"I'm not aware of ANY dealer, regardless how much technical info they post, that measures and states the effective aperture."

"Nie mam wiadomości o jakimkolwiek dystrybutorze, niezależnie od liczby zamieszczanych przezeń danych technicznych, który by mierzył i podawał efektywną aperturę."


Przedstawiając metodologię badania, które jest podstawą do publikacji wyników testów posłużę się dwoma jakże różnymi produktami, które łączy pięć znaków: 15x70. Niezorientowanym wyjaśniam, że jest to opis parametrów lornetki wskazujący na uzyskiwane powiększenie (15x) i średnicę obiektywów (70mm). Obiektami badania będą Oberwerk Ultra 15x70 (OU) i popularny model Celestron SkyMaster 15x70 (SM).

I. Pomiar

Test latarkowy - z czym to się je?
Zarówno sam problem, jak i jego rozwiązanie wygrzebałem na forum lornetkowym na CloudyNights. Wątek ściętej apertury uporczywie wraca w nowych tematach jak refren piosenki i naprawdę niewiele potrzeba, aby go zauważyć. Sam pomiar jest banalnie prosty i analogiczny do pomiaru źrenicy wyjściowej. Chcąc zmierzyć tę ostatnią, świecimy w obiektyw (źrenicę wejściową), a pomiaru dokonujemy na wyostrzonym krążku światła powstającego za soczewką oczną okularu. Chcąc natomiast zmierzyć źrenicę wejściową (czyli czynną powierzchnię obiektywu) odwracamy bieg światła - świecimy w okular, a pomiaru dokonujemy na krążku światła powstałym za (lub przed, patrząc od przodu lornetki) obiektywem.

Wersja amerykańska, wersja europejska
Dosłowna recepta zza oceanu jest następująca: umieść lornetkę na statywie obiektywami do ściany, zaświeć latarką z odległości ok. jednej stopy w okular ustawiony na nieskończoność i zmierz linijką rozmiar powstałego na ścianie krążka światła. Moja obecna metoda pomiaru uwzględnia uwagi naszego forumowego kolegi Zbyszka (ZbyT), i różni ją od "amerykańskiej" to, że umieszczamy papier milimetrowy jak najbliżej obiektywu, gdyż wychodząca wiązka światła jest nieco rozbieżna, więc mierzenie krążka światła tuż za obiektywem ogranicza błąd pomiaru do minimum (taki pomiar jest dokładny do dziesiątych części milimetra). Badanie według powyższego przepisu dało następujące wyniki:

• Oberwerk Ultra - 70mm,
• Celestron SkyMaster - 63mm.

Warto wspomnieć w tym miejscu o innej wersji testu latarkowego, gdzie zamiast zwykłej diody latarki używa się lasera. Przeprowadzenie takiego wariantu testu jest szczególnie pożądane w lornetach o długich ogniskowych (światło diody może być zbyt nikłe żeby precyzyjnie odczytać wartość na papierze milimetrowym). Należy jednak zadbać o to, żeby wiązka lasera była szerokości równej lub większej od źrenicy wyjściowej lornetki. Popularne wskaźniki laserowe dają z reguły węższą niż wymagana wiązkę światła, ale jest prosty sposób, żeby temu zaradzić. Można rozproszyć tę wiązkę za pomocą lornetki (oczywiście innej niż ta, na której zamierzamy przeprowadzić pomiar; preferowana o małym powiększeniu) lub szukacza teleskopowego. Ja do swojego pomiaru użyłem zwykłego szukacza 9x50 od Synty 8". Po wyjściu przez obiektyw szukacza wiązka była już na tyle szeroka, żeby umożliwić pomiar apertury lornetki.


Wynik wyszedł identyczny jak w teście latarkowym:

• Oberwerk Ultra - 70mm,
• Celestron SkyMaster - 63mm.

II. Wątpliwości i potwierdzenia

Dlaczego tak, a nie inaczej?
Oczywiście pierwszym pytaniem odnośnie tej metody jest - a dlaczego jedna stopa? Po pierwsze, musimy zadbać o równoległość wiązki światła. Zbyt szeroko rozchodzące się światło da efekt w postaci szerszego kąta wyjścia wiązki z obiektywu, co da zawyżony wynik (większy niż średnica obiektywu). Podczas prezentacji testu latarkowego zarzucono mi, że popełniam poważny błąd, gdyż wpadająca wiązka światła latarki ma "nieznany kąt rozbieżności", a przecież powinna być idealnie równoległa - zrobiłem więc test, zamieniając latarkę na Słońce (w równoległość promieni Słońca - z ziemskiego punktu widzenia - chyba nikt nie wątpi). Wynik wyszedł identyczny - 63mm.

Do samej odległości między diodą a okularem można dojść empirycznie - oddalając powoli latarkę od lornetki. Widać wtedy, jak krążek źrenicy wejściowej zmniejsza się, ale tylko do pewnego momentu. Właśnie w okolicach dwudziestu centymetrów dalsze oddalanie powoduje już tylko osłabianie jasności krążka źrenicy wejściowej.

Mimo bycia pewnym, że kwestia rozbieżności wiązki nie jest przeszkodą w tym teście, pomocnym było dla mnie wytłumaczenie sprawy przez Piotra Guzika:


Patrzenie w źrenicę, czyli metoda Endriu (szczelinowa)
Kolega Endriu z AstroManiaka zaproponował inną metodę pomiaru efektywnej apertury. W celu przeprowadzenia swojego badania wziął fragment kartonu, który miał zasłaniać obiektyw, ale na jego skraju wyciął cztery łukowate szczeliny odpowiadające rozmiarem krańcom obiektywu.


Plan był prosty - obserwując z kilkunastu centymetrów źrenicę wyjściową na soczewce ocznej okularu widzimy czynną powierzchnię obiektywu w projekcji. Jeśli cały obiektyw pracuje, to szczeliny powinny być widoczne (w końcu wchodzą w światło obiektywu). Wnioski dla SkyMastera były następujące:

• patrząc osiowo w okular, Endriu nie widział szczelin,
• odchylając się od osi optycznej, szczeliny były widoczne.

Dla mnie był to czytelny sygnał, że test szczelinowy potwierdza latarkowy, gdyż nie pokazuje zewnętrznych skrajów obiektywu. Odchylanie się od osi optycznej, kiedy to było widać szczeliny, było analogiczne do opisanego powyżej poszukiwania diafragmy obiektywu. Ale pojawiła się zaraz spora wątpliwość.

Ekran, który namieszał
Gdy Endriu skierował lornetę z przesłoną szczelinową na Słońce umieszczając za okularem ekran, szczeliny się pokazały. Pierwotnie podejrzewałem, że światło łapiąc kontakt z krawędzią szczeliny załamuje się i dlatego jest widoczne. Potem podjąłem trop, że być może szczeliny pojawiają się poza krążkiem źrenicy wyjściowej. Po konsultacjach z kolegami jedyną rzeczą, którą wiedziałem był fakt, że nie trzymało się to kupy.

Jeśli chcesz, żeby coś było dobrze zrobione, zrób to sam
Postanowiłem samodzielnie przeprowadzić test szczelinowy z jedną modyfikacją. Mając na uwadze, że wycięcie precyzyjnej szczeliny łukowatej jest trudne do wykonania w warunkach domowych, wyciąłem w papierze milimetrowym kwadrat z wyciętymi prostokącikami o wymiarach 1x6mm. Szczeliny znajdowały się w pobliżu punktów stycznych koła wpisanego w ten kwadrat. Kołem oczywiście miał być obiektyw. Wycięte prostokąciki były wystarczająco duże, żeby zauważyć, czy przechodzi przez nie światło.


Założyłem obie przysłony na obiektywy lornetek. Źrenice wyjściowe prezentowały się tak:


Jak widać, test szczelinowy potwierdził, że Oberwerk korzysta z pełnej apertury. Patrząc osiowo w okular SkyMastera, szczeliny pozostawały niewidoczne. Ujęcia z lewej strony pokazują też widoczność szczelin po odchyleniu się od osi optycznej okularu:


Powtórzyłem też eksperyment z projekcją ekranową Słońca. Do pomiaru użyłem papieru milimetrowego. Efekt wyglądał następująco:


Szczeliny były wyraźne, ale dlaczego pojawiały się wyłącznie podczas trzymania ekranu w odległości mniejszej niż ER lornetki? I dlaczego były zawsze w większej odległości od siebie niż wynosi źrenica wyjściowa lornetki? Podzieliłem się swoimi wątpliwościami z dwoma kolegami i jeden z nich - Piotr Guzik - podsunął możliwe rozwiązanie problemu:


Spostrzeżenie idealnie pasowało do tego, co było widać na ekranie. Średnica rzutowanego obrazu miała ponad 5mm szerokości, podczas gdy mierzona średnica wyjściowa SkyMastera jest o około milimetr mniejsza. Żeby mieć pewność, musiałem wyostrzyć ekran na źrenicę wyjściową, a nie szczeliny.

Następnego dnia Słońce świeciło przez warstwę chmur, przez co zarejestrowanie aparatem zarówno źrenicy jak i szczelin okazało się utrudnione. Ale wizualnie udało się zaobserwować ponad wszelką wątpliwość, że przy ostrym krążku źrenicy wyjściowej na ekranie, szczeliny pozostają niewidoczne. Po przybliżeniu ekranu o ok. 1mm szczeliny się pojawiają (za to krążek źrenicy wyjściowej rozmazuje, co widać na powyższym zdjęciu). Koniec końców, ekran nic nie wprowadził poza zbędnym zamieszaniem.

Korzystając z założonych przesłon szczelinowych, zrobiłem jeszcze jedną rzecz. Ustawiłem lornetkę obiektywami do siebie w maksymalnej odległości, na jaką pozwala rozkład mojego mieszkania (ok. 9m). Zamierzałem sprawdzić, czy podświetlone światłem biegnącym od okularów szczeliny będą widoczne od strony obiektywów. Okazało się, że dziewięć metrów jest wystarczającą odległością, żeby zbadać zachowanie obiektywów na równoległe promienie światła.


Zdjęcia pokazują, że szczeliny są widoczne na Oberwerku. Na SkyMasterze pozostają ciemne. Miałem zatem kolejne potwierdzenie.

Precyzując pomiar szczelinami
Żeby ostatecznie potwierdzić dokładność testu latarkowego nie tylko jako działającego, ale i miarodajnego, musiałem potwierdzić go testem szczelinowym. W tym celu wyciąłem cały zestaw kwadratowych przesłon, mających na celu zmierzenie, kiedy SkyMaster pokaże cztery szczeliny na źrenicy.


Zwracam uwagę Czytelnika na jedną rzecz: szczeliny zawsze są wycinane do wewnątrz - tak samo, jak Oberwerk pokazał światło wpadające w wycięte szczeliny milimetrowej szerokości, tak samo musiał pokazać SkyMaster. Tak więc - przykładowo - kwadrat z opisem 65 ma wycięte szczeliny o oddaleniu zewnętrznych krawędzi równym 65mm, a wewnętrznych - 63mm. Wyniki zaprezentowały się następująco:


Jak widać, dopiero od zdjęcia ze szczelinami 65mm zaczyna przebijać się światło jednocześnie z czterech szczelin. Odległość między wewnętrznymi krańcami szczelin wynosi 63mm. Na kolejnej próbie (64mm) widać już szczeliny w pełnej okazałości. Test latarkowy został więc potwierdzony także ilościowo.

Jako ciekawostkę chcę pokazać porównanie przesłon o zewnętrznym rozstawie szczelin 65mm na obu lornetach. Jak widać (mimo nieostrego zdjęcia) Oberwerk pokazał szczeliny z zapasem - między szczelinami a krawędzią źrenicy wyjściowej jest widoczny jeszcze kawałek kartki:


Marzenie ściętej apertury
Pomiar dla pomiaru wieje nudą. Nieważne są przecież parametry, w końcu chodzi o obserwacje. Korzystając z pogodnego nieba, przeprowadziłem test zasięgu dla SkyMastera i Oberwerka Ultra w tych samych warunkach. Wydrukowałem sobie mapkę ze zbliżeniem na gromadę otwartą Cr399 - Wieszak, a następnie wypatrywałem jak najsłabszych gwiazdek. Na niezbyt przejrzystym niebie, którego zasięg oceniłem na około 5,6mag, wypatrzyłem Oberwerkiem (patrząc na wprost) gwiazdę 10,7mag. SkyMaster pokazał 9,9mag, a w porywach 10,2mag. Faktem jest natomiast, że szybciej i pewniej widziałem gwiazdę 10,7mag w Oberwerku (50% czasu) niż 10,2mag w SkyMasterze (20%). Żałowałem, że na swojej mapce porównawczej nie miałem zaznaczonej gwiazdy o jasności 10,8-11,0mag - sądzę, że Oberwerka można było jeszcze trochę pocisnąć.

Innym przykładem może być polowanie na galaktykę NGC772 w Baranie (10,3mag). Oberwerk ją pokazał, SkyMaster mógł o niej tylko pomarzyć. Warto też nadmienić, że przy bezpośrednim porównaniu na dowolnym fragmencie nieba, różnica w jasności obrazu (wynikająca m.in. z rozmiaru źrenicy wyjściowej, o czym za chwilę) jest widoczna od razu.

Sam test na zasięg wymaga jeszcze powtórzenia, porównania większej liczby gwiazd dla precyzyjniejszej oceny różnicy zasięgu oraz sprawdzenia różnicy zasięgu na obiektach rozciągłych. Mimo to posiadane wyniki dają pewien przedsmak praktycznej strony obserwacji przez oba sprzęty.

III. Wnioski końcowe, czyli po co nam to wszystko?

Nie jestem maniakiem sprzętowym i nie rajcują mnie suche parametry. Jestem czynnym obserwatorem i chcę zobaczyć jak najwięcej. Badając lornetki, chcę się dowiedzieć dlaczego przez jeden sprzęt widzę obiekt, a przez drugi go nie widzę. Przeprowadzając test latarkowy mogę odpowiedzieć sobie na to pytanie przynajmniej w części.

Oprócz określenia ilości światła docierającego do oka obserwatora, test latarkowy umożliwia zbadanie jeszcze jednego parametru - powiększenia. Znając źrenicę wejściową, a następnie mierząc źrenicę wyjściową, możemy podzielić pierwszą wartość przez drugą i uzyskać w ten sposób informację o realnej wielkości powiększenia. Uzyskałem następujące wyniki pomiarów źrenic wyjściowych w badanych lornetkach:

• Oberwerk Ultra - 4,7mm,
• Celestron SkyMaster - 4,3mm.

Dodam, że obaj producenci w swojej specyfikacji podają tę samą wartość źrenicy wyjściowej - 4,7mm.

Zatem powiększenia obu lornet wyglądają następująco:

• Oberwerk Ultra: 70/4,7=14,89x,
• Celestron SkyMaster: 63/4,3=14,65x.

Gdybyśmy nie znali efektywnej apertury lornetki Celestrona, to na bazie informacji zdobytych samodzielnie oraz dzięki specyfikacji producenta moglibyśmy dojść do kompletnie błędnych wniosków. Całkiem niedawno pan Janusz Płeszka zmierzył źrenicę wyjściową SkyMastera za pomocą optimetru Czapskiego. Założywszy (błędnie!) czynną średnicę obiektywu lornetki Celestrona jako 70mm, podzielił tę wartość przez uzyskany przez siebie wynik (4,25mm). Oficjalnie obwieścił, że SkyMaster powiększa 16,47x! Szkoda, że wspomniany pan nie znalazł czasu na bezpośrednie porównanie obu lornet, bo gołym okiem wyraźnie widać, że obraz w Oberwerku albo jest minimalnie większy (!), albo równy z celestronowym. Tak więc wartość powiększenia 16,47x dla celestronowej dwururki można włożyć między bajki.

Posłowie
Mam nadzieję, że powyższy tekst wyjaśnił wiele wątpliwości dotyczących testu latarkowego i spowoduje, że przekonacie się, że nie trzeba wierzyć producentom na słowo. Możecie ich teraz sprawdzić!

Zdaję sobie sprawę, że pewne części artykułu trącą abecadłem, ale chciałem mieć pewność, że niniejsza publikacja będzie zrozumiała także dla osób słabo zaznajomionych z pojęciami związanymi z optyką i mierzeniem podstawowych parametrów lornetek. Zdaję też sobie sprawę, że można podjąć temat inaczej, być może wnikliwiej. Chciałem jednak zaprezentować to, co każdy może sprawdzić w domowych warunkach.

Chciałbym podziękować kilku kolegom z AstroManiaka, którzy podsunęli wiele wartościowych materiałów i swoimi niewygodnymi pytaniami zmobilizowali mnie do mocniejszego zagłębienia się w temat. Dziękuję także Piotrowi Guzikowi i Polarisowi za ich cenne uwagi i wylanie na mój łeb kubła zimnej wody - wtedy, kiedy potrzebowałem tego najbardziej.

Ciemnego nieba!

Literatura:
True aperture? A Quick Way to Measure!
Flashlight Aperture Test Improved
Welche Öffnung gilt denn nun?
Lornetka DO SkyGuide 15x70 czy to prawdziwe parametry?
Dyskusja na Astropolis