Pierwsze spojrzenie przez teleskop potrafi zaskoczyć: budynek może stać "do góry nogami", napis może wyglądać jak w lustrze, a podczas przesuwania teleskopu obiekt porusza się w okularze w kierunku przeciwnym do oczekiwanego. W zdecydowanej większości przypadków nie jest to wada teleskopu. Orientacja obrazu wynika z konstrukcji układu optycznego oraz z tego, czy używamy nasadki kątowej, pryzmatu prostującego albo innego dodatkowego elementu.
 
W astronomii nie istnieje jedna naturalna "góra" i "dół" obrazu. Tarcza Księżyca, Saturn czy galaktyka M31 nie stają się mniej poprawne tylko dlatego, że w jednym teleskopie widzimy je obrócone o 180°, a w innym lustrzanie. Dlatego teleskopy astronomiczne projektuje się przede wszystkim pod kątem jakości obrazu, wygody obserwacji i możliwie małej liczby zbędnych elementów optycznych, a nie po to, aby widok przypominał obraz oglądany gołym okiem.

Najkrótsza odpowiedź: jaki obraz daje jaki teleskop?

Najważniejsze przypadki można podsumować następująco:

Co właściwie znaczy "obraz odwrócony"?

W rozmowach o teleskopach słowo "odwrócony" bywa używane do kilku różnych sytuacji, a to prowadzi do nieporozumień.
 
Obraz obrócony o 180° - to widok, który można doprowadzić do zgodności z rzeczywistością po prostu obracając kartkę lub zdjęcie o pół obrotu. To typowy widok w refraktorze oglądanym na wprost.
Obraz lustrzany - góra i dół mogą być prawidłowe, ale prawa i lewa strona są zamienione względem widoku bezpośredniego. Tak zachowuje się zwykła nasadka kątowa stosowana w refraktorach, Maksutowach i SCT.
Obraz prosty - góra-dół i lewo-prawo odpowiadają temu, co widzimy gołym okiem. Tak działa prawidłowo zastosowany pryzmat Amiciego, a także układy prostujące w lornetkach i lunetach obserwacyjnych.
Obraz obrócony pod dowolnym kątem - jest szczególnie typowy dla Newtonów oraz sytuacji, w których obracamy tubę, nasadkę lub kamerę. W astronomii nie jest to problem techniczny.

Dlaczego soczewka lub lustro odwraca obraz?

Obiektyw teleskopu nie działa jak szyba, przez którą po prostu patrzymy. Jego zadaniem jest zebrać promienie światła wpadające z bardzo odległego obiektu i utworzyć jego rzeczywisty obraz w płaszczyźnie ogniskowej. Promienie pochodzące z różnych części obserwowanego obiektu krzyżują się po przejściu przez obiektyw lub po odbiciu od lustra głównego. W efekcie podstawowy obraz utworzony w ognisku jest obrócony.
 
Okular nie "naprawia" tej orientacji. Jego głównym zadaniem jest powiększenie obrazu utworzonego przez teleskop tak, aby oko mogło go wygodnie obserwować. Dopiero dodatkowe lustra i pryzmaty mogą zmienić orientację obrazu.
 
Dlatego liczba soczewek w obiektywie refraktora nie ma tu zasadniczego znaczenia. Achromat może mieć dwie soczewki, apochromat trzy lub więcej, a mimo to podstawowa zasada tworzenia obrazu pozostaje ta sama.

Refraktor: obraz na wprost i z nasadką kątową

Jeżeli spojrzymy przez refraktor bez żadnej nasadki kątowej, obraz jest obrócony o 180°. Dla obserwacji astronomicznych nie stanowi to żadnego problemu, ale przy oglądaniu krajobrazu może być bardzo niewygodne.
 
W praktyce większość refraktorów astronomicznych używa nasadki kątowej 90°. Może to być nasadka lustrzana albo klasyczna pryzmatyczna. Jej podstawową funkcją jest przede wszystkim wygoda: obserwując okolice zenitu, patrzymy z góry w okular zamiast próbować wciskać głowę pod tubę.
 
Typowa astronomiczna nasadka kątowa daje obraz prawidłowy w pionie, ale lustrzanie odwrócony w poziomie. To całkowicie normalne.

Nasadka kątowa a pryzmat Amiciego - to nie jest to samo

To jedno z najczęstszych źródeł pomyłek.
 
Zwykła nasadka kątowa zmienia kierunek patrzenia, najczęściej o 90°, i ułatwia obserwację nieba. Nie daje jednak obrazu zgodnego lewo-prawo.
 
Pryzmat Amiciego, nazywany również pryzmatem prostującym lub erecting prism, zawiera układ typu roof prism. Odpowiednio zastosowany daje obraz prosty zarówno góra-dół, jak i lewo-prawo. Dlatego jest naturalnym wyborem, jeśli refraktor, Maksutow lub SCT ma służyć także do obserwacji krajobrazu, ptaków, statków albo odległych obiektów naziemnych.
 
Pryzmaty Amiciego występują najczęściej w wersjach 45° i 90°. Wersja 45° jest wygodna przy obserwacji obiektów blisko horyzontu, a 90° lepiej sprawdza się, gdy chcemy często kierować teleskop wysoko na niebo.
 
Sam kąt nasadki nie przesądza o orientacji obrazu. Nasadka 90° może być zwykłą astronomiczną nasadką lustrzaną lub pryzmatyczną, ale może też być pryzmatem Amiciego. Podobnie oznaczenie 45° opisuje przede wszystkim geometrię patrzenia, a nie automatycznie klasę optyczną elementu. Przy zakupie trzeba sprawdzić, czy producent wyraźnie podaje "erect image", "correct image" albo "Amici".

Czy pryzmat Amiciego pogarsza obraz?

Nie można już uczciwie powiedzieć, że każdy pryzmat prostujący jest "zły optycznie". Jakość współczesnych konstrukcji jest bardzo różna - od prostych elementów dodawanych do tanich zestawów po wysokiej klasy pryzmaty przeznaczone także do dużych powiększeń astronomicznych.
 
Konstrukcja Amiciego jest jednak bardziej wymagająca niż zwykłe lustro lub prosty pryzmat kątowy. Krawędź dachowa pryzmatu może przy niedokładnym wykonaniu powodować spadek kontrastu, podwajanie detali albo charakterystyczną linię dyfrakcyjną przy bardzo jasnych gwiazdach i planetach. Małe pryzmaty mogą również ograniczać rzeczywiste pole widzenia szerokokątnych okularów.
 
Dlatego do typowych obserwacji astronomicznych, szczególnie planetarnych przy dużym powiększeniu, najczęściej wybiera się dobrą standardową nasadkę astronomiczną. Jeżeli natomiast prawidłowa orientacja obrazu jest ważna, warto wybrać dobry jakościowo pryzmat Amiciego, zamiast najtańszego prostownika obrazu.

Maksutow i Schmidt-Cassegrain

W teleskopach Maksutowa-Cassegraina i Schmidt-Cassegraina sytuacja z punktu widzenia użytkownika jest bardzo podobna do refraktora. Obserwacja bezpośrednio przez tylny port daje obraz obrócony, natomiast typowa nasadka kątowa zapewnia wygodne obserwacje i obraz prosty w pionie, ale lustrzany w poziomie.
 
Po zastosowaniu odpowiedniego pryzmatu Amiciego można otrzymać obraz zgodny z obserwacją gołym okiem. Właśnie dlatego małe Maksutowy dobrze sprawdzają się jako teleskopy o podwójnym zastosowaniu: astronomicznym i ziemskim.

Newton i Dobson - dlaczego obraz wygląda inaczej?

Newton wykorzystuje lustro główne oraz małe lustro wtórne ustawione pod kątem, które kieruje światło do wyciągu znajdującego się z boku tuby. W takim teleskopie nie ma zwykle standardowej nasadki kątowej - sam układ Newtona wyprowadza okular w bok.
 
Obraz nie ma jednej stałej orientacji "góra-dół" względem obserwatora. Kierunek obrazu zależy od położenia wyciągu, ustawienia tuby i od tego, z której strony patrzymy w okular. W Newtonie na montażu paralaktycznym dodatkowo można obracać tubę w obejmach, a w Dobsonie położenie obserwatora zmienia się wraz z wysokością celu.
 
Dlatego stwierdzenie, że Newton zawsze pokazuje po prostu "do góry nogami", jest zbyt dużym uproszczeniem. Najtrafniej powiedzieć, że obraz jest obrócony względem widoku bezpośredniego, a jego orientacja zależy od geometrii obserwacji.

Czy Newton może służyć do obserwacji naziemnych?

Technicznie jest to możliwe. Istnieją okulary prostujące i dodatkowe układy optyczne, które mogą zmienić orientację obrazu. Nie oznacza to jednak, że Newton jest dobrym odpowiednikiem lunety obserwacyjnej.
 
Problemy są praktyczne: położenie wyciągu bywa niewygodne, orientacja obrazu zależy od ustawienia tuby, dodatkowy prostownik może zmienić wymagane położenie ogniska i pogorszyć jakość obrazu, a duży Newton jest po prostu mało poręcznym instrumentem do patrzenia na krajobraz. Co więcej, w Newtonie nawet układ prostujący nie musi dawać stale takiej samej orientacji ziemskiej przy każdym położeniu tuby i obserwatora.
 
Jeżeli obserwacje naziemne mają być ważną częścią zastosowania sprzętu, znacznie sensowniejszy będzie refraktor, Maksutow albo klasyczna luneta obserwacyjna z układem prostującym obraz.

Szukacz też może odwracać obraz

Podczas wyszukiwania obiektów astronomicznych bardzo ważna jest również orientacja obrazu w szukaczu.
 
Klasyczny prosty szukacz optyczny często daje obraz obrócony o 180°. Trzeba nauczyć się porównywać go z atlasem po odpowiednim obróceniu mapy.
Szukacz kątowy ze zwykłą nasadką może dawać obraz lustrzany.
RACI - Right Angle Correct Image to szukacz kątowy z prawidłowo zorientowanym obrazem. Gwiazdy układają się w nim tak samo jak na standardowej mapie nieba, co dla wielu obserwatorów bardzo ułatwia star-hopping.
Red-dot, reflex finder i Telrad nie tworzą optycznie powiększonego obrazu nieba - patrzymy przez nie zasadniczo bezpośrednio, dlatego orientacja pozostaje naturalna.

Dlaczego lustro "zamienia lewo z prawym"?

Warto przy okazji uporządkować popularne nieporozumienie. Płaskie lustro nie ma specjalnej właściwości zamieniania lewej strony z prawą przy jednoczesnym pozostawianiu góry i dołu bez zmian.
 
Ściślej mówiąc, odbicie lustrzane odwraca kierunek przód-tył, czyli oś prostopadłą do powierzchni lustra. To my interpretujemy rezultat jako zamianę lewej i prawej strony, ponieważ porównujemy odbicie z osobą lub przedmiotem wyobrażonym po obrocie w naszym kierunku.
 
W teleskopie określenie "obraz lustrzany lewo-prawo" jest jednak bardzo użytecznym skrótem praktycznym: opisuje widok z typowej nasadki kątowej w porównaniu z tym, co widzielibyśmy bezpośrednio lub na prawidłowo zorientowanej mapie.

Czy odwrócony obraz przeszkadza w astronomii?

Zazwyczaj nie. Po kilku nocach obserwacji większość użytkowników przestaje zwracać na to uwagę.
 
Na niebie nie istnieje fizyczna "góra". Północ może znajdować się w polu widzenia z lewej, prawej, u góry albo pod dowolnym innym kątem zależnie od teleskopu, montażu, nasadki i położenia obserwowanego obiektu.
 
Orientacja staje się istotna przede wszystkim wtedy, gdy:
• porównujemy pole widzenia z atlasem nieba;
• wyszukujemy słabe obiekty metodą star-hoppingu;
• wykonujemy szkic astronomiczny;
• porównujemy detale Księżyca lub planet z mapą;
• obserwujemy obiekty naziemne.

Atlas nieba i aplikacja: jak nie zgubić się przez odwrócony obraz?

Najprostsza metoda przy papierowym atlasie to po prostu obrócić mapę tak, aby układ najjaśniejszych gwiazd odpowiadał temu, co widzimy w szukaczu lub okularze. W przypadku obrazu lustrzanego sprawa jest trudniejsza, bo samo obrócenie kartki nie zmieni jego "ręczności".
 
Współczesne programy planetarium i aplikacje astronomiczne często pozwalają obracać pole widzenia oraz odbijać je w poziomie lub pionie. Warto skonfigurować w aplikacji osobne pole widzenia dla teleskopu i szukacza. Wtedy ekran może naśladować orientację obrazu rzeczywiście widzianego w sprzęcie.
 
To szczególnie pomaga przy galaktykach, małych mgławicach planetarnych i gęstych polach Drogi Mlecznej, gdzie pomylenie jednej gwiazdy z drugą jest bardzo łatwe.

Dlaczego obiekt porusza się "w złą stronę", gdy przesuwam teleskop?

To również skutek orientacji obrazu. W teleskopie pokazującym obraz obrócony lub lustrzany kierunek ruchu w polu widzenia nie musi odpowiadać intuicyjnemu ruchowi ręki.
 
Początkującym szczególnie trudno jest wtedy utrzymać planetę przy dużym powiększeniu. Najlepszym rozwiązaniem nie jest zapamiętywanie nazw kierunków, lecz wyrobienie odruchu: delikatnie przesuwamy teleskop i obserwujemy, w którą stronę porusza się obiekt w okularze. Po kilku sesjach staje się to automatyczne.

Księżyc i planety - która orientacja jest "prawidłowa"?

Każda, o ile wiemy, jak została uzyskana.
 
Fotografie Księżyca i planet są bardzo często obracane lub odbijane podczas obróbki, aby odpowiadały przyjętej konwencji albo po prostu lepiej mieściły się w kadrze. Orientacja widziana w okularze nie świadczy więc o jakości teleskopu.
 
Jeżeli wykonujemy szkice lub dokumentujemy zjawiska - na przykład tranzyt cienia księżyca Jowisza - warto zanotować orientację obrazu albo kierunki niebieskie. Wtedy późniejsze porównanie obserwacji z mapą lub fotografią będzie jednoznaczne.

A co z astrofotografią?

W fotografii orientacja optyczna jest jeszcze mniej problematyczna. Kamera rejestruje obraz w takiej orientacji, jaka wynika z położenia sensora i całego toru optycznego, a gotową klatkę można dowolnie obrócić lub odbić bez utraty informacji.
 
W astrofotografii ważniejsze jest świadome ustawienie kadru - szczególnie gdy fotografujemy rozległą mgławicę, kilka galaktyk w jednym polu albo tworzymy mozaikę. Do tego służy obrót kamery lub rotator, a ostateczną orientację można ustalić podczas obróbki.

Czy Barlow albo inny okular wyprostuje obraz?

Typowa soczewka Barlowa nie jest prostownikiem obrazu. Zwiększa efektywną ogniskową układu i powiększenie uzyskiwane z okularem, ale zasadniczo nie służy do zmiany orientacji.
 
Zwykła zmiana okularu również nie powoduje przejścia z obrazu lustrzanego na prawidłowy. Jeżeli chcemy uzyskać obraz ziemski, potrzebny jest element zaprojektowany specjalnie do jego prostowania - najczęściej pryzmat Amiciego albo odpowiedni układ prostujący.

Czy warto kupować nasadkę prostującą tylko do astronomii?

Najczęściej nie ma takiej potrzeby.
 
Jeżeli teleskop służy niemal wyłącznie do obserwacji Księżyca, planet, gwiazd, mgławic i galaktyk, standardowa dobra nasadka astronomiczna jest zwykle prostszym i bardzo dobrym rozwiązaniem. Po krótkim czasie mózg przyzwyczaja się do orientacji obrazu.
 
Pryzmat Amiciego ma największy sens, gdy:
• tym samym teleskopem często obserwujemy obiekty naziemne;
• prawidłowa orientacja jest dla użytkownika szczególnie ważna;
• używamy instrumentu jako dużej lunety obserwacyjnej;
• chcemy łatwo porównywać widok z mapą bez odbicia lustrzanego.

Jaka nasadka do jakiego zastosowania?

Czy dodatkowa optyka zawsze pogarsza obraz?

Każda dodatkowa powierzchnia optyczna może wprowadzić straty transmisji, rozproszenie, aberracje lub błędy wykonania. Nie oznacza to jednak, że dobra nasadka kątowa albo dobry pryzmat w zauważalny sposób zepsuje obraz.
 
Współczesne wysokiej klasy lustra dielektryczne i pryzmaty mają bardzo wysoką sprawność i dokładność powierzchni. W praktyce jakość konkretnego elementu jest ważniejsza niż samo stwierdzenie, że w torze optycznym znajduje się dodatkowe lustro lub pryzmat.
 
W tanich prostownikach obrazu częściej spotyka się małą aperturę czynną, gorsze powłoki, nieprecyzyjną geometrię oraz większe rozproszenie światła. To właśnie dlatego prosty element dołączony do bardzo taniego teleskopu może dawać słabszy obraz niż dobra nasadka astronomiczna.

Najczęstsze pytania

Czy teleskop jest uszkodzony, jeśli wszystko jest do góry nogami?
Nie. W większości teleskopów astronomicznych jest to normalny rezultat konstrukcji optycznej.
 
Czy mogę po prostu obrócić okular?
Nie. Obracanie typowego okularu wokół własnej osi nie zmieni orientacji obrazu.
 
Czy zwykła nasadka kątowa daje obraz ziemski?
Nie w pełni. Zazwyczaj prostuje obraz w pionie, ale pozostawia odbicie lustrzane lewo-prawo.
 
Czy pryzmat Amiciego daje prawidłową orientację?
Tak. Prawidłowo zastosowany pryzmat Amiciego daje obraz prosty i zgodny lewo-prawo.
 
Czy Amici nadaje się do planet?
Może się nadawać, szczególnie jeśli jest wysokiej jakości. Do maksymalizacji kontrastu i rozdzielczości przy dużych powiększeniach wielu obserwatorów wybiera jednak standardową wysokiej klasy nasadkę astronomiczną.
 
Czy Newtona można używać w dzień?
Można, ale zwykle jest to niewygodne i nie jest głównym przeznaczeniem tej konstrukcji.
 
Czy odwrócenie obrazu zmniejsza ilość widocznych szczegółów?
Nie. Sama orientacja obrazu nie ma wpływu na rozdzielczość teleskopu ani ilość zbieranego światła.

Podsumowanie

Odwrócony lub lustrzany obraz w teleskopie astronomicznym jest zjawiskiem normalnym, a nie oznaką wady sprzętu. Refraktor, Maksutow i SCT mogą łatwo uzyskać prawidłowy obraz ziemski po zastosowaniu pryzmatu Amiciego. Zwykła nasadka kątowa służy przede wszystkim wygodzie obserwacji i najczęściej pozostawia obraz lustrzany. Newton pokazuje obraz o orientacji zależnej od geometrii całego układu i z założenia jest przede wszystkim teleskopem astronomicznym.
 
Do obserwacji nieba nie trzeba prostować obrazu za wszelką cenę. Znacznie ważniejsze są jakość optyki, właściwie dobrane powiększenie, stabilny montaż i dobre warunki obserwacyjne. Jeżeli natomiast teleskop ma służyć również jako luneta do obserwacji naziemnych, wtedy prawidłowo dobrany pryzmat prostujący ma bardzo duży sens.