Os telescópios newtonianos e a relação focal f/D

[Guilherme de Almeida]

Caros amigos

Um telescópio de Newton pode ter grande abertura, mas para ser manejável procura-se que tenha uma relação focal muito curta. Nessa procura de ter um grande instrumento sem ser gigantesco as pessoas exageram. Por vezes essa exigência torna-se abusiva e há consequências que nem sempre se sabem à priori.
Sabemos que a tolerância de um newtoniano à descolimação é menor nas relações focais curtas, mas até que ponto?
Qual é o diâmetro do campo (no plano focal) que dá uma imagem de qualidade nestes intrumentos?.
Será que a 1,5 mm do eixo a imagem ainda é boa ou já é demasiado má?
E até que ponto é que os telescópios newtonianos de relação focal relativamente longa são tolerantes às ligeiras descolimações?

A tabela seguinte estabelece o diâmetro do campo-imagem de boa qualidade, no plano focal de um telescópio de Newton. Ou seja, o campo onde a nitidez e definição da imagem são apenas limitadas pela difracção. O diâmetro deste campo cresce com o cubo da relação focal: duplicando a relação focal, por exemplo de f/4 para f/8, o diâmetro do campo de boa imagem multiplica por oito [(8/4)^3=8].
Mesmo no caso de um aumento da relação focal aparentemente pequeno, por exemplo de f/4 para f/5, o diâmetro do campo de boa imagem aumenta 1,95 vezes, ou seja, passa praticamente para o dobro.

Relação focal ......Diâmetro linear do campo
.....[ f/D ].........de boa imagem (em mm)**
                                     
     3,3........................0,8
     4..........................1,4
     4,5........................2,0
     5..........................2,8
     6..........................4,8
     8........................11,3
   10........................22,0

** Imagem limitada  por difracção, isto é, com erro na frente de onda abaixo de ¼ de comprimento de onda. Ou seja, com o telescópio bem colimado, o primeiro anel de difracção fica já incompleto quando, num f/4 a estrela observada está apenas a 0,7 mm do cento do campo!. Daqui se compreende a exigência acrescida de uma colimação muito cuidada nos telescópios de Newton de relação focal muito curta. E compreende-se também porque é que são tão tolerantes os newtonianos de relação focal relativamente longa.

Em boa medida isto corrige-se apreciavelmente com um corrector de coma, como o da Televue (o Paracorr), mas isso tem o seu preço. É quase o preço de  um Newtoniano Dobson de 8 polegadas!!!. E esse preço deve ser  considerado como o preço total para um instrumento funcional capaz de dar imagens satisfatórias num campo amplo, mesmo em observações puramente visuais (e ainda mais em astrofotografia de campo amplo).

Aqui fica a informação
Boas observações
Guilherme de Almeida

[Orion_PKFD]

Sabemos que a tolerância de um newtoniano à descolimação é maior nas relações focais curtas, mas até que ponto?

A tolerancia à descolimaçao é menor nas relaçoes focais mais curtas e maior nas longas, certo?

Eu tenho um newton f/5, ja vi que tenho de ter cuidado com a colimaçao :s

Abraço

[Guilherme de Almeida]

Sabemos que a tolerância de um newtoniano à descolimação é menor nas relações focais curtas, mas até que ponto?

ORION-- A tolerância à descolimaçao é menor nas relações focais mais curtas e maior nas longas, certo?
GA--Exactamente. Houve um lapso e apareceu "maior" em vez de "menor". Já foi tudo emendado e clarificado no texto original, mais acima. O texto logo a seguir clarificava qualquer duvida, mas agradeço a sua nota útil).
ORION--Eu tenho um newton f/5, já vi que tenho de ter cuidado com a colimaçao  
GA-- Sim, tem 2,7 vezes menos tolerância do que se fosse f/7. Ou seja, para igual descolimação os resultados serão bem piores. Ou ainda, para igual perfeição na imagem o observador-colimador terá de ser 2,7 vezes mais rigoroso ao colimar.

Abraço
Guilherme de Almeida (GA)

[joao marum]

Penso que a F/5 o mínimo que se deve ter é um combo cheshire/ sightube. Com este sistema já se consegue manter uma colimação bastante razoável. Tenho um F5 e mesmo assim, depois de ter comprado o sistema catseye ainda registei melhorias significativas na qualidade da imagem e sobretudo na facilidade de colimação.

[Guilherme de Almeida]

Penso que a F/5 o mínimo que se deve ter é um combo cheshire/ sightube. Com este sistema já se consegue manter uma colimação bastante razoável. Tenho um F5 e mesmo assim, depois de ter comprado o sistema catseye ainda registei melhorias significativas na qualidade da imagem e sobretudo na facilidade de colimação.

Olá, João.
OK, fez uma boa colimação, mas veja que isso dará uma boa imagem só no centro do campo da ocular e, no máximo até 1,4 mm do eixo. Ou seja, uma boa colimação, cuidadosa, garante boas imagens no eixo, mas não nos livra  de outro problema: coma substancial e simetricamente distribuída em relação ao eixo.B

asta usar uma ocular de 20 mm de distância focal, mesmo que não seja grande-angular (diafragma de campo de 18 mm de diâmetro) verá que as imagens a 2/3 do centro do campo já são  afectadas de coma, ainda antes de se chegar à bora do campo. Se  passar a uma ocular de f/30 mm, muito pior ainda. Numa ocular de f=15 mm ainda notará que as estrelas deixam de ser pontuais quando nos afastemos do centro e a coma apaga estrelas, visto que as estrelas próximo da magnitude limite instrumental, se mal focadas (devido À coma) apagam-se literalmente e deixam de ser vistas.
Há um teste muito interessante a fazer. Por exemplo com uma ocular de f=20 mm, foque bem e seleccione uma estrela no centro do campo que esteja próxima do limiar de detecção visual. Mova o telescópio e traga a estrela para perto da borda do campo (nem é preciso chegar à borda): a estrela "apaga-se" literalmente, deixa de ser vista porque a sua luz estará demasiado espalhada devido à coma.

De facto, o prazer das observações em amplo campo (wide field) não é resolvido pela excelente colimação: ela apenas assegura a simetria da coma em relação ao centro do campo (e dá boas imagens planetárias, se a óptica for boa e a turbulência baixa)). Quem quiser desfrutar com prazer de um campo  real amplo, possibilitado por um f/5, terá de usar um corrector de coma (uns 350 euros o da Televue). Mas um newtoniano f/5 com  o Paracorr terá a aproximadamente coma de um f/9, o que é uma enorme melhoria... Por isso, na minha opinião, um newtoniano f/5 só está completo com um corrector de coma...

Boas observações
Guilherme de Almeida

[joao marum]

Olá Guilherme. Sim compreendo que uma boa colimação não resolve tudo, pois o problema da nitidez da imagem apenas no centro do campo mantêm-se ( é assim?). Mas o que é e para que serve uma ocular com diafragma de campo? Por acaso nunca ouvi falar.

[Guilherme de Almeida]

Olá Guilherme. Sim compreendo que uma boa colimação não resolve tudo, pois o problema da nitidez da imagem apenas no centro do campo mantêm-se ( é assim?). Mas o que é e para que serve uma ocular com diafragma de campo? Por acaso nunca ouvi falar.

João
Quando leu a minha mensagem acima, ela ainda não estava completa. Creio que agora ficará mais esclarecido. Todas as oculares têm diafragma de campo. É o diafgragma geralmente externo (interno nas Naglers) que delimita a imagem observada.  Olhe para uma ocular (por exemplo, Plossl ou Panoptic) pelo lado oposto ao do olho e verá logo o diafragma de campo.
Por exemplo, numa ocular de Plossl de 26 mm, o diâmetro linear da imagem observada, no plano focal, é de cerca de 23 mm. Só podemos observar a parte da imagem primária que cabe dento do diafragama de campo.  Nessa ocular (a de 26 mm de focal), uma estrela observada na borda do campo está a 11,5 mm do eixo.  E uma estrela a meio caminho entre o centro e a borda do campo dessa ocular estará a uns 5,7 mm do eixo.
Numa Plossl de f= 10 mm que terá um diafragma de campo de 8,8 mm de diâmetro, um ponto junto à borda do campo estará a 4,4 mm do eixo, onde um f/5, mesmo colimado,  já não dará boas imagens, pois 8,8 mm é bastante mais do que o limite de tolerância para um f/5 (ver tabela seis mensagens acima).
Essas questões são vistas em promenor no meu livro "Telescópios".

CAPA: http://www.astrosurf.com/re/capa%20fina ... _small.jpg
ÍNDICE: http://www.astrosurf.com/re/indice_telescopios.pdf
INTRODUÇÃO: http://www.astrosurf.com/re/introducao_telescopios.pdf
PRESS RELEASE: http://www.astrosurf.com/re/telescopios.pdf
RECENSÃO/REVIEW: http://www.astrosurf.com/re/telescopios_recensao.pdf

Abraço
Guilherme de Almeida

[Guilherme de Almeida]

Olá Guilherme. Sim compreendo que uma boa colimação não resolve tudo, pois o problema da nitidez da imagem apenas no centro do campo mantêm-se ( é assim?). Mas o que é e para que serve uma ocular com diafragma de campo? Por acaso nunca ouvi falar.

Não, João. Colimando bem um newtoniano f/5 (e se óptica, incluindo a ocular, for boa) as imagens no centro serão  muito nítidas, mas apenas na vizinhança do centro.  Fora dela haverá coma.
Isto não deve ser confundido com astigmatismo e curvatura de campo produzidos por oculares wide field da gama mais baixa, que exibiriam tais aberrações mesmo que não houvesse coma do primário.
Abraço
Guilherme de Almeida

[Orion_PKFD]

Colimando bem um newtoniano f/5 (e se óptica, incluindo a ocular, for boa) as imagens no centro serão muito nítidas, mas apenas na vizinhança do centro. Fora dela haverá coma.

Pois...perto dos bordos as estrelas aparecem ligeiramente alongadas no meu f/5, mas a mim nao me prejudica mt a observaçao.

Abraço

[Guilherme de Almeida]

Colimando bem um newtoniano f/5 (e se óptica, incluindo a ocular, for boa) as imagens no centro serão muito nítidas, mas apenas na vizinhança do centro. Fora dela haverá coma.

Pois...perto dos bordos as estrelas aparecem ligeiramente alongadas no meu f/5, mas a mim nao me prejudica mt a observaçao.
Abraço

Olá, Orion
OK, mas apaga estrelas (a coma). Uma estrela quase no limite de visão, no centro, trazida para meio caminho entre o centro e a borda do campo, fica mais esbatida e depois "apaga-se" afastando-a mais do centro. Ou seja, as estrelas muito fracas  deixam de se ver  próximo da periferia do campo.
Para observar planetas não há problemas, desde que o planeta esteja (e se mantenha) bem centrado, o que implica motorização de uma EQ. Mas nos Dobson, em geral mete~se o planeta junto à borda este do campo  deixa-se o planeta atavessar quase todo o campo, desfilando para Oeste, antes de recentrar. E nestas condições a imagem  não será boa em toda a travessia do campo.
Para observar enxames de estrelas abertos, ou para "passear" pela Via Láctea, não convém que as estrelas periféricas se apaguem.

Mas que tipo de ocular está a utiizar? É que se for uma Plossl, uma Konig ou similares, isso será astigmatismo produzido pela ocular (porque  exige-se muito de uma ocular para trabalhar num telescópio f/5). E esse astigmatismo da ocular vai sobrepor-se à coma produzida pelo primário.
Para ver se é coma ou se é astigmatismo a dominar, desfoque para ambos os lados da posição de melhor foco (intrafocaol e extrafocal): se a imagem se alongar segundo direcções mutuamente perpendiculares, quando move para ambos os lados do foco, então será astigmatismo

Abraço
Guilherme de Almeida

[joao marum]

Olá Guilherme. Realmente interpretei mal a sua mensagem anterior e confundi-me todo, já agora, tenho alguns conceitos que gostava de ver esclarecidos. Não me hesite em corrigir.

1- Eu compreendo que todas as oculares têm diafragma de campo e é o diâmetro deste que limita o máximo campo real que pode ser observado através da ocular. Pelo que entendo, quando o diâmetro do difragma de campo é proximo do diametro do barril da ocular, como acontece na Panoptic 24mm que é uma ocular 1.25´ e cujo difragma de campo é de 27mm, se quisermos um maior campo real, é necessário passar para o barril de 2´. Será por uma questão puramente de design ( tamanho dos elementos talvez) , que a Nagler 17mm, que tem um diafragma de campo de 24,3mm e já é uma ocular de 2´? Seria possivel ser feita em formato 1.25´?

2- Também compreendo que a a coma visível depende do F do espelho e do campo real da ocular utilizada. Quanto maior o
campo real, consegue-se ver pontos mais afastados do eixo central e logo, mais coma se vê.
Curiosamente, tenho visto no cloudynights, relativamente à nova ethos, que vários utilizadores reportam notar mais coma nesta ocular do que na nagler20mm ( a nagler20mm tem um campo real ligeiramente superior).
Poderá isto ser apenas porque a ethos, sendo de menor distância focal, mostrará um fundo mais escuro, notando-se mais facilmente as zonas mais ténues de cada estrela afectada pela coma ( pelo que percebo o desenho da ocular não influencia a  quantidade de coma)?

3- Quanto ao paracorr, nunca tive a oportunidade de ver um ao vivo, mas além de minimizar a coma propriamente dita, pelo que li, este aumenta ligeiramente a distância focal do telescópio.  
Quando o Guilherme diz: "Colimando bem um newtoniano f/5 (e se óptica, incluindo a ocular, for boa) as imagens no centro serão muito nítidas, mas apenas na vizinhança do centro. Fora dela haverá coma".
Poderá assim um paracorr apresentar vantagens também com a utilização de oculares de pequeno campo real para observação planetária ao aumentar (aumenta?) o diâmetro do campo (no plano focal) que dá uma imagem de qualidade ?

De qualquer modo, já tive a vontade de adquirir um paracorr para utilização com as Naglers31mm e 20mm que tenho, mas o que me levanta duvidas é o facto de eu ter um pouco de astigmatismo nos olhos, ( observo "bicos" a sair das estrelas brilhantes que mudam de orientação conforme rodo a cabeça). O paracorr corigiria a coma, mas possivelmente ( acho eu) não teria uma imagem isenta de aberrações devido ao meu ligeiro astigmatismo. ( A pupila de saída da nagler31mm é de 6.2mm, pelo que não ajuda).

[Guilherme de Almeida]

Olá Guilherme. Realmente interpretei mal a sua mensagem anterior e confundi-me todo, já agora, tenho alguns conceitos que gostava de ver esclarecidos caso esteja enganado.

1- Eu compreendo que todas as oculares têm diafragma de campo e é o diâmetro deste que limita o máximo campo real que pode ser observado através da ocular. Pelo que entendo, quando o diâmetro do difragma de campo é proximo do diametro do barril da ocular, como acontece na Panoptic 24mm, cujo difragma de campo é de 27mm, se se quiser um maior campo real, é necessário passar para o barril de 2´para se obterem maiores campos reais.

2- Também compreendo que a a coma visível depende do F do espelho e do campo real da ocular utilizada. Quanto maior o campo real, consegue-se ver pontos mais afastados do eixo central e logo, mais coma se vê.
Curiosamente, tenho visto no cloudynights, relativamente à nova ethos, que vários utilizadores reportam notar mais coma nesta ocular do que na nagler20mm ( a nagler20mm tem um campo real ligeiramente superior).
Poderá isto ser apenas porque a ethos, sendo de menor distância focal, mostrará um fundo mais escuro, notando-se mais facilmente as zonas mais ténues de cada estrela afectada pela coma ( pelo que percebo o desenho da ocular não influencia a  quantidade de coma)?

3- Quanto ao paracorr, nunca tive a oportunidade de ver um ao vivo, mas além de minimizar a coma propriamente dita, pelo que li, este aumenta ligeiramente a distância focal do telescópio.  
Quando o Guilherme diz: "Colimando bem um newtoniano f/5 (e se óptica, incluindo a ocular, for boa) as imagens no centro serão muito nítidas, mas apenas na vizinhança do centro. Fora dela haverá coma".
Poderá assim um paracorr apresentar vantagens também com a utilização de oculares de pequeno campo real para observação planetária ao aumentar o diâmetro do campo (no plano focal) que dá uma imagem de qualidade ?
De qualquer modo, já tive a vontade de adquirir um paracorr para utilização com as Naglers31mm e 20mm que tenho, mas o que me levanta duvidas é o facto de eu ter um pouco de astigmatismo nos olhos, ( observo "bicos" a sair das estrelas brilhantes que mudam de orientação conforme rodo a cabeça). O paracorr corigiria a coma, mas possivelmente ( acho eu) não teria uma imagem isenta de aberrações devido ao meu ligeiro astigmatismo. ( A pupila de saída da nagler31mm é de 6.2mm, pelo que não ajuda).

Curiosas questões.
Passo a reponder, usando os mesmos números.
1. É verdade, limita o máximo campo real, para um dado telescópio usado com essa ocular. O campo real CR é
CR=(DC/f.objectiva) x 57,3 , sendo DC o diâmetro do difraga de campo e f.objectiva a distância focal efectiva do telescópio. DC e f.objectiva têm de estar na mesma unidade, por exemplo milímetro, e o 57,3 é um factor de conversão.
Por exemplo, um diafragma de campo de 14 mm de diâmetro (seja qual for a ocular que o possui), num telescópio de f=1000 mm dará um campo real de 0,802º=48,1' .
2.Talvez se note mais coma na Ethos porque no mesmo telescópio, com ocular de 13 mm amplifica-se bastante mais do que com 20 mm, o que torna mais visível a pequena coma da objectiva. E o maior contraste também ajuda. A aberração dominante nos primários newtonianos é a coma. A aberração dominante nas oculares, em pontos fora do eixo, é geralmente o astigmatismo.
3. O Paracorr apresenta  vantagens desde que o diafragma de campo da ocular exceda o tamanho da região de boa imagem possibilitada pelo primário do telescópio newtoniano. O uso do Paracorr multiplica a relação focal por 1,15. Passa de f/5 para f/5,75, por exemplo.
Quem tem astigmatismo terá sempre de usar óculos (ou o acessório corrector de astigmatismo da Televue, se a pupila de saída exceder uns 2 mm. Com menos de 2 mm de pupila de saída, a parte central da córnea quase não tem astigmatismo e o observador nem dá por ele. Segundo Jean Texereau, a pupila de saída óptima para observação planetária é da ordem de 0,8 mm (digamos 0,7 a 1 mm). Portanto, em observação wide-field terá de usar ou o Dioptrix ou os seus óculos pessoais. Mas não em observação lunar e planetária.

Abraço
Guilherme de Almeida

[joao marum]

Obrigado pelo esclarecimento.

Cumprimentos.

[Orion_PKFD]

Colimando bem um newtoniano f/5 (e se óptica, incluindo a ocular, for boa) as imagens no centro serão muito nítidas, mas apenas na vizinhança do centro. Fora dela haverá coma.

Pois...perto dos bordos as estrelas aparecem ligeiramente alongadas no meu f/5, mas a mim nao me prejudica mt a observaçao.
Abraço

Olá, Orion
OK, mas apaga estrelas (a coma). Uma estrela quase no limite de visão, no centro, trazida para meio caminho entre o centro e a borda do campo, fica mais esbatida e depois "apaga-se" afastando-a mais do centro. Ou seja, as estrelas muito fracas  deixam de se ver  próximo da periferia do campo.
Para observar planetas não há problemas, desde que o planeta esteja (e se mantenha) bem centrado, o que implica motorização de uma EQ. Mas nos Dobson, em geral mete~se o planeta junto à borda este do campo  deixa-se o planeta atavessar quase todo o campo, desfilando para Oeste, antes de recentrar. E nestas condições a imagem  não será boa em toda a travessia do campo.
Para observar enxames de estrelas abertos, ou para "passear" pela Via Láctea, não convém que as estrelas periféricas se apaguem.

Mas que tipo de ocular está a utiizar? É que se for uma Plossl, uma Konig ou similares, isso será astigmatismo produzido pela ocular (porque  exige-se muito de uma ocular para trabalhar num telescópio f/5). E esse astigmatismo da ocular vai sobrepor-se à coma produzida pelo primário.
Para ver se é coma ou se é astigmatismo a dominar, desfoque para ambos os lados da posição de melhor foco (intrafocaol e extrafocal): se a imagem se alongar segundo direcções mutuamente perpendiculares, quando move para ambos os lados do foco, então será astigmatismo

Abraço
Guilherme de Almeida

É uma Plossl :s

Vou fzr essa experiencia para ver entao isso.

Obrigado pela dica ;-)

Abraço