Những thông số cơ bản của kính thiên văn.

[Manager.RASN]

Tác dụng chính của KTV trong việc hỗ trợ quan sát và nghiên cứu thiên văn:

• 
  Phóng đại thiên thể lên nhiều lần (đặc trưng bởi độ phóng đại của kính)
  
• 
  Tăng khả năng thu nhận ánh sáng từ các thiên thể (đặc trưng bơi độ mở của kính)
  

Hai công dụng trên của KTV mục đích cuối cùng là để giúp chúng ta có được cái nhìn “to và rõ” hơn đối với các thiên thể.
Ngoài hai đặc trưng trên, KTV còn có một số những thông số khác mà người thường xuyên sử dụng KTV cần phải biết.
1. Độ mở (Aperture) D

Chính là đường kính D của vật kính. D càng lớn, tức độ mở càng lớn thì khả năng thu nhận ánh sáng của kính càng nhiều, khi đó độ phân giải của kính càng cao.

2. Chỉ số độ mở F
Là tỷ số giữa tiêu cự f của vật kính với D.

F =

-D: đường kính vật kính

-f: tiêu cự vật kính


Nếu F ≤ 6 , ta có “kính nhanh” (“fast” telescope), ngược lại, nếu f ≥ 8 ta có “kính chậm” (“slow” telescope), điều này có nghĩa là khi chụp ảnh thiên văn, để đạt được cùng độ sáng cho bức ảnh thì “kính nhanh” sẽ mất ít thời gian phơi sáng hơn so với “kính chậm”


Ví dụ: các trang web bán KTV thường kí hiệu các kính của mình dưới dạng D f/F chăng hạn như 6” f/8, điều đó có nghĩa là KTV này có đường kính gương 6 in, tiêu cự 6x8=48 in.

3. Độ phóng đại (Magnification)
Độ phóng đại của KTV được tính bởi công thức

M =

-f : tiêu cự vật kính
-fe : tiêu cự thị kính


Ví dụ: Một KTV 10” f/6 dùng kèm với thị kính 16mm. Vậy độ phóng đại của kính lúc này là bao nhiêu?
Giải: Tiêu cự vật kính f = 10x6 = 60 in = 1524 mm
---> Độ phóng đại M = fe/f = 1524/16 = 95x

Độ phóng đại của kính thực ra không phải là một thông số quan trọng lắm, vì việc thay đổi độ phóng đại được thực hiện rất đơn giản là chỉ cần thay đổi thị kính có tiêu cự khác nhau. Một thông số khác quan trọng hơn phụ thuộc vào độ mở ống kính, đó là khả năng phân giải của KTV.
4. Độ phân giải của kính (resolution)
Mọi hệ quang học trong thực tế đều không tuân theo một cách chính xác các định luật quang hình học cơ bản. Ngay cả các hệ quang được xem như là hoàn hảo cũng sẽ cho ảnh của một nguồn sáng điểm (một ngôi sao có thể được xem là một nguồn sáng điểm) là một đĩa nhiễu xạ (Airy disk), tức có kích thước để đo đạc được. Hiện tượng này gây ra do sự nhiễu xạ bởi ánh sáng cũng vốn mang bản chất sóng. Theo tiêu chuẩn Rayleigh, độ phân giải góc tới hạn được tính bằng:

= radian = cung giây

trong đó λ là bước sóng ánh sáng.

Ví dụ: Với ánh sáng vàng có λ = 5.5*10-5cm (vốn nhạy nhất với mắt người), độ phân giải góc tính theo cung giây sẽ là:

= = với D (cm) = với D (in)

Công thức trên áp dụng được cho cả KTV quang học lẫn KTV vô tuyến.
Như vậy, có thể thấy khả năng phân giải của KTV hoàn toàn phụ thuộc vào đường kính vật kính. D càng lớn, góc phân giải được càng nhỏ, tức khả năng phân giải của kính càng cao.

Ý nghĩa: Độ phân giải của kính thể hiện vai trò rõ rệt nhất khi dùng kính để quan sát các sao đôi. Với các sao đôi mà hai sao ở quá gần nhau, nếu kính không đủ độ phân giải thì khi nhìn các sao này qua kính chúng cũng chỉ hiện lên như một sao duy nhất, cho dù ta có tăng độ phóng đại hết mức.

5. Kích thước vòng tròn thị kính h (Exit pupil)
Exit pupil là thuật ngữ để chỉ chùm sáng ra khỏi thị kính, kích thước của chùm sáng này phụ thuộc vào đường kính vật kính và độ phóng đại đang sử dụng:

h =

Trong ví dụ trên, kích thước vòng tròn thị kính sẽ là h = 10/95 = 0.105 in = 2.67 mm.


Vòng tròn thị kính càng lớn thì ảnh nhận được sẽ càng sáng, nhưng độ phóng đại sử dụng càng hạ thấp, sẽ đến một điểm vòng tròn thị kính vượt quá đường kính của đồng tử mắt, khi đó ta chỉ còn nhìn thấy phần ánh sáng ở giữa. Lúc này ảnh quan sát được cũng giống như chúng ta che bớt phần ngoài của vật kính.
6. Độ phóng đại tối thiểu và tối đa:
-Độ phóng đại tối thiểu:


Như đã nói, kích thước vòng tròn thị kính nói chung không nên vượt quá kích cỡ đồng tử (con ngươi) mắt người trong điều kiện tối hoàn toàn (thường vào khoảng 7mm), nếu không sẽ có một phần ánh sáng từ KTV bị lãng phí vì không được mắt ta tiếp nhận hết. Bởi vì khi độ phóng đại của KTV càng giảm, kích thước vòng tròn thị kính càng tăng lên và một lúc nào đó nó sẽ vượt quá kích thước đồng tử, chính vì vậy mỗi KTV đều có một giới hạn dưới của độ phóng đại và được tính bằng

m = 1.33D với D (cm)
m = 3.62D với D (in)

Lại lấy ví dụ với kính 10 in ở trên, độ phóng đại tối thiểu cho kính này sẽ là m = 3.62*10 = 36.2x, do đó thị kính sử dụng không nên có tiêu cự vượt quá:

fe = = 1.657 in = 42 mm

-Độ phóng đại hữu dụng (độ phóng đại tối đa)
Đã có giới hạn dưới của độ phóng đại, vậy ắt hẳn cũng phải có giới hạn trên và đó chính là độ phóng đại hữu dụng của KTV. Theo lý thuyết, độ phóng đại của một KTV có thể tăng lên đến vô cùng, nhưng thực tế có nhiều yếu tố không cho phép thực hiện điều này, và một trong các yếu tố đó chính là khả năng phân giải của kính (đã đề cập ở trên). Để thõa mãn độ phân giải của ảnh (tức nhìn vào ảnh ta còn có thể phân biệt được các chi tiết trên đó) thì độ phóng đại của kính chỉ có thể tăng đến một giới hạn nào đó mà khi vượt quá giới hạn này ta sẽ không còn nhận biết được các chi tiết trên ảnh.

Hai hình ảnh so sánh Sao Mộc vẫn còn nằm trong độ phân giải tốt và ngược lại.






Có một quy tắc để tính độ phóng đại hữu dụng là lấy đường kính vật kính (tính theo in) nhân 50 hoặc lấy đường kính vật kính (tính theo mm) nhân 2, tuy nhiên, công thức trên chỉ đúng khi điều kiện quan sát là hoàn hảo.
Ví dụ: với kính 10” đã cho ban đầu, độ phóng đại hữu dụng sẽ là 10*50=500x.
Trong thực tế có rất nhiều yếu tố ngoại cảnh (về điều kiện quan sát) làm giá trị độ phóng đại hữu dụng không đạt tới con số đã tính toán

7. Trường nhìn (field of view)

- Trường nhìn biểu kiến của thị kính (Apparent field of view - AFV)

AFV là độ rộng của góc quan sát được khi nhìn qua thị kính (không cắm vào KTV), tính bằng độ. Mỗi loại thị kính sẽ có một trường nhìn biểu kiến khác nhau, từ nhỏ nhất như thị kính Huygen AFV chỉ có 25-35 độ cho đến siêu khủng như dòng thị kính cao cấp Ethos của Tele Vue có AFV lên đến 100 độ.

Trường nhìn biểu kiến của một số loại thị kính:



Trường nhìn thực (True field of view – FOV)
Khác với AFV, FOV là trường nhìn khi đã lắp thị kính vào KTV. Nói một cách dễ hiểu thì trường nhìn thực chính là vùng trời mà bạn quan sát được qua KTV, cũng được tính bằng độ. Công thức tính như sau:

FOV = (độ)

-FOV: trường nhìn qua KTV (độ)

-AFV: trường nhìn biểu kiến của thị kính (độ)
-M: độ phóng đại
Tiếp tục lấy kính 10” f/6 và thị kính 16mm làm ví dụ, giả sử đây là thị kính Huygen có AFV 35 độ, khi đó FOV = 35o/95x = 0.37o, lúc này nếu đem kính ngắm chị Hằng thì ta chỉ thấy được khoảng ¾ (vì mặt trăng có góc nhìn khoảng 0.5 độ)

8. Khoảng đặt mắt (Eye relief)
Khoảng đặt mắt là khoảng cách từ thị kính đến vị trí đặt mắt quan sát để trường nhìn thấy được là tối đa. Khoảng đặt mắt thường được lấy bằng tiêu cự thị kính (thực tế là nhỏ hơn một ít so với tiêu cự thị kính).

9. Cấp sao mờ nhất có thể thấy được qua KTV:

mt = 6.8 + 5logD với D (cm)
mt = 8.8 + 5logD với D (in)

Đặng Thế Phúc