О влиянии покрытия зеркал на возможности телескопа

Уважаемые коллеги!

Мне хотелось бы представить на ваш суд некоторые свои размышления относительно влияния покрытия зеркал на возможности телескопа заданной апертуры. Я, конечно, только теоретик, поэтому было бы интересно услышать мнение практиков.

В книге Сикорука при упоминании о наблюдении малоконтрастных протяженных объектов есть следующая фраза: в телескоп, независимо от апертуры, при равнозрачковом увеличении мы видим протяженные объекты той же яркости, что и невооруженным глазом. Однако при большем диаметре возрастают видимые размеры объекта, поэтому глаз начинает различать больше деталей.

Я не вполне согласен с этой формулировкой. Мы видим объект его яркости, умноженной на пропускание телескопа. Я встречал следующие наблюдения практиков: Крис Касперски ишет, что в 100-мм рефрактор слабоконтрастные протяженные объекты видны даже лучше, чем в 150-мм "Альтаир". Валерий Корнеев пишет, что 210-мм рефлектор с серебренными зеркалами давал выше контраст, чем 350-мм (я думаю что у последнего, все-таки, было ниже качество оптики, а вот с 300-мм он бы точно поспорил). Как это объяснить?

Пропускание "Альтаира" будет 0.88 * 0.88(два зеркала) * 0.95 (экранирование) * 0.98 (четыре прсветленные поверхности окуляра) = 0.72. Рефрактор же даст 0.99(две просветл. поверх. объектива) * 0.98 (окуляр) * 0.88 (диагональное зеркало) = 0.85. Что мы получили? Поверхностная яркость объекта в рефрактор будет в 0.85/0.72 = 1.18 раз выше (если убрать диагоналку, то во все 1.35), что очень важно, так как при пороговых яркостях разрешающая способность глаза падает очень быстро (быстрее, чем по линейному закону).

Как известно, на практике чаще всего используется однослойное аллюминиевое покрытие с защитой кварцем. Такое покрытие отражает 88-89% света, оно недорого и долговечно, но далеко не лучшее по своим отражающим свойствам.

Альтернатива - диэлектрическое аллюминиевое покрытие - отражение 95%. Оно дороже, гораздо выше процент брака. Но, на мой взгляд это стоит того. Например, пропускание 152-мм Интесовского Максутова-Ньютона составит 0.95*0.95(два зеркала) * 0.96(экранирование) * 0.97 (окуляр и мениск) = 0.84 - практически, как у рефрактора ТАЛ-100!
Хотя, если сравнивать с апохоматами, как это уже делалось, он все таки уступит. К апохромату ведь тоже могут дать (и скорее всего дадут за такие деньги) такое же зеркальце, и его пропускание будет на 10% выше (что эквивалентно где-то 20-25 процентному увеличению диаметра), хотя качество изображения у них действительно будет близким.

Третий вариант - серебрянное покрытие с защитой кварцем. Зеркала с таким покрытием предлагает Валерий Корнеев. Кстати, он на этой конференции даже давал телефон конторы, где можно нанести такое покрытие. Такое покрытие, по идее, отражает не хуже диэлектрического, если не лучше. Этот вопрос мне хотелось бы уточнить у самого Валерия. И заодно узнать, каков процент брака и долговечность такого покрытия. Думаю, он продал уже не одно такое зеркало.

В любом случае, владельцам рефракторов и рефлекторов, на мой взгляд, стоило бы поменять свои диагоналки на такие же, но с диэлетрическим или серебрянным покрытием - это не так уж дорого, а эффект будет значительным.

Если у кого есть замечания по вышесказанному, пишите.

[ 17-09-2001: Сообщение редактировал: Wlad ]

[Max]

Знакомые, заменившие вторичные зеркала на
зеркала с диэлектрическим покрытием 99%, все
замечают повышение контрастности и особенно
повышение порога распознавания слабых
протяженных объектов. К тому же полностью
диэлектрические покрытия служат практически
вечно и не темнеют совсем. В Штатах умеют
наносить такие покрытия на зеркала
вплоть до 22", не говоря уже о небольших
плоских диагональных. Стоит такое покрытие
пока дорого: примерно как само зеркало
такого же диаметра, то есть удваивает
стоимость оптики.
Видимо за такими покрытиями будущее, по
мере улучшения технологии нанесения они
будут дешеветь и скорее всего через несколько лет будут использоваться и в
массовых телескопах.
Интересно, в России где-нибудь такие покрытия делают?

Так Интес же и Интес-Микро наносят!

[Max]

Насколько мне известно, у них не 99%
полностью диэлектрическое покрытие, а
комбинированное 95-96% алюминий-диэлектрическое покрытие да и
заказать там что-нибудь покрыть любителям
проблематично.

Хорошо, если ошибаюсь.

[technolog]

На ЛОМО делали многослойные диэлектрические
покрытия для отражателей кинопроекторов с
70-х годов, эти покрытия были пяти-и семи-
слойные. Для селективных зеркал лазерных
резонаторов изготавливали девяти-и одиннад-
цатислойные порытия с коэффициентом отражения
99,6% на длине волны 628 нм и даже 17-слой-
ные - 99,98% (!) на 1315 нм.
Важен не только коэффициент отражения, но
и степень рассеяния света на покрытии.
Наименьшее рассеяние у родиевых и серебряных
покрытий, у алюминиевых - несколько больше.

[Max]

Насколько реально астроному-любителю заказать/купить хотя бы вторичное зеркало, не говоря уже о главном зеркале с диэлектрическим покрытием >99% в видимом диапазоне?
Какие покрытия сейчас используют оптики, делающие зеркала на заказ?

[Ed_Trygubov]

Гнаться за многослойными ДЗ не стоит. Во-первых полоса в которой они отражают с указанной эффективностью узкая. Во- вторых равномерность с кторой должны быть полученны слои велика, и на деталях большого размера (типа астрозеркал, даже небольшого размера- 200мм)не может быть обеспечена. В-третьих это рассеяный свет. Так, что Al+SiO2 это лучший ватиант.
Эд.

А как насчет Ag+SiO2?

Кстати, хотелось бы спросить у Технолога, не в курсе ли он, какова будет отражающая способность и стойкость такого покрытия?

[Max]

Почему же не стоит?
У знакомого есть добсон Meade 16",
так он прикупил к нему вторичное зеркало
99% изготовления Nova Optical и в результате:

1. Cтал виден цвет в M42
2. Центральная звезда в М57 стала видимой
3. Конская голова стала видимой
4. Мостик в M51 стал виден

По-моему это очень даже стоит того. Зеркало
стоило около 130$, около 1/10 стоимости телескопа.

Насчет больших зеркал тот же Nova Optical
делает эллиптические плоские зеркала до 150мм с таким покрытием. По спецзаказу могут наносить и на главные зеркала довольно большого диаметра, но это никто из знакомых пока не пробовал заказывать.

Также Televue, Astro-Physics, Tакаhashi
используют аналогичные 99% покрытия в
диагоналях для рефракторов и с полосой
и рассеиванием там все в порядке, зеркала
правда там маленькие.

Так что по-моему все же стоит стремиться
или я ошибаюсь?

А может, попробуйте заказать серебренное вторичное зеркало. У Вас, если мне не изменяет память, 200-мм, 1/4 "Солигор". Там вторичное зеркало будет 50-55мм. У Корнеева оно будет стоить 36-44$ (http://lioptics.narod.ru/). По идее, оно должно работать не хуже диэлектрического. Заодно расскажите о своих впечатлениях. Я может собирусь весной в Москву за "Мицаром", думаю заодно заказать серебренную диагоналку к нему и сравнить, каков будет выиграш и заодно проверить долговечность (ну это уже займет не один день images/smiles/icon_smile.gif )

[ 18-09-2001: Сообщение редактировал: Wlad ]

[Ed_Trygubov]

Из высоко отражающих Ag+SiO2 пожалуй наиболее реальное.Отражение от него ~ 92-94%(есть небольшая потеря на слое SiO2). Однако в виду пористости защитного слоя оно "стоит" хуже аналогичного алюминиевого покрытия. Недавно чистил 8" Мид с серебрёнными зеркалами ( Silver grups optics 6-ти летней давности) на на главном, и в особенности, на вторичном зеркале было множество небольших тёмных пятен, на которых серебрянный слой разрушился полностью. По хорошему зеркала нужно было покрывать заново. В условиях влажного климата стойкость будет еще ниже.

С ув. Эд.

[technolog]

Замедлить потускнение посеребренных зеркал
можно, если на зеркало в перерывах между наб-
людениями надевать защитную крышку с проклад-
ками из ткани или фильтровальной бумаги,
пропитанной ацетатом свинца для поглощения
следов сернистых соединений. Серебряные
зеркала, хотя бы и с защитным слоем, предна-
значены для работы в закратых приборах,
запотевание и выпадение росы приводит к их
быстрому потемнению.

Таким образом, как я понимаю, серебрянное покрытие стало бы неплохим вариантом для закрытой трубы вроде Максутова-Кассегрена или Максутова-Ньютона, а также для диагоналки в рефракторе.

Конечно, отражение 92-94% - это не 99 у диэлектрического, но это больше, чем 86-89 у простого аллюминиевого. И кроме того, за счет меньшего рассеяния у серебра фон будет заметно темнее и повысится контраст изображения. Я думаю, конечный результат будет почти таким же, как у диэлектрического покрытия 98-99%, по крайней мере точно не хуже аллюминиевых 95% у Интеса.

Да и шесть лет - солидный срок. По крайней мере можно взять только серебренную диагоналку, а главное зеркало - с простым покрытием. Менять менять диагоналку скажем, каждые 4-5 лет не очень накладно images/smiles/icon_wink.gif .

[Max]

У нас слишком влажный климат и посеребренное
зеркало очень быстро потускнеет и станет
хуже алюминизированного. Так что если заказывать, только с полностью диэлектрическим покрытием, с отражением >98% в видимом диапазоне. Зеркало имеет
49мм малую ось эллипса и 10мм толщину.

[Ernest]

<BLOCKQUOTE><font size="1" face="tahoma, verdana, helvetica, arial cyr">quote:</font><HR>Цитата из сообщения Wlad:
Крис Касперски ишет, что в 100-мм рефрактор слабоконтрастные протяженные объекты видны даже лучше, чем в 150-мм "Альтаир". Валерий Корнеев пишет, что 210-мм рефлектор с серебренными зеркалами давал выше контраст, чем 350-мм (я думаю что у последнего, все-таки, было ниже качество оптики, а вот с 300-мм он бы точно поспорил). Как это объяснить?
<HR></BLOCKQUOTE>

На мой взгляд лучше не стоит бороться за проценты - объяснение на поверхности.

1) При меньших диаметрах - меньше равнозрачковое увеличение, видимый размер объекта меньше и он кажется более контрастным на фоне черного за ним. Понятно, что этот эффект будет иметь место только если в оба инструмента туманность уже видна как пятно (скажем более полуградуса).

2) При меньших диаметрах лучше оптика (в том числе и окуляра).

3) Сразу после нанесения супер-пупер покрытия изображение много контрастней по причине стоимости этого покрытия images/smiles/icon_smile.gif, во-первых, его чистоты (свежести) особенно в сравнении с только что смененным старым запылившимся.

Не согласен
<BLOCKQUOTE><font size="1" face="tahoma, verdana, helvetica, arial cyr">quote:</font><HR>1) При меньших диаметрах - меньше равнозрачковое увеличение, видимый размер объекта меньше и он кажется более контрастным на фоне черного за ним. Понятно, что этот эффект будет иметь место только если в оба инструмента туманность уже видна как пятно (скажем более полуградуса).
<HR></BLOCKQUOTE>
Дело не в том, насколько контрастным объект кажется на фоне черного, а в том, насколько контрастны детали на фоне самого объекта - чем они контрастнее, тем больше деталей можно рассмотреть.

<BLOCKQUOTE><font size="1" face="tahoma, verdana, helvetica, arial cyr">quote:</font><HR>
2) При меньших диаметрах лучше оптика (в том числе и окуляра).
<HR></BLOCKQUOTE>
В смысле?
Может, Вы имеете в виду, что воздушные линзы при больших диаметрах сильнее портят изображение? Это да.
Так вот, если взять инструмент который пропускает скажем на 20% больше света, мы для того, чтобы увидеть те же подробности, можем взять инструмент диаметром как минимум на 15-20% меньше - компактнее, легче, и... за счет этого дешевле, что компенсирует более высокую стоимость покрытия (насколько 180-мм инструмент будет дороже и тяжелее такого же, но 150 мм?). Не это ли основные требования большинства любителей?

<BLOCKQUOTE><font size="1" face="tahoma, verdana, helvetica, arial cyr">quote:</font><HR>
3) Сразу после нанесения супер-пупер покрытия изображение много контрастней по причине стоимости этого покрытия, во-первых, его чистоты (свежести) особенно в сравнении с только что смененным старым запылившимся.
<HR></BLOCKQUOTE>
Стоимость серебрянного покрытия всех зеркал удорожит их стоимость всего на 5-10% (см. сайт Ли-Оптики - ссылка выше), а в общей стоимости телескопа это будет не более 1-2%.

P.S.
А чтобы зеркало не пылилось, его надо чаще мыть. images/smiles/icon_smile.gif

[technolog]

Возможно еще радикальное решение; исполь-
зовать зеркала с внутренним покрытием, или
линзы Манжена.

[Max]

Зеркало с внутренним покрыиием будет дороже
и хуже простого зеркала с диэлектрическим
покрытием. Возможно появление бликов,
хроматизм. Проще сделать качественное
диэлектрическое покрытие. Неужели нигде
доступного оборудования нет?

[andos]

Присоединюсь-ка к дискуссии, тем более, что тема весьма актуальна.

Владу:
1. На мой взгляд, то, что изложил Сикорук - абсолютно верно. Он говорит о идеальном телескопе и все сказанное бесспорно. А вы говорите о реальном.

2. Из расчетов пропускания рефрактора (и менискового Кассегрена) нельзя убирать диагоналку, т.к. без них наблюдать невозможно. И вообще при сравннении не следует учитывать окуляр (без него не получится смотреть ни в один телескоп). Надо считать, что используется один и тот же окуляр. Таким образом, получается, что пропускание Ньютона - 0,88х0,88х0,95=0,74, а пропускание рефрактора (в нем, кстати, 4 пов-сти)0,96х0,88 = 0,84. Ну, это хорошо известно, что рефрактор пропускает больше. Если применить ДЭ-покрытие на диагоналке Ньютона и на зеркале в рефракторе, получится 0,79 у Ньютона (0,85, если покрыть ДЭ оба зеркала) и 0,91 у рефрактора. В общем, выигрыш за эти деньги ерундовый и у рефрактора все равно больше.

3. Крис Касперски говорит прежде всего о галактиках (каковые он в основном и наблюдает), т.е. о протяженных объектах на темном фоне, и их восприятие зависит прежде всего от черноты фона, а он в рефрактор однозначно темнее. И никаким покрытием этого не изменишь (растяжки, рассеивающий свет отражающий слой, вторичное зеркало). Соответственно, ДЭ здесь не при чем. Ясно, что с нм будет лучше, но все же далеко от идеала.

4. Корнеев сравнивал свое свеженькое покрытие со старым, 1992г, покрытием на моем 35-см Ньютоне, который пылится все это время на Кавказе и который каждый желающий протирает грязным носком. Так что этот пример тоже неудачен.

5. К апохроматам ничего не дают, даже за такие деньги. Надо покупать отдельно (AP StarBright 2" стоит $150-180, кажется). Но буржуи покупают эти ДЭ-диагоналки и говорят, что изображение действительно становится лучше, контрастнее.

6. Обеспечить качество многослойного ДЭ гораздо сложнее, чем однослойного Al. И им могут большое зеркало просто испортить.

Итог: ДЭ - никакая не альтернатива. Дешевый 20-см Добсон со старым алюминиевым покрытием покажет больше, чем дорогущий 150-мм М-К с ДЭ, а этот, в свою очередь, больше, чем 100-мм рефрактор типа ТАЛ-100 с любой диагоналкой (хотя смотреть в рефрактор будет приятнее).

Не во всем согласен с Андреем, хотя спорить с таким авторитетом сложно.

1) У ПРОСВЕТЛЕННОГО клеенного объектива рефрактора (как у ТАЛ-100) пропускание будет около 99% - две поверхности, а у непросветленного действительно 96%.

2) Окуляр отбрасывать нельзя, поскольку хоть и имеет просветленные поверхности, но их как минимум четыре, и на них в любом случае теряется 2% света, хотя это и не много. Однако сравнение пропускания идет в относительных величинах (коэф. делятся, а не отнимаются), поэтому ПРИ СРАВНЕНИИ эту величину действительно можно опустить.

3) Насчет фона с ДЭ я согласен, там такое же рассеяние, как и у обычного покрытия. А вот серебрянное, как уже говорилось, имеет меньшее рассеяние, а значит фон будет темнее, хотя и несколько светлее, чем у рефрактора, а контраст выше, чем у аллюминия.

4) Разве это ерунда, если только за счет замены одного зеркала яркость объекта возрастет на 8% (0.95 / 0.88), а за счет двух - на 16%? Только проницающая способность возрастет на 0.15m. В случае протяженных объектов эффект будет еще заметнее за счет более высокой разрешающей способности глаза при более высокой яркости. Я уже не говорю о 99%, правда такое покрытие у нас наверняка нигде сейчас не наносят.

5) М-К будет иметь значительно большее экранирование, чем Ньютон; + третье зеркало, а потому даже при лучших покрытиях он недалеко уйдет от Ньютона, или Максутова-Ньютона того же диаметра, но с обычным покрытием (сравнение покрытий на телескопах разных схем считаю некорректным). Скажем, 150мм Альтер (М-К) имеет пропускание около 74%, а соответствующий М-Н с такими же покрытиями - 84% - на 14% выше (0.84/0.74).

6) Диагоналку у рефрактора и М-К убрать действительно нельзя, но если она имеет коэф. отражения 99% то это будет мало влиять на изображение. Только фон станет несколько светлее. Хотя лично я считаю, что для рефрактора больше подошло бы серебренное зеркало. Оно даст темнее фон, что только подчеркнет преимущества рефрактора, не говоря уже о более высоком коэфициенте отражения, а значит и контрасте. Тем более, что труба закрыта, а значит оно проработает не один год, пока уступит аллюминиевому покрытию по своим свойствам (в то время как удорожит весь телескоп буквально на несколько долларов).

7) Значит, насчет 350мм я был прав images/smiles/icon_smile.gif . Все-таки 350мм против 210... - малореально. При любых покрытиях.

[ 22-09-2001: Сообщение редактировал: Wlad ]

[Max]

Повышенное рассеяние света относится к
старым типам диэлектрических покрытий,
в современных типах рассеяние сравнимо
с посеребрением.

Так делают или нет где-нибудь?