Инструменты астронома

Как вы уже, наверное, смогли убедиться, посетив хотя бы некоторые странички нашего сайта, даже простейшие наблюдения большинства небесных объектов невозможны без телескопов хотя бы небольших размеров. Конечно, лучше всего использовать телескопы промышленного изготовления, хотя стоят они недешево, но если такой возможности не представляется, то можно изготовить самодельный телескоп – линзовый (рефрактор) либо зеркальный (рефлектор). Здесь мы расскажем вам, как своими руками вы сможете построить свой телескоп либо первого, либо второго типов, а начнем, пожалуй, с того, как делается

Простейшая самодельная астрономическая труба

Нужно прямо сказать, что изготовление телескопа удовлетворительного качества – дело довольно сложное, если принять во внимание требования, предъявляемые к его оптике и установке. Для изготовления телескопа – рефрактора средних размеров, дающего удовлетворительное изображение, необходимо иметь объектив, состоящий из двух оптических стекол хорошего качества, разной по знаку оптической силы и несколько отличающихся по своим преломляющим свойствам. В самом простом случае объектив может состоять из одной выпуклой (собирающей) линзы из очкового стекла. Конечно, лучше всего приобрести готовый объектив диаметром 80 – 120 мм, обладающий хорошими оптическими качествами. Но если объектив достать невозможно, то придется приобретать подходящие оптические стекла (линзы) для самодельного его изготовления. Для начальных наблюдений не нужны линзы большого диаметра; вполне подходят линзы диаметром от 60 до 120 мм. Главное – правильно выбрать подходящие линзы. Каждая линза, помимо диаметра, характеризуется оптической силой Е, т.е. величиной, обратной фокусному расстоянию F линзы, выраженному обязательно в метрах: Е = 1 / F . В этой формуле F измеряется в метрах, а оптическая сила Е – в диоптриях. Выпуклые (увеличивающие, собирающие) линзы имеют положительную оптическую силу, а вогнутые (уменьшающие, рассеивающие) линзы – отрицательную. Так, выпуклая линза с F = 2 м имеет оптическую силу Е = 1 / 2 = +0.5 диоптрии, а рассеивающая линза с F = - 400 мм = - 0.4 м имеет Е = - 1 / 0.4 = - 2.5 диоптрии. У каждой линзы есть свои недостатки, главным образом сферическая и хроматическая аберрации. Первая состоит в том, что параллельные световые лучи, прошедшие сквозь линзу, не сходятся идеально в одной точке, вследствие чего изображение предметов несколько размывается. Хроматическая аберрация состоит в разложении белого света в линзе на составные, разноцветные лучи, вследствие чего изображение получается окрашенным. Обе аберрации увеличиваются с увеличением оптической силы линзы, т.е. с увеличением кривизны ее поверхностей, но могут быть уменьшены соответствующей комбинацией из собирающей и рассеивающей линз. Поэтому не нужно выбирать линзы с большой оптической силой. Для самодельного рефрактора более всего подходит собирающая линза с оптической силой от + 0.5 до +2.5 (не более) диоптрии, к которой подбирается рассеивающая линза такого же диаметра, но несколько отличающаяся величиной оптической силы. Оптическая сила выпуклой линзы легко определяется опытным путем. Сквозь линзу рассматривается далекий предмет и измеряется расстояние от линзы до глаза при четком изображении предмета (изображение будет перевернутым). Измеренное расстояние является фокусным расстоянием линзы, по которому вычисляется оптическая сила. Можно также получать четкое изображение Солнца на экране, но здесь надо быть крайне осторожным, чтобы не вызвать пожара концентрированными солнечными лучами, и уж ни в коем случае нельзя смотреть на Солнце сквозь линзу. Рассеивающая линза к объективу подбирается такая, чтобы на ее вогнутую поверхность ложилась без зазоров выпуклая линза, но радиусы обеих поверхностей вогнутой линзы должны быть несколько различными, иначе объектив не будет собирать света. Лучшими для удачной комбинации являются плоско – вогнутые линзы. Подбор рассеивающей линзы осуществляется тем же приемом, что и выпуклой линзы, т.е. рассматриванием далеких предметов сквозь комбинацию уже обеих линз, причем к предметам должна быть обращена выпуклая линза. Наиболее удачной для объектива будет комбинация из таких линз, при которой фокусное расстояние объектива (т.е. комбинации линз) не превышает 1.5 м и четкое изображение предметов свободно от радужной окраски. Это достигается при диаметре линз, не превышающем 120 мм, реже – 150 мм, а, как правило, при диаметре, близком к 80 мм. При диаметре, превышающем 120 мм, требуется сложная специальная шлифовка поверхностей линз, что далеко не всегда выполнимо силами любителей. Этим и объясняется, почему при желании иметь телескоп значительного диаметра любители строят не рефракторы, а рефлекторы. Изготовление самодельного рефлектора тоже требует немалого труда и умения, но вполне доступно многим любителям. Приемы изготовления рефлекторов будут подробно рассмотрены ниже. Бывает трудно подобрать для объектива трубы комбинацию подходящих линз, и тогда приходится довольствоваться объективом из одной двояковыпуклой линзы диаметром от 40 до 60 мм и оптической силой от + 0.5 до + 1 диоптрии. Для качества изображения очень важно отношение диаметра объектива D к его фокусному расстоянию F, называемому относительным отверстием: А = D / F. При однолинзовом объективе относительное отверстие не должно превышать 1/20, а при двухлинзовом – 1/15. Если же не удастся подобрать линзы соответствующего диаметра, то можно использовать линзу большего диаметра, но ее рабочую поверхность следует уменьшить (диафрагмировать) до нужного диаметра наложением картонной диафрагмы. Подходящая диафрагма подбирается опытным путем из набора нескольких диафрагм разных диаметров. Наилучшей считается та, при которой отсутствует радужная окраска изображения предметов. Как известно, оптическая схема трубы состоит не только из объектива, но и из окуляра, который тоже имеет свое фокусное расстояние f (оно должно быть меньше фокусного расстояния объектива F). Отношение n = F / f дает увеличение трубы, но это отнюдь не означает, что можно получать сколь угодно большие увеличения за счет применения окуляров с малыми фокусными расстояниями. Свойства однолинзового объектива позволяют применять увеличение в лучшем случае в 100 раз, а, как правило, в зависимости от состояния земной атмосферы, приходится применять увеличения около 50 – 80 раз. В соответствии с этим следует подобрать двояковыпуклые линзы для окуляров. Так, при F = 1м и F = 2м в качестве окуляров рекомендуются двояковыпуклые линзы с фокусными расстояниями f, равными 50 мм, 25 мм и 20 мм, которые дают увеличения от 20 до 100 раз.

Изготовление телескопа следует начинать с объектива. Из фанеры или толстого картона вырезаются кольца, наружный диаметр которых больше диаметра линзы объектива на 10 мм. Два из этих колец имеют внутренний диаметр на 5 мм меньше диаметра линзы, а внутренние диаметры остальных колец должны быть равны диаметру линзы. Первые два кольца служат опорными, между которыми зажимается линза объектива, а остальные кольца служат прокладками, предохраняющими линзу от механических воздействий при зажиме ее между опорными кольцами. В зависимости от толщины линзы число промежуточных колец – прокладок может быть различным. При монтаже объектива одно опорное кольцо (1) укладывается на горизонтальную поверхность, имеющую углубление для линзы (3), и на кольцо накладывается линза. Затем на то же кольцо аккуратно накладывается промежуточное кольцо – прокладка (2), предваритель но смазанное клеем; промежуточное кольцо должно плотно охватить края линзы. Подобным же образом накладываются смазанные клеем остальные промежуточные кольца – прокладки, количество которых подбирается так, чтобы второе опорное кольцо, наложенное на промежуточные, плотно зажало линзу, прижав ее краями к первому опорному кольцу (см. рис. 1). Аналогично собирается и двухлинзовый объектив, но только между краями внутренних поверхностей линз прокладываются еще очень тонкие прокладки из бумаги или фольги для того, чтобы поверхности линз не соприкасались друг с другом. Прокладки могут иметь форму узких колец и укладываться по всей периферии линз, но лучше всего сделать их в виде отдельных дуг, стягивающих угол в 30?, и расположить на взаимном расстоянии в 120?. Наиболее трудоемкой является робота по правильной установке линз, чтобы их оптические оси совпадали друг с другом. Для этого иногда приходится подкладывать в разных местах между линзами неравное число прокладок. Таким образом, прежде чем заклеивать двухлинзовый объектив, нужно добиться точной установки линз, что опять-таки проверяется по четкому и неокрашенному изображению далеких предметов. Склеенный объектив вкладывается на клею в картонную оправу соответствующего диаметра, длиною около 100 мм, предварительно выкрашенную изнутри черной матовой краской или черной тушью. Внешняя поверхность этой оправы должна быть гладкой, и поэтому ее рекомендуется изготовить из гладкого (типа бристольского) картона, или оклеить черной гладкой бумагой. Тубус (4) трубы также изготовляется из тонкого картона или склеивается из нескольких слоев толстой бумаги. Внутренний диаметр тубуса должен быть равен наружному диаметру оправы объектива, чтобы оправа очень плотно входила в тубус и не имела возможности в нем перемещаться. Внутренняя поверхность тубуса оклеивается черной бумагой. Правда, вместо оклейки можно ее вычернить, но только такой краской, которая бы не осыпалась, так как в противном случае осыпающаяся краска будет загрязнять оптику трубы. Длина тубуса зависит от фокусного расстояния объектива и лучше всего ее сделать короче фокусного расстояния на 100 мм. В один конец тубуса плотно вставляется без клея оправа с объективом, чтобы в случае необходимости его всегда можно было бы вынуть. Во второй конец тубуса вставляется трубка с окуляром, который, аналогично объективу, укрепляется в оправе, изготовленной из фанерных или картонных колец, а оправа плотно вклеивается в окулярную трубку. Наружный диаметр окулярной трубки должен быть на 0,5 мм меньше внутреннего диаметра тубуса, чтобы трубка могла передвигаться в тубусе на трении, но не болтаться в нем. Для обеспечения плотного охвата окулярной трубки тубусом ее рекомендуется сделать длиной в 300 мм. Такая длина обеспечит передвижение окулярной трубки в тубусе без поперечного смещения. Внутренняя поверхность окулярной трубки покрывается черной краской или тушью, а внешнюю ее поверхность лучше оклеить гладкой черной бумагой. Таких окулярных трубок следует сделать по числу окуляров, изготовленных для трубы, и применять различные окуляры в зависимости от наблюдаемого объекта и атмосферных условий. Совершенно очевидно, что если имеется возможность изготовить тубус, а также оправы объектива и окуляров из металла, то этим не следует пренебрегать. Тогда на внешней поверхности оправы объектива и на внутренней поверхности объективного конца тубуса полезно сделать мелкую нарезку для ввинчивания объектива, или укрепить его тремя винтами, ввернутыми в три отверстия с нарезкой, просверленные в тубусе. Окулярную же часть тубуса в этом случае можно сделать суженной, подогнав ее диаметр к диаметру оправы окуляров. Во избежание тряски при наблюдениях астрономическая труба должна быть установлена на штативе, головка которого может быть сравнительно легко изготовлена из небольшого круглого деревянного обрубка, диаметром около 60-70 мм и высотой около 150 мм. Нижняя часть этого обрубка вырезается в виде трехгранной призмы, ширина граней которой должна быть около 50-60 мм, а высота – около 60-70 мм. Верхняя часть оставляется цилиндрической того же диаметра (см. рис. 2). Из кольев или из доски длиной в полтора метра вырезаются три ножки, толщиной и шириной около 30-40 мм, нижние концы которых заостряются. Верхние концы ножек прикрепляются одним шурупом к граням призмы так, чтобы они могли с большим трением поворачиваться вокруг шурупов. Готовый штатив изображен на рисунке 3. Переходное крепление трубы к штативу изготовляется из прямоугольного бруска длиной около 150-160 мм, шириной примерно 40 мм и толщиной в 15-20 мм. В верхней длинной грани бруска полукруглой стамеской или рашпилем протачивается канавка, кривизна которой должна быть равна кривизне тубуса трубы. В противоположной нижней длинной грани бруска выдалбливается прямоугольное отверстие размерами 30x10 мм, в которое на клею вставляется шип таких же размеров, вырезанный в торце дощечки размерами 50 мм x 50 мм x 10 мм. Противоположный торец этой дощечки опиливается полукругом. Такой брусок служит ложем телескопа, а вклеенная в него дощечка – опорой этого ложа (рис. 4). Затем из железной полосы шириной 20-30 мм и толщиной 15-20 мм выгибается прямоугольная П-образная скоба высотой около 55 мм и шириной в 10 мм. В середине каждой грани скобы просверливаются отверстия, диаметры которых зависят от размеров имеющихся в наличии крупного шурупа и болта. Скоба накладывается своей малой гранью на торец цилиндрической головки треноги так, чтобы длинные грани скобы были обращены вверх, после чего малая грань скобы прикручивается к торцу головки крупным шурупом. Между верхней гранью скобы и шляпкой шурупа полезно проложить шайбу диаметром около 20 мм, которая обеспечит плотное прижатие скобы к торцу головки штатива. Шуруп ввинчивается так плотно, чтобы скоба поворачивалась на головке с трением и не болталась бы на ней. Опора ложа тубуса вставляется в скобу между ее длинными гранями, и обе грани через отверстия в них стягиваются болтом, для чего в центре опоры просверливается отверстие того же диаметра, что и в длинных гранях скобы. Степень затяжки болта должна обеспечить вращение опоры ложа между гранями скобы со значительным трением. Тубус трубы своей средней частью вкладывается в цилиндрическую выточку ложа и укрепляется на нем различными способами. Можно просто приклеить тубус к ложу, но лучше притянуть его к ложу коль цами или проволокой. В обоих последних способах крепления поле зно вблизи краев ложа, в трех его гранях, прорезать канавки, в которые углубить кольца или проволоку, крепящую трубку к ложу. Такая установка трубы на азимутальном штативе позволяет пово рачивать трубу по азимуту от 0 до 360 градусов и по высоте от 0 до 70 градусов, т.е. наблюдать небесные светила почти во всех областях небес ного свода (рис. 5). Если имеется возможность, то всю установку для астрономической трубы лучше сделать из легкого металла. При наличии хороших мастерских можно изготовить такую установку (называемую параллактической), при которой труба может поворачиваться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, одна из которых направляется на полюс мира (в первом приближении, на Полярную звезду). Такие установки мы опишем в дальнейшем. Конечно, яркость изображения в рекомендуемом самодельном телескопе будет меньше, чем в телескопе – рефракторе промышленного изготовления, но все же это не помешает проводить наблюдения ярких небесных объектов.

рисунок 1

рисунок 2

рисунок 3

рисунок 4

рисунок 5