Focal nativa y contraste, repensar el asunto.

[javier ar.]

Hola a todos,

Hace tiempo que leo en el foro una opinión generalizada a la que no le encuentro fundamento, que es que los telescopios de grandes focales nativas y por lo tanto relaciones focales altas son mejores telescopios lunares/planetarios o que tiene más contraste. Por esto, abrí un post en CN para consultar con tipos que realmente saben mucho y me aclararon un poco el asunto. Espero que a nadie la caiga mal y por supuesto está para debatir, pero me parece que es hora de cuestionar el mito de la relación focal y el contraste. Transcribo la respuesta que me dieron:

If the aperture, obstruction, and quality are the same, the image (at the center of the field) will be identically sharp regardless of focal ratio.

Now if one scope is f/5 and one scope is f/10, the image at the focal plane will be half the size as the image in the f/10 scope, but if you magnify them up equally, they will both have the same contrast.

If your optics were both perfect, the only loss of contrast would be from the size of the aperture itself and the size of the obstruction.

All telescopes, regardless of the type, loose contrast, and how much contrast they loose is a function of the aperture size, the obstruction (if any) and the quality.

But focal ratio by itself does not raise or lower contrast.

Think about it this way. If you could improve contrast by building an f/50 instrument, why would scientists build progressively bigger and faster telescopes.

That is because Big increases contrast, not focal ratio.

You are not missing anyting when you say:

Quote:

--------------------------------------------------------------------------------

I understand that contrast is a matter of optical quality and aperture (and the grade of CO in some designs)

--------------------------------------------------------------------------------

These are indeed the three characteristics that are involved in the function of contrast transfer.

All things being equal, you can improve contrast transfer in one of three ways.

Make the aperture larger, make the quality better, or make the obstruction smaller (or eliminate it of course).

Any one of these changes (all other things being equal) will improve contrast transfer.

If you make a refractor bigger, you improve the contrast transfer.

If you use a smaller secondary mirror in your Newtonian, you improve the contrast transfer.

If you have a poor quality mirror refinished to a better quality level, you improve contrast transfer.

But changing the focal ratio does not.

[Chuli]

Siempre apoyé esta idea y me parece bien lo que dice esta persona, pero no estoy de acuerdo con que la obstrucción del secundario altere el contraste... solo le va a quitar luminosidad, no contraste.

Saludos

[javier ar.]

Que hacés Edu.

El argumento es que por efecto de la difracción hay una perdida de constraste a medida que se incrementa la obstrucción central. La perdida de luminosidad es mínima si se tienen en cuenta las superficies de los espejos.

Adjunto un analisis de Damian Peach con su explicación. Curiosamente, la obstrucción puede tener sus mínimas ventajas también.

Saludos!

[Chuli]

Ok, no pensé que el efecto de la difracción fuera apreciable...

[javier ar.]

Dicen que obstrucciones por debajo del 20% no son apreciables para el ojo humano.

[Hal9000]

Creo que esta ok lo que dice, pero en un entorno teorico ideal.

El problema viene dado por la magnificacion, y como la logramos.

Si tenemos un telescopio de una apertura X , F5, contra un F10 de la misma apertura, en el F5 necesitaremos magnificar con un barlow 2x.

Como no existe el barlow perfecto, que magnifique sin alterar nada, sino, que tendremos de distintas calidades, es ahi donde perderemos luz (como si bajaramos apertura), lograremos algo de aberracion cromatica ( y por ende perdida de contraste).

Lo mismo sucede con oculares donde necesitamos mas elementos en los mas chicos, para lograr la misma calidad que un ocular mas grande.

Entonces observar a focal nativa, por ejemplo un F15, supone el uso de los 2 o 3 elementos propios del telescopio (espejo, secundario, quizas plate corrector), sin agregar mas nada, que no es lo mismo que tomar un F5 y cargarle un barlow 3x, que normalmente no sera en el mejor caso, de mediana calidad ( No creo que todos usen powermate, por ejemplo), asi y todo tendremos una perdida considerable de luz y por ende de contraste. Hay que constatar que agregamos vidrio y recubrimientos.

Ni hablar del polvo y suciedad minuscula que puedan cargar estos elementos siempre.

El argumento es que por efecto de la difracción hay una perdida de constraste a medida que se incrementa la obstrucción central. La perdida de luminosidad es mínima si se tienen en cuenta las superficies de los espejos.

Saludos!

Siempre apoyé esta idea y me parece bien lo que dice esta persona, pero no estoy de acuerdo con que la obstrucción del secundario altere el contraste... solo le va a quitar luminosidad, no contraste.

Saludos

La obstruccion no quita contraste por perdida de luz, sino por factores de difraccion. A mayor obstruccion cambian los anillos de difraccion y se pone "mas difusa" la imagen. Incluso las estrellas "engordan".

Lo noto claramente cuando uso mi newton 6 pulgadas contra mi rc 6 pulgadas, donde el RC tiene una obstruccion de casi el 50%.

Por el contrario, se puede ver claramente la puntualidad de las estrellas y el detalle de cualquier refractor, sin obstruccion central, donde un 130 APO rivaliza en detalle con un newton 200. Eso te lo puede decir cualquiera que los haya usado o haya sacado una foto.

Les dejo un link interesante

http://www.beugungsbild.de/diffraction/diffraction.html

Saludos.

[ignacio_db]

Coincido con lo dicho en CN, pero en la práctica, agregaría que es mucho más fácil hacer una óptica "perfecta" en f/10 que en f/5, ya que las curvaturas de las tallas son menores. También, al ser el cono de luz menos agresivo, los coatings aumentan su eficiencia, incluyendo los del ocular.

En mi opinión, los factores claves para maximizar el contraste son (a igual perfección óptica):

1. maximizar brillo -> maximizar apertura

2. minimizar difracción -> maximizar apertura, minimizar obstrucción

3. maximizar transmisión -> optimizar recubrimientos (coatings en lentes, metalización en espejos)

4. minimizar reflejos internos -> maximizar absorción de la luz dispersa.

En otras palabras, maximizar y concentrar la energía de todo el espectro visible lo más posible, y la que se dispersa, evitar que vuelva al plano focal.

abz

Ignacio

[javier ar.]

Antes que nada, aclaro que mi planteo no es una apología de los newton y aunque no comparto tus arguemtnos, si comparto el foco de la discusión. Como llegamos a la magnificación está a años luz de decir más focal es igual a más contraste.

Si tenemos un telescopio de una apertura X , F5, contra un F10 de la misma apertura, en el F5 necesitaremos magnificar con un barlow 2x.

Como no existe el barlow perfecto, que magnifique sin alterar nada, sino, que tendremos de distintas calidades, es ahi donde perderemos luz (como si bajaramos apertura), lograremos algo de aberracion cromatica ( y por ende perdida de contraste).

Tampoco existen las placas correctores perfectas ni los diagonales perfectos, o existen pero son tan caros como los barlwos perfectos. De hecho en un SCT si tomamos como ejemplo de gran focal nativa, el camino fue fue cristal, espejo, espejo, diagonal, ocular. En un newton fue espejo, espejo, barlow, ocular... ¿Quién da más? jaja, en serio, no es la discusión que planteo. Estoy seguro que quien tenga las ópticas de mejor calidad tendrá la mejor imagen. No hay aberración cromatica por el uso de un barlow acromatico en los newton, y si la notás usarás un apocromatico.

La apertura determina una serie de cuestiones que exceden por lejos a una perdida de luz. Que algo de luz se quede en los recubrimientos no significa que estas reduciendo efectivamente la apertura! Sí tenes que tener en cuenta la transferencia de energía del airy disk por la obstrucción, eso si reduce efectivamente tu apertura, pero eso ya lo sabés.

Ni hablar del polvo y suciedad minuscula que puedan cargar estos elementos siempre.

Las placas correctores parecen imanes para el polvo!

Por el contrario, se puede ver claramente la puntualidad de las estrellas y el detalle de cualquier refractor, sin obstruccion central, donde un 130 APO rivaliza en detalle con un newton 200. Eso te lo puede decir cualquiera que los haya usado o haya sacado una foto.

Ese es un estamento absolutista y reduccionista contra el que no voy a discutir por que no me interesa. Pero "te lo puede decir cualquier que los haya usado o sacado una foto" no es muy contundente como argumento. Yo he observado por ambos equipos y te digo que me cada uno tiene su ambito especifico. Pero es solo mi experiencia...

Saludos!

Editado 11 de Abril del 2013 por Invitado

[javier ar.]

Coincido con lo dicho en CN, pero en la práctica, agregaría que es mucho más fácil hacer una óptica "perfecta" en f/10 que en f/5

Totalmente de acuerdo Ignacio. Pero hay gente que se dedica a hacer ópticas ultra rápidas de primera calidad. Que aún no hayan llegado acá es otra historia.

También, al ser el cono de luz menos agresivo, los coatings aumentan su eficiencia, incluyendo los del ocular

Bueno, por eso el forista de CN habla del sweet spot, no del campo entero. Una óptica rápida lleva un buen corrector como algo ineherente a su diseño.

En mi opinión, los factores claves para maximizar el contraste son (a igual perfección óptica):

1. maximizar brillo -> maximizar apertura

2. minimizar difracción -> maximizar apertura, minimizar obstrucción

3. maximizar transmisión -> optimizar recubrimientos (coatings en lentes, metalización en espejos)

4. minimizar reflejos internos -> maximizar absorción de la luz dispersa.

Si señor!

[ignacio_db]

Bueno, por eso el forista de CN habla del sweet spot, no del campo entero. Una óptica rápida lleva un buen corrector como algo ineherente a su diseño.

Tené en cuenta que si los recubrimientos anti-reflejo pierden eficacia por el agresivo ángulo de incidencia de la luz lejos del eje óptico, el reflejo que producen puede desparramarse y llegar al eje óptico del plano focal, reduciendo el contraste.

Hace un tiempo leí de una nueva tecnología de recubrimiento de lentes, que usa canon (creo), basada en nanotecnología, depositando unos conos agudos sobre el lente (como las cámaras anecoicas en radiofrecuencia). Esta inspirado en el ojo de algunos insectos, y parece ser muy efectivo.

abz

Ignacio

[javier ar.]

Con respecto a la rapidez de las ópticas, un forero me aclaro que un Mak Cass f15 tiene un espejo de focal nativa f3 y un secundario que magnifica x 5. ¿Alguién podría ahondar sobre como funciona este diseño? Me imagino que el tallado de ese f3 no será crítico...

Gracias!

[javier ar.]

Tené en cuenta que si los recubrimientos anti-reflejo pierden eficacia por el agresivo ángulo de incidencia de la luz lejos del eje óptico, el reflejo que producen puede desparramarse y llegar al eje óptico del plano focal, reduciendo el contraste.

Gracias Ignacio, ese es un buen punto para investigar, no lo había tenido en cuenta.

Abz!

[Hal9000]

Tampoco existen las placas correctores perfectas ni los diagonales perfectos, o existen pero son tan caros como los barlwos perfectos. De hecho en un SCT si tomamos como ejemplo de gran focal nativa, el camino fue fue cristal, espejo, espejo, diagonal, ocular. En un newton fue espejo, espejo, barlow, ocular... ¿Quién da más? jaja, en serio, no es la discusión que planteo. Estoy seguro que quien tenga las ópticas de mejor calidad tendrá la mejor imagen. No hay aberración cromatica por el uso de un barlow acromatico en los newton, y si la notás usarás un apocromatico.

Saludos!

Esta claro que no existe nada perfecto, Justamente de eso se trata.

A lo que yo me refiero es a que partimos de la MISMA BASE, en ambos telescopios (con la diferencia de solo distinta focal), con todos sus defectos, espejo, placa etc, y a uno le agregamos elementos opticos que al otro no, para lograr igualar la focal, logrando menos luminosidad e introduciendo aberraciones, que sin estos elementos.

Yo he observado por ambos equipos y te digo que me cada uno tiene su ambito especifico. Pero es solo mi experiencia...

Me interesa ese punto Javi. Cual seria para vos el ambito de un refractor??, o mejor, cual NO seria el ambito de un refractor y seria mejor otro diseño optico ? (quizas exceptuando muy largas focales por cuestiones de tamaño, no de imagen).

Saludos.

[javier ar.]

A lo que yo me refiero es a que partimos de la MISMA BASE, en ambos telescopios (con la diferencia de solo distinta focal), con todos sus defectos, espejo, placa etc, y a uno le agregamos elementos opticos que al otro no, para lograr igualar la focal, logrando menos luminosidad e introduciendo aberraciones, que sin estos elementos.

Estamos de acuerdo, pero el abanico de la discusión es enorme por la cantidad de diseños ópticos. El tener más focal nativa no siempre garantiza que la cadena óptica sea menor y que la cadena óptica sea menor no significa que un equipo tenga mejor o menor desempeño, a igual apertura y obstrucción siempre terminaremos en la calidad óptica.

Me interesa ese punto Javi. Cual seria para vos el ambito de un refractor??, o mejor, cual NO seria el ambito de un refractor y seria mejor otro diseño optico ? (quizas exceptuando muy largas focales por cuestiones de tamaño, no de imagen).

Aclaro que cada vez que puse el ojo un APO, incluso en dobletes ED me caí de culo. Son telescopios fantásticos y sin duda mi diseño favorito y el que mejor desempeño tiene por pulgada. Sin embargo vos comparabas un APO de 130 con un newton de 200. En ese caso el newton entrega pupilas de salida más generosas para objetos extendidos.

Saludos!

[g_masuzzo]

Muy bueno javier, para seguir aprendiendo.!!

[javier ar.]

Hal9000 escribió:

Me interesa ese punto Javi. Cual seria para vos el ambito de un refractor??, o mejor, cual NO seria el ambito de un refractor y seria mejor otro diseño optico ? (quizas exceptuando muy largas focales por cuestiones de tamaño, no de imagen).

Aclaro que cada vez que puse el ojo un APO, incluso en dobletes ED me caí de culo. Son telescopios fantásticos y sin duda mi diseño favorito y el que mejor desempeño tiene por pulgada. Sin embargo vos comparabas un APO de 130 con un newton de 200. En ese caso el newton entrega pupilas de salida más generosas para objetos extendidos.

Y por supuesto tiene mayor resolución angular y tiene una mayor magnitud estelar límite, aunque para observación lunar y planetaria el límite de Rayleigh no aplica. Pero yo no quiero instalar acá la discusión reflector vs refractor que me parece infructuosa, ya que siempre caemos en la comparación de un tremendo triplete APO contra un miserable reflector chino.

Saludos!

[ricardo]

Con respecto a la rapidez de las ópticas, un forero me aclaro que un Mak Cass f15 tiene un espejo de focal nativa f3 y un secundario que magnifica x 5. ¿Alguién podría ahondar sobre como funciona este diseño? Me imagino que el tallado de ese f3 no será crítico...

Gracias!

Asi es Javi, los primarios de los Cassegrain son espejos esfericos de relaciones focales cortisimas, por ejemplo, un Meade Cassegrain tiene un primario f2 y un secundario f5, resultando en un f10.

Typical examples of the compact design are Celestron and Meade Instruments commercial instruments, combining a fast primary mirror and a small, strongly curved secondary. This yields a very short tube length, at the expense of field curvature. Most compact designs from Meade and Celestron have a primary mirror with a focal ratio of f/2 and a secondary with a negative focal ratio of f/5 yielding a system focal ratio of f/10. One notable exception is the Celestron C-9.25, which has a primary focal ratio of f/2.3 and a secondary focal ratio of f/4.3, the result being a slightly flatter field and a slightly longer tube aspect ratio than most other compact designs.

El famoso HyperStar aprovecha esta caracteristica de los Cassegrain, usando una lente correctora te permite "usar" la relacion focal corta del primario.

Saludos y buenos cielos!

[javier ar.]

Gracias por la data Ricky!

[ricardo]

Personalmente, y me hago cargo, soy de la idea que los refractores no tienen nada que hacer frente a la apertura (fuerza bruta) de los newtons. A una conclusion similar llego Jon Teus de la revista Astronomia de España. Si los refra tienen la apertura full, pero en lo personal, prefiero lidiar con un reflector de focal corta, con todos sus defectos. Un newton corto necesita corrector de coma, un refra corto necesita a los gritos un aplanador de campo. Gustos personales lo que se dice. Como dicen los gringos, "aperture rules".

El tema del colimado de un newton es tan determinante al momento de evaluar una optica. En la comparativa de un Edge HD con un Newton, la verdad que los newton no estan a años luz, de hecho en algunos aspectos son intocables.

Son apreciaciones personales claro.

Saludos y buenos cielos!

[Piaggio]

Totalmente de acuerdo Ricardo, en el sentido que lo que concluye esta polémica cuestión es que en definitiva es una cuestión de gustos. Habrá quien prefiera un refra de 150 contra un Newton de 250, y quien prefiera un Mak de 2700 de focal contra un Newton de focal corta y viceversa. Y menos mal que es así, sino que aburrida que seria la vida si a todos nos encantara un único tipo de telescopio jaja. Gracias por tu aporte, un abrazo!

[javier ar.]

Personalmente, y me hago cargo, soy de la idea que los refractores no tienen nada que hacer frente a la apertura (fuerza bruta) de los newtons. A una conclusion similar llego Jon Teus de la revista Astronomia de España

Yo creo que de a poco la fuerza de los newtons deja de ser "bruta" y hay mucha gente haciendo espejos ultra rápidos con una calidad optica excelente. A partir de eso uno deberá entender cuales son las ventajas y las desventajas de la apertura, de la difracción por obstrucción, de los problemas térmicos y de colimación, de las desventajas de un espejo grande con el seeing y otras yerbas y evaluará que es lo que le conviene. Pero de a poco me da la sensación de que la discusión reflector de mala calidad contra refractor de excelente calidad va a ir cambiando. Obviamente estos reflectores con esas ópticas cuestan un perú...

Igualmente creo que hay un ámbito para cada equipo, en lo personal el newton de 8" que uso es una especie de comodín y creo que es bastante bueno, pero para la mayoría de las observaciones que hago desde casa lo cambiaría sin pensarlo por un APO de 5". Las estrellas que da un buen APO son un verdadero placer estético, y que es la observación sino placer estético?

Saludos!

[ricardo]

Si, tal vez fue un poco intespestivo mi post sobre preferencias, no quise desviar el tema.

No se si el ambito de post da para abrir el juego respecto a repensar algunas cosas, por ejemplo tiempo de aclimatacion, estabilidad termica, muchos factores que se tienen que tener en cuenta ademas de la focal nativa y el contraste, al momento de comparar diseños.

Saludos y buenos cielos!

[javier ar.]

Para mi los post se abren, nunca se desvían!

Justamente vengo de observar de la terraza, estuve una hora con el fan puesto para lograr una imagen decente. Pensé, reflector del toor, mañana voy y me compro un refractor... Decí que tengo cero tolerancia para la aberración cromática.

[ricardo]

mmm, Javi, pensas que un refractor te va a hacer la vida mas facil? Yo hice el experimento en su momento con mi FLT98, y los resultados no me gustaron NADA. Tenia un termometro que tenia una sonda para exterior y la caja para interior, meti la sonda en el centro del FLT98 y la diferencia era de unos 5 grados. A medida que caia la noche la temperatura bajo pero al triplete se le hacia imposible largar el calor al mismo ritmo, y tardo mas de 1 hora en llegar a un punto de equilibrio razonable (siempre hablando de exprimirlo al mango). Mas grave es el caso de los Cassegrain, un SC de 12 pulgadas tarda no menos de 2 horas en darte una imagen libre de turbulencias (si la noche no varia mucho en temperatura).

Yo tambien estuve observando con el United Optics y le costo un rato ponerse a tiro (dio al casualidad que cuando se aclimato el que se des-aclimato fui yo jeje).

Aproveche ya adentro y me puse a leer los debates sobre refractores y reflectores en cloudynights, y sacando de lado los fanatismos, me quedaron claros algunos conceptos;

Comparar un reflector y un refractor (y meter un Cassegrain en el combo) es como comparar una moto, un auto y un triciclo. El consenso general es que un refractor, por mas apo, corregido, petzval, como sea, no te va a dar una imagen mas resuelta y/o brillante que un reflector de mayor apertura.

Esteticamente lo que se puede ver con un refractor resulta mas "agradable" para algunos, los spikes son el determinante, a algunos le encantan, otros los detestan. Los mas hardcore fanaticos de los reflectores lo resuelven con arañas curvas. El problema mas evidente al momento de comparar, es el precio, ya que con lo que compras un apo de 150, compras un dobson de 20 pulgadas... y ahi no resiste analisis...

Ahora, cuestiones de gustos, hace poco intente hacer unas fotos con el apo de 80mm, todo muy lindo, estrellas puntuales (con el f4 250 tambien) pero note que es lo que NO ME GUSTA de los refractores, y tal vez alguno me pueda corregir en mi apreciacion, las estrellas brillantes tienden a ser "pompones", No pretendo que sean cabezas de alfiler, pero ese efecto "refractor" me resulta muchisimo menos lindo esteticamente que los spikes que genera un reflector.

La otra cuestion que me surgio cuando vi lo que me trajo el CCD usando el apo fue "¿¿pero en 5 minutos levanto esta garc... ??" Inclusive el RC de 8 que tuve (y que ahora se mudo cerquita de aca) me traia mas data y mas resolucion... por lo que la prueba me resulto en cierta forma una decepcion, no esperaba un APOD, pero un poco mas de data la rep...

La realidad es que el tema reflector/refractor fue motivo de posts kilometricos en CN, que no digo que esten mal sino todo lo contrario, pero no quita que nos pongamos de acuerdo! Este finde va a estar choto, asi que habra debate...

Saludos y buenos cielos!

[javier ar.]

Mirá que buena la data que tirás Ricky, nunca hubiera dicho que un refractor tardara una hora en lograr la temperatura ambiente. Igual no cambiaría el newton por un refractor, salvo que fuera un buen apocromatico. Si bien el equipo tardo en aclimatarse un buen rato, las vistas que me dió de Saturno en los momentos de buen seeing fueron increíbles, es un gran equipo.

Mientras el equipo se aclimataba, hice unas pruebas teniendo en cuenta ese artículo de Damian Peach en donde simula el tamaño del airy disk a distintas aperturas. Le puse la tapa al equipo y le saque la tapa chica, creo que es de unos 50 mm. Ahí tenés un reflector fuera de eje (sin obstrucción) de 50 mm f24. Apunté a una estrella brillante con algo de aumento para ver el airy disk y ahí apareció una pelota, no ya de ping pong, de futbol con los primeros anillos de difracción. Después le puse un ocular para lograr una pupila de salida más apropiada y le apunté a Saturno, cero resolución, cero contraste. Cuando el equipo se aclimató me dió unas vistas espectaculares de Saturno (a 200 de apertura, claro está!)

Sin ir a algo tan drástico, comparando las vistas de Saturno que me daba el 150/750 con una obstrucción del 31% con este 8" f6 con una obstrucción del 23% (asumiendo que las calidades ópticas eran al menos parecidas), a mismos aumentos (cerca de 200x) el 200 me da un Saturno más colorido y contrastado, aún cuando ningún equipo alcanzó su resolución teórica. Si las calidades ópticas eran parecidas, las dos variables que se modificaron fueron apertura y obstrucción central, como hablabamos al principio de este tema.

Dicho esto, no me preocupo demasiado por la discusión reflector-refractor porque no voy a ir por el lado de los refractores nunca, por costo en un apocromático de cierta apertura y por gusto en un acrómatico.

Abrazo!

Editado 15 de Abril del 2013 por Invitado