ニュートン望遠鏡

ニュートン望遠鏡は、ニュートン反射望遠鏡または単にニュートンとも呼ばれ、イギリスの科学者アイザック・ニュートン卿が発明した反射望遠鏡の一種で、凹面の主鏡と平面の対角副鏡を使用しています。ニュートンの最初の反射望遠鏡は1668年に完成し、機能する最古の反射望遠鏡として知られています。^{[1]ニュートン望遠鏡のシンプルな設計により、}アマチュアの望遠鏡製作者の間で非常に人気があります。^[2]

ニュートン式望遠鏡は、通常は放物面状の主鏡または対物鏡と、より小さな平らな副鏡で構成されています。主鏡は空の尖った部分から光を集めることを可能にし、副鏡は光を光軸から直角に方向転換して接眼レンズで観察できるようにします。

• 屈折望遠鏡に見られる色収差がありません。
• ニュートン式望遠鏡は、通常、対物レンズの直径（または口径）が同じであれば、他のタイプの同等の品質の望遠鏡よりも安価です。
• 複雑な形状に研磨する必要がある面は 1 つだけなので、全体的な製造は他の望遠鏡の設計よりもはるかに簡単です (グレゴリアン望遠鏡、カセグレン望遠鏡、初期の屈折望遠鏡には、形状を整える必要がある面が 2 つありました。後期のアクロマート屈折望遠鏡対物レンズには、形状を整える必要がある面が 4 つありました)。
• 短い焦点比がより簡単に得られるため、視野が広くなります。
• 接眼レンズは望遠鏡の上端にあります。短い f比と組み合わせることで、よりコンパクトなマウント システムが可能になり、コストが削減され、携帯性が向上します。

• ニュートン式望遠鏡は、放物面鏡を使用する他の反射望遠鏡設計と同様に、コマ収差の影響を受けます。コマ収差は軸外収差であり、画像が光軸に向かって内側にフレアします（視野の端に向かう星は彗星のような形になります）。このフレアは軸上ではゼロで、視野角の増加に伴って線形になり、ミラー焦点距離比（ミラーの焦点距離をミラーの直径で割ったもの）の2乗に反比例します。3次接線コマ収差の式は3θ / 16F²で、θは画像に対する軸外角度（ラジアン） 、Fは焦点比です。焦点比がf/6以下（たとえばf/5）のニュートン式望遠鏡は、視覚または写真撮影に使用するとコマ収差が深刻になると考えられています。^[3]低焦点比の主鏡は、コマ収差を補正するレンズと組み合わせることで、視野全体の画像の鮮明度を高めることができます。^[4]
• ニュートン望遠鏡は、光路に副鏡があるため、中央に障害物があります。この障害物と、副鏡の支持構造 (「スパイダー」と呼ばれる) によって生じる回折スパイクにより、コントラストが低下します。視覚的には、2 本足または 3 本足の湾曲したスパイダーを使用することで、これらの影響を軽減できます。これにより、回折サイドローブの強度が約 4 分の 1 に減少し、画像のコントラストが向上しますが、円形のスパイダーは風による振動を受けやすくなるという潜在的なデメリットがあります。
• ポータブル ニュートン望遠鏡の場合、視準が問題になることがあります。輸送や取り扱いに伴う衝撃により、主望遠鏡と副望遠鏡の位置がずれることがあります。つまり、望遠鏡はセットアップするたびに再調整 (視準) する必要がある可能性があります。屈折望遠鏡や反射屈折望遠鏡 (特にマクストフ カセグレン) などの他の設計では、視準は固定されています。
• 焦点面は非対称点で、光学鏡筒アセンブリの上部にあります。視覚観測の場合、特に赤道儀では、^{[5]鏡筒の向きによって}接眼レンズが非常に悪い視界位置に置かれる可能性があり、大型の望遠鏡でははしごや支持構造物を使ってアクセスする必要があります。^[6]設計によっては、接眼レンズマウントまたは鏡筒アセンブリ全体をより良い位置に回転させる機構が備わっています。研究用望遠鏡の場合、この焦点に取り付けられた非常に重い機器のバランスを考慮する必要があります。

ニュートン式設計には、システムにレンズを追加してカタディオプトリック望遠鏡を作成するバリエーションがいくつかあります。これは、球面収差を補正したり、コストを削減したりするために行われます 。

シュミット・ニュートン式望遠鏡は、ニュートン光学設計と主鏡の前にある全開口シュミット補正板を組み合わせたもので、球面収差を補正するだけでなく、副鏡を支えることもできます。その結果、コマ収差と副鏡の支持による回折効果が少なくなります。 ^[7]

シュミット・ニュートン式と同様に、マクストフ望遠鏡のメニスカス形状の補正鏡をニュートン式の構成に追加することができ、これにより、同様の標準ニュートン式の4分の1のコマとシュミット・ニュートン式の半分のコマで、広い視野にわたって収差が最小限に抑えられます。[8] また、補正鏡に取り付けられた比例的に小さな対角ミラーを使用して高焦点比を使用することで、回折を最小限に抑えることもできます。 [ ^{9 ]}

ジョーンズ・バード式ニュートン望遠鏡（バード・ジョーンズとも呼ばれる）は、放物面鏡の代わりに球面主鏡を使用し、球面収差はサブアパーチャ補正レンズ^{[10]によって補正される。}サブアパーチャ補正レンズは通常、集光管の内部または副鏡の前に取り付けられている。この設計では、望遠鏡の管全体の長さが短くなり（補正レンズによって焦点距離が延長され、「望遠」タイプのレイアウトになる）、球面鏡が安価になるため、望遠鏡のサイズとコストが削減される。この設計の市販バージョンは、正しい形状のサブアパーチャ補正レンズを製造するのが難しいため、光学的に劣っていることが指摘されており、望遠鏡市場の安価な層をターゲットにしている。^[11]

ニュートンの反射望遠鏡のアイデアは新しいものではなかった。ガリレオ・ガリレイとジョヴァンニ・フランチェスコ・サグレドは屈折望遠鏡の発明直後に鏡を像形成対物レンズとして使用することを議論しており^{[12] 、}ニッコロ・ズッキなどの他の人々は1616年にはそのアイデアを実験したと主張している^{[13] 。ニュートンは}ジェームズ・グレゴリーの1663年の著書Optica Promotaを読んだ可能性もある。この本では放物面鏡を使用した反射望遠鏡の設計が説明されている^[14]（グレゴリーはそれを作ろうとしたが失敗していた）。^[15]

ニュートンが反射望遠鏡を作ったのは、それが白色光が色のスペクトルで構成されているという彼の理論を証明できると考えたからである。 ^[16]色の歪み（色収差）はニュートンの時代の屈折望遠鏡の主な欠点であり、その原因については多くの理論があった。1660年代半ば、ニュートンは色彩理論に関する研究で、この欠陥は屈折望遠鏡のレンズが実験していたプリズムと同じように動作し、明るい天体の周りで白色光を虹色に分解することによって引き起こされると結論付けた。^{[17] [18]}これが真実であれば、レンズを使わない望遠鏡、つまり反射望遠鏡を作ることで色収差を排除できることになる。

1668年後半、アイザック・ニュートンは最初の反射望遠鏡を製作した。彼は対物鏡に最も適した材料として、スズと銅の合金（鏡面金属）を選んだ 。後に彼は鏡の成形と研磨の方法を考案し、光学面を研磨するためにピッチラップ^[20]を使用した最初の人物であった可能性がある。彼は製作を簡単にするために、放物面ではなく球形の鏡を選んだ。球面収差は生じるが、色収差は補正される。彼は反射鏡に、ニュートン式望遠鏡の設計の特徴である、主鏡の焦点近くに対角線上に取り付けられた二次鏡を追加し、望遠鏡の側面に取り付けられた接眼レンズに90°の角度で像を反射させた。この独自の追加により、対物鏡の遮蔽を最小限に抑えて像を見ることができた。彼はまた、鏡筒、マウント、および付属品も製作した。ニュートンの最初のバージョンは、主鏡の直径が1.3インチ (33 mm)、焦点比がf/5でした。^[21]彼は、望遠鏡が色の歪みなく機能し、木星の4つのガリレオ衛星と金星の三日月相を見ることができることを発見しました。ニュートンの友人アイザック・バローは、 1671年末に2台目の望遠鏡をロンドン王立協会の小グループに披露しました。彼らはそれに非常に感銘を受け、1672年1月にチャールズ2世に実演しました。ニュートンは同じ年に協会の会員として認められました。

ニュートンもグレゴリー同様、効果的な反射鏡を作るのに苦労した。鏡面金属を研磨して規則的な曲率にするのは困難だった。表面もすぐに変色した。その結果、鏡の反射率が低く、サイズも小さかったため、当時の屈折望遠鏡に比べて望遠鏡を通して見るものは非常に暗かった。こうした製作上の難しさから、ニュートン式反射望遠鏡は当初は広く採用されなかった。1721年、ジョン・ハドレーは大幅に改良したモデルを王立協会に提出した。^{[22]ハドレーは}放物面鏡を作る際の多くの問題を解決した。直径6インチ（150 mm）のニュートン式は、当時の大型の航空屈折望遠鏡に引けを取らないものだった。 ^[23]

• ドブソニアン望遠鏡- 携帯可能なニュートン式望遠鏡の一種
• 望遠鏡の種類一覧
• シュミット・ニュートン望遠鏡
• 反射光学

ウィキメディア・コモンズには、ニュートン式望遠鏡に関連するメディアがあります。

• スミス、ウォーレン J.、現代の光学工学、マグロウヒル社、1966年、p. 400