Введение
Линии, расходящиеся от ярких источников света на фотографиях.
Дифракционные лучи – это линии, расходящиеся от ярких источников света, создающие так называемый эффект «звездочки» или «солнечных лучей» на фотографиях и при зрительном восприятии. Это артефакты, вызванные дифракцией света вокруг опорных элементов вторичного зеркала в рефлекторных телескопах, или краев нециркулярной диафрагмы камеры, а также вокруг ресниц и век глаза. Несмотря на схожий внешний вид, это отличается от эффектов «вертикального смазывания» или «расплывания», которые возникают при захвате ярких источников света матрицей CCD (ПЗС).
Поддерживающие лопасти
В подавляющем большинстве конструкций отражающих телескопов вторичное зеркало необходимо располагать на центральной оси телескопа, и поэтому оно удерживается распорками внутри трубы телескопа. Как бы тонки эти распорки ни были, они дифрагируют входящий свет от звезды, что проявляется в виде дифракционных лучей – преобразования Фурье распорок. Эти лучи представляют собой потерю света, который мог бы быть использован для формирования изображения звезды. Хотя дифракционные лучи могут затенять части фотографии и нежелательны в профессиональной астрономии, некоторые астрономы-любители ценят визуальный эффект, который они придают ярким звездам – эффект "Вифлеемской звезды", и даже модифицируют свои рефракторы, чтобы добиться такого же эффекта или облегчить фокусировку при использовании ПЗС-матриц. Небольшое число конструкций отражающих телескопов избегает дифракционных лучей, размещая вторичное зеркало вне оси. Ранние конструкции вне оси, такие как телескопы Гершеля и Шифшпиглера, имеют серьезные недостатки, такие как астигматизм и большое фокусное отношение, что делает их непригодными для научных исследований. Брахимедиальная конструкция Людвига Шупмана, использующая комбинацию зеркал и линз, способна идеально корректировать хроматическую аберрацию на небольшой площади, и конструкции, основанные на брахимедиале Шупмана, в настоящее время применяются для исследования двойных звезд. Существуют также немногочисленные внеосевые, полностью отражающие анастигматы, дающие оптически безупречные изображения. Рефракторы и их фотографические изображения не имеют этой проблемы, поскольку их линзы не поддерживаются системой распорок.
Нециркулярная диафрагма
Диафрагмы с подвижными лепестками используются в большинстве современных объективов камер для ограничения света, достигающего плёнки или сенсора. Хотя производители стремятся сделать отверстие диафрагмы круглым для получения приятного боке, при закрытии диафрагмы до высоких значений f (малых отверстий) её форма стремится к многоугольнику с числом сторон, равным числу лепестков. Дифракция рассеивает световые волны, проходящие через диафрагму перпендикулярно относительно прямым краям, и каждый край создаёт два дифракционных луча, разнесённых на 180°. Поскольку лепестки равномерно распределены по окружности, на диафрагме с чётным числом лепестков дифракционные лучи от лепестков, расположенных друг напротив друга, перекрываются. Следовательно, диафрагма с n лепестками создаёт n лучей, если n чётно, и 2n лучей, если n нечётно.
Сегментированные зеркала
Изображения, полученные с телескопов с сегментированными зеркалами, также демонстрируют дифракционные лучи, возникающие из-за дифракции на краях зеркал. Как и ранее, два луча перпендикулярны каждой ориентации края, что приводит к шести лучам (плюс двум более слабым, вызванным системой опор вторичного зеркала) на фотографиях, сделанных космическим телескопом Джеймса Уэбба.
Грязная оптика
Неправильно очищенная линза или защитное стекло, или с отпечатками пальцев, могут иметь параллельные линии, которые дифрагируют свет аналогично опорным лопастям. Их можно отличить от лучей дифракции, вызванных некруглой диафрагмой, так как они образуют заметное размытие в одном направлении, а от эффекта пересвета на матрице – по их косому углу.
В видении
При нормальном зрении дифракция на ресницах – и из-за краев век при прищуривании – создаёт множество дифракционных лучей. При ветре движение ресниц вызывает лучи, которые перемещаются и мерцают. После моргания ресницы могут вернуться в другое положение, из-за чего дифракционные лучи будут скакать. Это явление классифицируется как энтоптическое. Дифракционные лучи при нормальном зрении у человека также могут быть вызваны некоторыми волокнами в хрусталике глаза, иногда называемыми линиями сутура.
Специальные эффекты
Крос-экранный фильтр, также известный как «звездный» фильтр, создает звездный узор, используя очень тонкую дифракционную решетку, встроенную в фильтр, или, в некоторых случаях, призмы в составе фильтра. Количество звезд и число лучей у каждой звезды зависят от конструкции фильтра. Похожий эффект можно получить, фотографируя яркие источники света через оконную москитную сетку с вертикальными и горизонтальными нитями. Угол расположения лучей звезды зависит от ориентации сетки относительно камеры.
Маска Бахтинова
В любительской астрофотографии маска Бахтинова может использоваться для точной фокусировки небольших астрономических телескопов. Свет от яркой точки, такой как одиночная яркая звезда, попадающий в разные квадранты главного зеркала или линзы, сначала проходит через решетки с тремя различными ориентациями. Одна половина маски формирует узкую форму "X" из четырех дифракционных лучей (синий и зеленый на иллюстрации), а другая половина – прямую линию из двух лучей (красный). Изменение фокуса приводит к перемещению этих фигур относительно друг друга. Когда линия проходит точно через центр "X", телескоп находится в фокусе, и маску можно убрать.