№ 9.2ШМИДТ И КАССЕГРЕН
Условие. Астроном-любитель навел свой телескоп системы Шмидт-Кассегрен с диаметром входного отверстия 20 см на Юпитер. Затем он надел на объектив телескопа крышку с отверстием посередине диаметром 15 см и обнаружил, что яркость Юпитера упала в 2 раза. Во сколько раз упадёт яркость по сравнению с изначальной, если диаметр отверстия окажется 10 см? Если 5 см? Выразите эту величину в звездных величинах во всех трех случаях. Во сколько раз изменится видимый в телескоп угловой размер планеты в каждом случае?
Решение
Яркость видимого в телескоп Юпитера, зависит от площади собирающей поверхности. Надо принять во внимание, что в телескопах системы Шмидт-Кассегрен используется вторичное зеркало, установленное в середине входного отверстия. Оно обычно приклеивается непосредственно к коррекционной пластине, установленной на переднем конце трубы телескопа. Запишем отношение рабочих площадей объектива с крышкой и без:
$$\frac{20^2 - d^2}{15^2 - d^2} = 2.$$
Решив это уравнение получаем квадрат диаметра вторичного зеркала: 2 = 50 см2 . Теперь легко можно ответить на поставленные вопросы. В первом случае падение яркости составит
$$\frac{20^2 - 50}{10^2 - 50} = 7 \,\text{pas},$$
а не 4, как получилось бы, если бы мы забыли про существование вторичного зеркала. Во втором случае диаметр отверстия ≈ 7 см меньше диаметра вторичного зеркала. Поэтому вся собирающая свет поверхность зеркала будет закрыта. Можно сказать, что яркость упадет в бесконечное число раз.
Падение яркости в звездных величинах определим с помощью формулы Погсона:
$$\Delta m_{15} = 2.5 \lg 2 \approx 0.75^{\mathrm{m}}, \qquad \Delta m_{10} = 2.5 \lg 7 \approx 2.1^{\mathrm{m}}.$$
В последнем случае опять имеем формально бесконечную разность звездных величин.
Угловой размер Юпитера зависит от увеличения телескопа, которое, в свою очередь, зависит от отношения фокусных расстояний объектива и окуляра. Поскольку эти величины астроном не изменял, то угловой размер не изменится.
-
- Принимаемый поток зависит от площади свободного входного отверстия 1 балла
-
- Падение блеска с диафрагмой 10 см 2 балла
При ответе «4 раза» выставляется 1 балл.
- Падение блеска с диафрагмой 5 см 2 балла
Оценивается только в случае правильного ответа.
-
- Падение блеска в звездных величинах (3 случая) по 1 баллу Если участник не учитывал вторичное зеркало, то оценивается только звездная величина при диафрагме 15 см.
-
- Угловой размер не меняется 2 балла