Детская энциклопедия

Меню сайта











Телескоп астронома-любителя. Школьный телескоп

Каждому, 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 1/31/2 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.





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016