Các vấn đề về kỹ thuật chế tạo và chọn lựa Kính Thiên Văn

Cách của Thory đúng đấy, nhưng đừng có "may mắn" mà chọn thấu kính hội tụ có tiêu cự xấp xỉ kính phân kỳ. ví xác định tiêu cự hệ kính gần 0 độ rất khó !
Nên chọn tỉ số tiêu cự khoảng 1/2 !

Bác Thuỷ à, nếu chọn đúng số thì hệ kính sẽ tương đương với kính số 0, vậy đâu cần đo nữa. cứ giơ lên nhìn bằng mắt thường thì cũng biết được. Tuy nhiên cách này cũng chỉ gần đúng thôi.

Độ phóng đại hữu dụng và những điều cần quan tâm khi chọn mua kính thiên văn.
Bạn thấy người ta bày bán một kính thiên văn nhỏ có tiêu cự vật kính 700mm đường kính vật kính (hay gương) 60 mm, kèm theo bộ thị kính cái có tiêu cự nhỏ nhất là 4 mm, một barlow 3x.
Bạn nhẩm tính là : với thị kính 4mm độ phóng đại của kính = 700/4 = 175 lần. Lắp thêm barlow x3 vào độ phóng đại tăng lên đến 519 lần thật là quá tốt !
Bạn hi vọng sẽ nhìn thấy nhiều điều từ kính mới mua này, nhưng thực tế sẽ không như vậy.
Độ phóng đại cao đó là điều đáng quan tâm của một KTV nhưng còn có một yếu tố khác cũng đáng quan tâm không kém đó là độ phân giải của ảnh. Độ phóng đại tăng đến một mức nào đó thì độ phân giải của ảnh sẽ giảm và sẽ đến lúc bạn chẳng còn nhận ra được một chi tiết nào của vật muốn quan sát mặc dù nó có to ra.
Điều cần quan tâm không kém khi mua kính là Độ phóng đại hữu dụng tối đa (Maximum Useful Magnification) là độ phóng đại lớn nhất của kính mà hình ảnh vẫn có độ phân giải tốt.
M= Đường kính vật kính (mm) x2
Như kính khúc xạ này vật kính là 60mm vật độ phóng đại hữu dụng tối đa là 120 lần. Chỉ cần sử dụng thị kính 4 mm theo lý thuyết là cho độ phóng đại 175 lần (700/4) đã thấy được chất lượng ảnh hơi tệ mặc dù độ phóng đại cao (175 đã lớn hơn 120). Lắp barlow vào nữa khi quan sát cùng thị kính 4 cho bạn độ phóng đại 519 lần. Nhưng bạn sẽ còn quan sát được gì ?
Chúng ta thấy độ phóng đại hữu dụng phụ thuộc vào đường kính vật kính (hay gương với kính phản xạ). Vậy cho nên yếu tố quan trọng khi mua kính nếu không ngại về giá cả là đường kính vật kính bên cạnh tiêu cự của nó.
Hiện nay 2 loại kính thường được bán là kính khúc xạ F70060 (vật kính có D=60 và F=700), kính phản xạ F70076 (gương D=76 F=700).
Giá loại phản xạ mắc hơn khúc xạ khoảng 4 trăm ngàn (box này có bạn Vũ - daigials bán khoảng 1,3 tr). Tuy nhiên nếu chỉ xét về kía cạnh độ phóng đại hữu dụng thì ta thấy max của kính phản xạ là 76x2 = 152 lần, còn kính khúc xạ là 120 lần. Cùng các yếu tố khác như giảm sắc sai ... Thì khoảng cách 4 trăm ngàn đáng để bỏ qua.
Chúng ta sẽ tiếp tục bàn kỹ hơn về ưu và nhược điểm của các loại kính.
Được fairydream sửa chữa / chuyển vào 00:34 ngày 03/04/2008

Để so sánh, các bạn có thể xem hai ảnh.
Ảnh 1: ảnh của một kính đang sử dụng độ phóng đại trong mức hữu dụng.
Ảnh 2: của một kính có đường kính vật kính nhỏ hơn, sử dụng ở cùng độ phóng đại như kính 1, nhưng độ phóng đại đã vượt quá mức hữu dụng đối với kính này.

được fairydream sửa chữa / chuyển vào 00:48 ngày 03/04/2008

Bàn về độ phóng đại hữu dụng thì hiện nay với các loại kính thiên văn có độ mở < 90 mm dù là khúc xạ hay phản xạ thì chỉ nên dùng ở mức xấp xỉ 175x là vừa phải nó đủ để ta quan sát mọi thứ , Về lý thuyết 1 số kính thiên văn khúc xạ có độ mở 60 hiện nay có độ phóng đại lên đến 600 x ( sử dụng thêm barlow 3x) nhưng với độ phóng đại 600 thì chỉ có ánh sáng mạnh của mặt trăng ( khi tròn ) mới đủ để có thể lấy nét được hình ảnh , thêm nữa lúc đó thị trường bị thu lại quá hẹp ---- ống kính rung do các tác động của môi trường xung quanh nên hình ảnh nhảy nhót + với tốc độ quay của trái đất làm cho mặt trăng chạy qua ống kính chỉ mất vài giây nên rất khó quan sát .
Một yếu tố cơ bản nữa là , về nguyên tắc khi càng nhiều thiết bị lắp vào nhau ( Thân kính + kính góc + Balow Len + Eyepice ) làm sao để 4 quang trục này trùng nhau cũng là 1 vấn đề vì cái nào cũng có sai số , người dùng phải cân chỉnh , khoá chặt các thành phần với nhau mới cho được hình ảnh mong muốn .
Với độ phóng đại 600x ngoài mặt trăng ra ta chẳng xem được gì .
Đối với các ống kính có độ mở lớn > 100 mm thì mới tính đến chuyện tăng cường độ phóng đại > 175x

Chọn mua Ống Nhòm quan sát Thiên Văn]
Bên cạnh kính thiên văn, ống nhòm là một trong những dụng cụ không thể thiếu của một người quan sát bầu trời. Nhưng nên nghĩ ống nhòm không phải như kính thiên văn, nó được dùng để nhìn trọn các đám sao cụm sao, và xác định các sao mờ trong 1 chòm sao chứ không phải với mục đích có độ phóng đại cao là chính.
Do đó nên chọn loại ống nhòm có góc nhìn rộng.
Loại phổ biến nhất mà dân thiên văn chọn là 7x50,8x40,10x50,7x35. Ở đây các bạn chú ý cách đọc thông số 7 là độ phóng đại 50 là đường kính ống kính. Độ phóng đại càng cao thì góc nhìn càng nhỏ nếu cùng đường kính ống kính.
Góc nhìn thường cho dưới dạng độ hay cho dưới dạng xxx(m)/1000(m) (có loại dùng đơn vị là feet(ft) ) ghi trên thân ống nhòm.

Ví dụ ống nhòm 7x50 có thông số góc nhìn 119m/1000m
Các bạn có thể chuyển đổi giữa thông số ở dạng độ : tang-1((119/2)/1000)x2 = 6.8 độ
Để so sánh góc nhìn này, bạn có thể tưởng tượng đường kính của Mặt Trăng khi tròn là 0.5 độ vậy với 6.8 độ bạn có thể nhìn trọn bao nhiêu Mặt Trăng nếu đặt cạnh nhau ?
Ngoài ra đường kính ống kính lớn còn giúp cho thu được ánh sáng nhiều hơn nếu cùng độ phóng đại=> nhìn tốt hơn ảnh không bị tối. Đường kính gấp 2 lần thì lượng sáng thu được gấp 4 lần. Ví dụ ống nhòm 7x50 sẽ thu sáng nhiều hơn 2 lần 7x35 và gấp 4 lần 7x25. Ngoài ra độ thu sáng còn phụ thuộc vào lớn chống phản quang, ống nhòm nào có thì sẽ thu sáng tốt hơn.
Tham khảo cách chọn ống nhòm
http://www.monkoptics.co.uk/General/binocularterms.html
http://www.astro-tom.com/telescopes/binoculars.htm
http://www.jb.man.ac.uk/public/viewbinos.html
http://www.chuckhawks.com/binocular_basics.htm

Ghép thị kính
Công thức cần biết cho việc ghép thị kính:
+ Ghép 2 thấu kính hội tụ sát nhau có tiêu cự f1 và f2 (1)
Tiêu cự của hệ sau khi ghép:

+ Ghép 2 thấu kính hội tụ có tiêu cự f1 và f2 với khoảng cách d (2)
Tiêu cự của cả hệ sau khi ghép:

Với các thấu kính của máy ảnh hay các dụng cụ quang học tìm được ở chợ trời ta có thể thực hiện các kiểu ghép thị kính phổ thông nhất, để giảm sắc sai và có độ phóng đại hợp lý.
+ Kiểu Ramsden:

Thường dùng trong cấu tạo của thị kính thiên văn rẻ tiền (made in Trung Hoa Anh Hùng)
Đây là phát minh của Christian Ramsden, cấu tạo gồm có 2 thấu kính hội tụ 1 mặt phẳng 1 mặt cầu có tiêu cự tương đương nhau, cùng chiết xuất như nhau được lắp đồng trục và 2 mặt cầu hướng vào nhau.
Khoảng cách giữa 2 thấu kính thường được xác định bằng 2/3 hoặc 3/4 tiêu cự của thấu kính để đảm bảo giảm quang sai nhưng cũng phù hợp với khoảng cách quan sát được từ thị kính đến đồng tử mắt không quá sát (khái niệm eye relief)
Thường thì trong các máy ảnh ta sẽ có các thấu kính 1 mặt lồi 1 mặt lõm chứ không có loại 1 mặt phẳng, nhưng áp dụng ghép kiểu này cũng cho kết quả khá tốt.
Ví dụ: ta có 2 thị kính tiêu cự 20mm ghép với khoảng các d=2/3f=13mm
Tiêu cự của cả hệ sau khi ghép theo công thức (2)
F=12.5 mm . Nếu khoảng cách d cho giảm xuống nữa thì f của cả hệ sẽ giảm nhưng đồng thời các chất lượng khác cũng sẽ giảm theo.
+ Kiểu Huyghen:

Kiểu này khá phổ biến trong thị kính của kính hiển vi và thị kính cho kính thiên văn.
Đây là phát minh của Christian Huygens một nhà quan sát thiên văn nổi tiếng. Thị kính ghép theo kiểu này sẽ bị khoảng cách nhìn từ thị kính đến mắt ngắn(short eye relief) hình ảnh bị méo dạng cao (đặc biệt ở các kính thiên văn có tiêu cự ngắn), bị sắc sai, và có trường nhìn rất hẹp.
Cách ghép: 2 thấu kính dùng để ghép cũng là loại hội tụ 1 mặt lồi 1 mặt phẳng có thể có tiêu cự khác nhau, ghép các mặt lồi cùng hướng như hình trên. Nếu cả 2 thấu kính cùng chiết xuất thì khoảng cách d được dùng là d=1/2 (f1+f2)
Các kiểu thị kính ghép

Các link tham khảo.
http://www.astro-tom.com/telescopes/eyepieces.htm
http://www.hypermaths.org/quadibloc/science/opt04.htm
http://www.aoe.com.au/eyepiece_types.html
được fairydream sửa chữa / chuyển vào 11:16 ngày 23/08/2008

Chất lượng của một thị kính
Thị kính là một phần rất quan trọng đến việc ta sẽ nhìn thấy gì và nhìn thấy như thế nào.
Khoảng nhìn Eye relief :
Khoảng cách từ thấu kính của một thị kính đến đồng tử của mắt sao cho mắt người nhìn vừa trọn vùng nhìn của thị kính. Đây chính là khoảng cách chúng ta thường điều chỉnh mắt phía sau thị kính để quan sát.
Một thị kính tốt phải có khoảng cách Eye relief dài để mắt không phải đặt sát vào thị kính, và phải có Eye relief ít nhất dài hơn 15mm để một người khi đeo kính mắt vẫn có thể quan sát được trọn vùng nhìn.
Thị trường biểu kiến (Apparent Field of View)
- Thiết kế quang học của một thị kính quyết định thị trường mà bạn có thể nhìn được. Thị trường biểu kiến của một thị kính được tính bằng đơn vị độ cho đường kính của vòng tròn vùng nhìn mà mắt có thể thấy. Hầu hết các loại thị kính thông dụng có thị trường biểu kiến từ 40 đến 50 độ.
Thị trường thật (True Field of View)
- Thị trường thật là vùng nhìn bạn nhìn thấy trên bầu trời khi nhìn qua kính thiên văn được gắn thị kính vào. Thị trường thật có thể được tính xấp xỉ theo công thức
True Field= Apparent Field/ Magnification
(Thị trường thật= Thị trường biểu kiến của thị kính/ Độ phóng đại)
Ví dụ tôi có một kính thiên văn phản xạ TQ F70076 độ dài tiêu cự là 700mm. Tôi sử dụng một thị kính Huyghen 20mm có Thị trường biểu kiến 40 độ (thật sự thì thị kính huyghen có thị trường nhỏ hơn). Với thị kính này cho độ phóng đại 700/20=35 lần
Vậy khi nhìn qua kính thiên văn thị trường mà tôi có thể nhìn thấy trên bầu trời là 40/35= 1.14 độ. Chúng ta đều biết đường kính của Mặt Trăng vào khoảng 0.5 độ vậy với thông số trên tôi có thể nhìn thấy 2 mặt trăng xếp sát nhau nếu có.

Thị trường biểu kiến (Apparent Field of View) của một số thị kính.
Ta thấy thị kính Kellner có thị trường khoảng 40 độ còn thị kính Huyghen và Ramsden thì còn bèo hơn nữa. Các thị kính có thị trường cao rất đắt tiền có khi còn đắt cả hơn 1 cái kính nhỏ của Trung Hoa Anh Hùng. Kính TQ thì thị kính toàn là Huyghen (kí hiệu H) và Ramsden (R hoặc SR), hiện nay theo một bạn "đầu nậu" cung cấp kính thì kính TQ bắt đầu có thị kính Kellner (kí hiệu K).
Với một kính phản xạ F70076 giá chừng 1,4 triệu thì giữa thị kính Huyghen, Ramsden và loại cùng giá với thị kính Kellner thì chúng ta nên cân nhắc chọn bộ có thị kính Kellner.
Thị kính Kellner mắc một khuyết điểm là có độ phản xạ ánh sáng cao, với các kính tốt thì người ta sẽ tráng thêm lớp chống phản quang cho thị kính, còn theo được biết kính TQ không có điều này.

Bộ thị kính Kellner ở trên so với các thị kính Huyghens và Ramsden ở dưới

Quang Sai
Sự sai lệch của ảnh khi nhìn qua dụng cụ quang học gọi là quang sai(Optical aberration)
Quang sai có 2 dạng phổ biến là Sắc Sai(chromatic aberration) và Cầu Sai(spherical aberration)
I- Sắc sai
Xảy ra với các thấu kính và là nhược điểm của các kính khúc xạ vốn sử dụng thấu kính.
Ta biết ánh sáng có 7 màu khác nhau khi qua thấu kính cũng giống khi cho ánh sáng qua lăng kính các bước sóng ứng với các màu sẽ khúc xạ khác nhau.

Góc khúc xạ của tia có bước sóng càng ngắn như tia tím sẽ lớn hơn các tia có bước sóng dài như tia đỏ.
Kết quả là ảnh khi nhận được sẽ nhòe như cầu vông với đỏ trong tím ngoài. Thấu kính có bề mặt càng cong (tiêu cự ngắn thì quang sai càng rõ)

Ảnh dưới bị sắc sai. Trông có giống ảnh qua kính khúc xạ tự chế của bạn không nào!?
Cách khắc phục:
1- Làm kính thiên văn khúc xạ có tiêu cự của vật kính càng dài càng tốt, đó là lý do tại sao các kính thiên văn khúc xạ trong thời kì đầu rất dài một mặt để tăng độ phóng đại một mặt để giảm sắc sai. Tuy nhiên điều này sẽ ảnh hưởng đến các yếu tố khác của ảnh nhận được ví dụ như thị trường ...
2- Sử dụng thấu kính ghép và một hệ thấu kính như vậy gọi là hệ tiêu sắc.

Hệ thường thấy như trên 1 thấu kính hội tụ ghép sát với một thấu kính phân kì có chiết xuất khác nhau.
Như ta biết khi qua thấu kính phân kì thì các tia sáng bị bẻ ra phía ngoài quang trục thay vì bẻ vào trong như kính hội tụ và cũng là Góc khúc xạ của tia có bước sóng càng ngắn như tia tím sẽ lớn hơn các tia có bước sóng dài như tia đỏ.
Tính toán bù trừ nhau sao cho các tia cùng hội tụ tại một điểm=> Ta có hệ tiêu sắc.
Với thị kính của kính thiên văn ta có thể sử dụng các cách ghép đơn giản như tại bài trước (xem lại bài ghép thị kính)
Được fairydream sửa chữa / chuyển vào 09:33 ngày 11/09/2008

II.Cầu sai (spherical aberration).
Cầu sai là một hiện tượng hội tụ ánh sáng không chính xác (khác với sắc sai là ánh sáng không đơn sắc đi qua thấu kính bị tán sắc).
Các bạn có thể kiểm tra bằng cách. Soi kính lúp dưới ánh nắng, ta sẽ thấy nó không hội tụ lại tuyệt đối. Lúc nào củng có một phần dư phía rìa, hơi mờ.
Trên mỗi thấu kính hình cầu đều có 1 điểm tương hội tụ đúng. Nhưng nó không gây ra hiện tượng cầu sai. Mức độ cầu sai sẽ phụ thuộc vào chiết suất của loại kính, và gia công được cấu tạo thành.
Và điều không hoàn hảo trong kính thiên văn và các dụng cụ khác là, khi thu ngắn tiêu cự lại thì bán kính cong của thấu kính sẽ càng nhỏ. Vì thế sẽ gây nhiều sai số và hiện tượng cầu sai tăng.


Đó là hình minh họa cho hiện tượng cầu sai
Hình ở trên là 1 chiếc kính hoàn hảo. Chiết suất tốt
Hình dưới là hình chiếc kính không được tốt, có hiện tượng cầu sai và quang sai



Và đây là hình ảnh mà bạn thấy có hiện tượng cầu sai

Còn có loại cầu sai dọc và cầu sai ngang.
Cầu sai dọc là khi cho 1 mặt phẳng tia sáng cắt dọc qua thấu kính thì tia sáng hội tụ không chính xác ở tiêu điểm và cầu sai ngang thì ngược lại.



Hình minh họa đây.
Cách khắc phục:
Để giảm hiện tượng cầu sai trong thấu kính, ta ghép các thấu kính với nhau

Chúng ta sẽ ghép kính như hình nằm ở trên để giảm thiểu cầu sai
Hoặc các bạn có thể làm theo cách sau để giảm cầu sai
Ghép 1 thấu kính Convex (thấu kính hội tụ) và 1 thấu kính Con**** (thấu kính phân kì) có chiết suất khác nhau lại với nhau và sẽ cho ra một thấu kính aspherical khử được cầu sai.



Theo hình trên này thì ánh sáng sẽ hội tụ đúng tiêu điểm. Nhưng nếu bạn dặt ngược lại, cho ánh sáng đi vào mặt phẳng và ra ở mặt lồi sẽ bị hiện tượng cầu sai. Nên khi làm KTV khúc xạ thì bạn nhớ đặt mặt lồi ra ngoài nhé.
(anakin232- vietastro)
-------------------------------------------------------------------------------------------
Đối với sắc sai và cầu sai là các khuyết tật không thể tránh và hầu như không thể khắc phụ được với kính khúc xạ tự chế với kính viễn.
Hai biện pháp khả thi nhất có thể sử dụng được
1- Tìm thấu kính 1 mặt cầu một mặt phẳng. Điều này cũng rất khó khăn vì kính dạng này không bán sẵn nhưng theo một số bạn đã tìm được các của tiệm mắt kính có thể mài được.
2- Che bớt rìa của vật kính: Tạo các tấm bìa khoét lỗ ở giữa để bịt vật kính, có thể khắc phục quang sai đáng kể tuy nhiên ảnh sẽ tối và bị thu hẹp vùng nhìn.