Оптическая схема внезатменного коронографа

Полезная модель относится к астрономии, а именно к оптическим инструментам для изучения и наблюдения Солнца с поверхности Земли, и может быть использована для фотографирования плазменных выбросов и неоднородностей плазмы на границе хромосферы и ближней короны на лимбе Солнца, в видимой части длин волн электромагнитного излучения Солнца от 3900 до 7600 Å.
Известен коронограф, содержащий объектив, строящий первичное изображение, непрозрачный экран-«луну», линзу поля, проекционный объектив, диафрагму и фотоприемник (патент SU 800946, МПК G02B 23/00, опубликовано 30.01.1981 г.).
Недостатком является то, что оптическая схема не позволяет наблюдать хромосферу на лимбе Солнца.
Известно устройство для наблюдения солнечной короны, состоящее из телескопа, компенсатора яркости и фотоприемника. Компенсатор яркости выполнен в виде совокупности нескольких компенсационных элементов, расположенных в рабочем поле входной апертуры. Каждый компенсационный элемент состоит из внешнего затмевающего диска диаметром d, расположенного на расстоянии L перед отверстием диаметром D во входном люке телескопа. Угловое поле Δ виньетированной короны определяется соотношением Δ=(D+d)/2L. Обеспечивается расширение спектрального диапазона при одновременном уменьшении рассеянного света и световых потерь (патент №2226707, МПК G02B 23/00, опубликовано 10.04.2004 г.).
Недостатком является ограниченность использования, а именно возможность наблюдения солнечной короны только в момент затмения.
В качестве ближайшего аналога была выбрана оптическая схема коронографа Лио, состоящая из объектива, диагонального зеркала, искусственной луны, линзы поля, объектива переноса изображения, диафрагмы, непрозрачного экранчика, интерференционного светофильтра.
http://www.old.astronomer.ru/data/library/books/sikomk/glava6/6_8.htm.
К недостаткам можно отнести низкую пропускную способность светофильтра. Кроме того, для полноценной возможности наблюдения короны Солнца, коронограф должен быть установлен на возвышенности над уровнем земли.
Задача, стоящая перед автором: достижение непрозрачности хромосферы и ближней короны на лимбе Солнца при значительном поле зрения по окружности лимба.
Задача решается благодаря:
- установке перед объективом телескопа камеры-обскуры;
- использованию одиночной двояковыпуклой неахроматической линзы в качестве объектива, который дополнительно является диспергирующим элементом.
Сущностью заявляемой оптической схемы является возможность выделения излучения краев солнечного диска из общего потока излучения Солнца и уменьшения влияния вредной засветки, благодаря дополнительно установленной перед объективом камере-обскуре, представляющей собой тонкую металлическую пластину с калиброванным круглым отверстием, которое совпадает с главной оптической осью объектива, при этом диаметр отверстия камеры-обскуры превышает значение радиуса объектива, в качестве которого используется одиночная двояковыпуклая неахроматическая линза, объектив является неисправленным по продольной и поперечной хроматической аберрации, со значением относительного отверстия в пределах D/f'=1:4 до 1:7.
Известно использование камер-обскур в астрономических приборах, например в детекторах рентгеновского и гамма-излучения. Хромосфера и корона Солнца являются прозрачными газово-плазменными слоями Солнца с меньшей плотностью, чем фотосфера. Когда наблюдения Солнца ведутся с поверхности Земли, наблюдать хромосферу и ближнюю корону можно, только используя специальные телескопы, разработанные для этих целей.
В случае, если камера-обскура перед объективом солнечного телескопа не используется, на любую точку внешней поверхности объектива попадает свет со всех точек солнечного диска. В этом случае в фокальной плоскости объектива проецируется изображение фотосферы всего диска Солнца и вредная засветка не позволяет наблюдать хромосферу без использования спектрографов и узкополосных светофильтров.
Если перед объективом телескопа используется камера-обскура, то на внешнюю поверхность объектива ближе к краям попадает свет только периферийной части диска Солнца. Получаемое в фокальной плоскости объектива изображения лимба Солнца и центрального диска Солнца отличаются по ориентации и по интенсивности на единицу площади изображения Солнца.
Таким образом, на правую сторону внешней поверхности объектива попадает свет левой стороны диска Солнца, на левую сторону внешней поверхности объектива попадает свет правой стороны диска Солнца, и так далее по всей окружности объектива.
С помощью перечисленных свойств камеры-обскуры объектива удается выделить излучение краев солнечного диска из общего потока излучения Солнца и уменьшить влияние вредной засветки.
Существуют схожие по назначению, например протуберанц-спектроскоп и протуберанц-телескоп, коронограф.
Состав оптической схемы солнечного телескопа-рефрактора
Заявляемая оптическая схема состоит из камеры-обскуры 1, установленной перед объективом 2. Чтобы выделить два изображения или отделить их, установлен светофильтр 3 и искусственная Луна 4, или маска. В главном фокусе, после линзы поля 5, располагается светоприемник 6.
На фиг. 1 показана оптическая схема коронографа, на которой видно как камера-обскура пропускает излучение лимбовой части Солнца на края объектива, таким образом, что излучение центральных частей диска Солнца на края объектива не попадают.
На фиг. 2 показана проекция излучения Солнца на внешнюю часть объектива (А - излучение всего диска Солнца; В - излучение, которое пропускает камера-обскура).
Способ работы оптической схемы солнечного телескопа-рефрактора
Камера-обскура 1, в предлагаемой оптической схеме, представляет собой калиброванное круглое отверстие в тонкой металлической пластине, которая устанавливается на некотором удалении перед объективом 2 на главной оптической оси. Плоскость пластины с отверстием обскурой устанавливается перпендикулярно главной оптической оси объектива 2. Центр отверстия камеры-обскуры 1 совпадает с главной оптической осью объектива 2. Выбор калибра отверстия камеры-обскуры 1 и расстояние отверстия до объектива 2 составляет суть работы камеры-обскуры 1.
Калибр отверстия камеры-обскуры 1, на каком бы расстоянии от объектива 2 оно не находилось, выбирается таким образом, чтобы лучи Солнца, проецируемые камерой-обскурой 1 на объектив 2, не доходили до края полезной части апертуры объектива 2.
Расстояние отверстия камеры-обскуры 1 до объектива 2 определяет качественные показатели получаемого изображения лимба Солнца. Это расстояние выбирается исходя из практичности предлагаемого телескопа и угловых размеров Солнца. Расстояние отверстия камеры-обскуры 1 до объектива 2 удобно выразить в отношении диаметра объектива к расстоянию до отверстия камеры-обскуры 1 (на опытных телескопах это отношение выбрано в пределах от 1:15 до 1:18). При этом диаметр отверстия камеры-обскуры 1 превышает значение радиуса объектива 2.
Объектив 2 строит в главном фокусе два изображения Солнца, в центре перевернутое изображение всего диска Солнца и на периферии изображения диска Солнца прямое изображение лимбовой части Солнца. Объектив 2 однолинзовый неисправленный по продольной и поперечной хроматической аберрации, для выделения нескольких изображений Солнца в разных длинах волн, при этом значение относительного отверстия выбрано в пределах D/f'=1:4 до 1:7
Получаемое в главном фокусе изображение лимба Солнца и центрального диска Солнца отличается по ориентации и интенсивности на единицу площади, что позволяет использовать широкополосные светофильтры 3 для выделения излучения хромосферы и ближней короны на лимбе Солнца, с шириной полосы пропускания от 200 до 1000 Å.
Путем подбора светофильтров 3 и окулярных линз, которые, как и объектив, могут быть неахроматическими, достигается некоторая непрозрачность границы хромосферы и ближней или внутренней короны Солнца. На основе предлагаемой оптической схемы изготовлены опытные телескопы. С помощью этих телескопов получен ряд фотографий Солнца по которым можно оценить работоспособность оптической схемы (см. поясняющие материалы).
Техническим эффектом от использования оптической схемы является:
- значительное поле зрения по окружности лимба Солнца;
- сравнительная простота оптических элементов;
- возможность изготовления, сравнительно, большого телескопа.
Таким образом, поставленная перед автором задача выполнена.