Телескоп любителя астрономии.

Как известно, телескопы делятся на рефракторы и рефлекторы. В первых объективом служит пара линз из разных сортов стекла, имеющих четыре сферические поверхности совершенно определенной кривизны. Изготовление такого объектива любительскими средствами практически невозможно. Любитель, конечно, может собрать рефрактор из готовых линз (начиная с очковых стекол), но такой телескоп в большинстве случаев дает небольшие увеличения.

наиболее доступен для изготовления его любителем. Объективом в нем служит вогнутое сферическое или параболическое зеркало Об. Конус лучей, отраженных от главного зеркала, перехватывается плоским диагональным зеркалом 3 и направляется вбок под углом 90° к главной оптической оси объектива. В вершине конуса лучей (в фокусе главного зеркала) получается изображение наблюдаемого объекта, которое рассматривается в окуляр Ок, служащий для увеличения изображения.

Как известно из геометрической оптики, только вогнутая параболоидальная поверхность может собрать в одну точку параллельный пучок лучей. Сферическое зеркало этого сделать не может. Если вдоль главной оптической оси вогнутого сферического зеркала направить пучок параллельных лучей, то лучи, отраженные от внешних зон зеркала, соберутся ближе лучей, отраженных его центральным зонами.

Это явление называется сферической аберрацией, Параболоидальное зеркало сферической аберрации не дает. Однако при определенном минимальном отношении фокусного расстояния зеркала к его диаметру (это отношение называется относительным фокусом) параболоидальную поверхность зеркала можно заменить сферической без вреда для качества изображения. Сферическую же поверхность изготовить и проверить гораздо легче, чем параболоидальную. Для сферических зеркал диаметром 100, 120 и 150 мм относительный фокус соответственно не должен быть меньше 7,1; 7,5 и 8,1.

Практически допустимое фокусное расстояние главного зеркала не должно быть меньше 710, 900 и 1200 мм. Фокусное расстояние зеркала зависит от его кривизны, которая определяется радиусом кривизны R. Радиус кривизны равен удвоенному фокусному расстоянию: R = 2F. Увеличение W телескопа зависит от отношения фокусного расстояния F главного зеркала к фокусному расстоянию f окуляра W=F/f

Труба и установка самодельного телескопа.

В телескопе-рефлекторе системы Ньютона есть малое диагональное плоское зеркало. Оно устанавливается на оптической оси главного зеркала под углом 45° к ней и отклоняет вбок в окуляр конус лучей, отраженных главным зеркалом. Фокус окуляра, вставленного в окулярный тубус, должен совпадать с фокусом главного зеркала - вершиной конуса отраженных им лучей; этим требованием определяется положение плоского зеркала на оптической оси телескопа.

Обычные плоские зеркала, употребляемые в быту, для этой цели, безусловно, не годятся, а изготовить хорошее плоское зеркало в любительских условиях довольно трудно. Плоское зеркало можно заменить призмой полного внутреннего отражения, применяемой в призменных биноклях. При главном зеркале диаметром 100-120 мм размеры прямоугольных граней призмы,, расположенных под углом 90^, должны быть от 25 х 25 до 30 X 30 мм. В телескопе одна из этих граней обращена к главному зеркалу, другая - к окуляру.

В качестве диагонального зеркала можно использовать плоскую поверхность плоско-выпуклой или плоско-вогнутой линзы, поверхность светофильтра от фотоаппарата или любую оптически точную плоскость, покрыв ее слоем серебра или алюминия.

Плоское зеркало может быть круглым, эллиптическим пли прямоугольным с отношением осей или сторон 1 : 1,4. Его размеры определяют из графического построения конуса лучей, отраженных главным зеркалом (объективом). Малую ось (поперечный размер) плоского зеркала следует взять немного больше полученной из построения.

Объектив и окуляр монтируются в трубе (тубусе) телескопа. Для крепления главного зеркала необходима оправа, которая обеспечивает регулировку положения зеркала.

Деревянная оправа представляет собой круглую или восьмигранную дощечку на 15-20 мм больше диаметра зеркала и толщиной не менее 10 мм. На этой дощечке между четырьмя отрезками толстостенной резиновой трубки, надетыми на шурупы, устанавливают главное зеркало. Чтобы оно не выпало, под головки шурупов подложены пластмассовые шайбы. (Зажимать зеркало этими шайбами ни в коем случае нельзя.) В качестве задней опоры зеркала можно использовать три кружка, вырезанных из резины или кожи. Кружки приклеиваются к дощечке па расстоянии 120е друг от друга, так, чтобы они были расположены близко от края зеркала.

Труба (тубус) телескопа может быть заменена "чикинской доской", названной так по имени А. А. Чикина. Основанием такой трубы служит сухая прочная доска шириной немного более диаметра главного зеркала и длиной немного более его фокусного расстояния. На одном конце доски, перпендикулярно к ней, укреплена квадратная толстая дощечка 1. Ее положение фиксируется металлическими укосами или угольниками.

На этой дощечке между четырьмя отрезками толстостенной резиновой трубки, надетыми на шурупы 2, устанавливают главное зеркало. Чтобы зеркало не выпало, под головки шурупов подложены пластмассовые шайбы 3. Задняя поверхность зеркала лежит на закругленных концах трех длинных шурупов 4, ввернутых в квадратную дощечку на расстоянии 120' друг от Друга, ближе к краю зеркала. Концы шурупов выступают на несколько миллиметров из дощечки и служат для юстировки телескопа. Если изготовлена описанная выше оправа, то она, вместе с зеркалом, крепится при

помощи трех шурупов, пропущенных сквозь эту дощечку и ввинченных в оправу. На шурупы, между дощечкой и оправой, надеваются прокладки из мягкого ластика или пружины для наклона оправы с зеркалом при юстировке. На противоположном конце чикинской доски просверливается отверстие, в которое наглухо вставляют окулярный тубус.

Удобнее отдельную дощечку с окулярным узлом укрепить сбоку "чикинской доски". Расстояние между окулярным тубусом и главным зеркалом должно быть таким, чтобы после отражения лучей в призме фокус главного зеркала совпал с фокусом вставленного в окулярный тубус окуляра. Оно равняется фокусному расстоянию зеркала минус отрезок между центром отражающей поверхности призмы и фокусом окуляра.

Стойку держателя призмы 5 вставляют или ввертывают в доску с таким расчетом, чтобы оптическая ось главного зеркала и ось окулярного тубуса проходили через середину отражающей поверхности призмы (диагонального зеркала).

Трубу телескопа можно сделать четырехгранной. Из толстой фанеры выпиливают четыре рамки 6, которые по углам соединяют продольными брусками 7. Собранный таким образом каркас обшивается картоном или тонкой фанерой 8.

Нетрудно изготовить и круглую картонно-металлическую трубу. Из металла (можно использовать алюминиевые кастрюли подходящего диаметра) делают кольца жесткости (/-//), чашку для оправы главного зеркала (///) и крышку трубы (IV). В кольца вставляют трубу, склеенную из трех слоев картона. Наружную поверхность второго и третьего листов картона равномерно смазывают жидким столярным или казеиновым клеем и один за другим листы вклеивают; второй внутрь первого, а третий внутрь второго.

Стыки листов картона не должны совпадать. Снаружи, в промежутках между кольцами" трубу до высыхания следует плотно обвязать бечевкой. Готовую трубу зачищают мелкой шкуркой и окрашивают: снаружи лучше всего белой или светлосерой, а внутри матовой черной краской или оклеивают черной "бархатной" бумагой. Наружный шов надо заклеить перед окраской полоской бумаги или материи.

Длина трубы при всех ее конструкциях примерно равна фокусному расстоянию главного зеркала. Внутренний диаметр трубы (или круглого выреза в рамках при квадратной трубе) составляет примерно 1,25 диаметра главного зеркала. Нижняя чашка (///) круглой трубы, где помещено главное зеркало, должна быть съемной, чтобы можно было к нему проникнуть.

С этой же целью делают сбоку в трубе отверстие, которое закрывается отодвигающейся крышкой (оно указано штриховой линией).

Окулярный тубус и призма на стойке монтируются на отдельной дощечке-основании. В переднем кольце трубы / вырезают отверстие 9 для окулярного тубуса и отверстия для винтов крепящих окулярный узел. Между основанием окулярного узла и кольцом на эти винты надевают резиновые шайбы для регулировки положения окулярного узла. Среднее кольцо (//) предназначено для крепления трубы к установке.

Установка телескопа должна быть устойчивой и удобной. Параллактическая головка имеет часовую ось 2, расположенную параллельно оси вращения Земли, и ось склонений 1 перпендикулярную к часовой оси. Часовая ось, наклоненная к горизонту под углом, равным географической широте места - фи, поворачивается в подшипниках опоры, прикрепленных к верхней площадке

штатива (в стационарной установке- на колонне 3).

Ось склонений вместе с телескопом поворачивается в подшипниках опоры, которая жестко насажена на верхний конец часовой оси.

Противовес на конце оси склонений служит для уравновешивания телескопа. Устройство простой параллактической головки, основные детали которой выполнены из прочного дерева, пластмассы или текстолита, показано на рисунке. Диаметр шурупов или винтов, играющих роль осей, не менее 5-6 мм. Если детали деревянные, для ввертывания шурупов предварительно лучше просверлить отверстия в 2/3 диаметра самих шурупов. В случае пластмассовых или текстолитовых деталей для винтов нужна такая резьба, чтобы они входили в нее туго.

Простой штатив состоит из толстой деревянной стойки 1, верхний конец которой 2 срезан под углом фи к горизонту. К плоскости среза крепится опорная площадка для часовой оси. К нижней части стойки прибивают ножки 3, укрепленные укосами 4, на выступающие концы которых опирается штатив.

На рисунке выше показан более совершенный вариант любительского телескопа, на тубусе которого показаны детали а и б визира для наведения телескопа на светило.

Если телескоп не переносный (стационарная установка), штатив заменяется кирпичной колонной или просто бревном, врытым в землю.

К телескопу нужно иметь набор не менее трех окуляров: слабый с фокусным расстоянием 25-30 мм, средний 10-15 мм и сильный - 5-7 мм. В простейшем случае окуляром может служить однолинзовая лупа. Можно использовать окуляры от бинокля, микроскопа, теодолита или объективы от малоформатных фото- и кинокамер. Для сборки окуляров годятся отдельные компоненты от объектов для микроскопа и другие одиночные линзы или клееные пары линз с фокусным расстоянием от 5 до 30 мм.

Работа с самодельным телескопом

Телескоп необходимо отъюстировать, т. е. добиться, чтобы оптические оси главного зеркала и окуляра совпадали, причем призма или диагональное зеркало должны перехватывать весь конус лучей, отраженных главным зеркалом (объективом).

Достигают этого следующим образом. Не вставляя окуляра и держа глаз на некотором расстоянии от окулярного тубуса, смотрят через него на призму (плоское зеркало) так, чтобы ближний и дальний по отношению к глазу края тубуса располагались концентрически. Передвигая или слегка наклоняя стойку призмы, помещают центр ее отражающей плоскости точно в центр тубуса (на его оси).

Затем, меняя наклон призмы, добиваются, чтобы центр отражения в ней главного зеркала был виден точно в середине и отражающей поверхности призмы и окулярного тубуса (для удобства юстировки можно наметить темной краской точку в центре главного зеркала). Наконец, изменяя наклон главного зеркала тремя юстировочными винтами, на которых оно лежит, приводят отражение призмы в главном зеркале в центр всей наблюдаемой картины. (При ввертывании какого-либо из юстировочных винтов изображение призмы перемещается по направлению к этому винту, при вывертывании-от него).

Если телескоп отъюстирован

точно, то в центре отражения призмы будет еще видно отражение глаза наблюдателя. Неправильная (а) и правильная (б) юстировки телескопа показаны на рисунке выше.

Поле зрения телескопа мало, поэтому, чтобы легче отыскать объект наблюдения, на тубусе телескопа монтируют искатель. Простейшим искателем может служить приспособление, подобное мушке ружья (визир) (рис. 24, а и б). Прицел расположен так, что объект пойманный на мушку, виден в центре поля зрения телескопа. Более совершенный искатель - это небольшая зрительная труба с малым увеличением и большим полем зрения, снабженная окуляром с крестом нитей. Ее оптическая ось располагается параллельно оптической оси телескопа.

Искателем может также служить самодельная зрительная труба из очковых стекол, труба с объективом из случайной линзы (например, из насадочной линзы от фотоаппарата) и короткофокусной лупы вместо окуляра, имеющиеся в продаже зрительная труба или монокуляр ("половинка бинокля") и пр. Теперь можно приступить к испытанию телескопа. Найдем высоко над горизонтом звезду 3-4-й звездной величины и наведем окуляр (с большим увеличением) на предельную резкость. Заметим, что качество изображения определяется состоянием атмосферы и оптикой телескопа (предполагается, что телескоп тщательно отъюстирован). При хороших оптических качествах телескопа и благоприятном состоянии атмосферы звезда в телескоп видна как маленький резко очерченный диск, окруженный несколькими концентрическими светлыми колечками - дифракционными кольцами.

Плохие атмосферные условия вызывают дрожание, изменение формы изображения звезды. Когда же спокойное изображение звезды не удается сделать резким и оно остается размытым кружком либо имеет неправильную форму, оба зеркала (или одно из них) не удовлетворяют предъявляемым требованиям. Если при смещении окуляра с резкой наводки на фокус вперед (предфокальное изображение) или назад (зафокальное изображение) видны не кружки, а овалы, которые вытянуты во взаимно перпендикулярных направлениях, это указывает на наличие астигматизма-

Тогда прежде всего надо попытаться изменить наклон окулярного тубуса тремя регулировочными винтами, на которых он укреплен. Если астигматизм не исчезает, значит, он присущ одному из зеркал (правильность юстировки должна быть предварительно проверена). Поэтому одновременно с испытанием главного зеркала теневым прибором необходимо, пользуясь сильным окуляром, проверить качество изображений искусственной звезды (фокального, предфокального и зафокального).

Какие недостатки в качестве изображения зависят от состояния атмосферы, а какие от оптических свойств телескопа, - можно установить только после проведения нескольких проверочных испытаний. Заметим, что очень хорошие оптические качества главного зеркала могут быть сведены на нет диагональным зеркалом, если его отражающая поверхность не вполне плоская.

Выбор увеличения окуляров определяется атмосферными условиями. При неудовлетворительном состоянии атмосферы большие увеличения бесполезны. Максимальное увеличение, при котором полностью используется разрешающая сила главного зеркала (объектива), численно равно диаметру зеркала в миллиметрах, т. е. для зеркала диаметром 100 мм- увеличение в 100 раз и т. д. Применяя большие увеличения, если это позволяет яркость объекта, нельзя увидеть подробностей, хотя изображение и будет больше по размерам. Практически это увеличение может быть и больше, например, для Луны, Марса, двойных звезд оно может достигать и величины. численно равной 2D.

Солнце удобнее всего наблюдать, проектируя его изображение на экран, который устанавливают против окуляра Рассеянный солнечный свет сильно не мешает, так как изображение, не очень далекое от окуляра, получается достаточно ярким. Можно защитить экран от рассеянного света куском картона или темной ткани.

Смотреть на Солнце в телескоп без защитных приспособлений нельзя - можно мгновенно потерять зрение! Применять темные стекла (например, употребляемые при сварке) нужно также осторожно: в фокусе окуляра концентрируются и тепловые лучи, и нередко такое стекло при наблюдении Солнца лопается, отчего могут пострадать глаза наблюдателя.

Фотографирование небесных объектов

Для фотографирования небесных объектов хорошо использовать зеркальную камеру, например "Зенит", укрепив ее при помощи переходной трубки на окулярном тубусе. Объектив фотоаппарата вывертывается. Переходная трубка должна иметь на одном конце резьбу, соответствующую резьбе объектива фотоаппарата. Этим концом трубка ввертывается в фотоаппарат вместо объектива, другой конец трубки надевается на окулярный тубус, который для наводки на резкость в этом случае должен иметь кремальеру.

Фотографировать небесные объекты следует через окуляры со слабым увеличением. Луну, звезды, туманности можно фотографировать и без окулярного увеличения, в главном фокусе телескопа. Фотоаппарат устанавливают так, чтобы фокальная плоскость главного зеркала совпадала с поверхностью светочувствительного слоя пленки. Для фотографирования Солнца нужен специальный затвор, обеспечивающий очень короткие экспозиции, не более 1 /500 секунды, или следует фотографировать сквозь плотный темный светофильтр.

Уход за телескопом

Телескоп необходимо тщательно предохранять от пыли и сырости. Поэтому нужно сделать для него хороший чехол. Отверстие тубуса телескопа должно плотно закрываться крышкой. Желательно сделать отдельную крышку и для главного зеркала. Протирать зеркало ни в коем случае нельзя: можно повредить слой серебра или алюминия, которым оно покрыто. Пыль с него лучше всего сдувать резиновым баллончиком. Окуляры время от времени нужно протирать мягкой чистой тряпочкой из стираной ткани или замшей. При сильном загрязнении их промывают чистым спиртом.

Простейшая обсерватория

Простейшей обсерваторией, наиболее доступной в отношении постройки, может служить деревянный павильон с откидывающейся крышей, чертеж которого приведен на рисунке ниже. Стенка с дверью обращена на север, а стенка с откидывающимся треугольником наверху - на юг. Размеры, указанные на чертеже, разумеется, могут меняться в зависимости от габаритов телескопа. Обсерваторию лучше сооружать на возвышении.

Обсерватория, оборудованная самодельным телескопом, может превратиться в маленькую любительскую обсерваторию для всех интересующихся астрономией - многим интересно посмотреть в телескоп, увидеть своими глазами то, что раньше было знакомо только из книг по астрономии, а любитель с удовольствием поделится своими знаниями. На этой обсерватории можно организовать и показ небесных объектов по определенному плану, в соответствии с условиями их видимости (фазы Луны и интересные образования на ней, фазы Венеры, двойные звезды, пятна на Солнце и др.).

Каждый любитель испытывает, конечно, чувство удовлетворения, создав своими руками сложный оптический прибор - телескоп. Пожелаем любителям в дальнейшем построить более сложные и мощные телескопы и, по мере возможностей, вносить свою лепту в астрономическую науку.