La respuesta de @antlersoft describe algunos de los desafíos para ver cualquier detalle en el pequeño disco de Marte en pequeños telescopios de aficionados. En el caso de los telescopios reflectores, menciona el uso de un espejo parabólico fuera del eje o una máscara de apertura fuera del eje en un newtoniano estándar para producir una vista clara y sin obstrucciones.
La respuesta enlaza con un breve artículo en el sitio de telescopios aficionados BBAstroDesigns que se titula Máscaras fuera del eje: reducción de luz y resolución.
Si entiendo la explicación correctamente, además de la función de reducción de luz, el enmascaramiento fuera del eje excluye el espejo secundario y el soporte, eliminando así la luz difractada.
Estoy un poco sorprendido de que para la observación de aficionados en la Tierra, la difracción de un espejo secundario y soportes de Newton o Cassegrain realmente tenga algún impacto en la resolución de objetos pequeños y extensos como Marte. El ejemplo en el artículo es un telescopio de 16 pulgadas. Habría pensado que ver sería la limitación, pero tal vez para objetos brillantes, ¿un diámetro más pequeño (1/3 a 1/6 de la apertura total) es realmente mejor?
¿Es posible explicar la física/óptica detrás del uso de aperturas fuera del eje para mejorar la resolución como se explica en estos enlaces?
Si es posible, ¿se puede usar un poco de matemáticas para demostrar esto de manera cuantitativa y convincente?
La gran mayoría de las personas, casi todos, en realidad, no deberían confiar en esto a diario. Las posibilidades de que reduzcan el rendimiento de sus instrumentos son abrumadoras. Hay tantas variables involucradas y depende de tantos factores que un resultado probable es un peor desempeño.
El enlace es a un sitio mantenido por Mel Bartels. Mel es un observador y constructor de telescopios muy experimentado, con cientos, si no miles, de horas detrás del ocular. Tiene suficiente experiencia práctica para que, con solo mirar la imagen general, la forma y el tamaño del disco de Airy y la figura de difracción, pueda decir exactamente de qué manera el comportamiento del telescopio se ve afectado por los cambios.
Los efectos del espejo secundario y la araña son un tema muy mal entendido. Encontrará muchas opiniones sólidas sobre este tema sin mucha base en la realidad.
Las paletas de araña, si son rectas, crearán cada una dos puntas, diametralmente opuestas, perpendiculares a la longitud de la paleta. Entonces, una araña de 3 paletas hace 6 picos. Una araña de 4 paletas hace 8 picos, pero coincidentes de dos en dos (parecen 4 picos más brillantes). Si las paletas son curvas, entonces la figura de difracción se parece más a una nube tenue y difusa.
Por lo tanto, usar una máscara de apertura puede eliminar los picos debido a las paletas de araña. ¿Pero hará que la imagen sea "mejor"? Los picos no importan desde una perspectiva práctica. Si un pico está bloqueando uno de los componentes de una estrella doble, simplemente gire el telescopio. Y el poder de resolución teórico se ve disminuido. Después de todo, estás usando una apertura más pequeña.
El espejo secundario aumentará el tamaño de la figura de difracción. El disco Airy y el primer mínimo aumentan de diámetro, al igual que el resto de los anillos. Este es un tema de mucha confusión, ya que algunos afirman que los telescopios obstruidos (visores con un espejo secundario) son esencialmente inferiores a los diseños sin obstrucciones; esto es demostrablemente falso.
Regla general simple: si D es el diámetro del primario y d es el diámetro del secundario, entonces el rendimiento de un osciloscopio obstruido es equivalente, desde el punto de vista del poder de resolución (componentes de alta frecuencia), a un instrumento sin obstrucciones de apertura D - d. Esta no es una fórmula exacta, pero está lo suficientemente cerca. Un reflector de 300 mm con un secundario de 60 mm tiene aproximadamente el mismo rendimiento de detalles finos en las observaciones planetarias que un instrumento de 240 mm sin obstrucciones.
Hay casos en los que está observando estrellas dobles cercanas, y sería genial si una de las estrellas pudiera caer en el mínimo de difracción de la otra estrella más brillante, justo fuera del disco de Airy. A veces puedes hacer eso con una máscara de apertura.
El artículo de Mel Bartels destaca un punto importante, y me gustaría que lo enfatizara más: la máscara de apertura solo debe usarse con un aumento bajo o medio. En otras palabras, si de todos modos está planeando usar un aumento bajo o medio, entonces, en algunos casos excepcionales, la máscara de apertura podría ser útil. NUNCA tiene sentido usar una máscara de apertura con gran aumento: es como empujar un telescopio por encima de su máximo aumento útil, y el resultado es solo un desastre borroso .
El artículo vinculado también menciona el tema del brillo. Algunos observadores afirman que la Luna es demasiado brillante en un telescopio. Mel Bartels ve esto como una oportunidad para usar una máscara de apertura (nuevamente, NO a gran aumento). Otros usan filtros lunares, filtros de densidad neutra que reducen el flujo de luz entrante.
Hay una tercera escuela de pensamiento aquí. No se adapte a la oscuridad mientras observa la Luna. No observes la Luna desde un lugar oscuro. Obsérvalo con las luces encendidas a tu alrededor, como desde la acera de una calle bien iluminada. Esto es lo que yo, y otros como yo, hacemos. De repente, la Luna ya no es demasiado brillante. El rendimiento del telescopio no está limitado por la máscara de apertura, y puede hacer zoom con gran aumento para observar pequeños detalles de cráteres y montañas. Y tus ojos están trabajando en su régimen óptimo, cuando la pupila no está completamente dilatada.
El brillo de la superficie de los objetos extendidos nunca aumenta en un telescopio, simplemente parece aumentar. De hecho, siempre disminuye. La Luna parece demasiado brillante porque estás adaptado a la oscuridad, pero en realidad es bastante pálida.
Existe otro caso en el que la imagen mejora de forma demostrable mediante una máscara de apertura. Esto es cuando el espejo primario tiene defectos fuertes cerca del perímetro, como TDE (borde doblado hacia abajo), que es un defecto bastante común (para instrumentos fabricados en masa) y muy perjudicial para el rendimiento. Un osciloscopio con TDE fuerte tiene un poder de resolución pobre y un contraste de alta frecuencia pobre. A veces es tan malo que incluso una máscara de apertura más pequeña que D/2 mejorará el rendimiento.
La solución aquí no es la máscara de apertura, sino enmascarar el perímetro. Haga un anillo con un diámetro interior algo más pequeño que la abertura y colóquelo permanentemente en el espejo, para bloquear el borde defectuoso. La apertura está algo disminuida, pero ahora la óptica es buena en toda la superficie.
Un caso más: supongamos que ver es tan malo que la imagen tiembla como una pila gigante y borrosa de gelatina. De todos modos, no hay forma de que vayas a usar una gran ampliación. Usted opera con un aumento de bajo a medio. Ahora aplica la máscara de apertura. ¿Es mejor la imagen?
Objetivamente la respuesta es no. Si está haciendo imágenes con suerte con una cámara, aún es mejor dejar la apertura sola y, por suerte, podrá capturar algunos fotogramas en los que la resolución de detalles es bastante buena.
Pero el sistema visual humano es raro. Algunas personas prefieren dejar de lado el techo de mayor rendimiento, en lugar de optar por una imagen que se percibe como más suave y estable. Personalmente, prefiero dejar que los aumentos bajos hagan lo suyo y dejar la apertura en paz, pero no todos son iguales.
Incluso visualmente, si no oculta la apertura, a veces la visión mejora brevemente y puede ver pequeños detalles durante un tiempo. Con una máscara de apertura, los extrañará.
Pero esto es algo subjetivo, no es algo que se pueda medir objetivamente, excepto como un estudio de la psicología de la percepción visual.
Si quieres experimentar con la máscara de apertura, por supuesto, adelante y hazlo. Pero tenga en cuenta las muchas, muchas trampas aquí. No es una bala de plata. No es la solución a todos los problemas de la humanidad. Es solo un truco que a veces funciona, en una porción bastante limitada de casos de uso.
UH oh
StephenG - Ayuda Ucrania