Galilei-féle lencsés távcső
A teleszkóp első megjelenési formája holland optikusok, majd Galileo Galilei által 1609-ben, lencsékből felépített távcső volt. Ez az optikai rendszer, két lencséből áll, egy domború (konvex) objektívből és a mögötte elhelyezkedő homorú (konkáv) szemlencséből. A homorú lencsét az objektív fókuszpontján belül találjuk meg.
Ez a lencsés távcső, egyenes állású képet ad, de a látómező mérete a többi lencsés távcsőben megfigyelhető elrendezéshez képest meglehetősen pici. Manapság ezt a rendszert kutató munkára nem használják, mert az egyszerű lencsék miatt számos optikai hibával terhelt képet ad, de színházi távcsőként ma is közkedvelt.
Galilei-féle lencsés távcső
Kepler-féle lencsés távcső
A refraktorok továbbfejlesztett változata a Kepler-féle lencse elrendezés. Ez az optikai rendszer tekinthető a mai lencsés teleszkópok ősének. Itt is két fő lencsét találunk, de a Galilei-féle elrendezésben szereplő homorú lencse helyett domború lencsét használunk, mely az objektív primér fókusza mögött van. Ennek következményeként fordított állású képet kapunk, de ez egyáltalán nem okoz nehézséget a csillagászati megfigyeléseknél.
Johannes Kepler
Tulajdonképpen az okulár és az objektív fókusza egy pontba esik, ezért a a távcsőbe párhuzamosan érkező sugarak a szemlencsét szintén párhuzamosan hagyják el. A teleszkóp nagy előnye a Galilei-távcsővel szemben, hogy a látómezeje sokkal nagyobb, igaz ehhez a távcső tubushosszát meg kellett növelni.
Kepler-féle távcső fénymenete
A mindennapi életben használatos duplacsövű távcsövek (binokulárok) jól használhatók csillagászati megfigyelésekhez is. Ezek nem fordított, hanem egyenes állású képet adnak. A jelzésük: pl. 20×60, ez azt jelenti, hogy 20-szoros a nagyítása és 60 mm-es a fő lencse, az objektív átmérője
Binokulár távcsövek
A fény útja a binokulár távcsőben
A két lencsés távcső fénymenetének összehasonlítása
A nagyítást az objektív és az okulár lencse fókusztávolságának hányadosa adja: N=F/f. Ha a nagyítást növelni akarjuk, akkor az okulárt kicseréljük egy kisebb fókuszúra. Általában legfeljebb akkora nagyításra érdemes törekedni, mint ahány milliméter átmérőjű a fő lencse, az objektív.
Lencsés távcső fénymenete
A Lick Obszervatórium 36 inches(91 cm-es) refraktorja
A Yerkes Obszervatórium 102 cm-es refraktorja a legnagyobb lencsés távcső, középen Einstein
Okulárok
Mivel a távcső fontos részét képezi az okulár, ezért mindenképpen érdemes pár okulár típust bemutatni. 1703-ban Christiaan Huygens alkotta meg a két síkdomború lencséből álló Huygens-okulárt. Ez az okulár még elég sok hibával terhelt, mint például a szférikus és kromatikus abberáció, képgörbület. A következő említésre méltó típus a Ramsden-okulár. 1783-ban állította össze Jesse Ramsden két azonos fókusztávolságú, síkdomború lencséből. Ennél az okulárnál már a lencsék távolságát változtatva a hibák mértéke is befolyásolható. 1849-ben készült el az első akromatikus okulár, a Kellner-okulár. Itt egy síkdomború lencse van egy ragasztott akromáttal párosítva, így nagyon jól korrigálja a színi hibát.
Az egyik legkedveltebb típus az 1880-ban Ernst Abbe által megtervezett orthoszkopikus okulár. Ez már három ragasztott lencséből és egy síkdomború szemlencséből áll. Ez már szinte a tökéletes okulár, hiszen a legtöbb hiba típust nagyon jól korrigálja. A Plössl-okulárnál akromatikus mezőlencse és szemlencse található. Ezeken az okulárokon kívül van még több más típus is, például a nagy látómezővel rendelkező Erfle- és a Nagler-okulár. Ezek 60o-80o-os látómezővel rendelkeznek. A látómező egésze jól korrigált. A korrekcióhoz speciális üveganyag és sok optikai elem szükséges, így ez a típus elég drága.
Okulárok
A lencsés távcsövek optikai hibái
A lencsés távcsövek hátránya, hogy a lencsék használata sok optikai hibát okoz az égitestek leképezésénél. Két fő hibát említhetünk, a szférikus- és kromatikus aberrációt. Ezt a két hibát a lencseobjektív esetében ma már le lehet csökkenteni. Az objektívnek használt egyszerű lencsét egy olyan összetett lencsére cserélve, mely minimum két, különböző törésmutatójú gyűjtő és szórólencse tagból áll, ezeket a hibákat kiküszöbölhetjük. A két- vagy háromtagú lencséket szokták akromátnak hívni, míg a különösen kis színi hibájú, speciális üvegből készült objektívet apokromátnak.
Szférikus aberráció (gömbi hiba)
A gömbfelületű lencse szélein áthaladó, vagy gömbi tükör szélén visszaverődő fénysugár nagyobb eltérítést szenved, mint az optikai tengelyhez közelebb elhaladó, ezért végeredményként nem egy pont lesz a fókusz. Ez a jelenség akkor is tapasztalható, ha a leképezéshez monokromatikus fényt használunk.
Szférikus aberráció
Kromatikus aberráció (színi hiba)
Ez a hiba monokromatikus fény esetén nem jelentkezik. Viszont fehér fényt alkalmazva azt látjuk, hogy a kapott kép nem egyformán fehér, hanem a kép belső része kékesebb, míg a széle felé vörösebb (vagy fordítva, a lencsétől mért távolságtól függően). Ez annak köszönhető, hogy a különböző hullámhosszú fénysugarakat a lencse másként téríti el, hiszen a hullámhossztól függ az üveg törésmutatója. (A prizma is ezért bontja fel a fényt.) Legerősebben a kék, legkevésbé a vörös fény törik meg.
Kromatikus aberráció
Kóma hiba
Az optikai tengelytől messzebb elhelyezkedő pontok képe nem gömbszimmetrikus folt, hanem almamag alakú lesz. Ennek oka, hogy a nagyon ferdén, nagyobb nyílásszöggel érkező sugarak másként térülnek el a lencsén.
Ezen hibákon kívül felléphet még az asztigmatizmus, amikor az optikai tengellyel nem párhuzamosan érkező fénysugárnál nem pontszerű lesz a fókusz. A nem pontosan csiszolt lencséknél és tükröknél további optikai hibák, képgörbület és torzítás lépnek fel.
Egy csillag elhajlási képében az intenzitáseloszlás
A csillagászati felvételeken jól látható, hogy különösen a fényes csillagok esetében a képük nem pontszerű, hanem egy folt, körülötte egyre halványabb gyűrűkkel. Ennek az oka az, hogy a távcső kerek belépő nyílásán elhajlik a fény, ezért a pontszerű csillag diffrakciós képe jelenik meg. A csillagok 4 ágúaknak látszanak, amit a távcső segédtükrét tartó 4 rúdon való fényelhajlás okoz.
Diffrakciós gyűrűk egy csillag képénél
Egy csillag ágai a fényelhajlás miatt
