De Foucaulttest

Uitpolijsten en meten

We moeten niet wachten tot de spiegel volledig uitgepolijst is vooraleer we hem met de Foucaulttest uitmeten. Al na ongeveer 1 uur polijsten kunnen we voor de allereerste keer onze spiegel op de "optische bank" zetten. Er steeds voor zorgend dat we een derde slag aanhouden zullen we niet te snel polijsten en alle andere voorzorgsmaatregelen beschreven op de vorige bladzijden goed in acht nemen.De bedoeling van het vroege meten met de Foucaulttest is eventuele fouten in een vroegtijdig stadium onmiddellijk bij te sturen omdat tijdens het polijsten eventuele correcties veel trager verlopen. Als we te lang wachten om de eerste metingen uit te voeren en de fouten zijn te groot dan moeten we even terug en zullen enkele wets met poeder nr.1200 moeten slijpen.


Acclimatiseren

Om de spiegel met de optische bank uit te meten moeten we hem eerst afspoelen met water en goed afdrogen. Dan plaatsen we de spiegel op Foucaulttester en laten hem daar een tiental minuutjes staan zodat de spiegel kan acclimatiseren (aanpassen aan de omgevingstemperatuur). Als het water waarmee U de spiegel afspoelt zeer koud is kan dit acclimatiseren veel tijd vergen.Hetzelfde verschijnsel doet zich trouwens ook voor als U de telescoop op een winteravond vanuit de verwarmde huiskamer buiten opstelt. Het eerste uur zal het instrument niet te gebruiken zijn omdat het afkoelen van alle onderdelen van de telescoop zoveel lucht in beweging brengt dat dit de lichtstralen verstoort die door de telescoopbuis passeren. Het onderdeel dat er het langst over doet om te acclimatiseren is de spiegel omdat de 'dikke' glasplaat die zich binnenin de telescoopbuis bevindt uiteraard trager afkoelt dan de dunne buis of andere kleinere telescooponderdelen.

Op de Foucaulttester zal dit opwarmen van de spiegel echter sneller gebeuren omdat hij vrij opgesteld staat.U zal snel genoeg ondervinden wanneer de spiegel klaar is om te meten.


Het straalpunt

Twee bewegingen vd Foucaulttester (1.1Mb)We plaatsen het oog zo dicht mogelijk (enkele millimeter) achter het mes van de Foucaulttester en zullen met de tester net zolang naar alle kanten schuiven tot we het gereflecteerde licht van onze lichtbron net naast het mes opvangen. U zal de eerste keren wel wat moeilijkheden hebben om de lichtbron van de Foucaulttester terug te vinden omdat de lichtbron van de Foucaulttester nogal klein is en omdat we de eerste keer natuurlijk niet weten hoe de positie van de 'spiegelhouder' is.

Om op een snelle manier de positie van het straalpunt terug te vinden kan U gebruik maken van het volgende hulpmiddeltje. U gaat in het straalpunt van de spiegel staan (in ons geval op ongeveer 2,3 meter). Het licht van een kleine zaklantaarn, dat U vlak naast Uw oog houdt, projecteert U richting spiegel. Het is niet nodig dat de lichtbundel van de zaklamp precies naar de spiegel gericht wordt. Met grote, maar trage bewegingen gaat U (hoofd plus licht) in alle richtingen bewegen behalve voor en achteruit. Als U op een bepaald punt de lichtbron, die zich naast Uw hoofd bevindt, in de spiegel voorbij ziet flitsen, dan bent U zojuist met Uw oog de optische as van Uw spiegel gepasseerd. Keer terug en blijf met Uw oog op de optische as. Terwijl een ander persoon de spiegelhouder en spiegel voorzichtig verdraait is het de bedoeling dat U de lichtbron volgt en hij U op deze wijze naar een plaats achter de Foucaulttester loodst.

We zetten ons vlak achter de Foucaulttester en steken onze neus tussen mes en lichtbron. Met het oog zo dicht mogelijk achter de zijkant van het mes zullen we naar de spiegel kijken. Terwijl we de tester voorzichtig naar links en rechts schuiven, gaan we op zoek naar de gereflecteerde lichtstralen van de Foucaulttester. U mag de tester niet te snel over en weer schuiven omdat anders het straalpunt 'aan onze neus voorbij zal gaan'. Het is de bedoeling dat het hele meetapparaat verschoven wordt vermits we het straalpunt opzoeken. Er worden nog geen metingen uitgevoerd. Dus aan de knoppen van de Foucaulttester draaien op dit ogenblik is zinloos.

Een andere manier om de gereflecteerde lichtstralen naast het mes te krijgen is het geprojecteerde straalpunt van de Foucaulttester op een blaadje papier opvangen. Hiervoor moeten we de werkruimte volledig verduisteren. Voordeel van deze manier is dat we deze afstelling uitvoeren zonder hulp van een tweede persoon. Als we het lichtpunt op een blaadje papier net naast het mes opvangen en we schuiven de Foucaulttester over de optische as over en weer totdat het straalpunt zo klein mogelijk is dan staan lichtbron en mes precies in het straalpunt.


Meten

De truc is nu : terwijl we naar de spiegel kijken moet, terwijl de lichtstraal in ons oog geprojecteerd wordt, deze voorzichtig doorkliefd worden met het mes. Dit 'insnijden' in de lichtbundel moet zr traag gebeuren omdat het straalpunt zeer klein is en anders de schaduwen die we moeten zien te snel aan ons oog voorbij gaan. Hiervoor gebruiken we de knop die een haakse beweging maakt met de optische as.  Als we tijdens de Foucaulttest de schaduwen op de spiegel bestuderen moeten we ons voorstellen dat de lichtbron niet naast het mes staat maar dat ze zich op enkele meters aan de zijkant van de spiegel bevindt. Zo is het zeer goed voor te stellen hoe deze schaduwen tot stand komen. Na deze ruwe afstelling zullen we best, zowel aan de spiegel als aan de tester een potloodmarkering geven om de hiervoor beschreven opzoekprocedure niet telkenmale van in het begin hoeven te herhalen.

Mes staat staat vr het straalpunt.

Mes staat staat achter het straalpunt.

Indien we bij het insnijden van het mes in de schaduwkegel geen schaduwen maar een rechtopstaande zwarte rand zien die zich in dezelfde richting beweegt als het mes, dan bevinden mes en lichtbron zich te dicht bij de spiegel. Indien de zwarte rand zich echter in tegengestelde richting beweegt, dan staan we te ver van de spiegel af. Als het mes zich precies in het straalpunt van de spiegel bevindt dan wordt de spiegel heel stelselmatig verduisterd m.a.w. de spiegel zal bij het intreden van het mes in straalpunt stilaan lichtgrijs en stelselmatig donkerder grijs worden totdat hij helemaal zwart ziet. Indien we tijdens het verduisteren geen schaduwen zien dan is de spiegel sferisch.


Zones

Als het mes zich precies in het straalpunt bevindt en er zijn verspreid over het oppervlak enkele schaduwen te zien die zich zowel naar rechts als naar links bewegen (zie abeelding rechts) dan heeft de spiegel foutieve zones en moeten we met een derde slag nog enige tijd verder polijsten. Bij de interpretatie van de schaduwen op de spiegel moet U goed voor ogen houden waar de lichtbron t.o.v. van het mes staat. In de afbeelding rechts (Foucaultgram) staat de lichtbron links en is duidelijk te zien dat deze spiegel een afgezakte rand heeft, op de 85% zone een verhoging heeft, op de 60% zone een lage zone, in het midden een flinke berg met in het centrum een klein putje. Als de lichtbron aan de andere kant zou staan dan hoeven we deze bladzijde enkel ondersteboven te houden om te zien hoe de spiegel er uit ziet. Opgelet voor gezichtsbedrog..!! Indien deze spiegel volledig uitgepolijst is dan moeten we alle viltjes verwijderen en op de hoge zones(85 en 35% zones) ringen kleven zoals te zien is op de pagina van het polijsten met viltjes.  Als we met pek polijsten moeten we deze bijsnijden. Op het eerste gezicht lijkt het of deze spiegel onbruikbaar is om waar te nemen. Maar deze spiegel uit een Newtontelescoop werd enkele jaren geleden op verzoek van de eigenaar uitgemeten (enkel uit nieuwsgierigheid). De eigenaar had niet eens in de gaten dat er wat mis was met dit objectief. Waarschijnlijk hebben tientallen waarnemers zonder iets te merken door dit instrument gekeken. Bij nauwkeurige observaties door ervaren waarnemers valt deze spiegel onmiddellijk door de mand natuurlijk. Vooral bij dubbelsterren zal dit instrument slecht presteren en bij planeetwaarnemingen zal deze telescoop zr slecht presteren omdat het contrast bij dit soort afwijkingen extreem laag ligt. Deze ringvormige afwijkingen noemen we zonale afwijkingen of zonefouten.

Een ander type fout die zich kan voordoen is de plaatselijke 'oppervlaktefouten' zoals hiernaast afgebeeld. De Amerikanen noemen dit soort oppervlaktestructuur zeer toepasselijk 'dog biscuit'. (Volgens mij heeft het meer weg van een borrelnootje. nvds) Waarschijnlijk werd de fout bij deze spiegel veroorzaakt door te snelle slagen en een te grote druk met de pek.

 

 


Turbulentie

Het is mogelijk dat U bij het beoordelen van de spiegel geen scherp, rustig beeld van de spiegel krijgt. Dit kan veroorzaakt worden door luchtstromingen (turbulentie) in de kamer waar U de metingen uitvoert. Zelfs als deze luchtonrust zo klein is dat we ze zelf niet kunnen waarnemen is dit nog voldoende om ons te beletten metingen uit te voeren. Houdt U bij 

Turbulentie van een lucifer (0.5Mb)

Turbulentie van handwarmte (0.4Mb)

wijze van experiment een lucifer enkele centimeter voor de spiegel terwijl U een meting uitvoert; de lucht in de omgeving van de vlam wordt omgetoverd tot een kolkende wervelwind. En laat, terwijl U een meting uitvoert, iemand zijn hand op enkele centimeter voor de spiegel houden. Zoals U zal zien is reeds de warmte van een hand voldoende om U te beletten te meten. En als laatste, en tevens meest verrassende experiment moet U bij de controle van de spiegel in het straalpunt het mes indraaien totdat de spiegel lichtjes verduisterd wordt. Houdt gedurende ongeveer 1 minuut een kootje van de wijsvinger op de rand van de spiegel en bekijk nu de spiegel nogmaals. Ongelooflijk, maar waar Uw vinger de spiegel geraakt heeft staat nu waarachtig een klein heuveltje..!! Na enkele minuten zal dit heuveltje vanzelf verdwijnen. Zoals U ziet is een temperatuursverschil van enkele graden voldoende om plaatselijk zones met de grootte van een onderdeel van de golflengte van het licht op de spiegel waar te nemen.


Terug naar het polijsten

We houden ongeveer een derde slaglengte aan en zorgen er steeds voor dat de hoeken waaronder we spiegel en tool verdraaien niet steeds exact hetzelfde zijn, dan is de kans zr klein dat we zones slijpen. Als het heel lang duurt vooraleer de rand van de spiegel uitgepolijst is (wat normaal is) kunnen we tool en spiegel omdraaien en blijven een derde slag aanhouden. We zullen regelmatig de spiegel uitmeten, de pek persen en eventueel bijsnijden of viltjes vervangen. Ook regelmatig met de microscoop controleren of er nog putjes zijn.

 


Enkele fouten

Ook hier staat de lichtbron telkens links...!

15 cm f/9

Op de bovenste afbeelding zien we een bijna sferische spiegel met centraal een grote berg en daarin een klein putje, maar als we het mes wat dieper in de lichtkegel draaien(onder) ziet hij er opmerkelijk slechter uit.  Bij de reeds aanwezige fouten komt nog een opstaande rand bij en microrippel.  Dit laatste werd veroorzaakt door de viltjes en zal tijdens het polijsten met de pek snel verdwijnen .

15 cm f/8.2

Op de bovenste afbeelding zien we een spiegel met een enorme opstaande rand...!  Ongeveer op de 75% zone zien we een fijne opstaande ring en daarbinnen een verzakt plateau.  Maar het mes staat voor deze test veel te ver naar achter.  Op de onderste afbeelding werd het mes juist geplaatst en we zien een ware metamorfose.  Inderdaad een enorme opstaande rand, maar ook grote berg met daarin (zwak) een verzakt plateau. 
Terug naar 1200
......

25 cm f/6 - 19 cm f/7

Op de bovenste afbeelding(25 cm) zien we een spiegel die klaar is omte worden geparaboliseerd.  De zeer kleine fouten (opstaande rand,  centraal putje en de microrippel) verdwijnen vanzelf tijdens dit proces.
De onderste spiegel(19cm) heeft een klein beetje astimatisme.  De schaduwen die tijdens het indraaien van het mes schuin invallen ipv horizontaal zijn hier zeer kenmerkend voor.

Onervaren waarnemers zullen (behalve de middelste) geen van deze spiegels als slecht beoordelen.  Sterker nog, de meeste beginnende waarnemers zullen niet eens door hebben dat er iets mis is met deze spiegels.  De 25 cm moet natuurlijk wel eerst zijn paraboolvorm krijgen uiteraard.  Van dit kaliber gaan er, spijtig genoeg, massas over de toonbank.  :-(

 


Correcties

afgezakte rand Regelmatig voorkomende fouten en hoe ze verholpen worden kan U in het volgend overzicht zien. Tracht bij het corrigeren van eventuele fouten steeds in te schatten hoe groot deze zijn vooraleer U er zomaar op los begint te polijsten; vooral bij kleine fouten is voorzichtigheid geboden, zoniet moet U daarna in de overgestelde richting corrigeren

De afbeeldingen zijn als het ware een doorsnede van de spiegel maar dan sterk overdreven. De sferische spiegel wordt in alle literatuur en tijdschriften weergegeven als een vlakke plaat (nr1); dit omdat in de foucaulttest een sferische spiegel vlak lijkt, en ook omdat curves anders dan een sfeer eenvoudiger voor te stellen zijn vanuit een rechte lijn.
Nr. 2 wordt speciaal vermeld omdat in de foucalttest menig ervaren slijper zich liet vangen en dacht hier te maken hebben met een parabool.  Maar de lichtbron staat dan aan de verkeerde kant.
Nr. 3 is een lichtjes geparaboliseerde spiegel, we spreken hier van een elliptische spiegel en in vaktermen heet dit prolate sfeer.
Voor de meer ervaren slijpers : dit type spiegel hebben we nodig als hoofdspiegel voor een Brachyt en een  Dall-Kirkham en ook als secundaire spiegel bij een Gregorian telescoop.
Nr.4 is een perfecte parabool en zullen we moeten maken als de openingsverhouding van onze (15 cm) spiegel kleiner is dan f/8.2.  Ook vinden we dit type spiegel terug in de Cassegrain telescoop.
Nr. 5 is een hyperbool en is voor een Newton onbruikbaar maar wel voor een Ritchey-Chretien telescoop.

Nrs 6 t/m 15 zijn afbeeldingen van zonale fouten met telkens de manier van polijsten om deze zo snel mogelijk weg te werken.  (Klik op de 'gewenste' fout linkss voor uitleg en aan de rechterkant voor foto's indien voorradig)