Teleskoptyper

av Claes, Rymdbutiken

6 november 2005

 

Optik - det är luriga grejer. Egentligen handlar det bara om att samla in ljus och få ljuset samlat i ett fokalplan, där det blir en bild som kan betraktas med en slags lupp (okularet). Hur man sedan väljer att samla in och bryta detta ljus är en smaksak. Det finns tusentals sätt att göra det på, och alla bygger på linser, speglar eller kombinationer av linser och speglar. Teleskop som endast använder linser kallas refraktorer och teleskop som använder speglar kallas reflektorer. Teleskop som använder både speglar och linser kallas katadioptriska.

Vilken lösning du än väljer, så kommer du upptäcka att ditt teleskop är behäftat med optiska fel. Det går inte att komma ifrån, det tillhör fysikens lagar. De som konstruerar och tillverkar teleskop vill, liksom du, att de optiska felen skall vara så små som möjligt. Nu finns det dock inte en enda bästa konstruktion, utan man kan optimera de optiska felen på olika sätt. Den som t.ex. av någon anledning hatar färgfel (kromatisk aberration) undviker t.ex. en refraktor, eftersom ljusets olika färger bryts olika i en lins. Och i en reflektor (spegelteleskop) finns inga linser, och därför finns där inga färgfel (utom från okularen som har linser i sig). Å andra sidan finns det komafel i alla reflektorer, så den som inte tycker om komafel bör undvika reflektorer så långt det är möjligt. Men det är inte bara optimering av optiska fel som är intressant vid valet av teleskop och teleskopkonstruktion, utan saker som transporterbarhet, möjlighet till fotografering och inte minst pris spelar in. I texten som följer reder vi ut begreppen, sedan är det du som väljer......

 

Refraktorn

Refraktor på tysk ekvatoriell montering

Refraktorn tros ha uppfunnits år 1608 av den holländske optikerna Hans Lippershey, som genom en slump upptäckte att en förstorande bild erhölls när en lins placerades framför en annan. Därför är en refraktor ett teleskop som utnyttjar refraktionen (brytningen) av ljus genom en lins för att avbilda ett objekt. Det finns flera olika konstruktioner av refraktorer ute på marknaden idag, men det vanligaste består av endast två linser. Objektivet är den stora linsen som samlar in ljuset och okularet som förstorar bilden. Alla andra variationer som har konstruerats genom är åren är fortfarande baserad på denna enkla princip.

Galileo var den första astronomen som gjorde seriösa regelbundna observationer med refraktorn. Han förbättrade den enkla konstruktion som Lippersheys teleskop hade så snart han fick reda på detta patent. Det är därför som vi ibland kallar teleskop för Galileiska teleskop. Hans första teleskop förstorade nio gånger, och hans andra elva gånger. Genom dessa gjorde han förvånansvärda upptäckter och dessa lade grunden till matematisk fysik och bevisade den Kopernikanska heliocentriska världsbilden (med solen i mitten av solsystemet). Det var en spännande historia ...

Det finns två vanliga typer av refraktorer på marknaden idag, akromatiska och apokromatiska. Nedan finner du en beskrivning av dessa.

Akromatiska refraktorer
Denna refraktor är den billigaste typen och är traditionellt bestående av två eller tre linser gjorda av kron- och flint-glas. Dessa glastyper utvecklades runt 1880 för att minska "kromatisk aberration", eller färgringar runt ljusa objekt. Den vanligaste nybörjar-refraktorn är på 60 mm med alt/azimutal eller ekvatoriellt montering, men överväg gärna att investera lite mer på till exempel en 80 eller 90 mm refraktor. Linsen är vanligtvis av högre kvalitet, och ytbehandlingen är bättre och den ökade ljusuppsamlingsförmågan gör att du kan se skarpare detaljer än med mindre, massproducerade linser.

Apokromatiska refraktorer
Den första apokromatiska linsen (även kallad "APO") konstruerades av den tyska fysikern Abbe. I stället för den vanliga konstruktionen med två linser som i akromatiska linser, så använder den apokromatiska refraktorn tre eller fyra linser där varje glasbit är av olika material. Det kan vara en två-elements lins av flourit, eller en nyare två-elements konstruktion av "ED", ett glasmaterial med extremt liten spridning av ljuset.

Användningen av dessa nya material och konstruktioner medför att man undviker nästan helt och hållet färgringar eller kromatisk aberration, vilket är det största problemet när man tillverkar en refraktor. Ljusstarkare refraktorer med tillräckligt lång fokallängd är bra då de är enkla att transportera, och färgringarna är minimala. Konstruktionen av apokromatiska teleskop är en höjdpunkt för de som vill ta med refraktorn överallt. De apokromatiska teleskopen är dyrare, men att titta igenom dem är en fröjd, då de ger en sammetssvart himmel med kristallklara stjärnor.

 

Refraktorns för- och nackdelar

Fördelar Nackdelar

Ger skarpa bilder och har en stöttålig konstruktion.

Blir dyra när de blir större än 120 mm (dyrast per tums öppning av alla konstruktioner)

Enkel att använda och tillförlitlig. Sällan krav på kollimering.

Refraktorer med långa brännvidder blir otympliga och kräver mycket stadig montering.

Längre fokallängd ger bättre kontrast medan APO/ED teleskop är kortare och ger bra kontrast och är portabla.

Alla refraktorer utom de dyraste APO-konstruktionerna har åtminstone lite kromatisk aberration (lila strålar runt ljusa objekt).

Nyare apokromatiska modeller (kortare fokallängd) på 4 tum eller mindre är extremt portabla.

Litet bildfält när de har lång fokallängd.

En stängd tub hindrar damm och fukta att komma in i tuben

Långa fokallängder blir mycket otympliga med linser som är större än 90 mm, och behöver ett stadigt stativ.

Mindre modeller är mindre känsliga för värmeströmningar.

Mindre refraktorer (<100 mm öppning) är mindre lämpliga för ljussvaga objekt (galaxer, nebulosor mm)

Kan vara en bra markkikare för att bilden blir rättvänd med rättvändande prisma.

 

 

Det finns i princip två typer av montering för en refraktor.

Alt/azimutal-montering
Alt/azimutal-monteringen är den enklaste typen att använda, och fungerar bäst för fågelskådar-teleskop och för teleskop som huvudsakligen skall användas på dagen. Denna typ av montering har den optiska tuben i räta linjer, antingen upp och ner, eller åt sidorna (norr/syd/öst/väst) och är inbyggda i stativet. En del alt/azimutala monteringar har finjusteringsrattar så att man kan vrida teleskopet långsamt när man tittar på ett objekt. På en del alt/azimutal-monteringar så sitter dessa rattar i änden av "kablar", vilket gör att man enkelt når dem med händerna, eller så är de rattar på ett ekvatoriellt stativ. Kamera-eller video-stativ är bra exempel på en alt/azimutal montering.

Ekvatoriell montering
Om man vill uttrycka det enkelt så möjliggör ett ekvatoriellt stativ att du enkelt kan följa objekt som sakta flyttar sig på himlen på grund av att jorden roterar. Stativet ställs in för din latitud (Göteborgs är cirka 57 grader nord) och riktas sedan in mot himmelspolen (antingen till norra himmelspolen om du bor norr om ekvatorn eller södra himmelspolen på södra jordklotet). Efter detta så behöver du endast röra teleskopet, vanligtvis med finjusteringskablar, antingen i rektascension (öst till väst rörelse för stjärnorna, himlens latitud) eller i deklination (nord-syd rörelse, himlens longitud) för att följa eller leta upp en planet eller galax som sakta rör sig i synfältet i okularet. Den här typen av stativ är vanligtvis lite mer otympligare än en alt/azimutal-montering, men den är för det mesta nödvändig om du exempelvis vill montera en motor som tillbehör som motverkar jordens rotation (det finns några typer av datorstyrda teleskop - t.ex. Celestrons Nexstar SLT-serie - som har alt-azimutal montering, men där den medföljande handdatorn styr axlarna i båda riktningar). Dessa stativ har alltid en koppling till ett tre-ben-stativ eller liknande.

 

Newton-reflektorn

explorer_200_eq5

Det första reflekterande teleskopet byggdes 1668 av sir Isaac Newton. Idén var att ersätta linser (som bryter ljuset) med en reflekterande yta på en spegel. Då kan man använda material som vanligtvis inte är genomskinliga, olika material kan också användas (Pyrex är det vanligaste materialet som används idag) vilka var enklare att tillverka för längesen. Det första reflektor-teleskopet använde metallspeglar, på grund av att de var enklare att tillverka än glas. Det var inte förrän på 1800-talet som den första silver-på-glas spegeln användes. Nu för tiden har beläggningar av silver ersatts nästan helt och hållet av aluminiumbeläggningar. Dessa beläggningar ändrar inte färg eller oxiderar så snabbt som silver, men måste läggas på i en vakuum-kammare.

En Newton-reflektor samlar in ljuset med en konkav spegel som är i botten av en tub, och en liten sekundärspegel riktar ut ljuset till okularet som sitter i fokuseraren i den övre delen av tuben.

 

Newtonreflektorns för- och nackdelar.

Fördelar Nackdelar

Bästa priset räknat per tum jämför med alla konstruktioner (beroende på att optiken är enklare att tillverka).

Inget bra teleskop att använda på dagen eftersom bilden är upp-och-ner.

Optiska konstruktionen saknar helt kromatisk aberration (se refraktorer).

Vid "snabba" fokallängder (f/4,5 eller mindre) så kommer stjärnor vid kanten av bildfältet att se ut som små kometer, detta kallas "koma".

Tenderar att ha ett större synfält på grund av "snabbare" fokallängd (f/4,5-8).

När man har stora Newton-teleskop så kan man behöva en stol eller stege för att titta på objekt när teleskopet pekar rakt upp.

Okularet är bekvämt placerat för alla observationer (utom markobservationer)

Optiken behöver att kollimera (riktas in) oftare än med refraktorer eller Schmidt-Cassegrain/Maksutov-teleskop.

Hyggligt kompakta upp till en brännvidd kring 1000mm.

En öppen tub medför damm och liknande på spegeln, ha dem alltid övertäckta när de inte används.

Utmärkta för ljussvaga objekt, såsom galaxer, nebulosor och stjärnhopar p.g.a. det korta fokalförhållandet (vanligtvis f/4 - f/8.

Stora teleskops primärspeglar behöver "kylas ner" innan de ger en bra bild.

Perfekta för deep-sky fotografering, p.g.a. de korta fokalförhållanden. En 8-tums reflektor med f/4 är i själva verket ett mycket ljusstarkt 800mm teleobjektiv med fast bländare 4.

Den mest känsliga konstruktionen med avseende på luftströmmar, värmeeffekter från marken och så vidare.

Observera: Kollimering och rengöring av ett Newton-teleskop är inte svårt och för många personer som vill ha ett teleskop med stor öppning så är det ett litet pris att betala för att få låg kostnad och en ljusstark bild som ett Newton-teleskop ger. Rymdbutiken säljer ett praktiskt hjälpmedel för snabb, enkel och exakt kollimering av reflektorer: Kollimeringsokular.

 

Det finns två typer av montering för Newton-teleskop.

Dobson-montering
dobsonmonteringDobsonteleskop är i grunden Newtonreflektorer på en alt/azimutal-montering. De har fått sitt namn efter John Dobson från föreningen San Francisco Sidewalker astronomers.

Dobson föredrog faktiskt att den här typen av teleskop inte kallas efter honom, utan istället "Trottoarteleskop". Namnet Dobsonteleskop är dock det vanligaste trots herr Dobsons önskningar.

Alt/azimutal-monteringen är mycket enkel. Det står på en roterande platta så att teleskopet och lådan kan rotera 360 grader. Tack vare John Dobson så har amatörastronomer fått tillgång till förhållandevis billiga och stora Newtonteleskop.

På Astromedia rekommenderar vi de som i första hand är intresserade av att med ögat observera djuprymdsobjekt (galaxer, nebulosor och stjärnhopar) och som vill få in mycket ljus till en begränsad penning. Däremot är inte Dobsonteleskopet användbart för astrofotografering, eftersom monteringen inte förses med motor och följa objekten på himlen (ibland har Dobsonteleskop setts försedda med datorstyrda motorer, men detta är ovanligt och inget som vanligtvis förekommer i handeln). 

 Ekvatoriell montering

En ekvatoriell montering är en förutsättning för astrofotografering och är att föredra vid manuell följning i hög förstoring. De ekvatoriella monteringar för de Newtonteleskop som Astromedia säljer är dels av samma typ som för refraktorerna - dvs av typen "tysk ekvatoriell montering" (se fotografiet på refraktorn längst upp på denna sida) och dels en gaffelbaserad azimuth-montering (Celestrons SLT-serie). På grund av Newtonteleskopets relativa storlek är det dock här extra viktigt att monteringen är gedigen. Ju större teleskop - desto stabilare montering.

En del ekvatoriellt monterade Newtonteleskop har som standard en motor i rektascension (öst till väst rörelse), och kan också köras med batteri för att slippa sladdar ute på fältet. I stället för att ha ett vanligt tre-benstativ så kan men ha en pelare, ungefär som ett tjockt rör med tre ben som är fästade längst ner för att ge stöd. Vixen säljer dessa pelarmonteringar som tillbehör.

 

Katadioptriska teleskop

Ett katadioptriskt teleskop är ett samlingsnamn för teleskop som har en sluten tub och en kombination av speglar och linser som används för att forma en bild. Astromedia säljer i huvudsak tre typer av katadioptiska teleskop (även kända som "Kat"): Schmidt-Cassegrain, Maksutov-Cassegrain och Visac. Båda beskrivs nedan.

Schmidt-Cassegrain

Schmidt_Cassegrain

Schmidt-Cassegrain-teleskopet har en komplicerad historia. År 1672 uppfann Cassegrain en reflektor som använde sig av en konkav huvudspegel som samlade in ljuset från himlen och reflekterade det till en konvex justerbar sekundär-spegel. Ljuset speglades sedan ner genom ett hål i primär-spegeln till "Cassegrain" fokus. Denna konstruktion hjälper till att eliminera koma, ett vanligt problem för Newton-teleskop. Det lägger också fokus på en mer symmetrisk position än hos Newton-teleskop, vilket möjliggör lättare installation av extrautrustning som till exempel kameror och olika tillbehör.

En av de mer påtagliga nackdelarna med rena Cassegrainsystem är bildfältskrökningen. Denna (och en del andra oönskade effekter av Cassegrainkonstruktionen) kan man komma tillrätta med genom att sätta en korrektionslins (Schmidt-korrektor) i tubens fältöppning. Effekten blir att man kan hålla nere sekundärspegelns diameter och ändå minimera bildfältskrökning samt sfärisk aberration (i den optiska axeln).

"Schmidt"-delen av Cassegrain-systemet har altså att göra med den specialformade korrektionslinsen (Schmidt-korrektorn) som stänger till tuben i framändan. Denna korrektionslins är ytbehandlad, precis som en vanlig bra kameralins eller kikare är, för att ljus skall kunna passera igenom så ostört som möjligt till den slutliga användningen - ditt öga.

c8tub

I princip fungerar optiken så att, ljuset passerar korrektionslinsen (1) och reflekteras i primärspegeln (2), varvid ljuset åter reflekteras i sekundärspegeln (3) och därefter passerar baffeltuben (4) och genom tubändan (5). Därefter reflekteras ånyo ljuset i diagonalprismat (ibland spegel) (6) och bryts slutligen genom okularet (7). Fokusering sker genom att primärspegelns läge ändras genom vridning på fokuseringsskruven (8).

I de flesta Schmidt-Cassegrain teleskop har primärspegeln fokalförhållandet f/2 och sekundärspegeln f/5, vilka i kobination ger systemet fokalförhållandet f/10.

När du sätter samman "Schmidt"-delen med "Cassegrain"-delen så får du ett teleskop som är mycket kompakt relativt ljusöppningen och som ger bilder av planeter och nebulosor av mycket bra kvalitet. Schmidt-Cassegrain teleskopet är en av de vanligaste teleskop-typerna idag, på grund av ovanstående orsaker och på grund av att det finns ett stort sortiment av tillbehör tillgängligt för detta favorit-teleskop. De  typer som Astromedia säljer är 5-tums tubkikare som används med kamera-/videostativ, och de astronomiska teleskopen i storlekarna 5, 6, 8, 9.25, 11, och 14 tum.

(Ett alternativ till att använda en Schmidt-lins som korrektionslins, är att placera korrektionslinser senare i strålgången, dvs efter det att ljuset brutits i sekundärspegeln. Denna lösning används t.ex. av Vixen i sitt Visac-teleskop. Visac är alltså också det ett Cassegrainteleskop i grunden, men där man valt att optimera de optiska felen med korrektionslinser i utgången.)

 

 

Maksutov-Cassegrain
Astromedia marknadsför endast Maksutov-Cassegrain-teleskop för tillfället, nämligen det populära Celestron Nexstar 127 SLT - som är en datorstyrd Maksutov-Cassegrain med 127mm öppningsdiameter och 1500mm brännvidd (f/11,8).  Skillnaden mellan Schmidt-Cassegrain teleskopen och Maksutov-Cassegrain är korrektionslinsen. I stället för en asfärisk korrektionslins som finns i Schmidt-konstruktionen, så används en meniscus (en översättning av meniscus är "skära-form"). Korrrektionslinsen är formad som en grund skål, vilken buktar inåt och har en speglande yta i mitten på själva korrektorlinsen. Detta är sekundärspegeln. På grund av att korrektionslinsen är lätt divergerande så kan den placerar närmare primärspegeln och man kan ha en kortare tub än med en Schmidt-Cassegrain-konstruktion.

 

Slutord

Du kommer att finns en stor prisskillnad när du skall köpa ett Schmidt-Cassegrain-teleskop. Du finner dem i prisnivåer från ca 11000 till över 30 000 kronor. Optiken är mer eller mindre identisk, så vad är det du betalar så mycket extra-pengar för (förutom storleken på tuben)? Jo, två saker: montering och elektronik. Låt oss titta närmare på detta nedan:

Det finns två olika typer av montering tillgängliga för astronomiska teleskop av typen Schmidt-Cassegrain. Alla de storlekar som listas ovan finns att köpa med alla monteringar, men med lite kreativ inhandling hos en erfaran handlare så kan du sätta samman nästan vad som helst.


Gaffelmontering

gaffelGaffelmonteringen håller teleskop-tuben med optiken mellan två armar så att den kan vridas fritt fram och tillbaka mellan armarna för dess deklinations-inställning. Armarna liknar gafflarna på en stämgaffel, därav dess namn. Gaffeln är i sin tur monterad på drivplattan, en hästsko-formad låda är teleskopets elektronik är monterad och skyddad. Gaffeln kan vridas i rektascension runt en central axel i drivplattan. Drivplattan kan sedan vara monterad på en ekvatoriell platta  (wedge) med separata skruvar så att det går lätt att skruva isär, eller så skruvas den direkt fast på ett trebens-stativ med en central skruv för en alt/azimutal montering. Den ekvatoriella plattan gör att man kan ställa in teleskopet för din latitud, och på det sättet göra en polinställning (se ekvatoriella monteringar för mer information). Treben-stativ är standard när man köper en del teleskop, eller klassas som tillbehör hos andra. Läs alla detaljer i annonserna när du skall handla, eller be försäljaren redogöra för allt som ingår.

 Tysk ekvatoriell montering

tysk_ekvatoriellDetta är samma typ av montering som beskrivs under refraktorer (se ekvatoriella teleskop), men jag vill nämna några speciella saker här. För att kunna klara av vikten för ett Schmidt-Cassegrain eller Maksutov-Cassegrain (eller en större refraktor eller stort Newton-teleskop också) så måste stativet vara mycket kraftigare än ett som håller en 60 mm, 80 mm eller 90 mm refraktor, eller ett 4,5-tums spegelteleskop. Stativet är ofta tillverkade med högre precision, och stativen som följer med dessa monteringar har lika bra kvalitet som ett bra stativ som följer med en gaffelmonterad montering.

 

Elektronik

Sedan Celestron introducerade Compustar 8 i slutet av 80-talet (varav ett stod i "Rymdbutiken" på Nordhemsgatan i Göteborg(!)) har seriebyggda, datorstyrda teleskop blivit allt mer populära bland amatörastronomer. Idag kan man för en "spottstyver" köpa ett komplett teleskop, med inbyggd dator som både föreslår himmelsobjekt att observera och dessutom ställer in teleskopet mot det önskade objektet. Idag finns datorstyrda teleskop i många prisklasser, från enkla alt-azimuth-monterade teleskop (t.ex. Celestron Nexstar 130 SLT eller Celestron Nexstar SE) till veritabla observatorieteleskop (Celestron CGE Pro Edge HD).

Det finns också teleskop som endast har motordrivning i båda axlarna men ingen dator, varvid man vanligtvis har en handkontroll med som standard. Men den här lilla kontrollen kan du röra teleskopet åt alla fyra hållen genom att trycka på ett par knappar. Detta är mycket praktiskt när du vill fotografera galaxer (allt utanför solsystemet) och vill flytta teleskopet mycket lite om till exempel vinden eller icke så noggrann polinställning gör att objektet som du vill fotografera flyttas sig i kamerans sökare.

rainbow