Дифракційні промені — прямі яскраві лінії, що розходяться від яскравих джерел світла, на фотографіях або при спостереженні неозброєним оком. Вони виникають внаслідок дифракції світла на опорах вторинного дзеркала у дзеркальних телескопах, на краях некруглих апертур камери або також навколо вій та повік в оці.

Цей ефект візуально схожий, але фізично принциполво відрізняється від вертикального розмиття яскравих джерел ПЗЗ-сенсором.

Причини

Опори дзеркала

У переважній більшості конструкцій телескопів-рефлекторов вторинне дзеркало має бути розташоване на головній оптичній осі телескопа й утримуватися за допомогою опор усередині труби телескопа. Незалежно від того, наскільки тонкі ці опори, вони викликають дифракцію падаючого світла. Це створює дифракційні промені, які є перетворенням Фур'є від форми опор. Промені призводять до втрати світла, яке можна було б використати для зображення зоріNemiroff, R.; Bonnell, J., eds. (15 April 2001). Diffraction spikes explained. Astronomy Picture of the Day. NASA.Internal Reflections and Diffraction Spikes. Caltech. Accessed April 2010, а також можуть затьмарювати інші частини фотографії, тому вони є небажаними в професійній астрономії.

Тим не менш, деяким астрономам-аматорам подобається візуальний ефект від яскравих зір з дифракційними променями, — поява так званої «Вифлеємської зорі», — і вони навіть модифікують свої рефрактори, щоб досягти такого ж ефекту.

Невелика кількість конструкцій телескопів-рефлекторів уникають дифракційних променів, розміщуючи вторинне дзеркало поза віссю. Ранні конструкції позаосьових телескопів, такі як телескопи Гершеля та Шифшпіглера, мають серйозні обмеження, такі як астигматизм та великі фокусні відношення, що робить їх непридатними для досліджень. Телескоп , який використовує комбінацію дзеркал та лінз, здатний ідеально коригувати хроматичну аберацію на невеликій площі, — такі конструкції зараз використовують для дослідження подвійних зір.

Також існує невелика кількість позаосьових повністю дзеркальних анастигматів, які дають оптично ідеальні зображення.

Телескопи-рефрактори та їхні фотографічні зображення не мають такої проблеми, оскільки їхні лінзи не підтримуються опорами.

Сегментовані дзеркала

Зображення з телескопів із сегментованими дзеркалами також мають дифракційні промені через дифракцію від країв дзеркал. Як і раніше, два промені перпендикулярні до кожної орієнтації краю. На фотографіях космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) це призводить до шести променів, плюс ще два слабших промені від опор, які підтримують вторинне дзеркало.

Некругла апертура

Діафрагми з рухомими пелюстками використовують у більшості сучасних об'єктивів камер для обмеження світла, що потрапляє на плівку або сенсор. Хоча виробники намагаються зробити діафрагму круглою для приємного боке, при звуженні до високих f-чисел (малих діафрагм) її форма прямує до багатокутника з такою ж кількістю сторін, як і пелюстки. Дифракція розсіює світло, що проходять через діафрагму, перпендикулярно до приблизно прямого краю, причому кожен край утворює два промені, які розходяться на 180° один від одного. Оскільки пелюстки рівномірно розподілені по колу, на діафрагмі з парною кількістю пелюсток дифракційні промені від пелюсток з протилежних сторін збігаються. Отже, діафрагма з n пелюстками утворює n променів, якщо n парне, і 2n променів, якщо n непарне.

Забруднення оптики

Неправильно очищена лінза або покривне скло, або лінза з відбитком пальця, може мати паралельні лінії, які заломлюють світло подібно до опор.

Їх можна відрізнити від дифракційних променів на некруглій апертурі, бо вони утворюють помітне розмазування лише в одному напрямку, а від вертикального розмиття ПЗЗ-сенсором — за їх косим кутом.

Перешкоди

Для людського зору Для людського зору дифракція через вії (і через краї повік, якщо примружитись), утворюють багато дифракційних променів. У вітряну погоду то рух вій викликає рухомі промені й мерехтіння. Після моргання вії можуть повернутися в інше положення та спричинити стрибки дифракційних променів. Це класифікується як ентоптичний ефект.

Дифракційний промінь у нормальному людському зорі також може бути спричинений деякими волокнами кришталика ока, які іноді називають шовними лініями.

Інші способи використання

Маска Бахтінова

В аматорській астрофотографії маску Бахтінова можна використовувати для точного фокусування невеликих астрономічних телескопів. Світло від яскравої точки, такої як ізольована яскрава зоря, що досягає різних квадрантів головного дзеркала або лінзи, спочатку проходить через решітки з трьома різними орієнтаціями. Половина маски генерує вузьку форму «X» з чотирьох дифракційних променів (синій та зелений на ілюстрації); інша половина генерує пряму лінію з двох променів (червоний). Зміна фокуса призводить до того, що фігури рухаються одна відносно одної. Коли лінія проходить точно через середину «X», телескоп знаходиться у фокусі, і маску можна зняти.

Зоряний фільтр , також відомий як зоряний фільтр, створює зоряний малюнок за допомогою дуже тонкої дифракційної ґратки, вбудованої у фільтр, або іноді за допомогою призм у фільтрі. Кількість зір залежить від конструкції фільтра, як і кількість крапок від кожної зорі.

Подібний ефект досягають фотографуванням яскравих вогнів через віконну сітку з вертикальними та горизонтальними дротами. Кути нахилу смуг хреста залежать від орієнтації екрана відносно камери.

Примітки

Посилання

Diffraction spikes explained by Astronomy Picture of the Day.

Using a sieve to make a starburst filter by vt.physics