Рефлектор

Рефлектор (от лат. reflecto - обращаю назад, отражаю), телескоп, снабженный зеркальным объективом. Рефлектор используются преимущественно для фотографирования неба, фотоэлектрических и спектральных исследований, реже - для визуальных наблюдений. В однозеркальном рефлекторе объектив - одиночное, обычно параболическое зеркало; изображение получается в его главном фокусе (рис., я). В рефлекторе диаметром зеркала свыше 2,5 м в главном фокусе иногда устанавливают кабину для наблюдателя. В небольших и средних рефлекторах для удобства наблюдения свет отражается дополнительным плоским зеркалом к стенке трубы (Ньютона система рефлектора; рис., б). В двухзеркальном рефлекторе используется два неплоских зеркала (главное и вторичное) и произвольное число плоских зеркал, направляющих свет в место, удобное для наблюдений. Вторичное зеркало может располагаться перед главным фокусом главного зеркала (предфокальные системы) или за ним (зафокальные системы). Каждая из этих систем может уменьшать сходимость пучка, увеличивая фокусное расстояние и масштаб изображения по сравнению с фокусным расстоянием и масштабом изображения в главном фокусе (удлиняющие системы), или увеличивать сходимость пучка, уменьшая фокусное расстояние и масштаб (укорачивающие системы). В классических двухзеркальных рефлекторах главное зеркало - параболоид (вторичное зеркало в них имеет форму той или иной поверхности вращения второго порядка); в предфокальной удлиняющей Кассегрена системе рефлектора (рис., в) - это выпуклый гиперболоид; в зафокальной укорачивающей Грегори системе рефлектора (рис., г) - вогнутый эллипсоид; в афокальной Мерсенна системе рефлектора (рис., д) вторичное зеркало - параболоид.

Оптические схемы рефлекторов; а - система с главным фокусом; б - система Ньютона; в - система Кассегрена; г - система Грегори; д - система Мерсенна; е - система Несмита.

Во всех классических типах рефлекторов сферическая аберрация исправлена полностью, но заметная кома ограничивает поле зрения; она равна коме эквивалентного одиночного параболического зеркала. Длина пятна комы равна 3/16A²ωf; здесь f - фокусное расстояние, А - относительное отверстие (А = D/f, где D - диаметр зеркала), ω - угловое расстояние звезды от оптической оси рефлектора (в радианах). Астигматизм может быть исправлен только в предфокальных укорачивающих системах, неудобных для работы. Возможны безаберрационные системы рефлекторов. В системах Шварцшильда и Ричи-Кретьена используется главное зеркало, имеющее форму гиперболоида, в системах Максутова - форму эллипсоида, сферы и сплюснутого сфероида (см. Максутова телескоп, Менисковые системы). Во всех безаберрационных системах рефлекторов исправлены сферическая аберрация и кома. Наибольшее распространение в силу конструктивных удобств получили предфокальные удлиняющие системы Ричи-Кретьена. В схемах Кассегрена и Ричи-Кретьена свет проходит к фокусу через центральное отверстие в главном зеркале. Для исправления остаточных аберраций в рефлекторе часто используют линзовые корректоры. Они позволяют значительно увеличить полезное поле зрения рефлектора. Строго говоря, линзовый корректор переводит рефлектор в класс зеркально-линзовых телескопов, но ввиду относительно небольшого размера корректора и возможности работы рефлектора без него такое изменение терминологии не принято.

Для обеспечения удобства наблюдений плоские зеркала направляют свет к стенке трубы телескопа (Несмита система рефлектора; рис., е) или через полые ось склонений и полярную ось в неподвижную лабораторию (система куде). Здесь можно стационарно разместить крупные спектрографы и другие прецизионные приборы, которые невозможно повесить на подвижные части телескопа из-за их большого веса или габаритов. Современные крупные рефлекторы можно перестраивать от одной оптической схемы к другой, меняя вторичные и плоские зеркала.

По сравнению с рефрактором рефлектор имеет ряд достоинств: полное отсутствие хроматической аберрации и значительно меньшие остаточные аберрации. Это позволяет применять системы с относит, отверстием, достигающим 1 : 3,3. Требования к точности поверхности зеркал в рефлекторе значительно выше, чем к поверхности линз в рефракторе. В крупных рефлекторах приходится применять специальные системы разгрузки зеркал, исключающие их деформации из-за собственного веса, принимать меры для предотвращения их температурных деформаций. Для этого зеркала рефлектора изготовляют из материалов с малым коэффициентом линейного расширения (пирекс, плавленый кварц, ситалл). Отлитая заготовка проходит отжиг (для снятия внутренних напряжений), продолжающийся несколько месяцев, после чего грубо обрабатывается до нужных размеров алмазными фрезами, резцами, корундом, шлифуется наждаками до получения необходимой кривизны и полируется микропорошками до получения нужного профиля поверхности с точностью до долей микрона. В процессе полировки поверхность зеркала постоянно контролируется (теневым методом Максутова, Ронки или с помощью неравноплечного лазерного интерферометра). При этом для контроля параболических зеркал применяются автоколлимационные схемы (см. Автоколлимация), а для вторичных зеркал - компенсационные схемы с дополнительными оптическими элементами, компенсирующими аберрации исследуемого зеркала (компенсаторы Максутова, Оффнера и др.). Исследования по звездам выполняются методом Гартмана диафрагмы.

Отражающие поверхности зеркал образуются тонкой пленкой металла (чаще всего - алюминия), наносимого путем испарения его в вакуумных камерах (см. Зеркало). Рефлекторы устанавливаются на американской монтировке, английской монтировке, реже - на немецкой монтировке.

Крупнейший действующий рефлектор (нач. 70-х гг. 20 в.) имеет главное зеркало диаметром 5 м (Маунт-Паломарская астрономическая обсерватория, США; изготовлен в 1943). В СССР крупнейший действующий рефлектор имеет зеркало диаметром 2,6 м (Крымская астрофизическая обсерватория АН СССР; изготовлен в 1960); заканчивается (1975) сооружение второго такого же рефлектора на Бюраканекой астрофизической обсерватории АН Армянской ССР и строится (1975) рефлектор с зеркалом диаметром 6 м для Специальной астрофизической обсерватории АН СССР на Северном Кавказе. Последний рефлектор имеет две основные сменные оптические схемы: главный фокус и фокус Несмита. В отличие от остальных больших рефлекторов, он будет установлен на азимутальной монтировке. Сооружение крупных рефлекторов (с диаметром 4-6 м) сопряжено с большими трудностями. Между тем решение ряда астрономических задач требует более крупных инструментов. Поэтому разрабатываются (1975) системы с составными мозаичными зеркалами, отдельные элементы которых должны юстироваться следящими сервосистемами, и установки, содержащие несколько параллельных телескопов, сводящих изображение в одну точку.