Astronomické okuláre - 05. marec 2020

Základnou výbavou astronomického ďalekohľadu je okulár. Bez nich by sa nezaobišlo žiadne vizuálne pozorovanie cez ďalekohľad. Okuláre sú šošovkové optické sústavy umožňujúce skúmať pozorovaný objekt. Poďme sa pozrieť na princíp ako funfujú, na ich postupný vývoj od najstarších až po dnešné (často dosť komplikované) konštrukcie, ich rôzne druhy a účel použitia.

Ak chceme astronomický ďalekohľad využívať na vizuálne pozorovanie, je nutné používať okulár(e). Okulár tvorí sústava šošoviek, ktorá vytvára obraz pre pozorovanie očami. Tieto zväčšujú obraz tvorený objektívom a umožňujú pozorovateľovi skúmať podrobnosti v obraze. Na trhu existuje veľké množstvo rôznych typov a veľkostí.

Zväčšenie

Každý astronomický ďalekohľad má svoje parametre. K základným patria priemer a ohnisková vzdialenosť objektívu. Priemer je jasný – je to veľkosť objektívu v mm. Buď vstupnej šošovky pri refraktoroch alebo priemer primárneho zrkadla pri reflektoroch. Ohnisková vzdialenosť je vzdialenosť medzi objektívom a bodom na optickej osi, v ktorom sa tvorí obraz. Tieto dva údaje určite nájdete v dokumentácii alebo často bývajú uvedené aj na tubuse ďalekohľadu.

Zväčšenie ďalekohľadu je možné vypočítať podľa vzťahu:

D=D_obj/D_pup=F_obj/F_oku
kde

D_obj

priemer objektívu v mm

D_pup

priemer výstupnej pupily v mm

F_obj

ohnisková vzdialenosť objektívu v mm

F_oku

ohnisková vzdialenosť okulára v mm

Z druhého uvedeného vzťahu by sa mohlo zdať, že môžeme s ďalekohľadom dosiahnuť, s použitím príslušného okulára, ľubovoľné zväčšenie. No nie je tomu tak. Pri výpočte treba uvažovať aj o ďalších skutočnostiach. Najdôležitejšou je veľkosť zreničky pozorovateľa. Táto môže byť okolo 7mm v prípade mladého človeka, no s pribúdajúcim vekom sa bohužiaľ zmenšuje. Použiteľné zväčšenia by teda mali byť také, aby sa všetko svetlo pozbierané objektívom a zobrazené okulárom aj dostalo do oka pozorovateľa. Preto by výstupná pupila nemala byť väčšia ako je zrenička. Teda dostávame horné ohraničenie 7mm. Z fyzikálnych princípov vyplýva, že maximálne zväčšenie objektívu s priemerom D je rovné jeho dvojnásobku, teda 2D. Ďalšie zvyšovanie zväčšenia je už zbytočné a neprináša nové podrobnosti v obraze (preto sa nedajte nachytať od niektorých výrobcov - pri 50-60mm refraktoroch uvádzajú 500-600 násobné zväčšenia). Po prepočte potom dostávame minimálnu pupilu s veľkosťou 0,5mm. Tieto dva údaje nám limitujú výber okulárov pre konkrétny ďalekohľad.

Príklad: majme zrkadlový ďalekohľad s priemerom zrkadla 200mm a ohniskovou vzdialenosťou 1000mm. Z maximálnej pupily 7mm dostaneme minimálne užitočné zväčšenie 28. To po prepočte odpovedá okuláru s ohniskovou vzdialenosťou 35mm. Naopak, maximálne zväčšenie vychádza na hodnotu 400 a po výpočte dostávame hodnotu ohniskovej okulára 2,5mm. Ak budeme s ďalekohľadom pozorovať v našich lokalitách, turbulencie v atmosfére nám 400 násobné zväčšenie nedovolia, preto by bol okulár s ohniskovou vzdialenosťou zbytočný. Z praktické skúsenosti sú u nás použiteľné maximálne zväčšenia okolo 200-250x, takže sa hodnota ohniskovej vzdialenosti mierne zvýši – na približne 4mm. Ale treba podotknúť, že počas roka sa vyskytne iba pár nocí s atmosférou (najčastejšie cez jarné alebo jesenné obdobia, alebo v období s dlhšie trvajúcou tlakovou výšou) , ktorá umožňuje vysoké zväčšenia. Vtedy ale ten pohľad stojí za to.

Z vyššie uvedeného máme teda určené hranice – maximálne 35mm okulár a minimálne 4mm. Počet okulárov je limitovaný iba hrúbkou peňaženky, ale rozumné je pokryť celý rozsah možných zväčšení s 3-4 okulármi. Okuláre s krátkymi ohniskami voliť z tých, ktoré majú ostrú kresbu a dobrý kontrast, lebo tieto sa budú používať na pozorovanie planét a detailov na povrchu Mesiaca. Naopak, okuláre s dlhšími ohniskami treba voliť radšej so širším zorným uhlom, aby nám poskytli krásny pohľad cez ďalekohľad.

Veľkosti

Na trhu sa predávajú okuláre v rôznych veľkostiach. Väčšinou sa vyrábajú 1.25“ a 2“, ale je možné sa stretnúť aj s veľkosťou 0,96“. Tie sa skôr vyskytujú pri starších málo svetelných refraktoroch alebo lacnejších ďalekohľadoch. Pri výbere ďalekohľadu je dobré zvoliť radšej okulárový výťah s väčšou 2“ šachtou a doplniť príslušenstvo redukciou na priemer 1,25“. To umožní používať aj 2“ aj 1,25“ okuláre. Redukcia je bez optických členov, takže nespôsobuje zhoršenie parametrov prístroja.

Okuláre by mali mať v prednej časti vysústružený závit pre nasadenie špeciálnych filtrov. Na toto treba pamätať pri kúpe, aby neskôr ich absencia nespôsobila nemožnosť ich používania.

Druhy

Návrhy okulárov prešli svojím vývojom. Od najjednoduchších až po pomerne komplikované konštrukcie. V nasledujúcich riadkoch sa zameriame na vývoj, jednotlivé konštrukcie a ich parametre.

Huygens

Toto je prvý dvojšošovkový okulár z roku 1703. Jeho autorom je holandský fyzik Christiaan Huygens. Označenie H. Zorné pole 40°. Vzdialenosť výstupnej pupily 0,1f. Pozostáva z dvoch plankonvexných šošoviek obrátených rovnou plochou k pozorovateľovi. Prvá šošovka (označovaná ako kolektív) má ohniskovú vzdialenosť rovnú trojnásobku druhej (očnej) šošovky. Vzájomná vzdialenosť je dvojnásobok ohniskovej vzdialenosti očnej šošovky. Výsledná ohnisková vzdialenosť vychádza potom 1,5 ohniskovej vzdialenosti očnej šošovky. Okulár je vhodné používať pre menej svetelné sústavy f/12.

Ramsden

Ďalší dvojšošovkový okulár vyvinul v roku 1783 Jesse Ramsden. Pozostáva z dvoch rovnakých plankonvexných šošoviek. Orientácia poľnej šošovky je oproti prvému typu opačná. Ich vzájomná vzdialenosť je 2/3 ohniskovej vzdialenosti a ohnisková vzdialenosť je 3/4 ohniskovej vzdialenosti šošoviek. Označenie R. Zorné pole je 30°. Vzdialenosť výstupnej pupily je 0f, teda priamo na ploche očnej šošovky. To spôsobuje, že sa všetky škrabance a prach premietajú do ohniska. Preto sa pôvodný často modifikoval, aby sa výstupná pupila posunula. Okulár je vhodný pre menej svetelné sústavy f/10.

Kellner

Posunieme sa do ďalšieho storočia. Na scénu prichádza návrh od nemeckého matematika Carla Kellnera. Okulár bol navrhnutý v roku 1849 a je asi najstarším typom okulára, ktorý sa dodnes používa v triédroch a v príslušenstve lacnejších ďalekohľadov. Jeho návrh vychádza z predchádzajúceho typu, len očnú šošovku tvorí dublet (dvojica šošoviek), ktorý efektívne eliminuje farebnú chybu. Označenie K, MA, SMA, prip. aj inverzne usporiadanie RMA). Zorné pole je 45°. Vzdialenosť výstupnej pupily 0,45f. Okulár je určený pre svetelnosti okolo f/8.

Plössl

Návrh tohto okulára (z roku 1860) vychádza z návrhu okulára Dialsight. Autorom je Georg Simon Plössl. Okulár pozostáva z dvoch achromatických a aplanatických dubletov. Označenie P, SP. Zorné pole je okolo 45°. Výstupná pupila je 0.8f a okulár je možné používať až do svetelnosti f/4,5. Skrz jeho jednoduchú výrobu a pomerne dobre skorigované chyby je tento typ okulárov asi najrozšírenejší. Často býva použitý v základnej výbave ďalekohľadov. Ohniskové vzdialenosti bývajú od 4mm do 50mm.

Steinheil (monocentrický)

V roku 1880 Hugo Adolph Steinheil navrhol nový typ okulára. Pozostáva s troch stmelených šošoviek, jedna spojka v strede a po bokoch rozptylky. Je dokonale achromatický a bez reflexov, ktoré sa prejavujú v niektorých vzduchom oddelených konštrukciách. Na druhú stranu má pomerne malé zorné pole – len okolo 30°. Použiteľný je pre svetelnosti f/5. Vzdialenosť výstupnej pupily je 0.8f.

Abbe (ortoskopický)

Vynikajúci matematik a fyzik Ernst Abbe predstavil svoj návrh okulára v 1880. Pozostáva z tripletu a jednej plankonvexnej očnej šošovky. Okulár sa vyznačuje veľmi malým skreslením. Označenie je O alebo AO. Zorné pole je 45° a použiteľný je pre svetelnosti f/6. Vzdialenosť výstupnej pupily je 0.8f. Okulár je vhodný pre svoj vysoký kontrast a ostrosť pre veľké zväčšenia a pozorovanie planét a detailov na povrchu Mesiaca. Vyrábajú sa s ohniskovými vzdialenosťami od 4mm do 40mm.

Erfle

Prichádza ďalšie storočie a prichádzajú nové typy okulárov. Vyznačujú sa výbornými parametrami a podstatne širšími zornými poľami. Takým je aj okulár Erfle. Jeho autor, Heinrich Erfle, ho predstavil v roku 1923. Pôvodne bol určený pre vojenské prístroje. Býva označený E, EII. Zorné pole je 60° až 70°. Vzdialenosť výstupnej pupily je 0.6f a je určený pre svetelnosti do f/5.

Nagler

Tento ultraširokouhlý okulár vyvinul Al Nagler v roku 1980 pre astronómov amatérov. Okulár býva označený Tv N, vyznačuje sa výnimočne širokým zorným poľom – až 82°. Vzdialenosť výstupnej pupily je 1,2f. Keďže je určený až pre svetelnosti f/4, je ho možné použiť s takmer každým ďalekohľadom. V kombinácii s veľkým svetelným zrkadlovým ďalekohľadom poskytne nádherný pohľad do hlbín vesmíru.

Záver

Z vyššie uvedeného prehľadu vývoja okulárov môže mať začínajúci amatér problém voľby. Dobrou voľbou bude okulár typu Kellner alebo ešte lepšie Plössl. Tento je dobre skorigovaný, použiteľný aj pre svetelnejšie prístroje a pritom jeho cena ešte nie je taká závratná ako pri ultraširokouhlých okulároch. Pre pozorovanie planét a detailov na povrchu Mesiaca je vhodné doplniť sadu ortoskopickým okulárom, ktoré umožní (v závislosti na priemere objektívu) pozorovať maximálnymi zväčšeniami, ktoré dovolia atmosférické podmienky danej oblasti. Po získaní určitých skúseností je možné obohatiť príslušenstvo ďalekohľadu nejakým moderným širokouhlým okulárom, ktorý určite poteší nejedno pozorovateľské oko.