Praktycznie żaden instrument optyczny nie tworzy idealnego obrazu obserwowanego obiektu - każdy z nich wprowadza pewne zniekształcenia. Astrofotografia to dziedzina, w której te zniekształcenia są szczególnie wyraźnie widoczne. Poniżej przedstawiam krótką charakterystykę tych najczęściej spotykanych.
Pojawia się tylko w układach, w których następuje refrakcja (załamanie światła). Każda barwa (fale o różnej długości) są załamywane pod innym kątem w wyniku czego światło czerwone skupia się dalej, niebieskie najbliżej (rys.2.1.). Poziom aberracji chromatycznej określa tzw. współczynnik dyspersji materiału, z którego wykonany jest element załamujący światło.
Rys.2.1. Aberracja chromatyczna w pojedynczej soczewce
Ta wada bardzo niekorzystnie wpływa na jakość uzyskiwanych obrazów - w danej chwili możemy zogniskować tylko konkretny kolor, pozostałe tworzą więc rozmyte, barwne otoczki wokół obserwowanych przedmiotów. Jest to szczególnie dokuczliwe przy obserwacji kontrastowych obiektów (np. jasne elementy na czarnym tle). Na fotografiach astronomicznych aberracja chromatyczna jest wyjątkowo dobrze widoczna i ujawnia się na każdej jaśniejszej gwiazdce.
Może pojawić się zarówno w układach refrakcyjnych jak i refleksyjnych. Promień światła przechodzący/odbity w różnej odległości od osi optycznej (środka soczewki/zwierciadła) załamuje się pod różnym kątem (wszystkie barwy składowe tak samo) - rys.2.2. Efekt występuje w przypadku zastosowania zwierciadeł lub soczewek sferycznych (ich krzywizny są wycinkiem sfery) i jest odwrotnie proporcjonalny do trzeciej potęgi światłosiły (im większa światlosiła tym mniejsza aberracja).
Rys.2.2. Aberracja sferyczna w soczewce i zwierciadle
W wyniku aberracji sferycznej spada ostrość obrazu w całym polu widzenia.
Może pojawić się zarówno w układach refrakcyjnych jak i refleksyjnych. Wada jest związana ze skośnymi wiązkami światła, czyli takimi, które nie są równoległe do osi optycznej instrumentu (ich źródło znajduje się poza osią optyczną). Promienie padające na soczewkę lub zwierciadło tworzą inny kąt z powierzchnią elementu optycznego w wyniku czego zostają inaczej załamane/odbite (rys.2.3.). W wyniku tego promienie padające dalej od środka soczewki lub zwierciadła nie są ogniskowane w jednym punkcie, ale tworzą okręgi o średnicy tym większej im dalej od środka przechodził promień światła. Środki tych okręgów są przesunięte względem siebie i w efekcie tworzą obraz przedstawiony na rys.2.3.. Przesunięcie środków może następować w kierunku osi optycznej (lewa strona rysunku) - mamy wówczas do czynienia z komą ujemną (negatywną), lub w kierunku odwrotnym (prawa strona rysunku) - mamy wówczas do czynienia z komą dodatnią (pozytywną). Wada jest odwrotnie proporcjonalna do ogniskowej instrumentu (tym większa im krótsza ogniskowa).
Rys.2.3. Koma ujemna i dodatnia w układzie refrakcyjnym
Na fotografiach astronomicznych w wyniku komy gwiazdy na brzegach rozciągają się i nie tworzą punktów, tylko mini kometki lub przecinki rozbiegające się od środka lub zbiegające do środka kadru.
Może pojawić się zarówno w układach refrakcyjnych jak i refleksyjnych. W idealnym przypadku wszystkie punkty obrazu tworzonego przez soczewkę lub zwierciadło powinny znajdować się na jednej płaszczyźnie. Niestety większość układów optycznych ogniskuje obraz na zakrzywionej powierzchni ułożonej symetrycznie wokół osi optycznej (tzw. powierzchnia Petzvala) - rys.2.4.. Promień tej krzywizny mocno zależy od rodzaju układu optycznego, jednak mocno uogólniając można stwierdzić, że jest proporcjonalny do ogniskowej.
Rys.2.4. Krzywizna pola (powierzchnia Petzvala) pojedynczej soczewki i zwierciadła.
Efektem krzywizny pola jest brak możliwości wyostrzenia obrazu w całym polu widzenia, np. obraz ostry w środku będzie rozmywał się na brzegach, tym mocniej im dalej od środka osi optycznej. Efekt ten będzie tym większy im mniejszy promień krzywizny Petzvala (powierzchnia na której ogniskuje się obraz będzie bardziej wypukła/wklęsła).
Powyższy opis nie wyczerpuje oczywiście tematu wad optycznych. Wybrałem jedynie cztery najczęściej spotykane, będące podstawowym źródłem problemów w astrofotografii. Należy uwzględnić, że w większości przypadków układ optyczny wykazuje kilka aberracji, a ich efekty kumulują się, co może znacznie utrudnić ich identyfikację.