Tähtiharrastajan kaukoputki: Katadioptriset kaukoputket

Katadioptrinen kaukoputki on nykyisin yksi yleisimmistä
tähtiharrastajien käyttämistä kaukoputkityypeistä.
Kuva Kari A. Kuure.

Nimitys ”katadioptrinen” saattaa olla monelle tähtiharrastajallekin tuntematon käsite, vaikka hänellä itsellään saattaa olla tähän kaukoputkiryhmään kuuluva laite käytössään. Nimitys merkitsee yksinkertaisesti kaukoputkea, jossa kuvan muodostamiseen käytetään peilejä ja korjaavia linssejä yhdessä. Tunnetuimmat tämän ryhmän kaukoputket ovat Schmidt-Cassegrain-, Maksutov- tai Maksutov-Cassegrain-kaukoputket, mutta muitakin ryhmään kuuluvia kaukoputkia on olemassa.

Katadioptrisuuteen voi törmätä myös kameroiden teleobjektiiveissa, jolloin usein niitä nimitetään peiliteleiksi. Erityisesti suhteellisen pitkän polttovälinsä ja edullisen hintansa vuoksi niitä käytetään luontokuvauksessa. Tähtivalokuvauksessa ne toimivat lyhyehkön kaukoputken tavoin ja ovat rakenteellisen kentäntasoituksen vuoksi jopa sopivampia valokuvaamiseen kuin varsinaiset kaukoputket.

Jos aivan tarkkana oltaisiin, niin jo aikaisemmin käsitelty perusrakenteinen Newton-kaukoputki kuuluisi myös tähän kaukoputkiryhmään, sillä siinäkin käytetään peilin lisäksi apupeiliä kuvan sijoittamiseen kaukoputken ulkopuolelle. Käytännössä perusrakenteista Newton-kaukoputkea ei kuitenkaan pidetä katadioptrisena kaukoputkena, sen sijaan korjauslinssillä varustetut Newton-kaukoputket kuuluvat tähän ryhmään.

Katadioptrisen kaukoputken perusrakenne koostuu pää- ja apupeilistä sekä korjaavasta linssistä. Pää ja apupeilit ovat yleensä pallopeilejä, jotka kuitenkin aiheuttavat koman lisäksi myös voimakkaan palloaberraation. Nämä korjataan korjauslinssillä, jolloin lopputuloksena on yleensä hyvälaatuinen kuva. Tällainen kaukoputki sopii myös valokuvaamiseen, mutta etenkin järjestelmäkameralla kuvattaessa kuvakentän tasoitusoptiikan käyttö on lopputuloksen kanalta välttämätöntä.

Schmidt-Cassegrain-kaukoputket (SC)

SC-kaukoputken toimintakaavio. Kaukoputkeen tuleva valo
kohtaa ensimmäiseksi korjauslinssin, sen jälkeen
pääpeilin ja apupeilin. Kuvan muodostus tapahtuu
pääpeilin takana.

Kaukoputkityyppi on hyvin yleinen tähtiharrastajien keskuudessa, sillä tarjolla on hyvin runsaasti erikokoisia ja vastaavasti hyvin monen hintaluokan laitteita. Loppujen lopuksi hyvin edullinen hankintahinta voi olla usein se ratkaisevin tekijä tämän kaukoputkityypin valintaan, vaikka laitteen optiset ominaisuudet ovat suhteellisen hyvät.

Kaukoputkessa on kolme optisesti toimivaa ja kuvan muodostamiseen osallistuvaa osaa. Pääpeili sijaitsee kaukoputken takaosassa ja korjaavaa, koko aukon käsittävä korjauslinssi on sen etupuolella. Pääpeilin ja korjauslinssin välissä, yleensä korjauslinssin keskelle kiinnitettynä, on apupeili, joka heijastaa pääpeilin kokoaman valon kaukoputken taakse pääpeilin keskellä olevan aukon kautta. Järjestelmä antaa suhteellisen pitkän polttovälin, vaikka kaukoputken fyysinen rakenne on lyhyt ja jämäkkä. Tyypillinen aukkosuhde on f/10.

Schmidt-korjauslinssi on suhteellisen ohut mutta
tehokas palloaberraation poistaja.

Schmidt-Cassegrain-kaukoputken korjauslinssi on linssiksi hieman erikoinen. Linssin keskiosa on hieman positiivinen ja reunaosa on hiottu negatiiviseksi. Linssi on kuitenkin sen verran ohut, että sisäpinnan kaarevuuksia on vaikea havaita.

Vaikka SC-kaukoputken muodostama kuva visuaalihavaitsijalle on erinomainen, valokuvaamisessa pitäisi käyttää kuvan kaarevuuden poistavaa optiikka. Ollakseen tehokas ja toimiva, kuvakentän oikaisulinssit on valmistettava jokaiselle kaukoputkityypille ja koolle erikseen. Tästä syystä on suositeltavaa hankkia vain kaukoputken valmistajan tarjoamia kuvakentän tasoittavaa optiikkaa jonkin verran korkeammasta hankintahinnasta huolimatta. Yleiskäyttöisiä kuvantasoitus optiikoita kyllä on tarjolla, mutta niiden ominaisuuksiin ennen ostopäätöksen tekoa on syytä kiinnittää erityistä huomiota. Vähintäänkin hankinta on tehtävä niin, että kaukoputken polttoväli ja aukko suhde on kentän tasoitulinssin valmistajan ilmoittamissa rajoissa.

Maksutow-Cassegrain-kaukoputket (MC)

MC-kaukoputken toimintaperiaate. Kaukoputkeen tuleva
valo kohtaa meniskus-korjauslinssin, heijastuu
pääpeilistä ja apupeilistä ja kuvan muodostus
tapahtuu pääpeilin takana.

Alkuperäistä Maksutow-kaukoputkea ei käytännössä valmisteta ainakaan kaupallisesti. Myynnissä olevissa malleissa kuva muodostetaan SC-kaukoputkien tapaan pääpeilin taakse. Tästä nimitys Maksutow-Cassegrain, vaikka tätä kaukoputkityyppiä usein kutsutaankin pelkästään maksutowiksi.

MC-kaukoputken kaikki optiset pinnat ovat pallopintoja. Korjaavan optiikan, joka on suhteellisen paksu (meniskus), pinnat myös ovat pallopintoja ja pintojen kaarevuussäde on sama kuin pääpeilin kaarevuussäde. Rakenteellisesti tarvittava apupeili hiotaan lähes aina korjauslinssin sisäpinnalle, jolloin apupeilin kaarevuussäde on kaksinkertaiseksi pääpeilin säteeseen verrattuina.

Meniskus-korjauslinssi aiheuttaa itsekin palloaberraation, mutta se on suuruudeltaan ja suunnaltaan pääpeilin palloaberraatioon nähden vastakkainen. Näin ollen virheet kumoavat toisensa ja kuvan laatu on erinomainen.

Maksutow-peilitele on erinomainen
väline tähtivalokuvauksessa
kuvakentän tasoituksen vuoksi.
Kuva Kari A. Kuure.

MC-kaukoputket ovat SC-kaukoputkia painavampia, joten niitä valmistetaan yleensä pienikokoisina. Yli 152 mm maksutoweja on vain harvalla valmistajalla valikoimissaan ja niiden listahinnat ovat selvästi korkeammat kuin vastaavan kokoisten SC-kaukoputkien. Tyypillinen aukkosuhde on f/10 – f/8 välillä.

MC-kaukoputken muodostama kuva on myös kaareva ja se tarvitsee kuvakentän tasoittajan. Kaikki mitä edellä kerroin SC-kaukoputken tasoittajasta, pätee myös maksutoweihin. Poikkeuksena on jo mainitut maksutow-tyyppiset teleobjektiivit, sillä niissä kuvakentän tasoitus tehdään rakenteellisena osana objektiivissa. Näin ollen nämä laitteet eivät tarvitse erillistä kentän tasoitusta ja soveltuvat tähtivalokuvaamiseen erinomaisesti.

Kuvavirheet

Katadioptristen kaukoputkien kuvavirheet ovat vähäiset. Komaa ei ole yleensä korjattu, mutta se on huomattavasti vähäisempää kuin Newton-kaukoputkissa. Katadioptristen kaukoputkien kuvakenttä on samaa suuruusluokkaa kuin Newton-kaukoputkienkin, jolloin katadioptristen kaukoputkien koma ei ole häiritsevä edes kaikkein laajimmilla kuvakentillä.

Katadioptristen kaukoputkien tarkentaminen tapahtuu pääpeiliä liikuttamalla. Pienissä kaukoputkissa tämä ei ole ongelma, mutta jo 250 mm kaukoputkissa se voi sitä olla. Pääpeilille tulee massaa merkittävästi joten sen liikuttelukoneisto joutuu lujille. Eri valmistajien erilaiset tekniset ratkaisut tuovat mukaan omat ominaisuudet. Usein pääpeilin liikkuminen voi olla ennakoimatonta ja peili liikahtaa odottamatta kaukoputken asennon muuttuessa. Tästä seuraa vähintään terävyysalueen muuttuminen, mikä voi olla erittäin kiusallista valokuvatessa. Niinpä valokuvaajan tulisikin varmistaa kuvan terävyys hyvin usein ja ainakin kohdetta vaihdettaessaan.

Eräät valmistajat varustavat kaukoputkensa lukitusmekanismilla, joka kiinnittää pääpeilin kyseiseen asentoon, eikä päästä sitä liikahtamaan vaikka kaukoputken asento muuttuisi. Käyttäjälle tämä näkyy valokuvatessakin terävämpänä kuvana vaikka tarkennus olisi tehty eri kohteeseen kuin mitä kuvat otetaan.

Pääpeilin asennon muuttuminen tuo pienen ongelman myös kaukoputken jalustan suuntaamiseen. Liikkuvan peilin optinen akseli ei nimittäin ole aina ortogonaalinen, siis 90° kulmassa deklinaatioakseliin nähden, vaan voi poiketa siitä useita kaariminuutteja. Tämä voi merkitä sitä, että kohde, jalustan huolellisesta suuntaamisesta ja etenkin goto-toimintoa käytettäessä, ei olekaan suuntauksen jälkeen kuvan keskellä. Kirkkaissa kohteissa tämä tuskin on mikään ongelma, kaukoputken suuntausta voi aina hieman muuttaa. Sen sijaan himmeitä kohteita kuvattaessa ensimmäisissä kuvissa kohde voi olla sijoittunut kuvakentän laitaan.

Katadioptristen kaukoputkien muodostama kuva on yleensä hyvä tai suorastaan erinomainen. Ongelmaksi saattaa muodostua pienehkö aukkosuhde (noin f/10), kapeahko kuvakenttä ja jonkin verran alentunut kontrasti. Kontrastin heikentyminen johtuu pääpeilin eteen sijoitetusta apupeilistä, jonka koko on vieläpä suhteellisen suuri (noin 30–35 % pääpeilin halkaisijasta). Näin ollen apupeili varjostaa merkittävällä osuudella pääpeiliä ja vähentää sen valonkeräyskykyä, mutta samalla olemassa olollaan kasvattaa kaukoputken difraktiota. Nämä yhdessä johtavat alentuneeseen kontrastiin.

Katadioptristen kaukoputkien kollimointitarve on yleensä suhteellisen vähäinen. Perinteisiä SC-kaukoputkia käyttöönotettaessa pitää tarkistaa kollimointi, mutta usein se on tehtaan jäljiltä erinomainen. Jos kaukoputkea kuljettaa paljon, kollimoinnin tarkistaminen on rutiininomainen toimenpide joka kerta kun kohteeseen tarkennetaan. Jos apupeilin varjo on symmetrinen kohteen muodostaman epäterävän kuvan suhteen, kollimointi on oikea; epäsymmetrisenä se on merkki kollimoinnin tarpeesta. SC-kaukoputken kollimointi tehdään apupeilin asentoa säätämällä.

Maksutow-Cassegrain-tyypisten kaukoputkille ei kollimointia tarvitse tehdä, ja niissä ei edes ole kollimonnin mahdollistavia säätöruuveja. Tässä suhteessa MC-kaukoputken käyttäjä pääsee vähällä työllä ja tämä kaukoputkityyppi onkin tässä suhteessa linssikaukoputkien kanssa samalla lähtöviivalla.

SC- ja MC-kaukoputket ovatkin suositeltavia vaihtoehtoja aloittelevalle tähtiharrastajalle lähinnä niiden helppokäyttöisyytensä ja edullisen hankintahintansa vuoksi. Lisäksi niitä on saatavissa kaikilta kaukoputkien valmistajilta, joilla on valikoimissaan vaihtoehtoja hyvin runsaasti. Kaukoputkien jälkimarkkinat ovat toimivia. Käytetty laite on suositeltava vaihtoehto ensimmäiseksi kaukoputkeksi, kunhan ensin itse toteaa myynnissä olevan laitteen kunnon.