Астрономические инструменты и наблюдения

Просмотров : 2950
Астрономические инструменты и наблюдения


Бинокли и телескопы обладают двумя основными свойствами: они собирают больше света, чем человеческий глаз, и увеличивают объекты. В астрономии первое из этих свойств является наиболее важным. Астрономы используют большие телескопы не потому, что они увеличивают объекты, а потому, что их большая светосила позволяет наблюдать более слабые объекты и различать более мелкие детали.
Телескопы бывают двух типов: рефракторы, свет в которых собирается главной линзой (называемой объективом), и рефлекторы, которые собирают свет с помощью зеркала. Астрономические телескопы имеют взаимозаменяемые окуляры, для того чтобы давать различные увеличения. Бинокль является одной из модификаций рефрактора. Луч света в нем преломляется призмами, что делает прибор более компактным. Все более популярными становятся телескопы, в которых используются и линзы, и зеркала; они называются катадиоптрическими (зеркально-линзовыми) системами и считаются лучшими модифицированными формами рефлектора.
Первым оптическим прибором для большинства астрономов был бинокль. Фактически без него реально не может обойтись ни один наблюдатель- любитель, даже тот, у которого есть телескоп; в поле зрения бинокля можно найти звезды, используемые для наведения телескопа на исследуемый объект. Бинокли имеют следующую маркировку: 8 х 30,8 х 40,7 х 50,10 х 50. В каждом случае первая цифра обозначает увеличение, а вторая — диаметр (в миллиметрах) передних линз.
Любая из вышеупомянутых комбинаций увеличения и диаметра может применяться для астрономических целей. Бинокль с более чем 10-кратным увеличением трудно удерживать в устойчивом состоянии, поскольку с каждым дрожанием руки изображение скачет, поэтому для таких биноклей необходима опора. Также следует помнить, что чем выше оптическое увеличение при данном диаметре, тем более нечетким будет изображение и тем меньше поле зрения. Бинокль с умеренным увеличением дает захватывающий вид неба в широком поле зрения, чего не может дать телескоп.
Еще одно преимущество бинокля — его относительная дешевизна. Небольшой телескоп с диаметром объектива (в дальнейшем слово «объектив» будем опускать) 50-60 мм (2-2,4 дюйма) стоит дороже, чем бинокль, а выигрыш в собирании света дает небольшой. Телескоп дает большее увеличение и оснащен треногой — поддерживающим штативом. К сожалению, у большинства телескопов, находящихся в серийном производстве, этот штатив недостаточно стабилен, как хотелось бы, и изображение часто дрожит в течение нескольких секунд после поворота телескопа. Для увеличения стоимости у некоторых небольших телескопов делают окуляры с впечатляюще высоким увеличением — свыше х200. Но такое высокое увеличение в применении к небольшим телескопам делает изображение настолько нечетким, что его плохо видно, и поэтому это абсолютно ненужная трата денег. За основное правило можно взять следующее: максимально возможное увеличение телескопа — это х20 на каждые 10 мм диаметра (х50 на дюйм). Помните это правило, и тогда в большинство доступных по цене небольших телескопов вы увидите многие из небесных объектов, описанные в этой книге.
Для более трудолюбивых наблюдателей минимальный инструмент, необходимый для начала серьезной работы — это рефрактор диаметром 75 мм (3 дюйма). Телескопы диаметром больше 75 мм обычно являются рефлекторами, поскольку при тех же размерах их дешевле сделать, чем рефракторы. Популярны рефлекторы диаметром 150 мм (6 дюймов) и 220 мм (8,5 дюйма) — в них можно разглядеть все объекты, описанные в этой книге. В отношении стоимости помните, что телескоп является точным оптическим инструментом, и поэтому вы заплатите за него, по крайней мере, столько же, как и за любой подобный инструмент, например хорошую камеру.
Обычно любители используют рефлекторы системы Ньютона, придуманной Исааком Ньютоном в 1668 г. В ньютоновском рефлекторе свет, собираемый вогнутым главным зеркалом, распространяясь обратно вдоль трубы, падает на небольшое плоское вторичное зеркало, отклоняющее свет на окуляр, расположенный сбоку. Вторичное зеркало неизбежно закрывает некоторое количество света, падающего на главное зеркало, но этот затеняющий эффект вторичного зеркала несущественен и не оказывает неблагоприятного воздействия на изображение. Еще одна система телескопа — система Кассег- рена, в которой свет отражается обратно от вторичного зеркала и проходит через отверстие, сделанное в главном зеркале. Крупные профессиональные телескопы часто используют систему Кассегрена.
В катадиоптрических системах, которые сочетают линзы и зеркала, падающий свет, прежде чем упасть на главное зеркало и быть отраженным, как в системе Кассегрена, проходит через тонкую стеклянную пластинку, расположенную перед телескопом. Преимущество такой системы в том, что полная длина телескопа может быть намного меньше, чем в обычных рефлекторах. Высокая стоимость зеркально-линзовых телескопов компенсируется малым весом и небольшими размерами, т. е. высокой портативностью.
Телескопу необходима монтировка, которая бы поддерживала его и на которой он бы поворачивался при наведении на разные области неба. Качество монтировки настолько же важно, как и качество оптики, поскольку даже в крупный телескоп многого не увидишь, если он постоянно будет трястись или если вам придется вручную поворачивать телескоп за объектом, движущимся по небу из-за вращения Земли. В монтировке телескопа важна как устойчивость, так и плавность вращения.
Простейшим примером является азимутальная монтировка. У нее имеется две оси — горизонтальная и вертикальная, которые позволяют телескопу двигаться вверх и вниз по высоте и из стороны в сторону по азимуту. В азимутальной монтировке телескоп обычно помещается на вилку, расположенную на вершине треноги. Самые маленькие рефракторы имеют настолько короткие треноги, что их вполне можно поставить на стол. Такие инструменты не более чем игрушки и совершенно неудобны для занятий астрономией, ведь следует помнить, что наблюдатель большинство времени смотрит вверх. Некоторые рефракторы преодолевают эту проблему с помощью призм, которые помещаются перед окуляром (призменный окуляр). Они отклоняют свет так, что наблюдатель может смотреть в окуляр вниз, и это, конечно, более удобно. Для ньютоновских рефлекторов высокие треноги необязательны, так как окуляр у них расположен у верхнего края трубы, и поэтому можно наблюдать в нормальном положении стоя.
Удобным дополнением азимутальной монтировки являются небольшие ручки, или микрометрические винты (винты тонких движений), которые можно поворачивать, чтобы немного двигать телескоп по любой из осей. Они используются как для центрирования объекта в поле зрения, так и для слежения за объектом, движущимся в поле зрения благодаря вращению Земли. При большом увеличении из-за вращения Земли объект покидает поле зрения за очень короткое время.
Распространенным видом азимутальной монтировки для больших ньютоновских рефлекторов является добсоновская монтировка, названная так в честь американского любителя Джона Добсона, который ее изобрел. В добсо- новской монтировке труба телескопа сделана из легкого материала, так что ее центр тяжести находится возле главного зеркала, расположенного у нижнего конца трубы. Нижний конец трубы удерживается с помощью деревянного ящика с основанием из формайка (жаростойкий пластик), который поворачивается по азимуту на подставке из тефлона (гладкий пластик, используемый в непригораемых сковородах). Формайк скользит по тефлону, обеспечивая плавность движения и устойчивость. Вверх-вниз по высоте труба движется с помощью оси, лежащей на вертикальной опоре. Между этими опорой и осью для обеспечения плавности скольжения также помещаются тефлоновые прокладки. Несмотря на свою обманчивую простоту, добсоновская монтировка является очень эффективной. Дешевизна и портативность обеспечили ей широкое применение.
Самой лучшей для гидирования (слежения за объектом) является экваториальная монтировка, в которой главная ось ориентирована параллельно оси вращения Земли. Эта главная ось называется полярной осью, поскольку указывает на полюс мира (северный или южный, в зависимости от того, в каком полушарии находится наблюдатель); при вращении вокруг этой оси телескоп поворачивается по прямому восхождению. По склонению телескоп поворачивается вокруг второй оси, расположенной под прямым углом к первой. Эта ось называется (достаточно логично) осью склонения. Обычно экваториальная монтировка оснащена небольшим мотором, который медленно поворачивает экваториальную ось точно со скоростью вращения Земли. Если навести телескоп на небесный объект и запустить мотор, то объект будет всегда оставаться в одной и той же точке поля зрения в течение всего времени наблюдения. На опыте вы быстро убедитесь в важности неподвижности изображения, особенно при разрешении слабых двойных звезд или при слежении за планетой.
Для облегчения поиска нужного объекта на небе на трубе основного телескопа сбоку обычно монтируется меньшая визирная труба, называемая искателем. В большинстве случаев искатель является рефрактором малого диаметра, с низким увеличением и широким полем зрения; в его окуляре расположен крест нитей или, иногда, слабо подсвечиваемые концентрические кольца, необходимые для того, чтобы поставить объект точно в центр.
Несколько слов следует сказать о том, что вы можете ожидать увидеть в телескопы различных размеров и почему. Любой человек, впервые взглянувший в телескоп, обычно удивляется, увидев перевернутое изображение. Почему же создатели телескопов не устранили это неудобство? На это есть простая, вызванная практическими соображениями причина. Чтобы изображение стало опять прямым, в окуляр нужно было бы поместить дополнительную линзу. Каждый раз, когда свет проходит через линзу (или отражается от зеркала), теряется некоторое количество света. Обычно астрономические объекты настолько слабы, что любая потеря света нежелательна. Для астрономических целей в действительности не важно, прямое или перевернутое изображение мы видим, так что дополнительная линза не ставится и изображение остается перевернутым. Некоторые телескопы оснащены так называемым «земным» окуляром (т. е. предназначенным для наблюдения объектов, расположенных на Земле), который каждый раз делает изображение прямым.
При проведении наблюдений всегда записывайте дату, время, тип телескопа, условия наблюдений и увеличение. В отличие от бинокля и подзорной трубы, у которых окуляр жестко закреплен, у астрономического телескопа есть несколько окуляров, чтобы подобрать увеличение для исследуемого объекта. Например, для наблюдений звездных скоплений и галактик требуется малое увеличение; планеты лучше видны при умеренном увеличении; а для разрешения тесных двойных звезд необходимо самое большое увеличение.
Увеличение окуляра зависит как от его фокусного расстояния, так и от фокусного расстояния телескопа. Чтобы узнать увеличение окуляра конкретного телескопа, требуется выполнить простые арифметические вычисления. Нужно просто поделить фокусное расстояние телескопа на фокусное расстояние окуляра. В результате вы получите увеличение окуляра. Легко понять, что чем короче фокусное расстояние, тем выше увеличение. Фокусное расстояние окуляра указано на нем. Чтобы повысить увеличение любого окуляра, можно использовать дополнительную линзу, называемую линзой Барлоу (обычно она его удваивает), расширяя тем самым возможности окуляров.
Производители часто маркируют свои телескопы в терминах светосилы, таких как f / 6 или f / 8. Светосила — это фокусное расстояние линзы или зеркала, поделенное на диаметр объектива. Если вы не знаете фокусного расстояния вашего телескопа, вы легко можете найти его, умножив диаметр объектива на светосилу, указанную производителем. Например, телескоп диаметром 100 мм со светосилой f / 6 имеет фокусное расстояние 600 мм; если его светосила f / 8, то его фокусное расстояние длиннее — 800 мм. Для телескопа диаметром 150 мм с f / 6 или f / 8 фокусные расстояния будут соответственно 900 мм и 1200 мм.
Теперь вычислим увеличение. Итак, предположим, что у вас имеется окуляр с фокусным расстоянием 20 мм. Для телескопа с фокусным расстоянием 600 мм он будет давать следующее увеличение: 600 поделить на 20, т. е. х30. Это достаточно низкое для астрономических целей увеличение. Для телескопа с фокусным расстоянием 1200 мм тот же самый окуляр будет давать увеличение х60. Окуляр с вдвое меньшим фокусным расстоянием, 10 мм, будет давать вдвое большее увеличение. Заметим, что диаметр телескопа не входит в эти вычисления; фокусное расстояние — единственная величина, влияющая на увеличение.
Диаметр телескопа критичен для количества собираемого света и разрешения деталей изображения. При прочих равных условиях, в телескоп большего диаметра видны более слабые звезды и лучше видны детали, но это также зависит и от атмосферных условий, качества оптики и зрения наблюдателя. Кстати, вашим глазам необходимо время, чтобы привыкнуть к темноте, и тогда можно надеяться увидеть слабые объекты. Если выйти ночью из ярко освещенной комнаты, то вашим глазам потребуется по крайней мере 10 минут, чтобы привыкнуть к темноте. Одним из полезных приемов для того, чтобы различить слабые объекты, является использование бокового зрения — т. е. нужно смотреть чуть в сторону от исследуемого объекта, чтобы свет от него падал на боковую, более чувствительную часть сетчатки глаза.
Разрешение, или разрешающая способность, телескопа выражается в угловых секундах ("). Одна угловая секунда — очень малая величина, она равна размеру монетки на расстоянии нескольких километров. От разрешения телескопа зависит, насколько мелкие детали можно разглядеть на поверхности Луны и планет и насколько тесные двойные системы можно разрешить. Теоретические пределы на разрешающую способность телескопов различного диаметра входного отверстия приведены в таблице на с. 392. В исключительных условиях предельная звездная величина и разрешающая способность, приведенные в таблицах, могут быть выше; но в большинстве случаев, особенно если вы наблюдаете в городе, это недостижимый предел.
В заключение следует поговорить об атмосфере. Профессиональные обсерватории расположены на высоких горных вершинах, чтобы над ними был как можно меньший слой атмосферы, но большинство любителей ограничено условиями наблюдений во дворе собственного дома, где им слишком часто мешает городской смог и свет от уличных фонарей. Следует принимать во внимание две характеристики атмосферы: ее прозрачность и ее стабильность. Хорошим показателем прозрачности атмосферы является звездная величина самых слабых звезд, видимых в данный момент невооруженным глазом. При наблюдении метеоров всегда следует принимать во внимание зенитную предельную звездную величину, поскольку она влияет на часовое число. Прозрачность атмосферы должна быть как можно лучше, чтобы наблюдать слабые объекты, в частности туманности, галактики и кометы.
Д ля наблюдений планет и двойных звезд огромное значение имеет стабильность атмосферы, или видимость. Из-за турбулентности атмосферы возникает эффект дрожания изображения, очень сильно ухудшающий разрешающую способность. Особенно досадной локализованной формой турбулентности является поднимающийся от окружающих зданий горячий воздух. По иронии судьбы кристально ясной ночью после ливня с ураганом видимость может быть отвратительной, в то время как слегка пасмурной ночью при низкой прозрачности атмосфера может быть стабильной.
Видимость оценивается по пятибалльной шкале: 1 — превосходная; 2 — хорошая; 3 — удовлетворительная; 4 — плохая; 5 — очень плохая. Если тесная двойная звезда четко не разделяется в ночь с посредственной видимостью, попробуйте еще раз в более хорошую погоду.
Полезным добавлением к арсеналу современного астронома являются специальные фильтры, созданные для того, чтобы увеличить видимость слабых объектов, таких как туманности, галактики и кометы. Такие фильтры вкручиваются в оправу окуляра и выполняют две основные функции: некоторые из них ослабляют рассеянный свет, например, от уличных фонарей, таким образом, повышая контраст объекта на фоне ночного неба; более сложные фильтры блокируют все длины волн за исключением тех, в которых наиболее сильно излучает сама туманность или комета.


Теги: Бинокли, телескопы, Астрономические инструменты

Комментариев: 0 | Категория: Астрономические инструменты
Вернуться
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Форма входа

Реклама

Популярные статьи

Наша планета Земля

Полезные статьи

Календарь

«    Июнь 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930