雑学

望遠鏡の性能は倍率でなく口径で決る

どんな安物の望遠鏡でも、単に倍率を上げるだけならいくらでも上げられるが、
倍率を上げれば上げるほど、像が暗くなり、また像の輪郭がぼやけてしまって、ちっとも見やすくならない。

見やすくするには、光を集めないといけないし、像の輪郭をシャープにしないといけない。

そして、光をどれくらい集めることができるか、像の輪郭をどれくらいシャープにできるかは、
口径がどれだけ大きいかに掛かっているのだ。

口径が小さいと、光をたくさん集めることができないのは想像できると思うが、実は、それだけではなく、
口径が小さいと、レンズや主鏡の精度をどんなに上げても、像の輪郭はシャープにならないのだ。

　　　           Ａ
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　　　   .     Ｂ .        .        .        .
　　　 ___________________________________________　← レンズ
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　　　 |         .      .      .      .      .   |
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　　　 |                              .          |　← 点Ａから発せられて広がった光は
　　　                                Ｃ            　 レンズのどこを通っても点Ｃに集まる。

上の図は、望遠鏡の外と入口部分の光の走り方を表したものである。
点Ａを発して広がった光は、レンズのどこを通っても、また一点に集まる。
このことは、点Ａから発せられた光に限らず、どの点から発せられた光についても、同様である。
（ただし、どの点から発せられたかによって、集まる位置は異なる）

ところが、実際には、完全には一点に集まらない。
上の図では、光の筋ＢＣは完全な線のように描かれているが、実際には、点Ｂから少しずつ広がり始めるのだ。
（色の違いによる屈折率の違いのことではない。今回は、色の違いによる屈折率の違いはないとして話を進める）
点Ａ以外から発せられた光の分も混ぜて描けば、点Ｂから少しずつ広がり始めるのは当たり前だが、
そういう意味ではなく、光の筋ＡＢの分だけが、向きを変えられた瞬間に、広がり始めるという意味である。
このことは、点Ｂを通った光に限らず、レンズのどこを通った光についても、同様である。

これは、回折と呼ばれる現象で、光が波の性質をもっている以上、絶対に避けられないことなのだ。

そういうわけで、点Ｃには、少し広がってしまったもの同士が集まることになる。
少し広がってしまったもの同士が集まると、それらが干渉し合って、同心円状の模様ができる。
その模様は、中心の円盤が最も明るく、その隣の環が次に明るく、外側の環ほど暗くなって行く。

そして、光が、より広い範囲から集まるほど、すなわち、レンズの口径が大きければ大きいほど、
中心の円盤や環が全体的に小さくなり、また、中心の円盤と環の明暗の差が大きくなって、
像の輪郭が、よりシャープになるのだ。

なぜそうなるかの詳しい説明は略すが、
光がさらに浅い角度から重なり合うと、周りがさらに相殺されて行く感じだと思えば、だいたい合っている。

なお、これらのことは、光をレンズで屈折させる代わりに鏡で反射させる場合についても、同様である。

もちろん、いくら口径が大きくても、レンズや主鏡の精度が低ければ、ぼやけ方は当然ひどい。
同じ大口径でもいろいろな値段のものがあるが、
安いものには安い理由があり、高いものにはそれに見合っただけの値打ちがある。

世界で最も口径の大きい望遠鏡は、ハワイにある「すばる」で、口径が８ｍもある。
８ｍもあるレンズを作るのは技術的に無理なので、光を集めるのに鏡が使われている。
主鏡が８ｍもあると、向きを変える度に鏡自身の重さで鏡の形が歪んでしまうので、
鏡の後を 261本の動力付の棒で支えて、それを１つ１つコンピュータで常に微調整しながら精度を維持している。
主鏡がここまで大きいと、そんな大袈裟なことをしないといけないのだ。

しかしまあ、そんなお化け望遠鏡で見るとどんなふうに見えるのか、一度見てみたいものですねえ (^_^)