.
Меню сайта
|
Телескоп астронома-любителя. Школьный телескопТелескоп астронома-любителя. Школьный телескопКаждому, вероятно, известно, что важнейший прибор, главное орудие астронома — это телескоп. Но в чем состоит основное преимущество телескопа перед невооруженным глазом, ясно далеко не всем. Принято думать, что главное свойство телескопа — увеличивать изображения небесных светил. Подходя к телескопу, школьники обычно спрашивают: «А во сколько раз он увеличивает?» На самом деле мощность телескопа определяется не увеличением, а диаметром его объектива. Ведь чем больше диаметр объектива, тем больше его площадь, а значит, и количество света, которое он собирает. Даже небольшой школьный телескоп с диаметром объектива 80 мм собирает света в 250 раз больше, чем глаз. Это объясняется тем, что диаметр зрачка глаза — 5 мм, т. е. в 16 раз меньше диаметра школьного телескопа, а 162 = 256. Поэтому в школьный телескоп мы увидим звезды в 250 раз более слабые, чем невооруженным глазом. Нужно помнить, что звезды даже в самый сильный телескоп кажутся светящимися точками, поэтому к их наблюдениям термин «увеличение» неприменим. Иное дело — Солнце, Луна, планеты, кометы, туманности и другие так называемые протяженные небесные тела. Благодаря сочетанию в оптической системе телескопа объектива и окуляра можно получить увеличенные изображения этих светил. Посмотрим, как они получаются. Объектив телескопа — это система линз, задача которой — построить действительное изображение светила. Это изображение, получаемое в главном фокусе объектива, можно принять на экран, сфотографировать, поставив здесь фотопластинку, или же рассматривать в специальную сложную лупу — окуляр. Расстояние от объектива или окуляра до главного фокуса называется его фокусным расстоянием. Окуляр имеет свое фокусное расстояние, обычно во много раз меньшее, чем у объектива. Увеличение телескопа равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра. Можно подумать, что следует добиваться как можно больших увеличений телескопа. Тогда мы сможем рассмотреть мельчайшие подробности на Луне, Марсе и других планетах. На самом деле это далеко не так. Возможность рассматривать те или иные мелкие подробности (разрешающая сила телескопа) определяется опять-таки не увеличением, а диаметром объектива. Чтобы узнать, какие наименьшие детали можно различить в данный телескоп, надо разделить число 120 на диаметр объектива, выраженный в миллиметрах. Мы получим видимые размеры наименьших различимых деталей в секундах дуги. Напомним, что одна секунда дуги — 1/3600 часть градуса. Это угол, под которым видна обычная спичка с расстояния 400 м. На расстоянии Луны одной секунде дуги соответствует линейный размер детали в 2 км, на расстоянии Марса (в период великого противостояния) — в 300 км. Такие детали можно различить в телескоп с объективом в 120 мм и более. Конечно, применение больших увеличений позволяет лучше рассматривать мелкие детали поверхности Луны или планет. Но оно имеет и отрицательные стороны. При больших увеличениях изображение становится бледным, неясным, так как собранное объективом количество света распределяется на большую площадь изображения. Кроме того, при больших увеличениях во столько же раз возрастают колебания изображения, вызванные колебаниями атмосферы, а также искажения, связанные с несовершенством оптики телескопа (аберрации). Поэтому не следует гнаться за большими увеличениями, а лучше выбрать такое увеличение, при котором светило в данный телескоп видно наиболее четко. Телескопы бывают различных типов. Основные типы — это рефракторы, рефлекторы и менисковые телескопы. Рефрактор — наиболее старый тип телескопа. Слово «рефрактор» означает «преломляющий». Объектив рефрактора состоит из линз, преломляющих падающие на них лучи. Устройство оптической системы рефрактора было описано выше. В СССР для школ выпускаются два типа школьных телескопов-рефракторов. Большая модель (рис. 1) — телескоп с объективом диаметром 80 мм, фокусным расстоянием 800 мм и тремя окулярами, дающими увеличение в 28, 40 и 80 раз. Телескоп смонтирован на так называемой экваториальной установке. Она позволяет, когда телескоп наведен на светило, следить за ним длительное время, поворачивая телескоп только вокруг одной оси. Эта ось, называемая полярной, должна быть направлена на Полярную звезду. Наклон полярной оси к горизонту должен быть равен широте места, которую можно определить по географической карте. Перпендикулярно полярной оси проходит ось склонений. Поворотом трубы телескопа вокруг обеих осей мы наводим его на светило, после чего закрепляем зажимными винтами, и дальше, следя за светилом в окуляр, медленно поворачиваем телескоп с помощью микрометрического ключа. Малая модель школьного телескопа-рефрактора (рис. 2) имеет диаметр объектива 60 мм, фокусное расстояние 600 мм, снабжена окулярами, дающими увеличения в 30 и 60 раз. В отличие от большой модели малая модель школьного телескопа имеет азимутальную установку. В ней труба телескопа может поворачиваться вокруг двух осей: вертикальной и горизонтальной. Чтобы следить за светилом, телескоп приходится поворачивать одновременно вокруг обеих осей, а это представляет большое неудобство1. Ведь суточный путь светила по небу обычно расположен под углом к горизонтальному направлению. К тому же этот угол в течение суток меняется. К обоим телескопам прилагаются различные дополнительные приспособления: солнечный экран, зенит-призма, темные стекла и светофильтры и др. Часто юный любитель астрономии не имеет возможности приобрести фабричный телескоп, но с удовольствием готов взяться за изготовление небольшого телескопа своими силами. Как же сделать самодельный телескоп и что в него можно будет наблюдать? Можно предложить два варианта самодельного телескопа: для начинающих любителей — рефрактор из очковых стекол, для более опытных — самодельный рефлектор. Изготовление самодельного рефрактора — очень простое дело, доступное любому школьнику. Прежде всего нужно достать оптику: объектив и окуляр. В качестве объектива придется использовать простую двояковыпуклую линзу — очковое стекло «конвекс» в 1 диоптрию (фокусное расстояние его равно 1 м). Такие линзы можно достать в оптических магазинах и в аптеках. Если не будет линзы в 1 диоптрию, можно взять в 0,75 или 1,25 диоптрии (их фокусные расстояния будут равны соответственно 133 и 80 см). Линза должна быть непременно круглая и иметь по возможности большой диаметр (до 50 мм). В качестве окуляра можно взять сильную лупу (небольшого диаметра), окуляр от микроскопа (в том числе школьного, имеющегося в продаже в магазинах), от старого теодолита, нивелира или бинокля. Чтобы определить, какое увеличение даст наш телескоп, нужно измерить фокусное расстояние окуляра (фокусное расстояние объектива равно 100 см, деленным на число диоптрий очковой линзы). Сделать это можно так. Наведем в ясный день окуляр на Солнце и расположим за ним лист белой бумаги. Будем приближать и удалять лист, пока не получим самого маленького и яркого изображения Солнца (чтобы бумага не загорелась, окуляр нужно прикрыть засвеченной пленкой или пластинкой). Расстояние между центром окуляра и изображением и будет равно его фокусному расстоянию. Поделив фокусное расстояние объектива на фокусное расстояние окуляра, получим увеличение телескопа. Для самодельного рефрактора оно может составлять 20—50 раз. Трубу телескопа (рис. 3) можно сделать из бумаги или картона (бумажная труба даже лучше и ее проще изготовить). Для этого нужно подобрать несколько листов бумаги большого формата (не меньшего, чем длина будущей трубы) и изготовить деревянную круглую болванку такой же длины, диаметром на 2—3 мм большим, чем линза объектива. На эту болванку лист бумаги надо намотать несколько раз, пока не получится труба необходимой прочности и толщины. При наматывании бумаги необходимо промазывать слои ее клеем. Клей годится и обычный конторский, и казеиновый, и клейстер из картофельной или пшеничной муки грубого помола. Наружную поверхность трубы надо хорошо покрыть лаком, а внутреннюю — вычернить тушью, чтобы избежать вредных отражений света от стенок трубы. Сделать это лучше всего до начала проклеивания трубы. Для окуляра таким же образом делается выдвижная трубка меньшего диаметра (рис. 3). Для изготовления этой трубки подбирается внутренний диаметр ее в зависимости от внешнего диаметра оправы окуляра и делается вторая деревянная болванка такого же диаметра. Длина главной трубы (1) должна быть сантиметров на десять меньше фокусного расстояния объектива, длина окулярной трубки — около 40 см. Окулярная трубка (2) должна плотно на трении вдвигаться и выдвигаться, чтобы можно было наводить телескоп на фокус («на ясное зрение»). Звезды в телескоп при установке на фокус должны казаться яркими точками, а не размытыми дисками. Объективная линза (3) вставляется в передний конец трубы с помощью оправы (4), состоящей из двух картонных колец с разрезом и двух коротких бумажных трубок чуть меньшего диаметра, чем линза. С помощью этих трубок линза плотно зажимается между кольцами. Разумеется, трубу можно сделать и из других подручных материалов: из листовой жести, дюраля и т. д. Наблюдать, держа трубу в руках, очень неудобно. Поэтому надо изготовить для нашего телескопа простой, но удобный штатив. Проще всего сделать деревянный азимутальный штатив, на котором труба может поворачиваться вокруг двух осей: вертикальной и горизонтальной (рис. 4). Однако при такой конструкции штатива трубу нельзя будет наводить на области неба близ зенита.Устранить это неудобство можно. Надо только слегка изменить конструкцию штатива, как показано на рис. 5. Трубу на другом конце горизонтальной оси нужно уравновесить грузом. Чтобы не поддерживать все время трубу рукой, надо сделать стопорный винт, а еще лучше — два: для вертикальной и горизонтальной оси. Вполне по силам любителю и изготовление экваториального штатива по типу показанного на рис. 1. В этом случае полярная ось делается круглого сечения и закрепляется в двух втулках под углом к горизонтальной плоскости, равным широте места. Вторая ось (так называемая ось склонений) устанавливается перпендикулярно ей, как показано на рис. 5. Самодельный рефрактор позволит любителю наблюдать горы на Луне, пятна на Солнце (обязательно прикрывать окуляр темным стеклом!), кольцо Сатурна, фазы Венеры, диск и полосы Юпитера, четыре его спутника, диск Марса, двойные звезды, некоторые звездные скопления (Плеяды, Ясли, хи(c) и аш(h) Персея). Но для сложных наблюдений этот инструмент, разумеется, будет недостаточен. При известном запасе терпения и умении любитель астрономии может изготовить собственными силами хороший телескоп-рефлектор с диаметром главного зеркала в 100— 150 мм (а после приобретения необходимого опыта — и большего размера). Рефлектор отражательный телескоп. В нем роль объектива играет вогнутое зеркало. Если придать отражающей поверхности зеркала форму параболоида вращения, лучи от светила, падающие на зеркало параллельным пучком, после отражения сойдутся в его главном фокусе, где и получится действительное изображение светила. Чтобы его можно было наблюдать и фотографировать, не загораживая падающий пучок лучей, между зеркалом и фокусом, ближе к последнему, ставится под углом 45° плоское дополнительное зеркало, отражающее пучок лучей вбок. В такой системе, называемой системой Ньютона (рис. 6), окуляр находится сбоку трубы. Существуют и другие системы рефлекторов, но они более сложны и для любителя трудноосуществимы. На первых порах можно ограничиться изготовлением сферического главного зеркала. Оно вполне заменит параболическое, и не понадобятся сложные шлифующие машины. Достаточно будет лишь небольшого, но прочного круглого столика или тумбочки, двух одинаковых стеклянных дисков диаметром 100— 150 мм и толщиной 10—18 мм, некоторого запаса шлифующих материалов (абразивов) и ряда несложных деревянных приспособлений. Стеклянные диски можно сделать на заводах автомобильного стекла, иллюминаторного корабельного стекла, в мастерских, изготовляющих зеркала. Но можно взять толстое зеркальное стекло и попросить в мастерской выточить из него диски нужного диаметра2. В качестве абразива лучше всего подходит карборунд (карбид кремния), несколько хуже — корунд и наждак. Абразив состоит из множества зерен. Понадобятся абразивы с зернами различной величины, они обычно обозначаются номерами — от № 40 (самый крупнозернистый) до № 200 (самый мелкозернистый). Нужно следить за однородностью абразива и не допускать засорения мелкозернистых сортов более крупными зернами или смешивания разных сортов абразива. В ходе работы придется приготовить еще более мелкие сорта абразивов; они называются минутниками. Для приготовления их берется стеклянная банка высотой 30 см, наливается в нее вода и высыпается смесь отработанных абразивов. Через 5 минут вода осторожно сливается в другую посуду, а осевшие зерна собираются — это будет пятиминутник. Таким же способом (он называется отмучиванием) выделяются 10-, 20-, 40-, 60-, 120- и 240-минутники. Последняя фракция (часть) абразива — самая мелкая: ее зерна имеют диаметр около 0,001 мм. При шлифовке один из дисков прочно закрепляется на столе, тумбе или бочке с помощью небольшой деревянной доски и трех гвоздей с насаженными на них пробками (рис. 7). Ко второму диску с помощью смолы приклеивается деревянная рукоятка, за которую работающий будет двигать верхний диск по нижнему. Шлифовка начинается самым крупным сортом абразива (№ 40). Порошок абразива замешивается в воде, пока не образуется довольно густая кашица, которая тонким слоем наносится на нижний диск и прикрывается верхним диском. Процесс шлифовки такой. Достаточно осторожно, без нажима, сдвигаем верхний диск к себе и от себя так, чтобы центры дисков смещались на 1/3—1/2 их радиуса. Проделав такое движение (штрих), повернемся немного относительно стола, не выпуская из рук рукоятку верхнего диска, и сделаем новый штрих. Потом еще раз подвинемся вокруг стола, но на этот раз отпустим рукоятку и сделаем третий штрих. Так, чередуя движения вокруг стола с рукояткой и без нее, мы добьемся того, что оба диска будут поворачиваться друг относительно друга, а работающий двигаться вокруг стола и обоих дисков, делая штрихи по различным радиальным направлениям. В результате такого процесса, как показывают теория и опыт, верхний диск (будущее зеркало) получит точно сферическое углубление, а нижний диск (шлифовальник) — такую же выпуклость. По мере приближения углубления к величине, заданной расчетом, нужно переходить ко все более и более мелким сортам абразива, от грубой шлифовки к тонкой. После окончания шлифовки производится полировка зеркала. Полирующим материалом служит обычно крокус (хуже — мумия), а полировальником — шлифовальник. На шлифовальник при этом наносится слой смолы, который делится потом на квадратные ячейки — фасетки. Мы не можем здесь подробно описывать весь процесс шлифовки и полировки зеркала, а также его серебрения и испытания, изготовления диагонального плоского зеркальца, трубы и штатива. Наша задача заключалась лишь в том, чтобы познакомить юных любителей астрономии с этим процессом, показать, что в нем нет ничего сложного или недоступного школьнику. Всем, кто пожелает изготовить себе самодельный телескоп-рефлектор, нужно достать книгу М. С. Навашина «Телескоп астронома-любителя» (Физматгиз, 1962), где весь процесс постройки телескопа описывается очень подробно, или же «Инструкцию к изготовлению самодельного рефлектора», составленную тоже М. С. Навашиным (Изд-во АН СССР, 1962). Третий тип телескопа — менисковый. Он изобретен в 1941 г. советским ученым, членом-корреспондентом Академии наук СССР Д. Д. Максутовым. В этом телескопе, как и в рефлекторе, свет собирает вогнутое зеркало, но не параболическое, а сферическое. Главная особенность телескопа Максутова состоит в том, что на пути падающих лучей ставится мениск — вогнуто-выпуклая линза; она предназначена исправлять искажения, создаваемые главным зеркалом. Менисковый телескоп имеет ряд преимуществ перед другими типами телескопов. Помимо хорошего качества изображений и большой светосилы, в менисковом телескопе пучок лучей как бы складывается втрое (рис. 8). От этого труба получается очень короткой, а сам телескоп — портативным. Для школ выпускается так называемый школьный менисковый телескоп с диаметром зеркала 70 мм (рис. 9). Длина его трубы всего 220 мм, хотя фокусное расстояние составляет 704 мм. Два окуляра дают увеличения в 25 и 70 раз. Установка этого телескопа — азимутальная, настольная, поэтому для наблюдений его надо каждый раз выносить и ставить на небольшой, но высокий стол или кирпичный столб. Любитель, имеющий школьный менисковый телескоп, может улучшить его установку. Для этого надо приделать к горизонтальной оси металлический стержень с противовесом (как на рис. 5), удалить основание штатива с тремя лапами и укрепить вертикальную ось на фотографическом или геодезическом штативе-треножнике (рис. 10). В современных астрономических наблюдениях большую роль играют дополнительные приборы, присоединяемые к телескопу. Обычно это или фотокамера, или спектрограф, или фотоэлектрическое приспособление. Астроному-любителю тоже не следует ограничиваться простым рассматриванием небесных светил в телескоп. Ведь каждому будет приятно получить и показать товарищам собственные снимки Солнца, Луны, звездного неба, метеоров. Некоторые фотографии могут иметь и научную ценность. Поэтому обладателю телескопа — школьного рефрактора, менискового телескопа или самодельного рефлектора — нужно подумать об установке на телескоп фотокамеры. Здесь можно использовать два пути. Можно сделать из фанеры легкую, но прочную камеру для насадки на окулярный конец телескопа. В задней части камеры нужно сделать пазы для кассет, рассчитанных на фотопластинки 6x9 см. Камера должна быть внутри зачернена тушью, а то место, которым она присоединяется к телескопу, оклеено внутри черным бархатом, чтобы не проникал посторонний свет. Фотографирование в этом случае производится на пластинках. Второй путь — использование имеющихся у многих школьников фотоаппаратов типа «ФЭД», «Зоркий», «Зенит». Особенно удобны зеркальные фотоаппараты типа «Зенит», так как их оптическая система позволяет непосредственно видеть светило в момент фотографирования, и притом с использованием оптики телескопа. Объектив фотоаппарата удаляется, и с помощью переходной трубки, которую нужно заказать механику или сделать самому в школьных мастерских, аппарат присоединяется к окулярному концу телескопа. Преимущество такого аппарата — наличие затвора, быстрая смена кадров пленки, удобство в обращении. Фотографировать можно либо в фокусе объектива, либо с окулярным увеличением. В первом случае окуляр из телескопа нужно вынуть. Изображения светил получатся в сравнительно небольшом масштабе, но четкие и яркие (при фотографировании в телескоп с фокусным расстоянием 800 мм диски Солнца и Луны будут иметь в диаметре около 7 мм), Во втором случае окуляр остается на месте. Изображения будут иметь большой масштаб, но станут более бледными из-за уменьшения освещенности. Можно, конечно, увеличить экспозицию, но тогда дрожание инструмента и колебания воздуха смажут, испортят изображение. О том, как фотографировать небесные тела, подробнее рассказывается в следующей статье — «Астрономические наблюдения любителя астрономии». Здесь уместно лишь напомнить, что всякое дополнительное приспособление, присоединяемое к телескопу (фотокамера, солнечный экран), уравновешивается, например, с помощью металлических колец, надеваемых на объективную часть трубы. Усиливается и общий противовес, находящийся на другом конце оси склонений (или горизонтальной оси). Все насадки должны быть жесткими и прочными. Расстояние между камерой и объективом должно изменяться (для наводки на фокус), поэтому камеру надо крепить к окулярной трубке, а не к главной трубе. Различные способы прикрепления фотокамер к любительским телескопам показаны на рис. 11—14. Если имеется возможность, для телескопа надо построить небольшой павильон с откидывающейся крышей (рис. 15). Особенно желательно это для установки самодельного рефлектора, перенос которого каждый раз из помещения на улицу и обратно весьма сложен и нежелателен по многим причинам (изменяется форма зеркала из-за разности температур, каждый раз заново производится установка по Полярной звезде и т. д.). Павильон строится из досок и обшивается фанерой. Части крыши укрепляются на петлях и при наблюдении откидываются, открывая горизонт и все небо. Сам телескоп должен быть смонтирован на прочном кирпичном или деревянном столбе в центре павильона. Высота столба должна быть такой, чтобы точка пересечения осей телескопа была примерно на уровне верхнего края стен павильона. Ширина павильона не менее чем на метр должна превосходить длину трубы телескопа, чтобы можно было вести наблюдения почти при горизонтальном положении трубы. Прежде чем строить павильон, надо сделать его чертежи и по ним небольшой макет павильона из бумаги или картона в масштабе, чтобы проверить, правильно ли подогнаны друг к другу створки крыши и другие детали. Во избежание порчи телескопа от пыли, осадков и других причин трубу надо всегда закрывать крышкой, а весь инструмент — чехлом из водонепроницаемого материала. Верхние створки крыши павильона следует обить листовым железом, чтобы внутрь не проникали капли дождя. Кроме телескопа, в павильоне должны находиться столик или тумбочка и стул или лесенка для наблюдателя. Столик нужен для записей, зарисовок и для хранения во время работы журналов наблюдений, звездных атласов, астрономического календаря, альбома для зарисовок, карандашей, часов и других вещей, необходимых при наблюдениях. На стенах павильона можно повесить подвижную карту звездного неба, карту Луны, рисунки и фотографии небесных светил. Для освещения павильона ночью можно использовать на первых порах карманный фонарик, а затем освещение от батарей или аккумуляторов или же подвести переменный ток от сети. Вот и все оборудование астрономического павильона. Некоторые наблюдения (например, метеоров) потребуют установки фотоаппаратов и других приспособлений, не связанных с телескопом. Это можно сделать вне павильона, оборудовав астрономическую площадку. Как ее устроить и как проводить наблюдения небесных светил, рассказано в упоминавшейся выше статье «Астрономические наблюдения любителя астрономии». За последние годы, особенно в Чехословакии, широко развернулось движение за организацию на местах народных обсерваторий. Большинство этих обсерваторий сооружается любителями астрономии, их организациями и органами народного просвещения. К настоящему времени в Чехословакии создано около 50 народных обсерваторий. Такие же обсерватории возникают в Германской Демократической Республике, Румынии, Болгарии. В Советском Союзе создано несколько десятков народных обсерваторий. Большинство из них находится при дворцах культуры (например, при Дворце культуры Московского автозавода им. Лихачева), при домах Пионеров, планетариях, в парках и т. д. Некоторые народные обсерватории построены методом народной стройки. Среди них — детская обсерватория при Крымской станции юных техников в г. Симферополе, народные обсерватории при школе поселка Новая Прага Кировоградской области, при Херсонском мореходном училище и др. Куйбышевское отделение Всесоюзного астрономо-геодезического общества построило обсерваторию в Зубчаниновке, Эстонское отделение — близ г. Тарту. Во всех народных обсерваториях любители астрономии ведут активную наблюдательскую работу и распространяют астрономические знания среди населения. 1 О том, как избежать этого неудобства в случае азимутальной установки, рассказано в книге П. Г. Куликовского «Справочник любителя астрономии» (Физматгиз, 1961, стр. 246). 2 Если в качестве материала для дисков взято бывшее зеркало, с его задней поверхности необходимо удалить лак и серебряный слой.
|
ПОИСК
Block title
|