teleskopa korištenjem tehnologije 3D printanja. Primarni ciljevi bili su procjena izvodljivosti konstrukcije funkcionalnih teleskopa aditivnom proizvodnjom i razvoj obrazovnih resursa koji olakšavaju praktično učenje u astronomiji i inženjerstvu.
Abdulrahman i saradnici [66] istraživali su kako pozicioniranje sekundarnog ogledala utiče na optičke performanse Maksutov-Cassegrain teleskopa. Koristeći Zemax softver za optički dizajn, studija modelira i analizira dvije konfiguracije (A i B). Dizajn A ima sekundarno ogledalo pričvršćeno direktno na unutrašnju površinu Maksutovog korektorskog sočiva. Dizajn B koristi odvojeno sekundarno ogledalo postavljeno između korektorskog sočiva i primarnog ogledala, a nije pričvršćeno za sočivo. Studija zaključuje da konfiguracija u kojoj sekundarno ogledalo nije pričvršćeno za Maksutovo korektorsko sočivo (Dizajn B) nudi superiorniju optičku efikasnost i kvalitet slike. Ovaj izbor dizajna smanjuje aberacije i poboljšava ukupne performanse, što ga čini poželjnijom opcijom za primjene koje zahtijevaju visokoprecizno snimanje.
Hasan [67] predstavlja analizu optičkih performansi teleskopa Schmidt-Cassegrain (SCT), s posebnim fokusom na efekte smanjenja svjetlosti uslijed nosača sekundarnog ogledala. Koristeći Zemax softver za optički dizajn, studija ima za cilj procijeniti kako strukturne komponente utiču na kvalitet slike.
Aljizany [68] istražuje poboljšanje optičkih performansi svemirskog teleskopa Hubble kroz integraciju tehnologije nanosenzora u okular. Koristeći Zemax softver za optički dizajn, studija simulira optički sistem teleskopa kako bi se procijenio utjecaj nanosenzora na kvalitetu slike. Shwayyea u radu [69] predstavlja studiju o dizajnu i simulaciji zemaljskog refraktivnog binokularnog teleskopa s podesivom efektivnom žarišnom daljinom. Istraženo je kako promjene efektivne žarišne daljine utiču na kvalitetu slike i ukupne optičke performanse.
Drugi relevantni radovi, koji se odnose na dizajn astronomskog teleskopa, s naglaskom na amaterski dizajn, mogu se naći u referencama [70-153] na kraju ovog pregleda.

3. Razmatranja kvalitete slike

Performanse optičkog sistema prvenstveno su pod utjecajem aberacija svojstvenih njegovom dizajnu. Ove aberacije se kategoriziraju u dvije glavne vrste:
a. Monohromatske aberacije: do njih dolazi kada svjetlost jedne talasne dužine prolazi kroz sistem. Prisutni su i u refrakcijskim i u reflektirajućim optičkim sistemima.
b. Hromatske aberacije: nastaju zbog disperzije svjetlosti, gdje se različite talasne dužine prelamaju u različitim količinama, što dovodi do razlika u fokusu. Hromatske aberacije su karakteristične za sisteme koji sadrže refrakcijske elemente.
Kada su na slici prisutne aberacije, slika tačkastog izvora postaje mutna, poznata kao “figura raspršenja” ili “krug zamućenja”. Ovo zamućenje je rezultat kombinacije različitih aberacija, ne samo jedne vrste.

Primarne monohromatske aberacije su:
Sferna aberacija. Nastaje kada svjetlosni zraci paralelni s optičkom osom ulaze u sistem na različitim visinama i konvergiraju u različitim tačkama duž ose. Ovo se može ublažiti ograničavanjem otvora blende, iako to može smanjiti kapacitet sakupljanja svjetlosti.
Koma. Koma, koja se manifestuje kao zamućenje u obliku komete, nastaje kada se svjetlosni zraci van ose ne konvergiraju u istoj tački, što dovodi do asimetričnog zamućenja slike. Posebno je problematična u astrofotografiji jer iskrivljuje slike zvijezda, što otežava precizna mjerenja.
Astigmatizam. Ova aberacija nastaje kada se svjetlosni zraci u različitim ravnima (tangencijalnoj/meridijalnoj i sagitalnoj) fokusiraju na različite tačke, što rezultira slikom koja je oštra u jednom smjeru, ali zamućena u drugom.
Zakrivljenost polja. Odnosi se na fenomen gdje je slika oštra samo na zakrivljenoj fokalnoj ravni, a ne na ravnoj. Korištenje ravnog senzora ili fotografske ploče dovodi do mutnih slika na periferiji. Ovo se može ispraviti korištenjem poravnavača polja (eng. field flattener) ili korištenjem zakrivljenih fotografskih filmova.
Distorzija. Za razliku od drugih aberacija, distorzija utiče na skalu slike, a ne na oštrinu. Pozitivna distorzija (jastučasti oblik) uzrokuje savijanje pravih linija prema unutra, dok negativna distorzija (bačvasti oblik) uzrokuje njihovo izbočenje prema van.

3.1 Kriteriji kvalitete slike

Kriteriji kvalitete slike za teleskope odnose se na skup faktora i parametara koji određuju koliko dobro teleskop može proizvesti jasne, oštre i precizne slike nebeskih objekata. Evo ključnih kriterija koji se obično koriste za procjenu kvalitete slike teleskopa:
– Rezolucija
Sposobnost razlikovanja finih detalja i odvajanja blisko raspoređenih objekata. Ograničena je otvorom blende teleskopa i pod uticajem je difrakcije.
– Kontrast
Sposobnost prikazivanja razlika u intenzitetu svjetlosti. Visok kontrast je važan za posmatranje slabih objekata u blizini svijetlijih.
– Kontrola aberacije
Minimiziranje optičkih defekata kao što su: hromatska aberacija, sferna aberacija, koma, astigmatizam i zakrivljenost polja.
– Vidno polje (FOV)
Ugaona veličina neba vidljivog kroz teleskop; šira vidna polja (FOV) su bolja za proširene objekte ili zvjezdana polja.
– Moć sakupljanja svjetlosti
Količina prikupljene svjetlosti, prvenstveno određena veličinom otvora blende, utiče na vidljivost detalja.
– Granica difrakcije
Fundamentalno ograničenje rezolucije uzrokovano difrakcijom svjetlosti, koje definira najbolju moguću oštrinu slike.
– Osvjetljenje slike
Povezano sa otvorom blende i žižnim omjerom, što utiče na vidljivost slabih detalja.
– Point-spread funkcija (PSF) i veličina Airy diska
Opisuje kako se snima tačkasti izvor (poput zvijezde); manji i koncentriraniji PSF znače oštrije slike.
– Mehanička i termička stabilnost
Stabilnost utiče na konzistentnost fokusa i oštrinu slike, jer vibracije ili promjene temperature mogu smanjiti kvalitet slike.
– Optički premazi i transmisija
Kvalitetni antirefleksni premazi poboljšavaju protok svjetlosti i smanjuju npr. pojavu odbljeska.

Tri glavne vrste astronomskih teleskopa koje su obrađene u ovom tekstu su: refraktori, reflektori i katadioptrijski sistemi (slika 1). Oni imaju različite optičke dizajne koji utiču na kvalitet njihove slike na osnovu gore navedenih kriterija.

Sl. 1 Shema dizajna refrakcijskog, reflektirajućeg i katadioptrijskog teleskopa [154]

Refraktori koriste sočiva za sakupljanje i fokusiranje svjetlosti, nudeći visok kontrast i odličnu mehaničku stabilnost zahvaljujući svom zatvorenom dizajnu cijevi. Općenito proizvode oštre slike visoke rezolucije uz minimalno održavanje. Međutim, skloni su hromatskoj aberaciji, gdje se različite talasne dužine fokusiraju na neznatno različitim tačkama, što rezultira iskrivljavanjem boja osim ako se ne koriguje ahromatskim ili apohromatskim kombinacijama sočiva. Refraktori često imaju relativno usko vidno polje i mogu biti skupi pri većim otvorima blende zbog složenosti i cijene visokokvalitetnog stakla i premaza za sočiva.
Reflektori koriste ogledala, eliminirajući hromatsku aberaciju jer je refleksija nezavisna od talasne dužine. To omogućava veće otvore blende uz niže troškove, što rezultira superiornom rezolucijom i snagom sakupljanja svjetlosti – ključnim prednostima za posmatranje dubokog svemira i astrofotografiju. Međutim, reflektori mogu patiti od sferne aberacije ako ogledala nisu precizno oblikovana i poravnata. Također mogu pokazivati ​​komu i zahtijevati redovnu kolimaciju kako bi se održalo optičko poravnanje. Reflektori obično imaju otvorene cijevi, što može dovesti do termalnih struja koje utiču na stabilnost slike.
Katadiopteri kombiniraju sočiva i ogledala kako bi iskoristili prednosti oba sistema, a istovremeno minimizirali njihove slabosti. Ovi hibridni teleskopi nude kompaktne dimenzije i poboljšanu korekciju aberacija, uključujući smanjenu komu i sfernu aberaciju. Njihovi optički premazi i dizajn često pružaju dobar kontrast i široka vidna polja, što ih čini svestranim za snimanje planeta i dubokog svemira. Međutim, njihov složeni optički put često može dovesti do gubitka svjetlosti i zahtijevati precizniju proizvodnju i poravnanje. Generalno, katadioptrijski teleskopi često imaju umjerene žarišne omjere, balansirajući svjetlinu slike i vidno polje.

Teleskopi, generalno, imaju tri glavne uloge [155]:
-Sakupljanje i kompresija svjetlosti: Sakupljaju mnogo više svjetlosti nego oko, čineći slabe objekte vidljivim. Ova sakupljena svjetlost se zatim fokusira u manji snop koji može ući u oko ili se smjestiti na senzor.
-Ugaona rezolucija i uvećanje: Teleskopi razlučuju fine detalje tako što imaju mnogo širu “zjenicu” od oka. Zatim uvećavaju ovu detaljnu sliku tako da je oko može vidjeti, dok povećani osvjetljavajući opseg održava sliku dovoljno svijetlom.
-Usmjeravanje i praćenje: Teleskopi se mogu usmjeriti prema bilo kojoj tački na nebu i mogu pratiti nebeske objekte dok se Zemlja okreće, često koristeći motorizirane nosače s računarskom kontrolom.

Važne optičke karakteristike teleskopa su, takođe [155]:
-Otvor blende: određuje sposobnost sakupljanja svjetlosti (vidljivi su slabiji objekti), rezoluciju slike (finiji detalji), utjecaj atmosferske turbulencije i djelomično težinu i veličinu teleskopa.
– Žižna daljina: Prvenstveno diktira uvećanje teleskopa. Veće žižne daljine daju veće osnovno uvećanje. U vizuelnoj upotrebi, postavlja raspon uvećanja koji se može postići s različitim okularima. Također utiče na fizičku dužinu teleskopa.
– Žižni odnos (relativni otvor blende): Utiče na svjetlinu slike; brži (niži broj) omjeri koncentriraju više svjetla po površini. Također određuje skalu slike za astrofotografiju.

3.2 Tačkasti dijagrami

Tačkasti dijagrami (eng. spot diagrams) su jedan od osnovnih analitičkih alata koji se koriste u optičkom dizajnu. Koriste se za simuliranje i vizualizaciju distribucije svjetlosti iz tačkastog izvora onako kako se pojavljuje na žarišnoj ravni teleskopa. Iscrtavanjem položaja gdje zrake svjetlosti konvergiraju, točkasti dijagrami efikasno ilustruju veličinu, oblik i obrazac intenziteta rezultirajuće slike. Ovi dijagrami mogu pružiti jasan grafički prikaz uticaja različitih optičkih aberacija – poput sferne aberacije, kome i astigmatizma – na kvalitet slike.
Ispitivanjem dijagrama tačaka, optički dizajneri mogu procijeniti stepen u kojem aberacije iskrivljuju idealnu sliku tačke, procijeniti efikasnost korektivnih mjera i optimizirati konfiguracije sočiva ili ogledala kako bi se postigle oštrije i preciznije slike. Na taj način, dijagrami tačaka služe kao ključni dijagnostički alat u iterativnom procesu usavršavanja optike teleskopa kako bi se ispunili željeni standardi performansi.
Za vizuelno posmatranje, posebno pri velikim uvećanjima, širenje mrlja u fokalnoj ravni treba biti minimalno. Tipično, 90 do 95% zraka treba biti koncentrirano unutar kruga ne većeg od Airyjevog diska. Airyjev disk je centralna svijetla tačka u difrakcijskom uzorku koja se formira kada svjetlost prolazi kroz kružni otvor, poput teleskopskog sočiva. Predstavlja najmanju tačku na koju savršen optički sistem može fokusirati svjetlost, postavljajući granicu rezolucije usljed difrakcije. Prečnik Airyjevog diska zavisi od fokalnog odnosa objektiva i talasne dužine svjetlosti.
Za astrofotografiju, kvalitet slike se tradicionalno određivao razlučujućom moći fotografske emulzije. Istraživanja pokazuju da najmanje slike zvijezda na profesionalnim astrofotografskim pločama imaju promjere ne manje od 0,025 mm [3].

4. Refrakcijski (dioptrijski) teleskopi

Refraktorski teleskopi (Sl. 1), među najranijim optičkim instrumentima dizajniranim za astronomsko posmatranje, koriste sočiva za sakupljanje i fokusiranje svjetlosti, proizvodeći uvećane slike udaljenih objekata. Izumljeni početkom 17. vijeka, ovi teleskopi su se značajno razvili, pronalazeći primjenu u astronomiji, zemaljskim posmatranjima i optičkim istraživanjima. Osnovni princip refraktorskog teleskopa uključuje prelamanje svjetlosti kroz konveksno sočivo kako bi se formirala stvarna slika, koja se zatim uvećava okularom.
Historija refraktorskih teleskopa počinje s Hansom Lippersheyjem, koji je patentirao prvi refraktorski teleskop 1608. godine, iako je Galileo Galilei popularizirao njegovu upotrebu u astronomiji ubrzo nakon toga svojim poboljšanim dizajnom [44]. Rani refraktori su patili od hromatske aberacije, izobličenja uzrokovanog različitim prelamanjem različitih talasnih dužina svjetlosti, što je rezultiralo obojenim prugama oko posmatranih objekata [45]. Rad Sir Isaaca Newtona na optici krajem 17. vijeka istakao je ova ograničenja, što je podstaklo razvoj ahromatskih sočiva od strane Chestera Moore Halla i Johna Dollanda u 18. vijeku [46]. Ova sočiva, koja su kombinovala krunsko i flint staklo, značajno su smanjila hromatsku aberaciju, poboljšavajući jasnoću slike [47].
U 19. vijeku, napredak u proizvodnji stakla i brušenju sočiva, kako je dokumentovao Joseph Fraunhofer, omogućio je proizvodnju većih objektiva sa poboljšanim sposobnostima sakupljanja svjetlosti [48]. Fraunhoferov dalji rad na apohromatskim sočivima, koja koriguju tri talasne dužine svjetlosti, dodatno je usavršio performanse refraktora. Moderna literatura, poput Principa optike (Born i Wolf), pruža detaljan teorijski okvir za razumijevanje aberacija sočiva i njihovu korekciju u dizajnu refraktora [49]. Nedavne studije istražuju integraciju adaptivne optike i digitalnog snimanja u refraktorima, proširujući njihovu upotrebu izvan tradicionalne astronomije.
Dizajn refraktorskog teleskopa uključuje nekoliko ključnih komponenti: objektiv, sklop cijevi, fokuser i okular. Svaki element zahtijeva precizno inženjerstvo kako bi se optimizirale performanse.

4.1 Dizajn objektiva

Objektiv je srce refraktorskog teleskopa, određujući njegovu moć sakupljanja svjetlosti i rezoluciju. Žižna daljina (f) i otvor blende (D) sočiva diktiraju uvećanje i vidno polje teleskopa, izračunato preko formule M=f_objektiv/f_okular. Da bi se minimizirala hromatska aberacija, moderni refraktori koriste ahromatske ili apohromatske sisteme sočiva. Ahromatski dublet (slika 2) obično uparuje konveksno krunsko stakleno sočivo (niska disperzija) sa konkavnim flint staklenim sočivom (visoka disperzija), poravnavajući crvene i plave talasne dužine u zajedničkoj žarišnoj tački [50].
Rani ahromatski refraktori, koje su oko 1760. godine razvili John Dollond i Jesse Ramsden, imali su male dubletne leće (otvor blende ~130 mm). Napredak u proizvodnji flint stakla koji je napravio Pierre Louis Guinand omogućio je Josephu von Fraunhoferu da dizajnira veći dublet s zračnim razmakom od 240 mm (slika 2), prvi put korišten u Dorpat refraktoru. Ovaj Fraunhoferov dublet, s krunskom i flint lećom odvojenim malim zračnim razmakom, nudio je četiri optičke površine za korekciju hromatske i sferne aberacije, kao i kome. Optimalne performanse se obično postižu pri žižnim omjerima između ƒ/10 i ƒ/20, pri čemu se brži omjeri koriste za primjene širokog vidnog polja poput astrofotografije.
Steinheilov ahromatski dublet (Sl. 2) postavlja element od flint stakla naprijed, a krunskog stakla pozadi, za razliku od uobičajenijeg Fraunhoferovog dizajna. Ova konfiguracija zahtijeva jaču zakrivljenost sočiva i obično ima uži zračni prostor između elemenata. Iako nudi poboljšanu korekciju optičkih aberacija, njegova upotreba je ograničena zbog osjetljivosti flint stakla na atmosfersku vlagu, što može dovesti do degradacije poput mrlja ili neprozirnosti tokom vremena [155].

Sl. 2 Shema refrakcijskih ahromatskih dizajna (Fraunhofer i Steinheil) [155]

U Tabeli 1 dato je i nekoliko drugih tipova dizajna kod ahromatskih dubleta, predstavljenih u [40]. Ove specifikacije važe za otvor blende od 100 mm, kod sočiva sa f/10. Međutim, mogu se prilagoditi za refraktore sa sličnim otvorima blende, u rasponu od oko 50% bržih do sporijih žižnih omjera. Ovo skaliranje se vrši direktnom primjenom željenog žižnog omjera na date radijuse, što zahtijeva samo mala podešavanja kod praćenja zraka (ray tracing postupak). Slično tome, zamjena uporedivih tipova stakla traži samo manja podešavanja. Debljina stakla nije problem, osim u slučaju Gaussovog tipa.

Tabela 1. Tipovi dizajna ahromatskih dubleta, opšte specifikacije za BK7/F2 staklo (u jedinicama žižne daljine) [40].

Apohromatske leće (slika 3), često tripletne, uključuju dodatni element (npr. staklo s ekstra niskom disperzijom) za poravnavanje tri talasne dužine, smanjujući preostalu aberaciju boja [51].
Petzval sočivo je dizajnirao 1840. godine mađarski optičar Joseph Petzval. Ovaj apohromatski dizajn sočiva (f/4 – f/6) koristi dva odvojena dubleta (jedan cementiran, jedan nije). U početku se koristio kao “brzi” portretni objektiv (oko ƒ/4), a njegovi dubleti su se mogu poboljšati za teleskope kako bi se minimiziralo izobličenje boja u širem polju (oko 5°). Petzvalova sočiva proizvode oštar centar, ali imaju zakrivljene i iskrivljene rubove. Otvor blende sočiva stvara karakterističnu zamućenu pozadinu (bokeh) koja se viđa na portretima iz 19. stoljeća. Astronom E.E. Barnard koristio je Petzval sočiva za fotografije Mliječnog puta, što je dovelo do verzija posebno napravljenih za astronomiju, poput dizajna TeleVue.
Do kraja 19. stoljeća, raznovrsnija optička stakla omogućila su Ernstu Abbeu i Peteru Rudolphu u Zeissu da 1890. godine dizajniraju i apohromatska mikroskopska sočiva. H. Dennis Taylor u Cooke & Sons patentirao je prvo veliko tripletno sočivo s apohromatskim svojstvima 1892. godine. Ovaj dizajn “Cooke tripleta” (f/4 – f/6), koji koristi dublet krunskog sočiva uparen s negativnim flint sočivom za uravnoteženje disperzije, osnova je za moderna apohromatska sočiva.
Današnji apohromatski refraktori su obično tripletne leće (zračne, uljne ili cementirane) prvobitno napravljene od sintetičkog fluorita za krunski element i dva visokodisperzivna flintna stakla. Specifične vrste stakla značajno utiču i na optički kvalitet i na vijek trajanja leće. Dizajni sa zračnim razmakom uključuju vijke za precizno poravnanje (centriranje i kolimacija). Prvi moderni komercijalni apohromati bili su Takahashijeva TS serija, koja je koristila sintetički fluorit. Godine 1981. Astro-Physics (Roland Christen) predstavio je triplet sa uljnim razmakom koristeći flintno staklo prvobitno razvijeno za NASA-u [155].

Sl. 3 Shema refrakcijskih apohromatskih dizajna (Petzval, Cooke, Takahashi) [155]

4.2 Cijev teleskopa

Teleskopska cijev refraktora poravnava optičke komponente i štiti ih od zalutale svjetlosti. Njena dužina je približno jednaka žarišnoj dužini objektiva, iako se dodaju pregrade i premazi kako bi se smanjile unutrašnje refleksije [52]. Materijali poput aluminija ili karbonskih vlakana odabiraju su zbog svoje krutosti i niskog termičkog širenja, osiguravajući optičku stabilnost pri temperaturnim promjenama.

4.3 Fokuser i okular

Fokuser podešava položaj okulara kako bi se postigao oštar fokus, obično koristeći mehanizam sa zupčanikom i letvom ili Crayford mehanizam za veću preciznost. Okular, sekundarni optički sistem sočiva, uvećava sliku koju formira objektiv. Uobičajeni dizajni uključuju Huygens, Kellner i Plössl okulare, od kojih svaki nudi kompromise u vidnom polju i udaljenosti od oka. Izbor okulara zavisi od namjeravane primjene, pri čemu se šira polja preferiraju za posmatranje dubokog svemira [53]. Okulari se obično prodaju zasebno i na tržištu postoji veliki izbor.

4.4 Testiranje i optimizacija

Optičko testiranje, kao što su Ronchijev ili Foucaultov test, procjenjuje kvalitet sočiva analizom interferencijskih uzoraka ili sjena na ivici noža [54]. Softver za računarski potpomognuto projektovanje (CAD), kao što je Zemax, simulira putanje svjetlosti kako bi optimizirao razmak između sočiva i premaze, poboljšavajući prenos i kontrast [55]. Preporučena literatura za analizu testiranja optičkih sistema je [54].

4.5 Primjene refraktora

Refraktorski teleskopi služe različitim svrhama, kako u profesionalnom tako i u amaterskom kontekstu. U astronomiji, njihov visoki kontrast i oštra slika čine ih idealnim za posmatranje planeta, dvojnih zvijezda i detalja na Mjesecu. Apohromatski refraktori koji se koriste u opservatorijama, poput refraktora od 1 metra u opservatoriji Yerkes, primjer su njihove preciznosti za zvjezdanu spektroskopiju i astrofotografiju. Osim astronomije, refraktori se koriste u zemaljskom posmatranju, kao što je praćenje divljih životinja, zbog svoje prenosivosti i uspravne orijentacije slike (s dijagonalnom prizmom). U obrazovanju, mali refraktori upoznaju studente s optikom i nebeskom navigacijom, dok u istraživanju doprinose proučavanju atmosferske optike i svjetlosnog zagađenja. Njihova svestranost je poboljšana modernim adaptacijama, uključujući digitalne senzore za snimanje u stvarnom vremenu.
Refraktorski teleskopi ostaju kamen temeljac optičke tehnologije. Njihov dizajn, utemeljen na preciznoj manipulaciji svjetlošti kroz sočiva, evoluirao je od jednostavnih Galilejevih instrumenata do sofisticiranih apohromatskih sistema sposobnih za snimanje visoke rezolucije. Metode dizajna – kombinacija napredne izrade sočiva, robusnog mehaničkog inženjeringa i optičkog testiranja – osiguravaju njihovu kontinuiranu relevantnost. Dok reflektirajući teleskopi dominiraju astronomijom velikih razmjera zbog svoje skalabilnosti, refraktorski teleskopi se ističu u jasnoći i kontrastu za manje otvore blende. Budući napredak može integrirati adaptivnu optiku i obradu slike vođenu umjetnom inteligencijom, dodatno proširujući njihove mogućnosti.

4.6 Tehnička razmatranja kod refraktora

Refraktori pate prvenstveno od hromatske i sferne aberacije. Ovo više utiče na kraće žižne omjere nego na duže. Ahromatski refraktor f/6 vjerovatno će pokazati znatno obojenje (ljubičasti oreol oko svijetlih objekata) dok ahromat f/16 ima mnogo manje obojenje. Kod vrlo velikih otvora blende postoji i problem mogućeg savijanja sočiva, što je rezultat deformacije stakla usljed gravitacije. Budući da se sočivo može držati na mjestu samo svojim rubom, centar velikog sočiva se savija zbog gravitacije, iskrivljujući slike koje proizvodi. Najveća praktična veličina sočiva u refraktorskom teleskopu je oko 1 metar.
Postoji i dodatni problem defekata stakla, strija ili malih mjehurića zraka zarobljenih unutar stakla. Osim toga, staklo je neprozirno za određene talasne dužine, pa čak je i vidljiva svjetlost prigušena refleksijom i apsorpcijom kada prelazi preko granica zrak-staklo i prolazi kroz samo staklo. Većina ovih problema se izbjegava ili smanjuje kod reflektirajućih teleskopa, koji se mogu napraviti u daleko većim otvorima blende i koji su gotovo zamijenili refraktore za astronomska istraživanja.
Primjeri najvećih ahromatskih refraktorskih teleskopa su: Veliki izložbeni teleskop u Parizu iz 1900. (1,25 m) – demontiran nakon izložbe, Opservatorija Yerkes (101,6 cm), Švedski solarni teleskop od 1 m (98 cm), Opservatorija Lick (91 cm), Veliki refraktor u Pariškoj opservatoriji Meudon (83 cm), Veliki refraktor u Potsdamu (80 cm), Opservatorija u Nici (77 cm), John Wall (76,20 cm) refraktorski teleskop – najveći refraktor koji je izgradio pojedinac, u Opservatoriji Hanwell Community, 28-inčni Grubb refraktor u Kraljevskoj opservatoriji Greenwich (71 cm), Veliki refraktor u Bečkoj opservatoriji (69 cm), Opservatorija Archenhold – najduži refraktorski teleskop ikada izgrađen (68 cm × 21 m), refraktor Opservatorije američke mornarice (66 cm), Newall refraktor u Nacionalnoj opservatoriji u Athensu (62,5 cm), Opservatorija Lowell (61 cm).

4.7 Kvalitet slike u refraktorskim teleskopima

Jedno sočivo ima više optičkih aberacija, tako da refraktorski objektivi koriste više elemenata da ih smanje – posebno longitudinalnu hromatsku i sfernu aberaciju. Koma se također treba svesti na minimum u širokom polju. Hromatska aberacija nastaje jer se različite talasne dužine svjetlosti različito prelamaju. Plava svjetlost se fokusira bliže sočivu nego zelena ili crvena. Kod negativnih sočiva, žarišne tačke su virtuelne i nalaze se ispred sočiva.
Ahromatska korekcija koristi dvije blisko raspoređene leće: pozitivnu krunsku staklenu leću (n ≈ 1,5, niska disperzija) i negativnu flint staklenu leću (n ≈ 1,6, visoka disperzija). Pozitivna leća ima manju snagu i disperziju od negativne. Njihov om kombinacijom smanjuje se sferna aberacija i koma. Zračni razmak između njih omogućava još veću fleksibilnost dizajna. Međutim, astigmatizam i zakrivljenost polja ne mogu se ispraviti u standardnim ahromatskim dubletima, što ih čini neprikladnim za oštro snimanje širokog ugla na ravnom detektoru. Općenito, dizajneri ovdje mogu prilagoditi 10 varijabli – vrste stakala, radijuse zakrivljenosti, zračni prostor, redoslijed elemenata i debljine – kako bi smanjili aberacije.
Razlika između fokusa crvene/plave boje i zelene boje naziva se sekundarni spektar (slika 4). Dubleti Fraunhoferovog tipa smanjuju ga na 1/2000 žarišne daljine, poluapohromati na 1/4000, a sa naprednim staklom na 1/8000. Najbolja korekcija postiže se fluoritnim staklom (n = 1,43, V = 95,6), smanjujući sekundarni spektar na 1/16000 – ali to je vrlo skupo i osjetljivo staklo (sklono vremenskim uticajima).
U konvencionalnim dubletima, sekundarni spektar je prihvatljiv kada crvena i plava zamućenja ne prelaze tri puta veći prečnik od Airyjevog diska (u zelenom svjetlu). Dakle, uslov za odsustvo hromatske aberacije je: fmin=0,122D, gdje je fmin – minimalni žižni odnos, a D – prečnik otvora blende. Na primjer, za otvor blende od 100 mm, najbrži žižni odnos koji daje puni ahromatizam je f/12,2. U dubletima korigovanim za zeleno svjetlo, crveno svjetlo je nedovoljno korigovano, a plavo prekomjerno korigovano, što je izobličenje zavisno od talasne dužine koje se naziva sferohromatizam. Ovaj efekat se javlja u svim cementiranim i uskim vazdušnim dubletima, ali se može kontrolisati širim razmakom [3].

Sl. 4 Kriva različitih boja za vizualno korigirani dublet (lijevo); Sekundarni spektar u dubletnom sočivu (desno) [3]

U [3] je predstavljeno poređenje između tri dublet objektiva od 200 mm za refraktore, i to: Fraunhofer f/15, cementirani Apoklaas f/8 i fluoritni (Steinheil) f/8. Fraunhoferov dizajn koristi standardno staklo i ima najveću grešku u boji. Apoklaas koristi specijalno staklo za smanjenje sekundarnog spektra, dok fluoritno sočivo dodatno smanjuje sekundarni spektar, ali je osjetljivo na vremenske uslove, pa se postavlja iza negativnog elementa (Steinheilov dizajn). Fluoritno sočivo omogućava brže i kraće teleskope. Parametri dizajna ovih refraktora dati su u Tabeli 2.

Tabela 2. Karakteristike dizajna tri različita dizajna ahromatskih refraktora [3]

Treba napomenuti da optička stakla općenito imaju međunarodni standardizirani šestocifreni kod (pogledati Tabelu 2 za oznake medija, M). Ovaj kod označava prve tri cifre nakon decimalne tačke u indeksu prelamanja, nd, i prve tri cifre Abbeovog broja, vd. To znači da staklo 517642 ima indeks prelamanja od 1,517 i Abbeov broj od 64,2 (katalozi pokazuju da je ovo staklo BK7, borosilikatno krunsko staklo koje proizvodi Schott Inc).

Dijagrami mrlja na Sl. 5 (za gore navedene objektive) pokazuju da Fraunhoferova leća ima značajnu aberaciju boja (crvene/plave mrlje ~5× Airyjev disk). Apoklaasova i fluoritna leća pokazuju mnogo bolju korekciju (~1,5× Airyjev disk). Međutim, fluoritna leća, iako najbolja za korekciju boja, više pati od sferohromatizma. Uprkos dobroj vizualnoj korekciji, svi ovi objektivi pokazuju slabu korekciju u ljubičastoj boji, posebno u fotografiji.

Sl. 5 Dijagrami tačaka za tri refraktorska objektiva od 200 mm [3]

Što se tiče prethodnih dizajna dubleta (tabela 2 i slika 5), ​​može se reći da sočiva sa vazdušnim razmakom omogućavaju optimalnu korekciju aberacija jedne boje sa bilo kojim staklom. Cementirani dubleti zahtijevaju specifične parove stakala sa odgovarajućim krivuljama za najbolju korekciju (iako mali vazdušni razmak funkcioniše slično). Problem sa većim (oko 100 mm+) cementiranim dubletima je taj što promjene temperature mogu oštetiti vezu između sočiva [40].
Da bi fokusirali crvenu, plavu i ljubičastu svjetlost zajedno, dizajneri koriste apohromatske objektive s tri sočiva napravljena od različitih materijala. Oni smanjuju sekundarni spektar na oko 1/10.000 žarišne daljine, što ih čini boljim od ahromatskih objektiva za fotografiju [3].
Apohromatski tripleti koriste dva krunska sočiva dizajnirana da imaju kombinovanu disperziju sličnu određenom flint staklu. Dok je Ernst Abbe definirao pravi apohromat kao sočivo s parfokalnom korekcijom za tri udaljene boje i sfernom aberacijom i korekcijom kome za dvije, moderna “apohromatska” sočiva ne ispunjavaju u potpunosti ovu strogu definiciju. Savršena korekcija varijacija fokusa preko talasnih dužina (sferohromatizam) zahtijeva vrlo duge žarišne daljine, velike vazdušne praznine, asferične površine ili Petzval dizajn. Umjesto toga, moderna sočiva minimiziraju sferohromatizam koristeći samo neke od ovih metoda, dok se koma koriguje za jednu talasnu dužinu.
Za šire fotografske prikaze i lakšu prenosivost s kraćim cijevima, većina modernih refraktora ima manje žarišne omjere, obično od f/8 do f/5. Specijalno optičko staklo, poznato kao ED ili staklo ekstra niske disperzije, omogućava preciznije dizajne sočiva koji bolje minimiziraju i komu i hromatsku aberaciju. Ahromatska sočiva koja sadrže ED staklo ponekad se prodaju kao ED ahromati ili poluapohromati, poput onih od Sky-Watchera. Da bi se kontrolisala povećana optička izobličenja pri većim uvećanjima, u apohromatske dizajne se ugrađuje treće sočivo , koje kompanije kao što su TEC, Astro-Physics, Takahashi i Sky-Watcher često prodaju kao APO ili APO triplete. Još napredniji dizajn koristi četvrto sočivo za stvaranje krunskog elementa u kombinaciji s ED tripletom, koji se naziva super apohromat, kao što se danas može naći u Takahashijevim TSA refraktorima [155].

5. Reflektirajući (katoptrički) teleskopi

Reflektorski teleskopi (slika 1), koji koriste ogledala za sakupljanje i fokusiranje svjetlosti, predstavljaju ključni napredak u optičkoj astronomiji. Za razliku od refraktora, koji koriste sočiva, reflektori izbjegavaju hromatsku aberaciju, što ih čini idealnim za posmatranje slabih, udaljenih nebeskih objekata.
Nastanak reflektorskih teleskopa pripisuje se Sir Isaacu Newtonu, koji je 1668. godine konstruirao prvi funkcionalni model koristeći konkavno primarno ogledalo i ravno sekundarno ogledalo za usmjeravanje svjetlosti bočno prema okularu. Newtonov dizajn se bavio hromatskom aberacijom svojstvenom refrakcijskim teleskopima, problemom koji je identificirao u svojim optičkim studijama [45]. U 18. stoljeću, James Gregory predložio je alternativnu konfiguraciju s paraboličnim primarnim ogledalom i eliptičnim sekundarnim ogledalom, iako je praktična primjena kasnila zbog izazova u proizvodnji [56]. Veliki reflektori Williama Herschela krajem 18. stoljeća pokazali su potencijal ogledala za posmatranje dubokog svemira, uprkos poteškoćama sa tada korištenim metalom (mješavinom od oko dvije trećine bakra i jedne trećine kalaja, legurom sklonom tamnjenju).
U 19. vijeku došlo je do značajnog napretka uvođenjem posrebrenih staklenih ogledala od strane Léona Foucaulta i razvojem tehnika paraboličnog brušenja. Rad Johna Hadleyja na oblikovanju ogledala dodatno je usavršio optičku preciznost, omogućavajući oštrije slike. U 20. vijeku, pojava aluminiziranih premaza, kako ih je opisao Strong, poboljšala je reflektivnost i trajnost ogledala [57]. Moderna literatura pruža rigoroznu analizu korekcije aberacija i poravnanja ogledala u naprednim dizajnima poput teleskopa Ritchey-Chrétien [5,6]. Nedavne studije istražuju integraciju segmentiranih ogledala i adaptivne optike, pomjerajući granice mogućnosti reflektora.
Dizajn reflektorskog teleskopa zavisi od njegovog optičkog sistema, strukturne podloge i mehanizama za poravnanje. Ključne komponente uključuju primarno ogledalo, sekundarno ogledalo, sklop cijevi i nosač.
Glavne vrste reflektirajućih teleskopa su: Newtonov, Gregorijev, klasični Cassegrain dizajn, Ritchey Chrétien, i Dall Kirkham dizajn, kao što je prikazano na sl. 6. Parametri na sl. 6 su: f – efektivna žarišna daljina, f1 – primarna žarišna daljina i fBFL – zadnja žarišna daljina (eng. back focal length).

Sl. 6 Glavne vrste reflektirajućih teleskopa [155]

Newtonov reflektor (f/4 – f/12), jednostavan za izradu, bio je popularan među amaterima tokom većeg dijela 20. stoljeća. Ovdje putanja svjetlosti rezultira relativno dugim cijevima, obično sa žarišnim omjerima ne većim od f/10, iako se brži omjeri koriste za prikupljanje više svjetlosti. Astigmatizam se eliminira kada je žarišna tačka udaljena od ogledala kao i otvor cijevi. Veliki Newtonovi reflektori s velikim žarišnim omjerom ili velikim otvorom blende često zahtijevaju ljestve da bi došli do okulara. Pri brzim žarišnim omjerima, koma postaje primjetna, ali se može smanjiti korektorom kome. Primarno ogledalo je paraboloidno, a sekundarno ravno (ravansko).
Gregorijev teleskop (f/4 – f/40), o kojem su teoretizirali Mersenne 1636. godine, a kasnije i Gregory, prvi je ipak konstruirao Hadley 1726. godine. Ovaj tip teleskopa proizvodi uspravnu sliku reflektirajući svjetlost od dva ogledala, invertirajući je dva puta. Ovaj dizajn obično zahtijeva dužu cijev od Cassegrainovog, što se često smatra nedostatkom. Njegovo veliko uvećanje čini ga pogodnim za posmatranje Mjeseca, planeta i dvojnih zvijezda. Međutim, ima usko upotrebljivo vidno polje i primjetna vanosna izobličenja. Primarno ogledalo je elipsoid, a sekundarno paraboloid.
Cassegrain teleskop (f/4 – f/12), koji su predložili Mersenne, a kasnije i Cassegrain, nudi veliku žarišnu daljinu u kompaktnoj cijevi. Iako mu je upotrebljivo vidno polje usko i prisutna su vanosna izobličenja, njegovo veliko uvećanje je izvrsno za posmatranje Mjeseca, planeta i dvojnih zvijezda. Kratka cijev pruža bolju ravnotežu i stabilnost. Primarno ogledalu mu je paraboloid, a sekundarno hiperboloid.
Ritchey-Chrétien (RC) dizajn (f/8 – f/10), zasnovan na Schwarzschildovim idejama, eliminisao je sfernu aberaciju i komu, prisutne u ranijim reflektorima. Moderni RC-ovi često imaju veće sekundarno uvećanje (manju opstrukciju) i površine bliže paraboloidu. RC-ovi proizvode savršeno okrugle slike zvijezda, idealne za astrofotografiju i uobičajeni su u vrlo velikim teleskopima. Međutim, pokazuju značajan astigmatizam izvan vidnog polja od 0,7° i imaju najizraženiju zakrivljenost polja od bilo kojeg dizajna, što uzrokuje da zvijezde na rubovima slike izgledaju veće. I primarna i sekundarna ogledala su su hiperboloidi.
Dall-Kirkhamov dizajn (f/12 – f/20) koristi ogledala koja se lakše proizvode i testiraju, što smanjuje troškove i olakšava kolimaciju u poređenju sa Cassegrain ili RC teleskopima. Međutim, pati od značajne kome (2-6 puta veće od klasičnog Cassegraina) i uskog polja, što ga čini lošim za fotografisanje širokog polja. Kvalitet slike se pogoršava sa većim sekundarnim uvećanjem. Primarno ogledalo je izduženi elipsoid, a sekundarno sfera. Pressman-Camichel dizajn, sa obrnutim oblicima ogledala u odnosu na Dall-Kirkhamov dizajn, ima još veću komu, 4-12 puta veću od klasičnog Cassegraina [155].

5.1 Dizajn primarnog ogledala

Primarno ogledalo sakuplja i fokusira dolaznu svjetlost, pri čemu njegov otvor blende (D) određuje moć sakupljanja svjetlosti, a njegova žarišna daljina (f) postavlja skalu slike. Većina modernih reflektora koristi paraboloidno ogledalo (ili druge oblike, vidi sliku 6) kako bi se eliminirala sferna aberacija, osiguravajući oštar fokus za zrake na osi [50]. Materijali poput Pyrexa ili Zerodura su preferirani zbog svog niskog termičkog širenja, minimizirajući izobličenja od promjena temperature. Ogledalo se presvlači (pokriva) aluminijem ili srebrom putem vakuumskog taloženja (naparavanja) kako bi se postigla visoka reflektivnost (obično >90%) u vidljivim talasnim dužinama.

5.2 Sekundarno ogledalo i optička konfiguracija

Sekundarno ogledalo u reflektorima preusmjerava svjetlost prema okularu ili detektoru. U Newtonovom dizajnu, ravno dijagonalno ogledalo reflektira svjetlost na stranu cijevi [52]. Cassegrainova konfiguracija koristi konveksni hiperboličko sekundarno ogledalo za savijanje svjetlosne putanje natrag kroz otvor u primarnom ogledalu, produžujući efektivnu žarišnu daljinu unutar kompaktne cijevi. Ritchey-Chrétienova varijanta koristi dva hiperboloidna ogledala za korekciju kome, poboljšavajući kvalitet slike izvan ose za posmatranja širokog polja [3]. Općenito, veličina i nagib sekundarnog ogledala su optimizirani kako bi se minimizirale smetnje uz održavanje poravnanja s primarnim ogledalom [5,6].

5.3 Sastavljanje i montaža cijevi

Cijev podržava ogledala i štiti ih od zalutale svjetlosti. Otvoreni rešetkasti dizajn, uobičajen kod velikih reflektora, smanjuje težinu i termalne gradijente, dok su pune cijevi obično korištene za manje instrumente. Nosač, obično ekvatorijalni ili alt-azimutalni, osigurava precizno praćenje nebeskih objekata. Računarski kontrolirani alt-azimutni nosači s derotatorima standardni su u modernim opservatorijama, kompenzirajući rotaciju polja.

5.4 Testiranje i poravnanje

Figura (oblik) ogledala se testira interferometrijom ili Foucaultovim testom kako bi se provjerila tačnost površine (reda dijelova talasne dužine). Kolimacija, poravnanje optičkih elemenata, je ključna i često se postiže laserskim ili zvjezdanim testovima [54]. Kod segmentiranih ogledala, kao u Keck teleskopu, aktivni kontrolni sistemi podešavaju pojedinačne segmente u realnom vremenu.

5.5 Primjene reflektora

Reflektorski teleskopi dominiraju profesionalnom astronomijom zbog svoje skalabilnosti i svestranosti. Veliki reflektori, poput 10-metarskih Keck teleskopa, omogućavaju posmatranje udaljenih galaksija, kvazara i egzoplaneta, koristeći njihov superiorni kapacitet sakupljanja svjetlosti. Svemirski teleskop Hubble, reflektor tipa Ritchey-Chrétien, revolucionirao je kosmologiju svojim snimanjem dubokog svemira. U amaterskoj astronomiji, Newtonovi reflektori su popularni zbog svoje isplativosti i performansi u posmatranju maglina i zvjezdanih jata [53]. Osim astronomije, reflektori se koriste u optičkom testiranju, laserskoj komunikaciji i solarnim koncentratorima, gdje su veliki otvori blende i precizno fokusiranje prednost [58]. Njihova prilagodljivost je poboljšana inovacijama poput adaptivne optike, koja ispravlja atmosferska izobličenja u zemaljskim opservatorijama [59].
Reflektorski teleskopi predstavljaju sinergiju optičke teorije i inženjerske preciznosti, nudeći neusporedive mogućnosti za astronomska posmatranja. Od Newtonovog početnog dizajna do modernih segmentiranih i adaptivnih sistema, njihova evolucija odražava napredak u materijalima, proizvodnji i računarskim tehnikama. Proces dizajniranja, usmjeren na izradu paraboloidnih ogledala, optimizaciju optičkih rasporeda i osiguranje strukturne stabilnosti, podupire njihov uspjeh u različitim primjenama. Dok manji refraktori izvrsno funkcionišu u planetarnom snimanju, reflektori dominiraju istraživanjima velikih razmjera zbog svoje slobode od hromatske aberacije i sposobnosti skaliranja do velikih otvora blende. Budući razvoj može se fokusirati na lagana ogledala i poravnanje vođeno umjetnom inteligencijom, što će dodatno povećati njihov potencijal.

5.6 Kvalitet slike u Newtonovom reflektirajućem teleskopu

Newtonov teleskop je među najjednostavnijim i najčešće korištenim reflektirajućim dizajnom, a posebno ga preferiraju amaterski astronomi. Također je najčešće konstruirani teleskop od strane hobista, što ga čini mjerilom za procjenu drugih tipova teleskopa.
Ovaj dizajn teleskopa uključuje paraboloidno (često pogrešno nazvano “parabolično”) primarno ogledalo i ravno sekundarno ogledalo, koje preusmjerava fokusiranu svjetlost izvan cijevi za vizualno posmatranje ili fotografiranje. Newtonovi teleskopi obično imaju žarišne omjere u rasponu od f/4 do f/12. Žarišni omjeri ispod f/4 su nepraktični zbog značajne kome blizu rubova polja, dok omjeri iznad f/12 rezultiraju teleskopima koji su pretjerano dugi. Teleskopi sa sporijim žarišnim omjerima (f/7 do f/12) su najbolji za posmatranje Mjeseca i planeta, dok su brži žarišni omjeri (f/4 do f/6) pogodniji za posmatranja dubokog svemira i astrofotografiju.
U manjim, sporijim Newtonovim teleskopima, sferno ogledalo se može koristiti umjesto paraboloidnog. Iako većina modernih Newtonovih teleskopa koristi paraboloidna ogledala, početnici često počinju sa sfernim ogledalima zbog njihove jednostavnosti proizvodnje i niske cijene.
Dijagonalno ogledalo, koje preusmjerava putanju svjetlosti, uzrokuje centralnu prepreku u primarnom ogledalu. Iako mora biti dovoljno veliko da pokrije željeno vidno polje, treba ga održavati što manjim kako bi se smanjili negativni efekti na kvalitet slike. Newtonovi teleskopi namijenjeni za fotografsku upotrebu zahtijevaju veću dijagonalu kako bi u potpunosti osvijetlili područje slike. Idealno bi bilo da dizajner teleskopa nastoji koristiti najmanje moguće sekundarno ogledalo, ne samo da bi smanjio gubitak svjetlosti, već i da bi smanjio degradaciju kontrasta slike uzrokovanu difrakcijom. Pažljivi posmatrači mogu primijetiti pad kvaliteta slike kada je centralna prepreka veličine 20% otvora blende, a općenito ne bi trebala prelaziti 30%. Premalo sekundarno ogledalo nije praktično. Pored rizika od površinskih nesavršenosti blizu ruba dijagonalnog ogledala, tako malo ogledalo neće u potpunosti uhvatiti i reflektirati cijeli svjetlosni konus. Kod brzih Newtonovih teleskopa, sekundarno ogledalo treba postaviti nešto bliže primarnom ogledalu i dalje od žarišne tačke kako bi se osiguralo da je žarišna ravan ravnomjerno osvijetljena oko optičke ose. Kao opšta smjernica, osvjetljenje u uglovima fotografije ne bi trebalo da se smanji (vinjetiranje) za više od 30 do 40% [3].

5.6.1 Newtonov teleskop sa sfernim ogledalom

U sfernom (konkavnom) ogledalu, svjetlosni zraci koji putuju blizu optičke ose (paraksijalni zraci) konvergiraju u određenoj tački – paraksijalnom fokusu (označenom slovom F na slici 7). Međutim, zraci dalje od ose se fokusiraju bliže ogledalu, što rezultira sfernom aberacijom. Slika 7 ilustruje niz dijagrama aksijalnih tačaka snimljenih na različitim žarišnim ravnima za sferno ogledalo od 200 mm, sa žarišnim odnosom f/8. Niz počinje u paraksijalnom fokusu (0,0 mm), a zamućenje svjetlosti je najmanje u tački 0,6 mm unutar ovog fokusa. Način na koji se mijenjaju veličina zamućenja i koncentracija svjetlosti u centru slike (prikazano na slici 7) tipičan je znak sferne aberacije. U sporijim Newtonovim teleskopima, parabolizacija ogledala nije uvijek potrebna ako je zamućenje usljed sferne aberacije manje od Airyjevog diska [3].

Sl. 7 Dijagrami tačaka (na različitim fokalnim ravnima) za sferno ogledalo od 200 mm f/8 [3]

Na slici 8 upoređene su veličine dijagrama tačke (eng. spot diagrams) za različite žižne odnose, sa veličinom odgovarajućih Airyjevih diskova i granicom fotografske rezolucije od 0,025 mm. Za Newtonov teleskop od 200 mm, sferno ogledalo adekvatno funkcioniše za vizuelnu upotrebu pri f/12 ili manje (slika 8). Za fotografske svrhe, ogledala koja se koriste pri f/8 ili manje također ne zahtijevaju parabolizaciju.

Sl. 8 Dijagrami najmanjih zamućenih tačaka za sferna ogledala od 200 mm [3]

5.6.2 Newtonov teleskop s paraboloidalnim ogledalom

U blizini optičke ose, sferna i paraboloidna ogledala dijele identičan radijus zakrivljenosti. Međutim, kako se udaljavamo od ose, sferna površina mora se oblikovati malo unazad kako bi se osiguralo da sve zrake konvergiraju u istoj žarišnoj tački (F), čime se koriguje sferna aberacija. Ovaj modificirani oblik je upravo paraboloid. Za ogledala sa žarišnim omjerima f/8 ili manjim, razlika između ivica sfernog i paraboloidnog ogledala je manja od talasne dužine zelene svjetlosti.
Primarni optički defekt u Newtonovom teleskopu je koma. Astigmatizam se također javlja, ali obično samo pri širim uglovima slike, a zakrivljenost polja je još jedna prisutna, ali manje značajna aberacija. Kada se ulazna pupila nalazi na ogledalu, što je obično slučaj, optimalna žarišna površina se nalazi između tangencijalne i sagitalne žarišne ravni i zakrivljuje se prema unutra s radijusom jednakim žarišnoj daljini teleskopa. Budući da koma znatno nadmašuje ostale aberacije u Newtonovim dizajnima, korištenje zakrivljenog fotografskog filma ili uređaja za poravnavanje polja (korektor polja; eng. field flattener) nudi minimalno poboljšanje.
Slika 9 prikazuje dijagrame tačaka za žižne omjere u rasponu od f/4 do f/12, mjereno na vanosnim udaljenostima od 0, 10, 20 i 30 mm na optimalno zakrivljenoj žižnoj površini. Na većim vanosnim udaljenostima, posebno kod brzih primarnih ogledala, značajna koma i astigmatizam postaju očigledni. Koma je dominantna aberacija blizu optičke ose, dok se astigmatizam pojavljuje dalje od ose, a prepoznatljiv je po sekundarnom repu koji se formira u uzorku komatskog zamućenja [3].

Sl. 9 Dijagrami tačaka za paraboloidna ogledala od 200 mm sa različtim f brojem [3]

Procjena vidnog polja Newtonovog teleskopa koje je upotrebljivo za fotografiju je izazovna jer fotografski film ili CCD/CMOS senzori možda neće uhvatiti slabe vanjske dijelove komatskog zamućenja. Kao rezultat toga, stvarne fotografske slike izgledaju manje nego što dijagrami tačaka sugeriraju. Međutim, budući da se dio svjetlosti gubi iz centra slike, granična magnituda se smanjuje. Kada su potrebni visokokvalitetni fotografski rezultati, treba koristiti kriterij veličine tačke od 0,025 mm. Za manje zahtjevne primjene, zamućenje do 0,100 mm na rubu filmskog kadra uglavnom daje slike koje su prihvatljive većini astrofotografa.
Cassegrain teleskopi često pate od “preplavljivanja”, gdje zalutala svjetlost dopire do žarišne površine bez refleksije od ogledala, smanjujući kontrast. Za blokiranje ove zalutale svjetlosti potrebni jsu zasjenjivači svjetlosti (eng. baffling), ali oni povećava centralnu opstrukciju i mogu uzrokovati gubitak svjetlosti na rubovima polja, posebno kod fotografije širokog polja [3].

5.7 Kvalitet slike u reflektirajućem teleskopu Cassegrain tipa

Cassegrain teleskopi koriste konkavno primarno ogledalo i malo sekundarno ogledalo postavljeno ispred fokusa primarnog ogledala. Različiti dizajni variraju po oblicima ogledala: klasični, Dall-Kirkham, Ritchey-Chrétien, Pressman-Camichel. Sekundarno ogledalo reflektuje svjetlost prema primarnom ogledalu, formirajući sliku iza njega radi lakšeg posmatranja ili fotografisanja. Sekundarno ogledalo također povećava žarišnu daljinu sistema, ali blokira dio svjetlosti, smanjujući svjetlinu i kontrast, tako da se održava što je moguće manjim.
Idealni Cassegrain dizajni imaju kratku cijev, malo sekundarno ogledalo, ravnu žarišnu površinu i dostupnu žarišnu ravan, ali postizanje svega istovremeno je nemoguće. Zakrivljenost polja, uzrokovana oblikom sekundarnog ogledala, ključni je izazov i izraženija je nego kod Newtonovih ili refraktorskih teleskopa. Polje se zakrivljuje prema unutra (konkavno prema nebu). Ravna žarišna površina zahtijeva jednake radijuse zakrivljenosti oba ogledala, što je u suprotnosti s kratkom cijevi i malim sekundarnim ogledalom.
Dizajni s velikim uvećanjem na sekundarnom ogledalu favoriziraju kratku cijev i malu sekundarno ogledalo, ali pate od jake zakrivljenosti polja, što je dovoljno dobro za vizuelnu upotrebu, ali problematično za fotografiju. Zakrivljenost polja se pogoršava kako se sekundarno ogledalo smanjuje, a ogledala približavaju. Dizajneri moraju balansirati između vizuelnih teleskopa s malim sekundarnim ogledalima i jakom zakrivljenošću i fotografskih teleskopa s većim sekundarnim ogledalima i ravnijim poljima. Zakrivljenost polja može se ispraviti zakrivljenim filmom ili korektorima polja [3].
Cassegrain teleskop može biti dizajniran da eliminiše sfernu aberaciju, omogućavajući oštru sliku na optičkoj osi, sve dok se odaberu ispravni oblici i za primarno i za sekundarno ogledalo. Međutim, jasnoća slika van ose zavisi od oblika ovih površina. Četiri ključne kombinacije Cassegrain teleskopa prikazane su u Tabeli 3. Treba napomenuti da su Schwarzschildove konstante (SC) sljedeće: Sfera ima SC od 0 (što ukazuje na odsustvo deformacije), izduženi elipsoid ima SC između -1 i 0, paraboloid ima SC jednak -1, hiperboloid ima SC manji od -1, a spljošteni elipsoid ima SC veći od 0.

Tabela 3. Karakteristike četiri Cassegrain teleskopa od 200 mm f/8 (dimenzije u mm) [3]

Neki optičari preferiraju jednostavnije sferno sekundarno ogledalo Dall-Kirkhamovog dizajna u odnosu na složenije hiperboloidno kod klasičnog Cassegraina. Iako ga je lakše napraviti, Dall-Kirkhamovo ogledalo pati od jake kome, što ograničava njegovo vidno polje. Pressmann-Camichel, sa sfernim primarnim ogledalom i jako deformiranim sekundarnim ogledalom, također pokazuje veliku komu i podržava samo usko vidno polje. Ritchey-Chrétienovo ogledalo ispravlja komu i omogućava šire polje, ali njegova asferična ogledala je teško proizvesti, što ga čini preferiranim samo od strane profesionalaca.
Radi poređenja ovih sistema, kreirani su dijagrami tačaka (sl. 10) za četiri dizajna sa identičnim žižnim odnosima, ali različitim oblicima površina [3]. Svaki je imao otvor blende od 200 mm, primarni objektiv f/2,67 i žižnu površinu 120 mm iza primarnog ogledala. Dijagrami pokazuju da Dall-Kirkham i Pressmann-Camichel dizajni nisu pogodni za snimanje širokog vidnog polja zbog kome. Ritchey-Chrétien nudi okrugle slike zvijezda, idealne za fotografiju, ali pokazuje rastući astigmatizam preko 20 mm van ose i ima najjaču zakrivljenost polja. Klasični Cassegrain odgovara Newtonovom kvalitetu slike, ali sa izraženijom zakrivljenošću polja.

Sl. 10 Dijagrami tačaka četiri različita tipa 200 mm f/8 Cassegrain teleskopa [3]

6. Katadioptrijski teleskopi

Katadioptrijski teleskopi (Sl. 1) su sofisticirani optički instrumenti koji integrišu refrakcijske elemente (sočiva) i reflektivne elemente (ogledala) kako bi formirali sliku. Ovaj hibridni pristup omogućava korekciju različitih optičkih aberacija kao što su sferna aberacija, koma i hromatska aberacija. Rezultat je optički sistem koji pruža visokokvalitetne slike u širokom vidnom polju.
Značaj katadioptrijskih teleskopa leži u njihovoj svestranosti i performansama. Savijanjem optičkog puta korištenjem ogledala, ovi teleskopi postižu kraću fizičku dužinu od refraktorskih teleskopa ekvivalentnog otvora blende, što ih čini vrlo prenosivim – ključna prednost za amaterske astronome i posmatrače na terenu. Osim toga, ugradnja korektivnih sočiva omogućava veće otvore blende unutar manjeg kućišta, poboljšavajući sposobnost sakupljanja svjetlosti bez značajnog povećanja veličine ili mase.
Historijski gledano, razvoj katadioptrijskih teleskopa započeo je početkom 20. stoljeća. Ključni napredak dogodio se 1930. godine s izumom Schmidtove kamere (B. Schmidt), koja je koristila sferno primarno ogledalo i asferičnu korektivnu ploču sprijeda za postizanje širokog vidnog polja s korigiranom aberacijom. Schmidtov dizajn je efikasno riješio sfernu aberaciju, iako je zahtijevao preciznu izradu korektivne ploče [60].
Nadograđujući na ovom temelju, Dimitrij Maksutov je 1941. godine predstavio Maksutov teleskop [61]. Njegov dizajn je koristio debelo meniskusno korektivno sočivo za korekciju sferne aberacije u sistemu sa sfernim ogledalima. Maksutov teleskop je poznat po svojoj kompaktnoj veličini i izuzetnom kvalitetu slike, posebno pogodnom za zadatke velikog uvećanja poput posmatranja planeta.
Schmidt-Cassegrain teleskop (sl. 11) predstavlja fuziju Schmidtove korektorske ploče sa Cassegrain reflektorskim sistemom, koji sadrži sferno primarno ogledalo i konveksno sekundarno ogledalo. Ova konfiguracija savija optički put, što rezultira kompaktnim teleskopom sa dugom žarišnom daljinom. SCT uravnotežuje vidno polje i kvalitet slike, što ga čini popularnim izborom za vizuelno posmatranje i astrofotografiju.
Slično tome, Maksutov-Cassegrain (slika 11) prilagođava Maksutovljevo korektivno sočivo Cassegrainovom rasporedu, nudeći uporedivu kompaktnost sa neznatno drugačijim optičkim karakteristikama. Njegovo deblje korektivno sočivo pruža robusnu korekciju aberacija, često dajući superiorni kontrast za specifične primjene.

Sl. 11 Schmidt-Cassegrain i Maksutov-Cassegrain teleskopi [155]

Ovi instrumenti su postali nezamjenjivi u astronomiji i šire, nudeći ravnotežu optičke izvrsnosti i praktičnosti. Uprkos svojim prednostima, katadioptrijski teleskopi nisu bez izazova. Dodatne optičke površine koje uvode korektorska sočiva mogu dovesti do gubitka svjetlosti i unutrašnjih refleksija ako se ne proizvedu pravilno. Štaviše, proizvodnja preciznih korektorskih elemenata može biti složena i skupa. Međutim, tehnološki napredak je uveliko ublažio ove nedostatke, učvršćujući mjesto katadioptrijskog dizajna u modernoj optici.
Nedavna literatura ističe napredak u katadioptrijskom dizajnu. Integracija računarski potpomognutog dizajna (CAD) i softvera za praćenje zraka omogućila je preciznu optimizaciju optičkih elemenata [62]. Asferične površine, koje su nekada bile teške za proizvodnju, sada su izvodljivije zahvaljujući modernim tehnikama proizvodnje [54]. Osim toga, inovacije u materijalima – poput naprednih premaza i laganih kompozita – poboljšale su performanse i izdržljivost [5,6].
Savremena istraživanja također istražuju specijalizirane katadioptrijske sisteme za svemirske primjene. Na primjer, svemirski teleskop Kepler koristio je Schmidtov dizajn za istraživanje egzoplaneta, demonstrirajući prilagodljivost katadioptrijskih principa strogim zahtjevima svemirskih misija [63].

6.1 Metode projektovanja

Dizajniranje katadioptrijskog teleskopa je pedantan proces koji kombinuje optičku teoriju, računarske alate i praktično inženjerstvo. Glavni cilj je stvoriti sistem koji ispunjava specifične kriterije performansi – kao što su veličina otvora blende, žižna daljina i vidno polje – uz minimiziranje glavnih aberacija i osiguranje proizvodnosti.

6.1.1 Pregled procesa dizajniranja

Dizajn teleskopa počinje definiranjem specifikacija teleskopa na osnovu njegove namjene. Na primjer, astronomski teleskop može dati prioritet većem otvoru blende i većoj žarišnoj daljini, dok zemaljski teleskop može naglasiti kompaktnost i široko vidno polje. Nakon što se ovi parametri postave, odabire se odgovarajuća katadioptrijska konfiguracija, kao što je reprezentativna Schmidt-Cassegrain ili Maksutov-Cassegrain (sl.11).

6.1.2 Schmidt-Cassegrain dizajn

U Schmidt-Cassegrain konfiguraciji (sl. 11), primarno ogledalo je sferno, što pojednostavljuje proizvodnju u poređenju sa paraboličnim ogledalima. Schmidtova korektivna ploča, postavljena na prednjem dijelu teleskopa, koriguje sfernu aberaciju. Ova ploča ima asferični profil, pažljivo proračunat da prilagodi putanje dolaznih svjetlosnih zraka tako da precizno konvergiraju u žarišnoj ravni. Sekundarno ogledalo, obično konveksno, reflektuje svjetlost kroz centralni otvor u primarnom ogledalu do okulara ili detektora, savijajući optičku putanju i smanjujući dužinu teleskopa [3].

6.1.3 Maksutov-Cassegrain dizajn

Maksutov-Cassegrain (sl. 11) koristi meniskus korektivnu leću umjesto ploče. Ova debela, zakrivljena leća ispravlja sfernu aberaciju uz održavanje kompaktnog dizajna. Sekundarno ogledalo u Maksutov-Cassegrainu može se implementirati na dva načina: može biti zaseban, precizno oblikovan optički element montiran unutar teleskopske cijevi ili može biti aluminizirana tačka direktno primijenjena na središnje područje zadnje površine same meniskus korektivne leće. Ovo integrirano sekundarno ogledalo nudi značajne prednosti pojednostavljenja procesa poravnanja [61].

6.2 Praktična razmatranja

Pored optike, dizajn mora uzeti u obzir mehaničku stabilnost, jednostavnost poravnanja i izvodljivost proizvodnje. Korekcijska ploča ili sočivo zahtijeva precizno brušenje i poliranje kako bi se postigao asferični oblik, proces koji je usavršen modernim CNC mašinama [54]. Zaštita od svjetlosti (zasjenjivači) je takođe ključna – za kontrolu zalutale svjetlosti, jer presavijeni optički put može uzrokovati neželjene refleksije ako nije pravilno zaštićen.

6.3 Testiranje i poravnanje

Nakon što je konstruiran, teleskop prolazi kroz rigorozna testiranja – često korištenjem interferometrije ili testova zvijezda – kako bi se provjerile performanse. Poravnanje optičkih elemenata se podešava kako bi se minimizirale preostale aberacije, osiguravajući da sistem ispunjava svoje dizajnerske ciljeve. Referenca [54] daje više detalja.

6.4 Primjene katadioptera

Katadioptrijski teleskopi služe širokom spektru namjena, koristeći svoju kompaktnu veličinu, velike otvore blende i optičku svestranost.
U astronomiji, katadioptrijski dizajni dominiraju amaterskim tržištem. Teleskopi poput Celestronove serije Schmidt-Cassegrain cijenjeni su zbog svoje prenosivosti i mogućnosti promatranja niza nebeskih ciljeva, od planeta do galaksija. Njihov “presavijeni” dizajn omogućava velike otvore blende (npr. 8-14″ ili 200-350 mm) u prihvatljivoj veličini, idealnoj za transport do mjesta sa tamnim nebom. Profesionalno, Schmidtovi teleskopi su bili bitni u istraživanjima širokog vidnog polja, kao što je Palomar Observatory Sky Survey, mapirajući ogromna područja neba s visokom vjerodostojnošću [5,6].
Kepler svemirski teleskop predstavlja dobar primjer uspješne primjene katadioptrijskog optičkog dizajna u svemirskoj astronomiji. Lansiran od strane NASA-e 2009. godine, Kepler je koristio modificiranu konfiguraciju Schmidtovog teleskopa. Ovaj dizajn je pružao široko, ravno vidno polje s minimalnim optičkim izobličenjem, što ga je činilo idealnim za fotometrijska posmatranja. Keplerova misija bila je detekcija egzoplaneta kontinuiranim praćenjem sjaja preko 150.000 zvijezda unutar fiksnog polja Mliječnog puta. Njegov optički sistem je bio posebno optimizovan za mjerenje malih promjena u sjaju zvijezda uzrokovanih metodom tranzita – planeta prolazi ispred svoje zvijezde domaćina, uzrokujući blago i periodično zatamnjenje. Zahvaljujući inovativnom katadioptrijskom dizajnu, Kepler je revolucionirao polje egzoplanetarne nauke, što je dovelo do otkrića hiljada egzoplaneta, od kojih su neke veličine Zemlje i nalaze se u nastanjivim zonama svojih zvijezda [63].
Za terestrijalnu upotrebu, katadioptrijski teleskopi za posmatranje pružaju veliko uvećanje i jasnoću u kompaktnom obliku. Posmatrači ptica i ljubitelji prirode imaju koristi od njihove prenosivosti, dok nadzor i vojne primjene koriste njihove mogućnosti dugog dometa. Koriste se i u klasičnoj fotografiji gdje daju izuzetno oštru sliku u malom pakovanju (male veličine i mase).
U naučnom kontekstu, katadioptrijski sistemi se pojavljuju u specijaliziranoj opremi. Fotolitografske mašine, koje se koriste u proizvodnji poluprovodnika, koriste katadioptrijsku projekcijsku optiku za prikazivanje složenih uzoraka na pločicama sa submikronskom preciznošću [62]. Slično tome, ekspanderi laserskog snopa i alati za optičko poravnanje koriste katadioptrijske principe.
Pojavom digitalnog snimanja, katadioptrijski teleskopi upareni sa CCD kamerama postali su moćni alati za astrofotografiju. Njihov dizajn podržava visoku rezoluciju i osjetljivost na svjetlost potrebnu za snimanje detaljnih slika nebeskih objekata.
Gledajući unaprijed, katadioptrijski teleskopi su spremni za dalji napredak. Integracija adaptivne optike mogla bi poboljšati njihove performanse za zemaljsku astronomiju kompenziranjem atmosferskih izobličenja. Inovacije u materijalima, kao što su lagane cijevi od karbonskih vlakana i napredni premazi, obećavaju još veću prenosivost i efikasnost. Osim toga, kako se digitalno snimanje nastavlja razvijati, katadioptrijski dizajni mogu se dodatno optimizirati za astrofotografiju i automatizirana istraživanja neba. Katadioptrijski teleskopi predstavljaju zrelo, ali dinamično područje, s bogatom historijom i obećavajućom budućnošću, nastavljajući pomicati granice optičkog inženjerstva.

6.6 Kvalitet slike u Schmidt-Cassegrain katadioptričkom teleskopu

Schmidt-Cassegrain teleskop (SCT) je popularan među astronomima amaterima zbog svog kompaktnog dizajna, prenosivosti, zatvorene cijevi i dobre korekcije boja. Većina komercijalnih modela ima žarišnu žižnu žižu f/10, ali mnogi korisnici ne znaju da SCT pripada širokoj porodici dizajna s različitim konfiguracijama. Uprkos tome što ima samo tri komponente, primarno ogledalo, sekundarno ogledalo i Schmidt-ov korektor, SCT omogućava mnoge varijacije dizajna. To uključuje različite položaje korektora, oblike ogledala (sferne ili asferične) i žarišne položaje (ispred ili iza primarnog ogledala). Ključna razlika u odnosu na klasični Cassegrain reflektirajući teleskop je Schmidt-ov korektor, koji uklanja aksijalnu sfernu aberaciju (korištenjem korektorske ploče), iako vanosne aberacije poput kome i astigmatizma zahtijevaju specifične dizajne za korekciju.
Praktično, SCT-ovi se svrstavaju u dvije glavne kategorije: vizualne i fotografske. Vizualni SCT-ovi imaju snažno zakrivljene žarišne površine i mala sekundarna ogledala (<30% od promjera primarnog ogledala), što ih čini neprikladnim za fotografisanje širokog vidnog polja bez dodatne korekcije. Fotografski SCT-ovi su dizajnirani za snimanje ravnog polja, što zahtijeva gotovo jednake radijuse zakrivljenosti za oba ogledala. To rezultira velikim sekundarnim ogledalima (45–60% primarnog promjera) i slabim performansama za vizuelnu upotrebu pri velikim uvećanjima.

“Vizuelni” Schmidt-Cassegrain teleskopi imaju zakrivljenu žarišnu površinu i sekundarno ogledalo umjerene veličine, što ih čini pogodnim za vizuelno posmatranje. U ovom kompaktnom sistemu, sekundarno ogledalo je pričvršćeno na unutrašnju površinu Schmidtovog korektornog sočiva. Primarno ogledalo ima žarišni omjer f/2, sa uvećanjem sekundarnog ogledala od 5, što je usporedivo sa standardnim komercijalnim teleskopskim sistemima od 200 mm f/10.
Sl. 12 prikazuje dijagrame tačaka za Schmidt-Cassegrain teleskop od 200 mm f/10 sa sfernim ogledalima [3], i na osi i van ose, za ravne i zakrivljene fokalne površine. Dok je aksijalna oštrina odlična, performanse van ose pate od jake kome, uporedive sa Newtonovim teleskopom od 200 mm f/5. Zbog toga su kompaktni SCT-ovi sa sfernim ogledalima neprikladni za široka vidna polja. Da bi smanjili komu uz održavanje oštrih aksijalnih slika, dizajneri mogu: (a) asferizirati primarno ogledalo, (b) asferizirati sekundarno ogledalo, (c) asferizirati oba ili (d) premjestiti Schmidt-ov korektor (smanjujući kompaktnost). Najčešće rješenje je asferizacija sekundarnog ogledala; korištenje oba asferična ogledala je rijetko kod amaterskih teleskopa.

Sl. 12 Dijagrami tačaka za sferični teleskop Schmidt-Cassegrain od 200 mm f/10 [3]

Slika 13 prikazuje dijagrame tačaka za optimizovani Schmidt-Cassegrain objektiv od 200 mm f/10 sa asferičnim sekundarnim objektivom [3]. Na ravnoj fokalnoj površini (gornji red), oštre slike su ograničene na centralnih 20 mm – otprilike veličine punog mjeseca – sa sve većim zamućenjem iza toga. Na zakrivljenoj fokalnoj površini (donji red), kvalitet slike je ograničen samo difrakcijom – na širokom području udaljneosti, što nudi odlične vizuelne performanse. Fotografski rezultati se mogu poboljšati zakrivljenim filmom ili korektorom polja. U ovom dizajnu, Schmidt-ov korektor pruža 83,42% korekcije sferne aberacije, dok ostatak obrađuje asferični sekundarni objektiv [3].

Sl. 13 Dijagrami tačaka za optimizovani (asferizirano sekundarno ogledalo) 200 mm f/10 SCT [3]

Slika 14 prikazuje dijagrame tačaka za crvenu, zelenu i plavu svjetlost u SCT sistemu optimizovanom za zelenu boju [3]. Preostala greška u boji je posljedica sferohromatizma – promjene sferne aberacije sa talasnom dužinom. Sve boje se fokusiraju na neutralnu zonu gdje korektivna leća nema refrakcijsku moć. Na drugim mjestima, refrakcija varira sa talasnom dužinom, uzrokujući razlike u boji. U ovom sistemu, aberacija boje je oko pet puta manja nego kod uporedivog f/15 Fraunhofer dublet refraktora istog otvora blende. Glavni nedostatak ovog dizajna je velika centralna prepreka od sekundarnog ogledala i njegovog držača, koja iznosi oko 34% prečnika ulaznog otvora – svakako veća od idealne za posmatranje objekata sa niskim kontrastom poput planetarnih detalja. Smanjenje sekundarnog ogledala korištenjem sporijeg sistema (f/15 ili f/20 umjesto f/10) smanjuje takođe vidno polje, čineći teleskop manje svestranim. Osim toga, Cassegrain teleskopima su potrebne pregradne cijevi (zasjenjivači) za blokiranje zalutale svjetlosti, što sprječava smanjenje centralne opstrukcije ispod oko 30% u instrumentu od 200 mm [3].

Sl. 14 Korekcija boja za optimizovani 200 mm f/10 SCT [3]

Poređenje vanosnih performansi optimizovanog vizuelnog Schmidt-Cassegrain teleskopa sa sličnim f/10 klasičnim Cassegrain reflektorom sa dva ogledala pokazuje da potonji ima dijagrame tačke oko četiri puta veće. Bolje performanse SCT-a su prisutne zbog dva faktora: pomjeranja ulazne aperture sa primarnog ogledala na Schmidt korektor i dodavanja dodatne optičke površine, koja omogućava bolju korekciju aberacija na tri površine umjesto na dvije [3].

Schmidt-Cassegrain s ravnim poljem. Ovaj teleskopski dizajn je razmatran u referenci [3]. Tabela 4 daje parametre za ovaj teleskop od 200 mm f/4.

Tabela 4. Podaci za 200mm f/4 Schmidt-Cassegrain teleskop (dimenzije u milimetrima) [3]

Ovo je u suštini varijanta Slevogta – dizajn teleskopa sa ravnim poljem, gdje se kompromis postiže postavljanjem dijafragme 200 mm 300 mm iza korektora. To uzrokuje da je promjer primarnog ogledala približno isti kao i promjer korektora. Za vizualnu upotrebu, velika prepreka smanjuje kontrast širenjem svjetlosti u difrakcijske prstenove, što je nepoželjno. Međutim, u fotografiji je prihvatljiva centralna prepreka od 55% (prisutna u ovom sistemu) jer preko 80% svjetlosti ostaje koncentrirano u Airyjevom disku i prvom difrakcijskom prstenu, što je unutar granica fotografske oštrine. Osim toga, veliko sekundarno ogledalo eliminira potrebu za zasjenjivanjem, blokirajući zalutalu svjetlost zbog svoje veličine i dugog dizajna cijevi [3].

Sl. 15 prikazuje dijagrame tačaka za Schmidt-Cassegrain teleskop sa ravnim poljem i objektivom od 200 mm f/4. Može se vidjeti da ovaj dizajn ispunjava fotografski kriterij od 0,025 mm na cijelom razmatranom (ravnom polju) promjera 60 mm.

Sl. 15 Dijagrami tačaka za Schmidt-Cassegrain teleskop sa ravnim poljem i objektivom od 200 mm f/4 [3]

6.7 Kvalitet slike u katadioptrijskim teleskopima tipa Maksutov-Cassegrain

John Gregory je predstavio f/23 Gregory Maksutov-Cassegrain, kompaktni katadioptrijski teleskop sa sfernim ogledalima i aluminiziranom tačkom na korektoru meniskusa, čineći dizajn dostupnim amaterima. Njegova verzija sa f/15 poboljšala je korekciju boja, zahtijevajući blagu asferizaciju. Kasnije adaptacije su usavršile dizajn i za vizuelnu upotrebu i za astrofotografiju.
Ovaj dio pregleda razmatra nekoliko modela s otvorom blende (aperturom) od 200 mm i procjenjuje njihove optičke performanse, kao što je predstavljeno u referenci [3]. U tom smislu, slika 16 prikazuje šest reprezentativnih Maksutovih sistema, pružajući osnovu za diskusiju o stepenima slobode – podesivim optičkim parametrima poput zakrivljenosti, razmaka, debljine, vrste stakla ili asferičnih površina. Efektivna korekcija slike zahtijeva najmanje onoliko stepeni slobode koliko i aberacija koje se koriguju.
Gregory Maksutov-Cassegrain (sl. 16) pokazuje značajnu komu i astigmatizam, što je vidljivo na dijagramima tačaka z aovaj dizajn (sl. 17). Ove aberacije se ne mogu ispraviti u spomenutom dizajnu jer sekundarno ogledalo dijeli zakrivljenost zadnje površine korektora. Dodavanje stepena slobode – kao što je nezavisno zakrivljeno sekundarno ogledalo – neophodno je za poboljšanje. Jedno rješenje, koje koriste neki proizvođači, uključuje drugačiju obradu centra korektora, ali to je previše složeno za amatere. Jednostavnija metoda je Rumak dizajn (koji je predstavio Harrie Rutten), koji koristi zasebno konveksno sekundarno ogledalo. Takođe, Rumak (sistem sa f/15) nudi bolje performanse van ose, poboljšanu korekciju boja i ravnije polje (sl. 17). Oba sistema rade blizu granice difrakcije na osi u crvenom, zelenom i plavom svjetlu, ali Rumak jasno nadmašuje van ose. Gregory dizajn također pati od značajnog sferohromatizma. Rumak dizajn ima sljedeće nedostatke: zahtijeva dužu optičku cijev i veće sekundarno ogledalo u poređenju sa Gregory Maksutov dizajnom. Dizajniranje sistema tipa Rumak sa istom dužinom cijevi kao Gregory je izvodljivo, ali zahtijeva dodatni stepen slobode. To se može postići asferizacijom jedne od optičkih površina – bilo korektora, primarnog ili sekundarnog ogledala. Međutim, proizvodnja asferičnih površina je složena i obično nepraktična za većinu primjena, što ovo rješenje čini manje privlačnim [3].
Dodatna fleksibilnost dizajna može se postići podešavanjem razmaka između korektora i sekundarnog ogledala, posebno kod brzih Maksutov-Cassegrain sistema (bržih od f/8) sa potpuno sfernim površinama. Ovaj pristup se koristi u dizajnima poput Simak i Sigler (sl. 16 i 18). Međutim, kod sistema bržih od f/4, same sferne površine dovode do prekomjernih aberacija. Kod teleskopa f/2.5 Companar, Klaas Compaan (sl. 16 i 19) je minimizirao hromatsku aberaciju dodavanjem slabe pozitivne leće ispred korektora. Da bi se ispravila preostala sferna aberacija, leća je blago asferizirana – korak koji je neophodan samo za sisteme brže od f/2.85 [3].
Optičke karakteristike šest spomenutih Maksutovih sistema date su u tabeli 5, dok su njihovi dijagrami tačaka prikazani na slikama 17, 18 i 19.
Među navedenim Maksutov-Cassegrain teleskopima, samo Companar ima ravnu žarišnu površinu, budući da je posebno dizajniran za astrofotografiju. Drugi modeli su pogodni i za fotografsku i za vizualnu upotrebu, gdje je važno održavati sekundarno ogledalo malim kako bi se smanjila centralna opstrukcija.
Companar postiže svoje ravno polje gotovo jednakim radijusima zakrivljenosti primarnog i sekundarnog ogledala. Međutim, to rezultira velikim sekundarnim ogledalom (60% ulazne aperture), što uzrokuje gubitak svjetlosti od 36% u centru i do 35% na rubovima. Uprkos tome, velika prepreka ima minimalan uticaj na oštrinu slike zbog kompaktnog difrakcijskog uzorka na f/2.5.
U poređenju sa tradicionalnim Maksutovim teleskopima, dizajni sa ravnim poljem poput Companara su složeniji, zahtijevaju veću optiku, a u nekim slučajevima i nosač za podupiranje sekundarnog ogledala. Međutim, Companar izbjegava potrebu za zasjenjivačima zahvaljujući svom velikom sekundarnom ogledalu, koje efikasno blokira zalutalu svjetlost.

Sl. 16 Sheme šest Maksutov-Cassegrain teleskopskih sistema [3]

Sl. 17 Dijagrami tačaka za teleskope Gregory-Maksutov i Rumak [3]

Ako se uporede Maksutov i Schmidt-Cassegrain dizajn, Maksutov dizajn uglavnom zahtijeva veće elemente zbog jačeg vanjskog savijanja zraka negativnim korektorskim sočivom. I asferični Companar i f/4 Schmidt-Cassegrain objektiv nude odličan kvalitet slike, ali njihova konstrukcija je izazovna, što ih čini pogodnim samo za visokokvalifikovane amatere koji traže vrhunske, širokougaone astrofotografske performanse [3].

Sl. 18 Dijagrami tačaka za Simak i Sigler Maksutov sisteme [3]

Sl. 19 Dijagrami tačaka za Comapanar sisteme [3]

Tabela 5. Tri Maksutov-Cassegrain sistema od 200 mm (dimenzije u milimetrima) [3]

Zaključci

Ukratko govoreći, ovaj tekst je dao pregled karakteristika dizajna i aspekte kvalitete slike tri glavne kategorije amaterskih astronomskih teleskopa: refraktora, reflektora i katadioptrijskih sistema. Oslanjajući se na opsežnu bazu literature (preko 150 referenci). Obrađene su ključne optičke karakteristike, kao i prednosti i ograničenja svakog dizajna. Komparativna evaluacija je istakla kako se ovi instrumenti razlikuju u pogledu optičkih performansi, jednostavnosti korištenja, prenosivosti i održavanja, kao i njihove efikasnosti u vizualnom posmatranju i astrofotografiji.
Poseban naglasak stavljen je na upravljanje aberacijama, zakrivljenosti polja i difrakcijom – elementima ključnim za postizanje visokog kvaliteta slike. Na osnovu ovih nalaza, ponuđene su praktične smjernice za korisnike s različitim ciljevima posmatranja, bilo da su fokusirani na planetarne detalje, snimanje dubokog svemira ili uvodno posmatranje zvijezda. Ova sinteza teorije i primjene pruža koristan okvir za odabir najprikladnijeg tipa teleskopa u skladu s individualnim potrebama i interesima. U nastavku su dati opći zaključci koji se mogu izvući.

Refraktorski teleskopi
Dizajn: koristi sočiva (obično dublet ili triplet objektiv).
Optičke karakteristike: odličan kontrast i oštrina, posebno za posmatranje planeta i Mjeseca. Sklon je hromatskoj aberaciji osim ako se ne koriste apohromatske leće (koje su skupe). Visok protok svjetlosti (bez centralne opstrukcije).
Malo održavanja – zatvorena cijev održava optiku čistom i kolimiranom.
Teške i duge cijevi za veće otvore; skupe kod velikih veličina.

Reflektorski teleskopi – Newtonov tip
Dizajn: koristi paraboloidno primarno ogledalo i ravno sekundarno ogledalo.
Optičke karakteristike: vrlo dobar kvalitet slike, bez hromatskih aberacija. Koma van ose pri brzim fokalnim omjerima. Blago smanjenje kontrasta zbog centralne opstrukcije.
Zahtijeva kolimaciju; otvorena cijev sklona prašini i termalnim strujama.
Isplativo; veliki otvori su pristupačni.

Reflektorski teleskopi – Cassegrain tip
Dizajn: koristi konkavno primarno i konveksno sekundarno ogledalo.
Optičke karakteristike: visoka rezolucija; pogodno za snimanje planeta i dubokog svemira.
Može imati zakrivljenost polja i komu; često se koriguje u složenim varijantama.
Veća centralna opstrukcija nego kod Newtonovih teleskopa.
Zatvorena cijev (kada se kombinuje sa korektorom); ogledala je potrebno poravnati.

Schmidt-Cassegrain teleskop (SCT)
Dizajn: kombinuje sferno primarno ogledalo, Schmidtovu korektorsku ploču i sekundarno ogledalo.
Optičke karakteristike: dobre sveukupne performanse; ispravljena manja sferna aberacija. Zakrivljenost polja i koma; nije idealno za širokougaonu astrofotografiju bez korektora. Umjeren protok svjetlosti zbog centralne opstrukcije i višestrukih refleksija.
Kompaktan i lagan za veličinu otvora blende.
Potrebna je povremena kolimacija; korektivna ploča pomaže u zaptivanju sistema.

Maksutov-Cassegrain teleskop (MCT)
Dizajn: koristi sferno primarno ogledalo i meniskus korektor sa ugrađenim sekundarnim ogledalom.
Optičke karakteristike: vrlo oštar i visokog kontrasta; odličan za posmatranje Mjeseca i planeta. Vrlo dobro korigovano; minimalne hromatske i sferne aberacije. Nešto niži protok svjetlosti zbog masivnijeg korektora i centralne opstrukcije.
Veoma kompaktan; sporiji žižni omjeri (npr. f/12–f/15).
Rijetko je potrebna kolimacija; zatvoreni sistem zahtijeva malo održavanja.
Dugo vrijeme hlađenja zbog masivnijeg korektora; usko vidno polje.


Reference

[1] J. Cheng, The Principles of Astronomical Telescope Design. New York, NY, USA: Springer, 2009.

[2] P. Y. Bely, The Design and Construction of Large Optical Telescopes. New York, NY, USA: Springer, 2003.

[3] H. G. J. Rutten, M. A. M. van Venrooij, Telescope Optics: A Comprehensive Manual for Amateur Astronomers. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 1988.

[4] D. J. Schroeder, Astronomical Optics. San Diego, CA, USA: Academic Press, 2000.

[5] R. N. Wilson, Reflecting Telescope Optics I: Basic Design Theory and Its Historical Development. Berlin, Germany: Springer, 1996.

[6] R. N. Wilson, Reflecting Telescope Optics II: Manufacture, Testing, Alignment, Modern Techniques. Berlin, Germany: Springer, 1999.

[7] B. H. Walker, Optical Design for Visual Systems. Bellingham, WA, USA: SPIE Press, 2000.

[8] J. M. Geary, Introduction to Lens Design with Practical ZEMAX Examples. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 2002.

[9] G. H. Smith, Practical Computer-Aided Lens Design. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 1998.

[10] D. C. O’Shea, J. L. Bentley, Designing Optics Using Zemax OpticStudio®. Bellingham, WA, USA: SPIE Press, 2024.

[11] H. R. Suiter, Star Testing Astronomical Telescopes: A Manual for Optical Evaluation and Adjustment, 2nd ed. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 2009.

[12] A. Mackintosh, Advanced Telescope Making Techniques, Vol. 1: Optics. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 1986.

[13] A. Mackintosh, Advanced Telescope Making Techniques, Vol. 2: Mechanical. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 1986.

[14] J. Texereau, How to Make a Telescope, 2nd ed., revised by A. Strickler. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 1984.

[15] S. Tonkin (ed), Amateur Telescope Making, 1998 ed. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 1998.

[16] R. L. Clark, Amateur Telescope Making in the Internet Age: Finding Parts, Getting Help, and More. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 2009.

[17] J. Kriege, D. Kriege, The Dobsonian Telescope: A Practical Manual for Building Large Aperture Telescopes. 2nd ed. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 2005.

[18] A. G. Ingalls, Amateur Telescope Making: The Handbook for the Beginner, Vol. 1. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 1967.

[19] A. G. Ingalls, Amateur Telescope Making: Advanced Techniques, Vol. 2. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 1968.

[20] A. G. Ingalls, Amateur Telescope Making: The Large Telescope, Vol. 3. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 1972.

[21] N. Remer, Making a Refractor Telescope. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 1997.

[22] A. Highe, Portable Newtonian Telescopes. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 2005.

[23] J. Daley, The Schupmann Telescope. Richmond, VA, USA: Willmann-Bell, 2007.

[24] F. G. Pease, “Modern Large Telescope Design,” Proc. Nat. Acad. Sci., vol. 21, no. 7, pp. 341-348, 1935.

[25] L. D. Feinberg, L. Cohen, B. H. Dean, W. Hayden, J. Howard, R. Keski-Kuha, “Space Telescope Design Considerations,” Optical Engineering, vol. 51, no. 1, 2012.

[26] L. L. Endelman, “Hubble Space Telescope: Mission, Design, Problems, and Solutions,” in Proc. SPIE 2513, Space Telescopes and Instruments III, pp. 44-55,1995.

[27] M. W. McElwain, L. D. Feinberg, M. D. Perrin, M. Clampin, C.M. Mountain, M.D. Lallo, C.-P. Lajoie, R. A. Kimble, C.W. Bowers, C.C. Stark, “The James Webb Space Telescope Mission: Optical Telescope Element Design, Development, and Performance,” Publ. Astron. Soc. Pac., vol. 135, no. 1043, p. 068001, May 2023.

[28] J. W. Contreras, P.A. Lightsey, “Optical design and analysis of the James Webb Space Telescope: optical telescope element”, Proc. SPIE 5524, Novel Optical Systems Design and Optimization VII, 22 October 2004.

[29] S. C. Parshley et al., “The optical design of the six-meter CCAT-prime and Simons Observatory telescopes,” in SPIE Astronomical Telescopes  Instrumentation, Proceedings Volume 10700, Ground-based and Airborne Telescopes VII; Austin, Texas, USA, 2018.

[30] H. Ji, Z. Zhu, H. Tan, Y. Shan, W. Tan, D. Ma, “Design of a High Throughput Telescope Based on Scanning Off-Axis Three-Mirror Anastigmat System,” arXiv preprint arXiv:2102.09930, 2021.

[31] S. Sirsi et al., “Optical Design of the Orbiting Astronomical Satellite for Investigating Stellar Systems (OASIS),” J. Astron. Telesc. Instrum. Syst., vol. 8, no. 3, p. 034002, Jul. 2022.

[32] L. R. Graves, G.A. Smith, D. Apai, D.W. Kim, “Precision Optics Manufacturing and Control for Next-Generation Large Telescopes”, Nanomanuf Metrol 2, pp. 65-90, 2019.

[33] E. Muslimov et al., “A Fast, Wide-Field and Distortion-Free Telescope with Curved Detectors for Surveys at Ultra-Low Surface Brightness,” Appl. Opt., vol. 56, no. 31, pp. 8639-8647, Nov. 2017.

[34] Y. Zhang et al., “Conceptual Design of the Optical System of the 6.5m Wide Field Multiplexed Survey Telescope with Excellent Image Quality,” PhotoniX, vol. 4, no. 16, May 2023.

[35] J. W. Hardy, Adaptive Optics for Astronomical Telescopes, Oxford, UK: Oxford University Press, 1998.

[36] G. Catalan, “Design Method of an Astronomical Telescope with Reduced Sensitivity to Misalignment,” Applied Optics, vol. 33, no. 10, pp. 1907-1915, Apr. 1994.

[37] L. M. Stepp, S. E. Strom, “The Thirty-Meter Telescope Project Design and Development Phase,” Proc. SPIE 5382, Second Backaskog Workshop on Extremely Large Telescopes, 2004.

[38] K. W. Hodap, [et al.], “Design of the Pan-STARRS telescopes”, Astronomische Nachrichten, 325(6-8), 636-642, 2004.

[38] H.C. King, The History of the Telescope, Dover Publications, 2003.

[39] H.C. King, J. E. Nelson, T.S. Mast, S.M. Faber (Eds), The Design of the Keck Observatory and Telescope (Ten Meter Telescope), Keck Observatory Report No. 90, California Institute of Technology, 1985.

[40] Amateur telescope optics. Available online: https://www.telescope-optics.net/.

[41] Telescope Optics Topics. Available online: https://www.fpi-protostar.com/bgreer/.

[42] Telescope Optics for Hobbyists. Available online: https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/optics/telescope-optics-for-hobbyists/.

[43] Cloudy Nights astronomical community. ATM, Optics, and DYI Forum. Available online: ATM, Optics and DIY Forum – Cloudy Nights.

[44] H. Lippershey, Patent for Refracting Telescope, 1608.

[45] I. Newton, Opticks: or, A treatise of the reflections, refractions, inflexions and colours of light, London, 1704.

[46] J. Dolland, “On the Achromatic Telescope”, Philosophical Transactions, 1758.

[47] C. M. Hall, Improvements in Lens Design, 1733.

[48] J. Fraunhofer, New Methods in Optics, 1820.

[49] M. Born, E. Wolf, Principles of Optics, 7th ed., 1999.

[50] E. Hecht, Optics, 5th ed., Pearson, 2015.

[51] R. Kingslake, B. Johnson, Lens Design Fundamentals, Academic Press, 2009.

[52] J. B. Sidgwick, Amateur Astronomer’s Handbook, Dover Publications, 1981.

[53] P. S Harrington, Star Ware: The Amateur Astronomer’s Guide to Choosing, Buying, and Using Telescopes and Accessories, Trade Paper Press; Fourth edition, April 1, 2007.

[54] D. Malacara, Optical Shop Testing, Wiley-Interscience; 3rd edition, 2007.

[55] R. Shannon, The Art and Science of Optical Design, Cambridge University Press, 1997.

[56] J. Gregory, Optica Promota, London, 1663.

[57] J.  Strong, Procedures in Experimental Physics, Prentice-Hall, New York, 1938.

[58] M. Bass, Handbook of Optics: Volume I – Geometrical and Physical Optics, Polarized Light, Components and Instruments, 3rd Edition, The McGraw-Hill Companies, 2010.

[59] J. W. Hardy, Adaptive Optics for Astronomical Telescopes, Oxford University Press;, 1st edition, 1998.

[60] B. Schmidt, “Ein lichtstarkes komafreies Spiegelsystem”, Mitteilungen der Hamburger Sternwarte in Bergedorf, 7(36), pp. 15-17, 1931.

[61] D. D. Maksutov, “New Catadioptric Meniscus Systems”, Journal of the Optical Society of America, 34(5), pp. 270-284, 1944.

[62] W. J. Smith, Modern Optical Engineering, 4th edition, McGraw-Hill, 2007.

[63] M. Laikin, Lens Design, CRC Press, 5th edition, 2006.

[64] R. Kingslake, Optical System Design,1^st edition, Academic Press, 1983.

[65] R. Macías, [et al.], 3D printed telescopes: an interesting tool for teaching Astronomy, Science and Technology, “Proceedings of 4th edition Symposium on Space Educational Activities: April 27th, 28th, 29th 2022, Barcelona, Spain: Inspiring through space“. Barcelona, 2022.

[66] M. W. Abdulrahman, A. B. Hasan, S. H. R. Aldeen, “Comparison of the Optical Efficiency of Two Designs of the Maksutov-Cassegrain Telescope,” Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied Sciences, vol. 37, no. 1, 2020.

[67] A. B. Hasan, “Evaluating the Optical Properties of the Schmidt Cassegrain Spider Obscuration Telescope Using Zemax Program,” Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied Sciences, vol. 35, no. 4, 2022.

[68] A. B. Aljizany, “A Computer Simulation of Hubble Telescope Including Eyepiece Nano- Sensors to Increase Optical Efficiency,” Pakistan Journal of Medical & Health Sciences, vol. 16, no. 4, pp. 755-758, 2023.

[69] A. L. Shwayyea, A. B. Hasan, “Simulation and Evaluation of a Variable Effective Focal Length of  Refractive Binocular Telescope,” Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied Sciences, vol. 35, no. 3, 2022.

[70] D. Korsch, Reflective Optics. Academic Press Inc., San Diego, CA, 1991.

[71] I. S. McLean, T. D. Oswalt. Planets, Stars and Stellar Systems: Volume 1: Telescopes and Instrumentation. Springer, 2013.

[72] R. S. Longhurst, Geometrical and Physical Optics. London: Longman, 1967.

[73] M. Simmons, “Optical Configurations for Astronomical Photography,” Sky and Telescope, 64-70, 1980.

[74] R. L. Berry, “Newtonian Telescopes,” Telescope Making 9, 6-13, 1980.

[75] D. Stolzmann, “Newtonian Aberrations,” Telescope Making 12, 4-13, 1981.

[76] W. T. Peters, R. Pike, “The Size of the Newtonian Diagonal,” Sky and Telescope,220-223, 1977.

[77] D. E. Allen, “Updating Newtonian Collimation,” Telescope Making 22, 4-8, 1984.

[78] R. K. Dakin, “Placing and Aligning the Newtonian Diagonal,” Sky and Telescope, December 1962,

[79] F. B. Wright, “The Maksutov Lens Applied to Herschelian and Newtonian Telescopes,” Amateur Telescope Making Book III, A. G. Ingalls, ed. New York: Scientific American, 574-580, 1953.

[80] M. Bottema, R. A. Woodruff, “Third Order Aberrations in Cassegrain Type Telescopes and Coma Correction in Servo-Stabilized Image,” Applied Optics 10, 300-303, 1971.

[81] R. A. Buchroeder, “Cassegrain Optical System,” Telescope Making, 1-3, 10-12, 1978.

[82] D. Hawkins, E. H. Linfoot, “An Improved Type of Schmidt Camera,” Monthly Notices of the R.A.S. 105, 1945.

[83] E. H. Linfoot, “On the Optics of the Schmidt Camera,” Monthly Notices of the R.A.S. 109, 1945.

[84] E. H. Linfoot, Recent Advances in Optics. Oxford: Oxford University Press, 1955.

[85] R. R. Willey, “Eliminating Stray Light in Cassegrain Telescopes,” Sky and Telescope, 1963.

[86] R. D. Sigler, “Family of Compact Schmidt Cassegrain Telescope Designs,” Applied Optics 13, 1974.

[87] R. D. Sigler, “Compound Schmidt Cassegrain Telescope Designs with Nonzero Petzval Curvatures,” Applied Optics 14, 1975.

[88] E. H. Linfoot, “The Schmidt Cassegrain Systems and their Application to Astronomical Photography,” Monthly Notices of the R.A.S. 104, 1944.

[89] A. S. DeVany, “A Schmidt Cassegrain Optical Design with a Flat Field,” Sky and Telescope, May and June 1965.

[90] A. Bouwers, Achievements in Optics. New York: Elsevier, 1946.

[91] B. Sutherland, “Designing Maksutov Telescopes from Scratch,” Telescope Making 14, 1981.

[92] J. Gregory, “A Cassegrainian-Maksutov Telescope Design for the Amateur,” Sky and Telescope, March 1957.

[93] R. D. Sigler, “A High Performance Maksutov Telescope,” Sky and Telescope, Sept. 1975.

[94] A. Kutterm”Der Schiefspiegler.” Sterne und Weltraum, Jan. 1965.

[95] O. R. Knab, “Making a Three-Inch Schiefspiegler,” Telescope Making 1, 1978.

[96] R. A. Schmidt, “Constructing a 10-Inch Kutter Schiefspiegler,” Telescope Making 4,1979.

[97] A. Kutter, “A New Three-Mirror Unobstructed Reflector,” Sky and Telescope, Jan. 1975.

[98] A. L. Woods, “Building a Kutter 3-Mirror Tri-Schiefspiegler,” Telescope Making 16, 1982.

[99] A. S. Leonard, “The Yolo Reflector,” Advanced Telescope Making Techniques Vol. 1, Optics, A. Mackintosh, ed. Richmond, VA: Willmann-Bell, 1986.

[100] A. S. Leonard, “The Solano Reflector,” Advanced Telescope Making Techniques. Vol. 1, Optics, A. Mackintosh, ed. Richmond, VA: Willmann-Bell, 1986.

[101] R. A. Buchroeder, “A New Three-Mirror Off-Axis Amateur Telescope,” Sky and Telescope, Dec. 1969.

[102] J. L. Houghton, U.S. Patent 2,350,112. May 30, 1944.

[103] R. A. Buchroeder, “The Houghton Camera,” Telescope Making 8, 1980.

[104] E. Turco, “Making an Aplanatic 4-Inch Telescope,” Sky and Telescope, Nov. 1979.

[105] R. D. Sigler, “Compound Catadioptric Telescopes with All Spherical Surfaces,.” Applied Optics 17, 1978.

[106] R. T. Jones, “A Wide Field Telescope with Spherical Optics,” Sky and Telescope, Sept. 1957.

[107] B. Brixner, “Barlow Lens Design for a Spherical Primary Mirror,” Sky and Telescope, Aug. 1966

[108] T. Bird, A. Bowen, “A Compact All Spherical Catadioptric Newtonian Telescope,” Telescope Making 3, 1979.

[109] R. Christen, “An Apochromatic Triplet Objective,” Sky and Telescope, Oct. 1981.

[110] N. Loveday, “A Folded Newtonian with Dual Focal Length,” Sky and Telescope, June 1981.

[111] P. A. Valleli, “The Focal Reducer as a Telescope Accessory,” Sky and Telescope, Dec. 1973.

[112] D. C. Dilworth, “A New Catadioptric Telescope,” Sky and Telescope, Nov.1977.

[113] R. D. Sigler, “All Spherical Relay Telescope,” Telescope Making 2, 1978.

[114] H. Dall, “A Dall Maksutov Telescope with an Erecting Lens,” Sky and Telescope, Feb. 1962.

[115] E. Everhart, “Making Corrector Plates by Schmidt’s Vacuum Method,” Applied Optics 5, 1966.

[116] R. Gelles, “A New Family of Flat-Field Cameras,” Applied Optics 2, 1963.

[117] R. A. Buchroeder, “A New Catadioptric Design Suitable for ATMs,” Sky and Telescope, April 1968.

[118] R. A. Buchroeder, “An Improved Buchroeder Catadioptric Design,” Sky and Telescope, Nov. 1968.

[119] F. E. Ross, “Lens Systems for Correcting Coma of Mirrors,” Astrophysical Journal 81, 1935.

[120] D. D. Maksutov, “New Catadioptric Meniscus Systems,” Journal of the Optical Society of America, 1944.

[121] J. Richter, “A Coma Corrector for a Newtonian,” Sky and Telescope, May 1985.

[122] D. Mikesic, “A Simple Coma Corrector for Newtonians,” Sky and Telescope, July 1983.

[123] C. R. Hartshorn, “The Barlow Lens,” Amateur Telescope Making Book III, A. G. Ingalls, ed. New York: Scientific American, 1953.

[124] F. H. Thornton, “Mounting the Barlow Lens,” JBBA 60, no. 3, 1950.

[125] P. A. Valleli, “The Focal Reducer as a Telescope Accessory,” Sky and Telescope, Dec. 1973.

[126] A. Konig, H. Kohler, Die Fernrohre und Entfernungsmesser. Berlin: Springer Verlag, 1959.

[127] Nagler Eyepiece. Tele Vue. U.S. Patent 4,286,844.

[128] S. Rosin, “Eyepieces,” in Applied Optics and Optical EngineeringVol. III. New York: Academic Press, 1996

[129] T. L. Clarke, “Simple Flat Field Eyepiece,” Applied Optics 22, 1983.

[130] Multi Purpose Telescope. Tele Vue. U.S. Patent 4,400,065.

[131] Piossl Eyepiece. Tele Vue. U.S. Patent 4,482,217.

[132] H. W. Klee, M. W. McDowell, “The Pretoria Eyepiece,” Telescope Making 29, 1986.

[133] S. B. C. Gascoigne, “Recent Advances in Astronomical Optics,” Applied Optics 12, 1973.

[134] R. Clark, “Cassegrain Telescopes: Limits of Secondary Movements in Secondary Focusing,” Applied Optics 15, 1976.

[135] R. E. Cox, R. W. Sinnot, “On Focusing a Cassegrain,” Sky and Telescope, Oct. 1976.

[136] W. B. Wetherell, M. P. Rimmer, “General Analysis of Aplanatic Cassegrain, Gregorian and Schwarzschild Telescopes,” Applied Optics 11, 1972.

[137] K. R. Barnes, The Optical Transfer Function. Monographs on Applied Optics. London: Adam Hilgers, 1971.

[138] E. Everhart, J. W. Kantorski, “Diffraction Patterns Produced by Obstructions in Reflecting Telescopes of Modest Size,” Astronomical Journal 64, 1959.

[139] E. L. O’Neill, “Transfer Function for an Annular Aperture,” Journal of the Optical Society of America 46, 1956.

[140] W. Pickering, “Reflectors versus Refractors,” Amateur Telescope Making, Book II, A. G. Ingalls, ed. New York: Scientific American, 1953.

[141] H. E. Dall, “Diffraction Effects Due to Axial Obstructions in Telescopes,” J.B.A.A. 48, no. 4, 1938.

[142] H. S. Coleman, “The Influence of Magnification on Resolving Power of Telescopic Systems for Foucault Test Objects of Different Inherent Contrast,” Journal of the Optical Society of America 39, 1949.

[143] A. E. Conrady, Applied Optics and Optical Design, Part I. London: Oxford University Press, 1929.

[144] D. Stoltzmann, “The Perfect Point Spread Function,” Applied Optics and Optical Engineering, Vol. IX, Academic Press, 1983.

[145] R. R. Willey, “Eliminating of Stray Light in Cassegrain Telescopes,” Sky and Telescope, April 1963.

[146] A. T. Young, “Design of Cassegrain Light Shields,” Applied Optics 6, 1967.

[147] R. Prescott, “Cassegrainian Baffle Design,” Applied Optics 7, 1968.

[148] A. W. Greynolds, “Computer Assisted Design of Well-Baffled Axially Symmetric Optical System,” SPIE 193, Optical Systems Engineering, 1979.

[149] D. Stoltzmann, “Optical Design with a Pocket Calculator,” SPIE, 1982.

[150] J. Gregory, “The H’ tan U’ Curve,” Telescope Making 21, 1983.

[151] R. D. Sigler, “Family of Compact Schmidt Cassegrain Telescope Designs,” Applied Optics 13, 1974.

[152] R. D. Sigler, “Compound Catadioptric Telescopes with All Spherical Surfaces,” Applied Optics 17, 1978.

[153] M. Herzberger, “Colour Correction in Optical Systems and a New Dispersion Formula,” Optica Acta (London), Vol. 6, 1959.

[153] H. H. Selby, “Prism Diagonals, Axial Aberration Effects,” Amateur Telescope Making Book III, A. G. Ingalls, ed. New York: Scientific American, 1953.

[154] P. H. Harrington, Starware – The Amateur Astronomer’s Guide to Choosing, Buying, and Using Telescopes and Accessories, 4^th  Edition, John Wiley & Sons, Inc, 2007.

[155] Astromomical optics. Available online: https://www.handprint.com/ASTRO/ae2.html.