Каждому, вероятно, известно, что важнейший прибор, главное орудие астронома - телескоп. Но в чем основное преимущество телескопа перед невооруженным глазом? Это знают далеко не все.
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 даваемым им увеличением, а диаметром объектива. Ведь чем больше диаметр объектива, тем больше его площадь, а значит, и больше количество света, которое объектив собирает. Даже школьный телескоп с диаметром объектива всего 80 мм собирает света примерно в 250 раз больше, чем глаз. Это и понятно: диаметр зрачка (5 мм) в 16 раз меньше диаметра школьного телескопа, а 162=25. Поэтому в школьный телескоп мы увидим звезды, которые в 250 раз слабее видимых 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, туманности и другие так называемые протяженные небесные тела. Благодаря сочетанию в оптической системе телескопа объектива и специальной сложной лупы - окуляра можно получить увеличенные изображения этих светил. Посмотрим, как это происходит.
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 окуляр. Расстояние от объектива или окуляра до главного фокуса называется фокусным расстоянием. Окуляр имеет свое фокусное расстояние, обычно во много раз меньшее, чем объектив. Увеличение телескопа равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра.
Казалось бы, следует добиваться как можно больших увеличений телескопа, чтобы рассмотреть мельчайшие подробности на Луне, Марсе и других планетах. На самом деле 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 120 разделить на диаметр объектива, выраженный в миллиметрах. Мы получим видимые размеры наименьших различимых деталей в секундах дуги. Напомним, что 1" дуги - 1/3600°. Это угол, под которым видна толщина обычной спички с расстояния 400 м. На расстоянии Луны 1" 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, большие увеличения позволяют лучше рассматривать мелкие детали поверхности Луны или планет. Но они имеют и отрицательные стороны. При больших увеличениях изображение становится более бледным, менее ясным, так как собранное объективом количество света распределяется на большую площадь изображения. Кроме того, при больших увеличениях соответственно возрастает дрожание изображения, вызванное колебаниями атмосферы, а также искажения, связанные с несовершенством оптики телескопа (аберрации). Поэтому лучше выбрать не наибольшее увеличение, а такое, при котором светило в телескоп видно наиболее четко.
Телескопы бывают различных типов. Любителю астрономии обычно приходится иметь дело с двумя из них: рефрактором и рефлектором. Рефрактор - "преломляющий" - наиболее старый тип телескопа. Его объектив состоит из линз, преломляющих падающие на них лучи.
В СССР для школ выпускаются два типа телескопов-рефракторов. Большая модель (см. рис.) 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, которая позволяет следить за светилом длительное время, поворачивая телескоп вокруг только одной оси - полярной (направленной на Полярную звезду). Наклон полярной оси к горизонту должен быть равен географической широте места, которую определяют по карте. Перпендикулярно полярной оси проходит ось склонений. Поворачивая трубу вокруг обеих осей, мы наводим телескоп на светило, закрепляем зажимными винтами и, следя за светилом в окуляр, медленно с помощью микрометрического ключа поворачиваем телескоп вокруг полярной оси.
Схема самодельного телескопа-рефрактора из очковых стекол:
1 -главная труба, 2 -окулярная трубка, 3 -объектив, А - оправа объектива, 5 - окуляр, 6 -оправа окуляра, 7 - диафрагма.
Малая модель школьного телескопа-рефрактора(МШР) (см. рис.) имеет объектив диаметром 60 мм, фокусное расстояние 600 мм. Окуляры дают увеличение в 30 и 60 раз. В отличие от большой модели малая 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, что очень неудобно (о том, как этого избежать, рассказано в "Справочнике любителя астрономии" П. Г. Куликовского, "Наука", 1961, стр. 246). Ведь суточный путь светила по небу обычно расположен под углом к плоскости горизонта, а этот угол в течение суток меняется. К обоим телескопам прилагаются различные дополнительные приспособления: солнечный экран, зенит-призма, темные стекла и светофильтры и др. Часто любитель астрономии не имеет возможности приобрести фабричный телескоп. В этом случае мы можем предложить два варианта самодельного телескопа: для начинающих любителей - рефрактор из очковых стекол, для более опытных - рефлектор. Изготовление самодельного рефрактора доступно любому школьнику.
Прежде всего нужно приобрести объектив и окуляр. Для объектива можно использовать простую двояковыпуклую линзу в 1 диоптрию (фокусное расстояние ее равно 1 м). Такие линзы бывают в оптических магазинах и в аптеках. Два стекла для очков ("мениск") по +0,5 диоптрии, расположенных выпуклыми сторонами наружу на расстоянии 30 мм одно от другого, заменяют линзу в 1 диоптрию. Между ними нужно поставить диафрагму с отверстием диаметром около 30 мм. Годятся и насадочные линзы для фотоаппарата, например, типа "Любитель". Линзу в 1 диоптрию могут заменить линзы в 0,75 или 1,25 диоптрии (их фокусные расстояния - 133 и 80 см). Линза должна быть непременно круглая и иметь большой диаметр (до 50 мм). Для окуляра можно взять сильную лупу небольшого диаметра, окуляр от микроскопа (в том числе школьного типа), от старого теодолита, нивелира или бинокля.
Чтобы определить, какое увеличение даст наш телескоп, измерим фокусное расстояние окуляра. Для этого наведем в ясный день окуляр на Солнце и расположим за ним лист белой бумаги. Будем приближать и удалять лист, пока не получится самое маленькое и яркое изображение Солнца (чтобы бумага не загоралась, окуляр прикрывают засвеченной пленкой или пластинкой). Расстояние между центром окуляра и изображением и есть фокусное расстояние окуляра. Поделив фокусное расстояние объектива (оно равно 100 см, деленным на число диоптрий очковой линзы) на фокусное расстояние окуляра, получим увеличение телескопа.
Обычно у самодельного рефрактора можно получить увеличение в 20-50 раз. Трубу телескопа можно сделать из бумаги. Возьмите несколько листов бумаги большого формата и деревянную круглую болванку диаметром на 2-3 мм больше, чем линза объектива. Обмотайте болванку несколько раз бумагой, пока не получится достаточной прочности и толщины труба. Наматывая бумагу, промазывайте каждый слой клеем -обычным конторским, казеиновым, можно и клейстером из картофельной или пшеничной муки грубого помола. Наружную поверхность трубы покройте светлой эмалевой или масляной краской (можно лаком), а внутреннюю - вычерните тушью, чтобы избежать вредных отражений света от стенок трубы. Это лучше сделать до проклеивания трубы. Трубу можно изготовить и из листовой жести, дюраля и других материалов. Таким же способом изготовляется выдвижная трубка меньшего диаметра для окуляра. Внутренний диаметр ее зависит от внешнего диаметра оправы окуляра. Главную трубу (1) делают сантиметров на десять короче фокусного расстояния объектива; длина окулярной трубки (2) около 40 см. Чтобы наводить телескоп на фокус ("на ясное зрение"), окулярная трубка должна плотно, на трении, вдвигаться и выдвигаться. Звезды в телескоп при установке на фокус кажутся яркими точками, а не размытыми дисками. Линза объектива (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.
Чтобы было удобнее вести наблюдение, надо изготовить для телескопа штатив. Проще всего сделать деревянный азимутальный штатив, на котором труба поворачивается вокруг двух осей: вертикальной и горизонтальной. Однако на таком штативе нельзя наводить трубу на небо близ зенита. Устранить это неудобство можно. Надо только слегка изменить конструкцию штатива. Трубу на другом конце горизонтальной оси нужно уравновесить грузом. Чтобы не приходилось поддерживать все время трубу рукой, сделайте стопорный винт, а еще лучше два: для вертикальной и горизонтальной осей.
С помощью сделанного вами рефрактора вы сможете наблюдать горы на Луне, кольца Сатурна, фазы Венеры, диск Юпитера и 4 его спутника, двойные звезды, некоторые звездные скопления - Плеяды, Ясли. Солнечные пятна наблюдайте, проецируя изображение Солнца на экран - лист белой бумаги, защитив его от прямых лучей Солнца куском картона с отверстием посредине, надетым на трубу. Для сложных наблюдений этот инструмент недостаточен.
Попробуем сделать телескоп. Для того чтобы самому сделать несложный, но вполне работоспособный телескоп, необходимы ватман, черная тушь, канцелярский клей или клейстер и две оптические линзы. Мы представляем варианты телескопа с увеличением в тридцать, пятьдесят и сто раз. Они отличаются только длиной в развернутом виде и линзами объектива.
Для начала лучше всего сделать телескоп с увеличением в 50 раз.
Из подходящего листа ватмана сверните трубу длиной 60 - 65 см. Диаметр должен быть немного больше диаметра линзы объектива - около 6 см, если вы используете стандартную очковую линзу. Разверните лист и зачерните тушью ту часть листа, которая станет внутренней поверхностью телескопа.
В противном случае лучи, попавшие в трубу не от объекта наблюдения, многократно переотразившись, попадут в линзу окуляра и завуалируют изображение.
После того как внутренняя поверхность зачернена, можно свернуть и склеить трубу. Линзу объектива в +1 диоптрию (ее вы найдете в магазине "Оптика") закрепите в торце трубы так, как это показано на рисунке - с помощью двух картонных ободков с бумажными зубчиками.
Вторая труба с линзой окуляра 2 должна с небольшим усилием, но достаточно свободно передвигаться в первой.
Линзу для окуляра вы скорее всего найдете в отделе фототоваров или извлечете из сломанного "насовсем" бинокля. Подбирать линзу следует так: направьте на нее свет от удаленного источника, например солнечный луч, и следите за тем, где они соберутся в фокус. Расстояние от линзы до фокуса называется фокусным расстоянием данной линзы (f). Для наших целей окуляр должен иметь f=3-4 см. Как правило, такие линзы имеют небольшой диаметр, поэтому и крепление линзы окуляра несколько отличается от крепления объектива.
Сверните из картона трубку длиной 6 - 7 см с таким диаметром, чтобы подобранная вами линза плотно в нее входила. Если она снабжена широким металлическим ободком, то не выпадает из трубки и не нуждается в дополнительном креплении по краям.
Трубка с линзой 2 укрепляется внутри значительно более широкой трубы телескопа с помощью двух картонных кругов с отверстиями посередине и зубчиков из менее плотной бумаги.
Далее соединяете две трубы - и телескоп готов!
Изображение будет выглядеть перевернутым; это неважно при рассматривании астрономических объектов, но не очень удобно при наблюдениях объектов на местности. Этот недостаток устранить можно при помощи второй линзы с f=3-4 см... Вставьте ее в трубку окуляра, и изображение встанет на ноги.
Телескоп с увеличением 25 - 30 ничем, кроме длины и линзы в +2 диоптрии, не отличается от 50-кратного. Его длина - не более 70 см, а в сложенном состоянии и того меньше - позволяет брать телескоп в походы и хранить в рюкзаке. Для того чтобы линзы не загрязнились и не поцарапались, сделайте из картона футляр, изнутри и снаружи обклеенный липкой лентой - скотчем. .
Коротко приведем здесь, что можно увидеть в телескоп с той или иной апертурой.
30 мм. То же, плюс спутники Юпитера Европа, Ио, Каллисто и Ганимед. При очень удачном стечении обстоятельств – спутник Титан Сатурна. Полосы на диске Юпитера. Планета Нептун – в виде звезды.
40 мм. Разделяется двойная звезда Кастор – Альфа Близнецов. Хорошо видна Большая Туманность Ориона и рассеянные звездные скопления в созвездиях Персея, Возничего, Большого Пса и Рака.
60 мм. Разделяется четырехкратная звезда Эпсилон Лиры. Видна формация Прямая Стена в Море Облаков на Луне.
80 мм. Видны тени от спутников Юпитера при прохождении их перед диском планеты. В кольцевой туманности M57 заметен темный провал в центре. Несколько спутников Сатурна. Щель Кассини в кольце Сатурна.
100 мм. Видны спутник Ригеля – Альфы Ориона – и Полярной Звезды – Альфы Малой Медведицы.
120 мм. Спутник Сатурна Энцелад. Детали на диске Марса во время противостояний – моря и полярные шапки из углекислоты.
150 мм. Двойственность Эпсилона Волопаса. Деление шарового скопления M13 на отдельные звёзды.
200 мм. Деление Энке в кольце Сатурна – несколько концентрических колец, разделенных промежутками. Спирали в Туманности Андромеды.
250 мм. Плутон. Спутники Урана.
300 и более. Туманность Конская Голова. Спутник Сириуса. Галактики в деталях. Центральная звезда в кольцевой туманности М57. Шаровое звёздное скопление в галактике М31.
И так подводим итоги - для того, чтобы построить простой телескоп-рефрактор, нужны всего две собирающие линзы - длиннофокусная (с малой оптической силой) - для объектива и короткофокусная (сильная лупа) для окуляра.
Их следует искать на блошиных и радиорынках, в магазинах очковой оптики на худой конец.
Первая линза - объектив телескопа, если навести ее без всего остального на какой-нибудь удаленный предмет, создаст его перевернутое изображение за собой, на расстоянии, примерно равном своему фокусному расстоянию. Это изображение можно увидеть на матовом стекле или бумажке или, без всякого стекла, просто встав за линзой на расстоянии, больше фокусного, и смотря в направлении линзы.
Обратите внимание, что в последнем случае глаз придется аккомодировать не "на бесконечность", как при рассмотрении линии горизонта, а как для рассмотрения некоего материального объекта, находящегося от глаза на том же расстоянии, что и плоскость изображения. Вы увидите увеличенное перевернутое изображение удаленного предмета, при этом коэффициент увеличения будет равен фокусному расстоянию линзы в см, деленному на 25 - расстояние наилучшего зрения человеческого глаза. Если фокусное расстояние линзы будет меньше 25 см, то изображение получится уменьшенным. Простейший телескоп, в принципе, готов!
Теперь с механической стороны. Для того, чтобы все это хозяйство не держать в руках, берем две трубки, одна из которых вдвигается в другую, или делаем их из бумаги и ПВА, черним изнутри активированным углем или начинкой от батарейки с ПВА (баллончик с черной матовой краской тоже подойдет), и крепим на конце одной трубки объектив, на конце другой окуляр. После этого вдвигаем одну трубку в другую, так чтобы видеть четкое изображение удаленных предметов. Труба готова!!!
Существенные моменты: объектив - очковое стекло, конденсорная линза или ахроматическая склейка с фокусным расстоянием 40 - 100 см. Диаметр входного отверстия телескопа 20 - 30 мм, если склейка (объектив от какого-то оптического прибора), то можно больше. Если диаметр будет больше приведенных значений, то изображение может получиться неконтрастным. Для ограничения диаметра делаем диафрагму - вырезаем картонный круг диаметром, равным внешнему диаметру объектива, в нем по центру вырезаем круглое отверстие диаметром 20 - 30 мм. Ставим диафрагму вплотную к объективу перед или за ним.
Увеличение такого телескопа 20 - 50 крат.
Линзы объектива и окуляра должны быть установлены в трубу как можно более соосно. Объектив обязательно должен быть стеклянным. Что видно: в 28 мм 40 крат за городом видны звезды до 9-й величины, кольцо Сатурна и просвет между ним и диском, спутники и две темных полосы на Юпитере (они кажутся скорее оранжевыми), фаза Марса, когда он был 6 секунд диаметром, кратеры на Луне, пятна на Солнце (только при проекции окуляром, глазом не смотреть!!!).
Вывод такой - по различимости деталей это изделие, если собрано хорошо, превзойдет и 8-кратный бинокль.
На всякий случай напоминаем - очковая линза +1 дптр имеет фокусное расттояние 1 метр и она вполне достаточна для такого простейшего телескопа. Не стоит следовать расхожим рекомендациям и изготавливать объектив из пары одинаковых линз +0.5 дптр (вогнутостями друг к другу). Это схема "Перископ", которая имеет какие-то преимущества только на полях в 30-50 градусов, что не актуально для телескопов с их полями в пол-градуса.
Многие люди считают телескоп очень сложным прибором, который самостоятельно в домашних условиях сделать не получится. Это верно по отношению к современным устройствам с очень сложной конструкцией, но сделать простейший телескоп своими руками – реально. В данной статье вы узнаете, как сделать телескоп всего за пару часов.
Следуя инструкции можно сделать телескоп с увеличением в 30, 50 или 100 раз. Все три варианта имеют одинаковую конструкцию и отличаются только линзами объектива и длиной в развернутом виде.
Понадобится:
- Ватман;
- Клей;
- Черная тушь или краска;
- Две оптические линзы.
Если вы впервые собираете подобные устройства, то для начала лучше попытаться сделать телескоп с 50-кратным увеличением.
Объектив
Из листа ватмана сворачиваем трубу длиной 60-65 см. Диаметр нужно сделать немного больше диаметра линзы объектива. При использовании стандартной очковой линзы, диаметр трубы будет около 6 см. Затем разверните лист и закрасьте внутреннюю часть черной тушью. Таким образом, внутренняя поверхность телескопа будет черной, это исключит возможность попадания стороннего света (не от объекта наблюдения).
После того как определенны размеры, диаметр и одна сторона листа закрашена, можно свернуть лист и закрепить его клеем. Линзу объектива в +1 диоптрию, следует закрепить в торце трубы, с помощью двух ободков из картона с зубчиками (показано на рисунке).
1 - линза объектива,
2 - линза окуляра,
3 - крепление линзы объектива,
4 - крепление трубки для линз окуляра,
5 - дополнительная линза для перевертывания изображения,
6 - диафрагма
Окуляр
Следующим шагом изготовления телескопа своими руками будет создание окуляра.
Линзу для окуляра, к примеру, можно вытащить из сломанного бинокля. Фокусное расстояние (f) линзы должно быть 3 — 4 см. Определяется это расстояние следующим образом: на линзу направьте свет от удаленного источника (например, солнце), отдаляйте линзу от экрана, на который проецируете луч. Расстояние между линзой и экраном при котором пучок света сфокусируется в маленькую точку и будет являться фокусным расстоянием (f).
Сверните лист бумаги в трубочку такого диаметра, чтобы окуляр плотно в нее входил. Если на линзе присутствует металлическая оправа, то никаких дополнительных креплений делать не нужно.
Готовая трубка с окуляром закрепляется в большой трубе с помощью двух картонных кругов с отверстиями в центре. Трубка с окуляром должна двигаться свободно, но с небольшим усилием.
Самодельный телескоп готов. Только он имеет небольшой минус – перевернутое изображение. При наблюдении за небесными объектами это совсем не является недостаток, но если вы будете наблюдать за объектами местности, то будете испытывать определенные неудобства. Чтобы перевернуть изображение, необходимо в трубу окуляра установить еще одну линзу с фокусом 3 – 4 см.
Телескоп с увеличением в 30 раз ничем не отличается от описанного выше, кроме линзы в + 2 диоптрии и длины (около 70 см, в расправленном виде).
Телескоп с увеличением 100 крат , будет около двух метров в длину и для него потребуется линза + 0.5 диоптрии. Такой самодельный телескоп позволит разглядеть «моря», кратеры, равнины залитые лавой, горные массивы у Луны. Также можно отыскать на небе Марс и Венеру, их размер будет с крупную горошину. А если зрение острое, то среди большого числа звезд можно отыскать и Юпитер.
Изображение такого мощного телескопа имеющего малый диаметр объектива, может быть испорчено радужной окраской. Это вызвано явлением дифракции. Частично снизить этот эффект можно с помощью диафрагмы (черная пластина с отверстием диаметра 2 – 3 см). Диафрагма устанавливается в том месте, где лучи от объектива сходятся в фокусе. Определяется это место с помощью экрана.
После такой доработки, изображение станет более четким, но потеряет немного яркости.
Если вы собираете двухметровый телескоп из ватмана, то следует знать, что он будет изгибаться под тяжестью линзы, сбивая настройки. Чтобы сохранить геометрию трубы, следует с двух сторон прикрепить деревянные рейки.
Вот таким образом можно сделать телескоп своими руками. Не самый мощный, но подходящий чтобы разжечь интерес к астрономии.
Интересных и увлекательных вам наблюдений.
Каждый, наверное, хотел в детстве собрать собственный телескоп из подручных материалов, но всё как-то руки не доходили... Как самому сделать телескоп? Да очень просто, ведь сейчас много схем любительских телескопов самых разнообразных конструкций.
Для начала нам понадобится обыкновенный лист ватмана. Первым делом нужно покрасить одну из сторон листа в чёрный цвет - она будет внутренней. Покраска нужна для того, чтобы внутри трубы телескопа, которой и станет свёрнутый ватман, было темно, в противном случае вы увидите в окуляре довольно мутное изображение и вряд ли найдёте ответ на вопрос «как сделать телескоп». Да, кстати, в длину лист ватмана должен быть около 1 метра - именно такое идеально для самодельного телескопа.
Итак, труба будущего телескопа готова. Теперь нужно подыскать линзу для объектива. Для устройства с фокусным расстоянием в метр подойдёт стекло с диоптрией +1. Что хорошо, так это то, что подобные линзы продаются в любом магазине оптики по поэтому вы сможете купить даже стёкла про запас.
Далее в плане действий под названием «Как сделать телескоп» идёт следующий пункт - закрепление объектива. Линза крепится на одном из концов вашего телескопа с помощью картонных колец и скотча. Есть вариант с закреплением стекла изолентой, однако он подходит далеко не всегда. Когда вы прочно соедините объектив со то можете переходить к следующему шагу.
Чтобы совсем забыть о мутности изображения, требуется изготовить ещё и диафрагму. Так называется небольшой картонный кружок с отверстием посередине. Установить диафрагму возможно как за объективом, так и перед ним - на конечный результат это не повлияет.
В любом случае эксперименты приветствуются, поэтому, вероятно, именно ваша модель рефлектора может стать иллюстрацией к книге «Как сделать телескоп».
Если же вы совсем не экспериментатор, то можете поискать таблицы соответствия размеров линз объективов и диаметров отверстий в диафрагмах.
К примеру, для 70-миллиметрового объектива вполне хватает диафрагмы с 40-мм отверстием.
В специализированных магазинах маленькие стёклышки окуляров стоят довольно дорого - до 1,5 тысяч рублей за штуку. Но нас не интересует вопрос «как сделать телескоп задорого», мы, наоборот, хотим сэкономить. Именно поэтому можно забыть о походах в магазины.
Для окуляра подойдёт даже стёклышко от бинокля, с которым вы играли в детстве. Важно, чтобы это было именно стекло, а не кусок пластмассы, потому как пластмасса дает мутность изображению.
Окуляр закрепляется на конце второй, небольшой трубы, при помощи тех же картонный колец и скотча. Можно использовать также пластмассовые пробки и крышки от банок из-под чипсов. Зачем соединяем малую трубу с большой таким образом, чтобы не получилось статичной конструкции - ведь нам может потребоваться фокусировка. Именно поэтому нужно делать диаметр малой трубы чуть меньшим, нежели диаметр большой.
Изготовление штатива опционально - вы можете использовать под штатив даже стопку книг, поскольку самодельный телескоп необязательно должен быть закреплён статично, ведь увеличение он даёт довольно малое, а это значит, что картинка не будет дрожать.
Вот вы и узнали, как сделать телескоп-рефлектор в домашних условиях с минимумом затрат!
Телескоп из очковых стекол
Что нужно для постройки телескопа из очковых стекол. Простейший телескоп-рефрактор.
Для постройки телескопа потребуется очковое стекло силой в 1 диоптрию (фокусным расстоянием 1 м), которое представляет собой мениск (выпукло-вогнутую линзу) диаметром 60 - 80 мм, и может быть приобретено в магазинах по продаже и изготовлению очков. Необходимо обратить внимание на то, что линза должна иметь положительную оптическую силу, т. е. быть "собирающей", в отличие от "рассеивающих" стекол, которые не могут построить действительное изображение объекта. Что такое положительная линза, большинство из нас знает, так как все мы пользовались в детстве увеличительным стеклом для выжигания. При этом лучи Солнца фокусируются на расстоянии от линзы, равном фокусному. Очковое стекло будет служить объективом телескопа. Такой телескоп называется рефрактором от слова "рефракция", т. е. "преломление". В объективе телескопа-рефрактора происходит преломление лучей света, пришедших от объекта наблюдения, в результате чего они собираются в фокальной плоскости, где рассматриваются наблюдателем в окуляр, т. е. в лупу той или иной конструкции. В нашем случае окуляром может служить простое увеличительное стекло фокусным расстоянием 20 - 70 мм, объектив от фотоаппарата, окуляр от бинокля, зрительной трубы, микроскопа и т. д.
Кроме объектива и окуляра потребуются несколько листов ватмана, клей (ПВА, столярный, эпоксидный), небольшое количество толстого и тонкого картона. Для изготовления штатива нужны будут рейки сечением примерно 25х15 мм, 5 мм фанера, обрезки дюймовой доски, несколько мелких шурупов, три длинных и один короткий болты М6 с гайками-барашками, клей.
Если не удастся достать линзу в 1 диоптрию, можно использовать другую, учитывая при этом, что фокусное расстояние объектива будет равно:
F (м) =1 м / оптическая сила в диоптриях.
Например, для линзы в 0,75 диоптрии:
F = 1 м / 0,75 = 1,33 м.
Нужно только учитывать, что слишком длинный телескоп будет неудобен в обращении, а короткофокусный объектив будет давать изображение неудовлетворительного качества. Из этих соображений целесообразно применить очковое стекло фокусом 0,6 - 1,5 м.
Полезный совет: Очковые стекла обычно имеют метку в виде точки около центра, которая указывает оптический центр линзы. Он может значительно отличаться от геометрического центра, это учитывают при изготовлении очков (при обтачивании стекла). Желательно выбрать стекло, в котором оптический центр отличается от геометрического на небольшую величину.
С чего начать? Оправа, труба, окулярный узел.
Начинать лучше всего с изготовления оправы объектива (см. черт., поз. 1), диаметр которой, а, следовательно, и диаметр трубы, будет зависеть от размера приобретенного очкового стекла. Оправой будет служить трубка, склеенная из ватмана в несколько слоев. Внутренний диаметр оправы должен быть равен диаметру нашей линзы, а длина - 70 - 80 мм. Линза фиксируется двумя бумажными или картонными кольцами, которые плотно вставляются внутрь оправы, зажимая с двух сторон стекло. Оправа должна быть достаточно жесткой.
Затем необходимо склеить из нескольких слоев ватмана главную трубу телескопа (поз. 2). Это можно сделать, наматывая листы на уже готовую оправу и обильно промазывая клеем внутреннюю поверхность бумаги. При этом нужно следить, чтобы бумага не перекашивалась. Длина трубы должна быть немного (на 150 - 200 мм) меньше фокусного расстояния объектива. Подвижная трубка (поз. 3) служит для фокусировки, т. е. для совмещения фокальных плоскостей объектива и окуляра. Она должна легко двигаться "на трении", но не болтаться. Ее склеиваем из ватмана аналогично главной трубе нашего телескопа.
Оправу окуляра, конструкция которой будет зависеть от того, что мы применим для этой цели, можно вставить непосредственно в подвижную трубку, но лучше, особенно если диаметр окуляра мал, сделать несложный фокусировочный узел. Основой узла будет служить кольцо из фанеры (выпилить лобзиком и просверлить отверстие) или двух - трех слоев толстого картона. Узел работает "на трении", и конструкция его ясна из чертежа (поз. 4). Поверхность неподвижной трубки окулярного узла можно оклеить бархатом или сукном, для снижения трения, подвижную можно подобрать или выточить металлическую, а можно склеить из нескольких слоев не очень толстой, но плотной, гладкой бумаги. Ей необходимо придать достаточную жесткость.
Передвижением подвижной трубки телескопа грубо совмещаются фокальные плоскости объектива и окуляра (при этом одну и ту же трубу можно использовать с разными объективами), а окулярный узел позволяет добиться точной фокусировки.
Испытание телескопа. Его основные характеристики.
Теперь несколько слов об испытании и настройке телескопа, его основных характеристиках. Прежде всего, скажу об увеличении, с которым мы будем работать. Увеличение телескопа равно фокусному расстоянию объектива, деленному на фокусное расстояние окуляра. Из этого видно, что, применяя разные окуляры, мы можем получать с одним и тем же объективом разные увеличения. Например, для окуляра с фокусным расстоянием 50 мм (нормальный объектив от фотоаппарата):
1000 мм / 50 мм = 20 крат,
а для окуляра от микроскопа с фокусным расстоянием 10 мм:
1000 мм / 10 мм = 100 крат.
Может показаться, что, применяя длиннофокусные стекла и короткофокусные окуляры, можно добиться очень большого увеличения, однако, поэкспериментировав с телескопом из очковых стекол, мы очень скоро убедимся, что это не так. Несовершенство нашего объектива накладывает существенные ограничения. На практике мы сможем использовать построенный инструмент с 20 - 50 кратным увеличением. Этого достаточно для того, чтобы увидеть многое из того, что украшает ночное небо, но недоступно невооруженному глазу, например, яркие туманности, кольцо Сатурна, диск и спутники Юпитера, не говоря уже о захватывающих панорамах Луны.
Итак, наш телескоп готов, клей просох, внутренние поверхности трубы и оправ зачернены тушью, и можно приступить к первым испытаниям. Совместив фокальные плоскости объектива и окуляра, и оперев трубу для устойчивости о подоконник, раму окна или другой предмет, попытаемся "навести на резкость" перемещением фокусировочной трубки с окуляром. Скорее всего, даже при наилучшей фокусировке изображение будет подернуто "дымкой". Это происходит потому, что только центральная часть очкового стекла строит неискаженное изображение. Для строительства телескопов-рефракторов с достаточно большими диаметрами применяют сложные объективы, в которых эти искажения, называемые аберрациями, исправляются. Ничего страшного, закрыв краевые части нашего объектива непрозрачным экраном, мы добьемся хорошего изображения. Такой экран называется диафрагмой (см. черт, поз. 5).Имеет смысл сделать несколько диафрагм - по числу окуляров, так как при малых увеличениях аберрации заметны меньше, а при больших - сильнее. Диафрагма изготовляется в виде кружка из картона с отверстием 10 - 30 мм посредине, красится в черный цвет и вставляется в оправу объектива перед очковым стеклом. При увеличениях 10 - 20 крат можно использовать 30мм диафрагму - это позволит увидеть больше слабых объектов (звезд и туманностей), при наблюдении Луны с увеличением 50 - 100 крат действующее отверстие объектива придется уменьшить до 15 - 10 мм. Во всех случаях увеличение и диаметр диафрагмы нужно будет определять опытным путем.
Здесь мы подошли к другому важнейшему параметру телескопа - диаметру объектива. Этот параметр является основным и определяет такие характеристики, как проницающую силу и разрешающую способность инструмента. Первая характеристика указывает на возможность телескопа показывать слабые объекты и выражается в звездных величинах. Вторая - на способность разделять близко расположенные звезды или детали на дисках планет и выражается в угловых величинах - в секундах и долях секунды дуги. Для примера можно сказать, что угловой размер видимого диска Луны составляет около 30 минут, а человеческий глаз обладает разрешающей способностью 1 - 2 минуты. Наш же телескоп может иметь разрешающую способность около 10 секунд дуги, т.е., по крайней мере, в 6 - 10 раз выше, чем невооруженный глаз. Проницающая сила инструмента пропорциональна квадрату диаметра объектива, и, если принять размер зрачка человеческого глаза равным 7 мм, а диаметр входного отверстия телескопа - 20 мм, то наш простейший рефрактор позволит нам наблюдать звезды и другие светила примерно в 8 раз более слабые, чем невооруженным глазом. Желающих более подробно ознакомиться с этими и другими понятиями геометрической и физической оптики, принципами работы и особенностями различных систем телескопов отсылаем к перечню литературы в конце этой статьи.
Наблюдения с телескопом.
