Астрономическое наблюдение выполненное на земле пример. Астрономические наблюдения
Если вам хочется побыть наедине с собой, отвлечься от повседневной текучки, дать волю дремлющей в вас фантазии, приходите на свидание со звездами. Отложите сновидения на утренние часы. Вспомните бессмертные строки И. Ильфа и Е. Петрова: «В сквере приятно сидеть именно ночью. Воздух чист, и в голову лезут умные мысли».
А какое наслаждение созерцать тонкую, поистине волшебную небесную роспись! Не зря охотники, рыбаки и туристы, устроившись на ночлег, любят подолгу разглядывать небо. Как часто, лежа у погасшего костра и глядя в бескрайнюю даль, они искренне сожалеют, что их знакомство со звездами ограничивается ковшом Большой Медведицы. При этом многие и мысли не допускают, что это знакомство можно расширить, и считают, что небо для них — тайна за семью печатями. Довольно распространенное заблуждение. Поверьте, сделать первый шаг на пути астронома-любителя — дело вовсе не трудное. Он доступен и младшему школьнику, и студенту, и начальнику конструкторского бюро, и пастуху, и трактористу, и пенсионеру.
У значительного большинства людей бытует предвзятое представление, что любительская астрономия начинается с телескопе («Вот сделаю небольшой телескоп и буду наблюдать звезды».) Однако зачастую благодатный порыв оказывается в плену абсолютно неразрешимой проблемы: где купить нужные линзы для самодельного телескопа-рефрактора или стекла необходимой толщины для изготовления зеркала к телескопу-рефлектору? Три-четыре бесплодные попытки, и диалог со звездным небом откладывается на неопределенное время, а то и навсегда. А жаль! Ведь если вы хотите приобщиться к астрономии или помочь сделать это своим детям, и способа, чем наблюдения метеоров, вам не найти.
Помните только, что начинать их целесообразно в период максимального действия какого-либо интенсивного метеорного потока. Лучше всего это сделать в ночи с 11 на 12 и с 12 на 13 августа, когда активизируется поток Персеид. Для школьников это вообще исключительно удобное время. На этом этапе для наблюдений не понадобятся никакие оптические инструменты или приспособления. Нужно только выбрать место для наблюдений, расположенное вдали от источников света и дающее достаточно большой обзор неба. Оно может находиться в поле, на холме, в горах, на большой опушке леса, на плоской крыше дома, в достаточно широком дворе. При себе необходимо иметь только тетрадь (журнал наблюдений), карандаш и любые часы, наручные, настольные или даже настенные.
Задача заключается в том, чтобы каждый час подсчитывать количество увиденных вами метеоров, а результат запоминать или записывать. Наблюдения желательно вести как можно дольше, скажем с 22 часов и до рассвета. Наблюдать можно лежа, сидя или стоя: наиболее удобную позу вы выберете себе сами. Наибольший участок неба можно: охватить наблюдениями, лежа на спине. Однако такая поза довольно рискованна: многие начинающие астрономы-любители засыпают во второй половине ночи, оставляя метеорам возможность «бесконтрольно» носиться по небу.
Закончив наблюдения, составьте таблицу, в первую графу которой внесите часовые интервалы наблюдений, например с 2 до 3 ч, с 3 до 4 ч и т. д., а во вторую — соответственное им количество увиденных метеоров: 10, 15, ... Для большей наглядности можно построить график зависимости числа метеоров от времени суток — и будете иметь картину, показывающую, как менялось количество метеоров в течение ночи. Это будет вашим маленьким «научным открытием». Сделать его можно уже в самую первую ночь наблюдений. Пусть вас вдохновляет мысль, что все увиденные вамп в эту ночь метеоры неповторимы. Ведь каждый из них — это мимолетный прощальный автограф исчезающей навсегда межпланетной частички. В случае удачи, наблюдая метеоры, можно увидеть один, а то и более болидов. Болид может завершиться выпадением метеорита, поэтому будьте готовы к следующим действиям: по часам установите момент пролета болида, по наземным или небесным ориентирам постарайтесь запомнить (зарисовать) его траекторию, прислушайтесь, а не последует ли каких-нибудь звуков (удара, взрыва, гула) после погасания болида или его исчезновения за горизонтом. Данные занесите в журнал наблюдений. Сведения, полученные вами, могут оказаться полезными специалистам в случае организации поиска места падения метеорита.
Уже в первую ночь, проводя наблюдения, вы обратите внимание на наиболее яркие звезды, на их взаимное расположение. А если будете продолжать наблюдения и далее, то за несколько пусть даже неполных ночей привыкнете к ним и будете их узнавать. Еще в древности звезды были объединены в созвездия. Созвездия нужно постепенно изучить. Этого уже нельзя сделать, не имея карты звездного неба. Ее следует приобрести в книжном магазине. Отдельно карты или атласы звездного неба продаются редко, чаще они прилагаются к различным книгам, например к учебнику астрономии для 10-го класса, к «Школьному астрономическому календарю», к научно-популярной астрономической литературе.
Отождествлять звезды на небе с их изображениями на карте дело нетрудное. Нужно только приспособиться к масштабу карты. Выходя на наблюдения с картой, захватите с собой фонарик. Чтобы карта не освещалась слишком ярко, свет фонарика можно ослабить, обернув его бинтом. Знакомство с созвездиями — занятие чрезвычайно увлекательное. Решение «Звездных кроссвордов» никогда но надоедает. Мало того, опыт показывает, что дети, например, с удовольствием играют в звездную игру и очень быстро запоминают и названия созвездий, и их расположение на небе.
Итак, уже через неделю вы довольно свободно сможете плавать по небесному морю и говорить на «ты» со многими звездами. Хорошее знание звездного неба расширит вашу научную программу наблюдений метеоров. Правда, при этом экипировка несколько усложнится. Кроме часов, журнала и карандаша нужно взять фонарик, карту, линейку, ластик, подложку для карты (какую-нибудь фанерку или маленький столик). Теперь при наблюдениях траектории всех увиденных вами метеоров вы наносите на карту карандашом в виде стрелок. Если наблюдения проводились в дату максимума потока, то некоторые стрелки (а иногда и большинство) будут расходиться по карте веером. Продолжите стрелки назад штриховыми линиями: эти линии пересекутся в некоторой области или даже точке звездной карты. Это будет означать, что метеоры принадлежат метеорному потоку, а найденная вами точка пересечения штриховых линий — приблизительный радиант этого потока. Остальные нанесенные вами стрелки могут быть траекториями спорадических метеоров.
Описанные наблюдения проводятся, как уже отмечалось, без применения каких-либо оптических инструментов. Если в вашем распоряжении имеется бинокль, то появляется возможность наблюдать не только метеоры и болиды, но и их следы. Очень удобно работать с биноклем, если укрепить его на штативе. После пролета болида, как правило, на небе виден слабосветящийся след. Наведите на него бинокль. На ваших глазах след под влиянием воздушных течений будет менять свою форму, в нем образуются сгустки и разрежения. Очень полезно зарисовать несколько последовательных видов следа.
Не представляет значительных трудностей и фотографирование метеоров. Для этих целей можно использовать любой фотоаппарат. Самый простой способ — укрепить фотоаппарат на штативе или положить его, скажем, на табуретку и направить в зенит. При этом установить затвор на длительную выдержку и фотографировать звездное небо в течение 15—30 мин. После этого перевести пленку на один кадр и продолжить фотографирование. На каждом снимке изображения звезд получаются в виде параллельных дуг, а метеоры — в виде прямых линий, как правило, пересекающих дуги. Следует иметь в виду, что поле зрения одного обычного объектива не очень велико, и поэтому вероятность сфотографировать метеор достаточно мала. Нужно терпение и, конечно, немного удачи. При проведении фотографических наблюдений хороша кооперация: несколько фотоаппаратов, направленных в различные области небесной сферы аналогично тому, как это делают профессиональные астрономы. Однако если уж вам удастся создать небольшую группу охотников за метеорами, полезно разделить ее на две группы. Каждая группа должна облюбовать свое место наблюдений в достаточной удаленности друг от друга и проводить совместные наблюдения по заранее согласованной программе.
Сами фотографические наблюдения — занятие сравнительно простое: щелкай затворами, перематывай пленку, записывай время начала и конца экспозиций и моменты пролета метеоров. Значительно сложнее обработка полученных снимков. Впрочем, пугаться сложностей не следует. Если уж вы решили наладить с небом дружеские отношения, то будьте готовы к необходимости известного интеллектуального напряжения.
А как быть с наблюдением комет? Если бы кометы появлялись так же часто, как метеоры, то для любителей астрономии лучшего и желать бы не надо. Но, увы! Прождать комету можно целую «вечность» и тем не менее остаться ни с чем. Пассивность здесь — враг номер один. Кометы надо искать. Искать с энтузиазмом, с большим желанием, с верой в успех. Очень многие яркие кометы были открыты именно любителями. Их имена навечно записаны в анналах истории.
Где же нужно искать кометы, в какой области неба? Есть ли хоть какая-то зацепка для начинающего наблюдателя?
Есть. Яркие кометы следует искать недалеко от Солнца, т. е. утром перед восходом Солнца на востоке, вечером после захода Солнца на западе. Вероятность успеха сильно возрастет, если вы изучите созвездия, привыкнете к расположению звезд, к их блеску. Тогда появление «постороннего» объекта не ускользнет от вашего внимания. Если в вашем распоряжении имеется биноколь, зрительная труба, телескоп или другой инструмент, позволяющий наблюдать и более слабые объекты, будет очень полезным составить себе карту туманностей и шаровых скоплений, иначе сердце ваше не раз будет учащенно биться по случаю открытия вами ложной кометы. А это, поверьте, очень обидно! Сам процесс наблюдений несложен, нужно регулярно осматривать присолнечную утреннюю и вечернюю часть неба, подстегивая себя желанием во что бы то ни стало обнаружить комету.
Наблюдения кометы необходимо проводить в тление всего периода ее видимости. Если комету не удается сфотографировать, то сделайте серию рисунков ее внешнего вида с обязательным указанием времени и даты. Особенно тщательно зарисуйте различные детали в голове и хвосте кометы. Всякий раз наносите положение кометы на звездную карту, «прокладывая» ее маршрут.
При наличии фотоаппарата не скупитесь на фотографии. Объединив фотоаппарат с телескопом, вы получите светосильный астрограф, и ваши фотографии будут ценными вдвойне.
Помните, что и при визуальных наблюдениях с биноклем или телескопом, и при фотографировании телескоп и фотоаппарат должны быть укреплены на штативе, иначе изображение объекта будет «дрожать от холода».
Хорошо, если при наблюдениях даже чисто визуальных с телескопом или биноклем удается оценить блеск кометы. Дело в том, что очень активные кометы могут сильно «мигать», то повышая, то уменьшая свою яркость. Причинами могут оказаться внутренние процессы в ядре (внезапный выброс вещества) или внешнее воздействие потоков солнечного ветра.
Вы, вероятно, помните, что определить яркость звездообразного объекта можно путем сравнения ее с блеском известных звезд. Так оценивается, например, звездная величина астероида. С кометой дело сложнее. Ведь она видна не как звезда, а как туманное пятнышко. Поэтому применяется следующий довольно остроумный способ. Наблюдатель выдвигает окуляр телескопа, выводя изображения кометы и звезд из фокуса, в результате чего звезды из точек превращаются в размытые пятна. Наблюдатель выдвигает окуляр до тех пор, пока размеры звездных пятен не сравняются или почти не сравняются с размерами кометы. Затем выбираются две звезды для сравнения — одна несколько ярче кометы, вторая — слабее. Находятся по звездному каталогу их звездные величины.
Бесспорно, представляет интерес и наблюдение уже ранее открытых комет. Списки таких комет, наблюдение которых ожидается в данном году, публикуются в «Астрономическом календаре» (Переменная часть). Такие календари выходят ежегодно. Правда, очень часто после описания истории кометы и условий ее предстоящего наблюдения добавляется очень неприятная фраза:
«Любительским наблюдениям недоступна». Так, все пять короткопериодических комет, наблюдавшиеся в 1988 году, любителям были недоступны из-за их малой яркости. Да, поистине, надо открывать свои кометы!
Очень слабые кометы обычно открывают, просматривая негативы с изображением звездного неба. Если вы не забыли, точно так же открывают и новые астероиды.
Наблюдать астероиды невооруженным глазом практически нельзя. Но в небольшие телескопы это сделать удается. В том же «Астрономическом календаре» публикуется список астероидов, доступных наблюдениям в данном году.
Примите к сведению один совет. Никогда не полагайтесь только на свою память, результаты наблюдений обязательно занесите в журнал и как можно подробное. Лишь в этом случае можно рассчитывать на то, что ваше прекрасное хобби будет полезным науке.
Среди методов астрономии, иначе методов астрономических исследований, можно выделить три основных группы:
- наблюдения,
- измерения,
- космический эксперимент.
Сделаем небольшой обзор этих методов.
Астрономические наблюдения
Замечание 1
Астрономические наблюдения - это основной способ исследования небесных тел и событий. Именно с их помощью регистрируется то, что происходит в ближнем и дальнем космосе. Астрономические наблюдения - главный источник знания, полученного экспериментальным путём
Астрономические наблюдения и обработка их данных, как правило, проводятся в специализированных научно-исследовательские учреждениях (астрономических обсерваториях).
Первая российская обсерватория была построена в Пулково, под Санкт-Петербургом. Составление звезд каталогов звезд, имеющих высочайшую точность, заслуга Пулковской обсерватории. Можно сказать, что во второй половине 19 века, негласно, ей было присвоено звание «астрономической столицы мира», а в 1884 году Пулково претендовало на нулевой меридиан (победил Гринвич).
Современные обсерватории оснащены наблюдательными инструментами (телескопами), светоприёмной и анализирующей аппаратурой, различными вспомогательными приборами, высокопроизводительными ЭВМ и т.д.
Остановимся на особенностях астрономических наблюдений:
- Особенность №1. Наблюдения весьма инертны, поэтому, как правило, для них требуется достаточно длительные сроки. Активное влияние на космические объекты, за редкими исключениями которые даёт пилотируемая и непилотируемая космонавтика, затруднено. В основном, многие явления, взять хотя бы трансформирование угла наклона оси Земли к орбитальной плоскости, могут быть зафиксированы лишь благодаря наблюдениям на протяжении нескольких тысяч лет. Следовательно, астрономическое наследие Вавилона и Китая тысячелетней давности, несмотря на некоторые несоответствия современным требованиям, до сих пор актуально.
- Особенность №2. Процесс наблюдения, как правило, происходит с земной поверхности, в тоже время Земля осуществляет сложное движение, поэтому земной наблюдатель видит только определённый участок звёздного неба.
- Особенность №3. Угловые измерения, выполняемые на основе наблюдений, являются основой для расчетов, определяющих линейные размеры объектов и расстояния до них. А так как угловые размеры звёзд и планет, измеряемые с помощью оптики, не зависят от расстояния до них, расчеты могут быть довольно неточными.
Замечание 2
Основной инструмент астрономических наблюдений - оптический телескоп.
Оптической телескоп обладает принципом действия, определяемым его типом. Но независимо от вида, главная его цель и задача заключается в сборе максимального количества света, испускаемого светящимися объектами (звёздами, планетами, кометами и др.), для создания их изображений.
Виды оптических телескопов:
- рефракторы (линзовые),
- рефлекторы (зеркальные),
- а также зеркально-линзовые.
В рефракторном (линзовом) телескопе, изображение достигается результатом преломления света в линзе объектива. Недостаток рефракторов - ошибка в результате размытости изображения.
Особенность рефлекторов - использование в астрофизике. В них главное не то, как свет преломляется, а как отражается. Они совершеннее линзовых, и более точны.
Зеркально-линзовые телескопы сочетают в себе функции рефракторов и рефлекторов.
Рисунок 1. Малый оптический телескоп. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ
Астрономические измерения
Так как измерения в астрономических исследованиях осуществляются с помощью различных приборов и инструментов, проведём их короткий обзор.
Замечание 3
Основные из астрономических измерительных приборов - это координатно-измерительные машины.
Данные машины измеряют одну или две прямоугольные координаты с фотографического изображения или диаграммы спектра. Координатно-измерительные машины оснащены столом, на который помещаются фото и микроскопом с измерительными функциями, применяемым для наводки на светящееся тело или его спектр. Современные приборы могут иметь точность отсчёта до 1 мкм.
В процессе измерения могут возникнуть ошибки:
- самого инструмента,
- оператора (человеческий фактор),
- произвольные.
Ошибки инструмента возникают от его несовершенства, следовательно, должна быть, предварительно осуществлена, его проверка на точность. В частности, проверке подлежат: шкалы, микрометрические винты, направляющие на предметном столе и измерительном микроскопе, отсчётные микрометры.
Ошибки, связанные с человеческим фактором и случайностью, купируются кратностью измерений.
В астрономических измерениях происходит широкое внедрение автоматических и полуавтоматических измерительных приборов.
Автоматические приборы работают на порядок быстрее обычных, и имеют в два раза меньшую среднюю квадратическую ошибку.
Космический эксперимент
Определение 1
Космический эксперимент - это множество связанных между собой взаимодействий и наблюдений, дающих возможность получения необходимой информации об исследуемом небесном теле или явлении, осуществляемых в космическом полете (пилотируемом или непилотируемом) с целью подтверждения теорий, гипотез, а также совершенствования различных технологий, могущих принести вклад в развитие научных знаний.
Основные тенденции экспериментов в космосе:
- Изучение протекания физико-химические процессов и поведения материалов в космическом пространстве.
- Изучение свойств и поведения небесных тел.
- Влияние космоса на человека.
- Подтверждение теорий космической биологии и биотехнологии.
- Пути освоения космического пространства.
Здесь уместно привести примеры экспериментов, проводимых на МКС российскими космонавтами.
Эксперимент по выращиванию растений (Veg-01).
Задача эксперимента – изучить поведение растений в орбитальных условиях.
Эксперимент "Плазменный кристалл" - изучение плазменно-пылевых кристаллов и жидких веществ при микро гравитационных параметрах.
Было проведено четыре его этапа:
- Исследовалась плазменно-пылевая структура в газоразрядной плазме при высокочастотном емкостном разряде.
- Исследовалась плазменно-пылевая структура в плазме при тлеющем разряде с постоянным током.
- Исследовалось как воздействует ультрафиолетовый спектр космического излучения на макрочастицы, которые могут быть заряжены фотоэмиссией.
- Исследовались плазменно-пылевые структуры в открытом космосе при действии солнечного ультрафиолета и ионизирующего излучения.
Рисунок 2. Эксперимент "Плазменный кристалл". Автор24 - интернет-биржа студенческих работ
А всего российскими космонавтами на МКС было проведено более 100 космических экспериментов.
Основной способ исследования небесных объектов и явлений. Наблюдения могут вестись невооруженным глазом или с помощью оптических инструментов: телескопов, снабженных теми или иными приемниками радиации (спектрографами, фотометрами и т.п.), астрографов, специальных инструментов (в частности, биноклей). Цели наблюдений весьма разнообразны. Точные измерения положении звезд, планет и других небесных тел дают материал для определения расстояний до них (см. Параллакс), собственных движений звезд, изучения законов движения планет, комет. Результаты измерений видимого ’блеска светил (визуально или с помощью астрофотометров) позволяют оценивать расстояния до звезд, звездных скоплений, галактик, изучать процессы, происходящие в переменных звездах, и т.д. Исследования спектров небесных светил с помощью спектральных приборов позволяют измерять температуру светил, лучевые скорости, дают неоценимый материал для глубокого изучения физики звезд и других объектов.
Но результаты астрономических наблюдений имеют научную значимость только в том случае, когда безусловно выполняются положения инструкций, которые определяют порядок действия наблюдателя, требования к инструментам, месту наблюдения, к форме регистрации данных наблюдения.
К методам наблюдений, доступным юным астрономам, относятся визуальные без инструментов, визуальные телескопические, фотографические и фотоэлектрические наблюдением небесных объектов и явлений. В зависимости от инструментальной базы, положения 1унктов наблюдения (город, поселок, село), 1строклиматических условий и интересов любителя для наблюдений может быть выбрана любая (или несколько) из предлагаемых тем.
Наблюдения солнечной активности. При наблюдении солнечной активности ежедневно зарисовываются солнечные пятна и определяются их координаты с помощью заранее заготовленной угломерной сетки. Проводить наблюдения лучше всего с помощью большого школьного телескопа-рефрактора или самодельного телескопа на параллактическом штативе (см. Телескоп самодельный). Нужно всегда помнить, что смотреть на Солнце без темного (защитного) фильтра ни в коем случае нельзя. Удобно вести наблюдения Солнца, проецируя его изображение на специально приспособленный к телескопу экран. На бумажном шаблоне обводят контуры групп пятен и отдельных пятен, отмечают поры. Затем вычисляются их координаты, подсчитывается число пятен в группах и на момент наблюдений выводится индекс солнечной активности — числа Вольфа. Наблюдатель изучает и все изменения, происходящие внутри группы пятен, стремясь как можно точнее передать их форму, размеры, взаимное расположение деталей. Наблюдать Солнце можно и фотографически с применением в телескопе дополнительной оптики, увеличивающей эквивалентное фокусное расстояние прибора и позволяющей поэтому фотографировать более крупно отдельные образования на его поверхности. Пластинки и пленки для фотографирования Солнца должны иметь самую малую чувствительность.
Наблюдения Юпитера и его спутников. При наблюдении планет, в частности Юпитера, используют телескоп с диаметром объектива или зеркала не менее 150 мм. Наблюдатель тщательно зарисовывает детали в полосах Юпитера и сами полосы и определяет их координаты. Проведя наблюдения в течение ряда ночей, можно изучить картину изменений в облачном покрове планеты. Интересным для наблюдения на диске Юпитера является Красное пятно, физическая природа которого пока не совсем изучена. Наблюдатель зарисовывает положение Красного пятна на диске планеты, определяет его координаты, приводит описания цвета, яркости пятна, регистрирует замеченные особенности в окружающем его облачном слое.
Для наблюдении спутников Юпитера используется школьный телескоп-рефрактор. Наблюдатель определяет точное положение спутников относительно края диска планеты с помощью окулярного микрометра. Кроме того, представляет интерес наблюдение явлений в системе спутников и регистрация моментов этих явлений. К ним относятся затмение спутников, заход за диск планеты и выход из-за диска, прохождение спутника между Солнцем и планетой, между Землей и планетой.
Поиски комет и их наблюдения. Поиски комет производятся с помощью светосильных оптических инструментов с большим полем зрения (3-5°). Для этой цели могут быть использованы полевые бинокли, астрономическая трубка АТ-1, бинокуляры ТЗК, БМТ-110, а также кометоискатели.
Наблюдатель систематически осматривает западную часть неба после захода Солнца, северную и зенитную области неба ночью и восточную перед восходом Солнца. Наблюдатель должен очень хорошо знать расположение на небе стационарных туманных объектов — газовых туманностей, галактик, звездных скоплений, которые по внешнему виду напоминают слабую по яркости комету. В этом случае ему окажут помощь атласы звездного неба, в частности «Учебный звездный атлас» А. Д. Марленского и «Звездный атлас» А. А. Михайлова. О появлении новой кометы тотчас же дается телеграмма в адрес Астрономического института им, П. К., Штернберга в Москве. Нужно сообщать время обнаружения кометы, ее приближенные координаты, фамилию и имя наблюдателя, его почтовый адрес.
Наблюдатель должен зарисовать положение кометы среди звезд, изучить видимую структуру головы и хвоста кометы (если они имеют место), определить ее блеск. Фотографирование области неба, где находится комета, позволяет более точно, чем при зарисовке, определить ее координаты, а следовательно, рассчитать более точно орбиту кометы. Телескоп при фотографировании кометы должен быть снабжен часовым механизмом, ведущим его за звездами, перемещающимися вследствие видимого вращения неба.
Наблюдения серебристых облаков. Серебристые облака — интереснейшее, но еще малоизученное явление природы. В СССР наблюдаются они в летнее время севернее 50° широты. Их можно увидеть на фоне сумеречного сегмента, когда угол погружении Солнца под горизонт составляет от 6 до 12°. В это время солнечные лучи освещают только верхние слои атмосферы, где на высоте 70-90 км и образуются серебристые облака. В отличие от обычных облаков, которые в сумерках кажутся темными, серебристые облака светятся. Они наблюдаются в северной стороне неба, невысоко над горизонтом.
Наблюдатель каждую ночь осматривает через 15-минутные интервалы сумеречный сегмент и в случае появления серебристых облаков оценивает их яркость, регистрирует изменения формы, при помощи теодолита или другого угломерного инструмента замеряет протяженность поля облаков по высоте и азимуту. Кроме того, целесообразно фотографировать серебристые облака. Если светосила объектива 1:2 и чувствительность пленки 130-180 единиц по ГОСТу, то хорошие снимки можно получить при экспозиции 1—2 с. На снимке должны быть видны основная часть поля облаков и силуэты строений или деревьев.
Целью патрулирования сумеречного сегмента и наблюдений серебристых облаков является выяснение частоты появления облаков, преобладающих форм, динамики поля серебристых облаков, а также отдельных образований внутри поля облаков.
Наблюдения метеоров. Задачами визуальных наблюдений является счет метеоров и определение метеорных радиантов. В первом случае наблюдатели располагаются под круглой рамкой, ограничивающей поле зрения до 60°, и регистрируют только те метеоры, которые появляются внутри рамки. В журнале наблюдений записывается порядковый номер метеора, момент пролета с точностью до одной секунды, звездная величина, угловая скорость, направление метеора и его положение относительно рамки. Эти наблюдения позволяют изучить плотность метеорных потоков и распределение метеоров по блеску.
При определении метеорных радиантов наблюдатель тщательно наносит на копию карты звездного неба каждый замеченный метеор и отмечает порядковый номер метеора, момент пролета, звездную величину, длину метеора в градусах, угловую скорость и цвет. Слабые по блеску метеоры наблюдаются при помощи полевых биноклей, трубок АТ-1, бинокуляра ТЗК. Наблюдения по этой программе позволяют изучать распределение малых радиантов на небесной сфере, определять положение и смещение изученных малых радиантов, приводят к открытию новых радиантов.
Наблюдения переменных звезд. Основные инструменты для наблюдения переменных звезд: полевые бинокли, астрономические трубки АТ-1, бинокуляры ТЗК, БМТ-110, кометоискатели, обеспечивающие большое поле зрения. Наблюдения переменных звезд позволяют изучать законы изменения их блеска, уточнять периоды и амплитуды изменения блеска, определять их тип и т.п.
Первоначально наблюдаются переменные звезды — цефеиды, имеющие правильные колебания блеска с достаточно большой амплитудой, и только после этого следует переходить к наблюдениям полу прав ильных и неправильных переменных звезд, звезд с малой амплитудой блеска, а также исследовать звезды, заподозренные в переменности, и патрулировать вспыхивающие звезды.
При помощи фотоаппаратов можно фотографировать звездное небо с целью наблюдений долгопериодических переменных звезд и поисков новых переменных звезд.
Наблюдения солнечных затмений
В программу любительских наблюдений полного солнечного затмения могут войти: визуальная регистрация моментов соприкосновения края диска Луны с краем диска Солнца (четыре контакта); зарисовки вида солнечной короны — ее формы, структуры, размеров, цвета; телескопические наблюдения явлений при покрытии краем лунного диска солнечных пятен и факелов; метеорологические наблюдения — регистрация хода температуры, давления, влажности воздуха, изменения направления и силы ветра; наблюдения поведения животных и птиц; фотографирование частных фаз затмения через телескоп с фокусным расстоянием 60 см и более; фотографирование солнечной короны при помощи фотоаппарата с объективом, имеющим фокусное расстояние 20-30 см; фотографирование так называемых четок Бейли, которые появляются перед вспыхиванием солнечной короны; регистрация изменения яркости неба по мере увеличения фазы затмения при помощи самодельного фотометра.
Наблюдения лунных затмений
Так же как и солнечные, лунные затмения происходят сравнительно редко, и в то же время каждое затмение характеризуется своими особенностями. Наблюдения лунных затмений позволяют уточнять орбиту Луны, дают сведения о верхних слоях земной атмосферы. Программа наблюдений лунного затмения может состоять из следующих элементов: определение яркости затененных частей лунного диска по видимости деталей лунной поверхности при наблюдении в 6-кратный признанный бинокль или телескоп с малым увеличением; визуальные оценки яркости Луны и ее цвета как невооруженным глазом, так и в бинокль (телескоп); наблюдения в телескоп с диаметром объектива не менее 10 см при 90-кратном увеличении на протяжении всего затмения кратеров Геродот, Аристарх, Гримальди, Атлас и Риччиоли, в области которых могут иметь место цветовые и световые явления; регистрация при помощи телескопа моментов покрытия земной тенью некоторых образований на лунной поверхности (список этих объектов приводится в книге «Астрономический календарь. Постоянная часть»); определение при помощи фотометра блеска поверхности Луны при различных фазах затмения.
Наблюдения искусственных спутников Земли
При наблюдении искусственных спутников Земли отмечают путь движения спутника на звездной карте и время его прохождения около заметных ярких звезд. Время должно регистрироваться с точностью до 0,2 с по секундомеру. Яркие спутники можно фотографировать.
Астрономические наблюдения
всегда вызывают интерес у окружающих, особенно если им удаётся самим посмотреть в телескоп.
Хотелось бы немного рассказать новичкам о том, что же можно разглядеть на небе - во избежание разочарования от того, что на деле видно в окуляре.
В действительно качественные приборы вы увидите гораздо больше, чем тут написано, но цена их высока, да и их вес с габаритами - довольно большие...
Первый телескоп для астрономических наблюдений - как правило не самый большой и дорогой.
Астрономические наблюдения за Марсом - это на любителя, самое большее - полярные шапки удастся рассмотреть. Смены времён года и пятна пыльных бурь видны только в дорогие телескопы и при хорошей атмосфере.
Наблюдение остальных планет приносит разочарование: самое большее, что видно в обычные недорогие телескопы - мутноватые маленькие диски (чаще просто слабые звёздочки). Зато всегда можно сказать: "Да, своими глазами видел - есть такая планета, астрономы не врут."
Ни легендарного "лица Сфинкса" на Марсе, ни по-настоящему завораживающего восхода спутников планет вы не увидите даже в самый лучший телескоп. Впрочем, во время Великих противостояний, не навести на них трубу - просто преступление... Да и просто время от времени посмотреть... Конечно, если вы купите дорогой апохроматический рефрактор с большой апертурой или хороший светофильтр, то качество заметно повысится, но это уже не совсем для новичков.
в созвездии Геркулеса - один из излюбленных объектов наблюдений и неофициальный измеритель качества телескопа на предмет "разрешает он звёзды до центра или нет".
Неважно - показываете ли вы близким людям что-то интересное в небе, или сами смотрите - всегда нелишне заранее знать, что, собственно говоря, искать в небе именно сегодня. И главное - где именно. Кроме того, если вдруг вы планируете свой отпуск с астрономическим уклоном, то нужно многое учесть:
Однако, всё зависит от вашего климата. В Подмосковье, например, погода не балует - облачность повышенная, да и холодно. Мне больше нравится с конца августа до середины октября - небо уже довольно тёмное, ещё не так холодно... Осень считается дождливой, но в последние годы в первую её половину с осадками и облачностью часто везёт - видимо климат меняется. Ближе к зиме облачность резко повышается, в ноябре-декабре посмотреть в Подмосковье редко удаётся. Ещё по этой теме:
Что видно в телескоп в зависимости от его размера
Назад или расскажите друзьям:
ПРЕДИСЛОВИЕ
Книга посвящена организации, содержанию и методике проведения астрономических наблюдений повышенного уровня, а также простейшим математическим методам их обработки. Она начинается с главы, посвященной испытаниям телескопа - основного инструмента наблюдательной астрономии. В этой главе излагаются основные вопросы, связанные с простейшей теорией телескопа. Учителя найдут здесь много ценных практических советов, относящихся к определению различных характеристик телескопа, проверке качества его оптики, выбору оптимальных условий для проведения наблюдений, а также необходимые сведения о важнейших принадлежностях к телескопам и правилах обращения с ними при выполнении визуальных и фотографических наблюдений.
Важнейшей частью книги является вторая глава, рассматривающая на конкретном материале вопросы организации, содержания и методики проведения астрономических наблюдений. Значительная часть предложенных наблюдений - визуальные наблюдения Луны, Солнца, планет, затмений - не требует высокой квалификации и при умелом руководстве со стороны учителя может быть освоена за короткое время. Вместе с тем целый ряд других наблюдений - фотографические наблюдения, визуальные наблюдения переменных звезд, программные наблюдения метеорных потоков и некоторые другие - требует уже значительного навыка, определенной теоретической подготовки и дополнительных приборов и оборудования.
Разумеется, не все из перечисленных в этой главе наблюдений могут быть реализованы в любой школе. Организация наблюдений повышенной трудности доступна скорее всего тем школам, где сложились хорошие традиции организации внеклассных занятий по астрономии, имеется опыт соответствующей работы и, что очень важно, хорошая материальная база.
Наконец, в третьей главе на конкретном материале в простой и наглядной форме изложены основные математические методы обработки наблюдений: интерполирование и экстраполирование, приближенное представление эмпирических функций и теория ошибок. Эта глава является неотъемлемой частью книги. Она нацеливает и учителей школы, и учащихся, и, наконец, любителей астрономии на вдумчивое, серьезное отношение к постановке и проведению астрономических наблюдений, результаты которых могут обрести известную значимость и ценность только после того, как будут подвергнуты соответствующей математической обработке.
иоращено внимание учителей на необходимость исполыю я микрокалькуляторов, а в будущем - и персональных ЭВМ.
Материал книги может, быть использован при проведении практических занятий по астрономии, предусмотренных учебной программой, а также при проведении факультативных занятий и в работе астрономического кружка.
Пользуясь случаем, авторы выражают глубокую признательность заместителю председателя Совета астрономических кружков Московского планетария, сотруднику ГАИШ МГУ М. Ю. Шевченко и доценту Владимирского педагогического института, кандидату физико-математических наук Е. П. Разбитной за ценные указания, способствовавшие улучшению содержания книги.
Авторы с благодарностью воспримут от читателей все критические замечания.
Глава I ИСПЫТАНИЕ ТЕЛЕСКОПОВ
§ 1. Введение
Основными инструментами каждой астрономической обсерватории, в том числе учебной, являются телескопы. С помощью телескопов учащиеся наблюдают Солнце и происходящие на нем явления, Луну и ее рельеф, планеты и некоторые их спутники, разнообразный мир звезд, рассеянные и шаровые скопления, диффузные туманности, Млечный Путь и галактики.
Опираясь на непосредственные телескопические наблюдения и на фотографии, полученные с помощью больших телескопов, учитель может создать у учащихся яркие естественнонаучные представления о строении окружающего мира и на этой основе формировать твердые материалистические убеждения.
Приступая к наблюдениям на школьной астрономической обсерватории, учитель должен хорошо знать возможности телескопической оптики, различные практические методы ее испытания и установления основных ее характеристик. Чем полнее и глубже будут знания учителя о телескопах, тем лучше он сможет организовать проведение астрономических наблюдений, тем плодотворнее будет работа учащихся и тем убедительнее предстанут перед ними результаты проведенных наблюдений.
Преподавателю астрономии, в частности, важно знать краткую теорию телескопа, быть знакомым с наиболее распространенными оптическими системами и установками телескопов, а также иметь достаточно полные сведения об окулярах и различных принадлежностях телескопа. Вместе с тем он должен знать основные характеристики, а также достоинства и недостатки небольших телескопов, предназначенных для школьных и институтских учебных астрономических обсерваторий, иметь хорошие навыки в обращении с такими телескопами и уметь реалистично оценивать их возможности при организации наблюдений.
Результативность работы астрономической обсерватории зависит не только от ее оснащенности различным оборудованием и, в частности, от оптической мощи имеющихся на ней телескопов, но и от степени подготовленности наблюдателей. Только квалифицированный наблюдатель, обладающий хорошими навыками обращения с имеющимся в его распоряжении телескопом и знающий его основные характеристики и возможности, в состоянии получить на этом телескопе максимум возможной информации.
Поэтому перед учителем стоит важная задача по подготовке активистов, способных хорошо проводить наблюдения, требующие выдержки, аккуратного исполнения, большого внимания и времени.
Без создания группы квалифированных наблюдателей нельзя рассчитывать на повсеместное продолжительное функционирование школьной обсерватории и на ее большую отдачу в деле обучения и воспитания всех остальных учащихся.
В связи с этим учителю мало знать сами телескопы и их возможности, он должен еще владеть продуманной и выразительной методикой объяснения, не выходящей далеко за рамки школьных программ и учебников и опирающейся на знания учащихся, полученные при изучении физики, астрономии и математики.
Следует при этом обращать особое внимание на прикладной характер сообщаемых сведений о телескопах, чтобы возможности последних раскрывались в процессе осуществления планируемых наблюдений и проявлялись в получаемых результатах.
Принимая во внимание вышеизложенные требования, в первую главу книги включены теоретические сведения о телескопах в объеме, необходимом для проведения хорошо осмысленных наблюдений, а также описания рациональных практических приемов испытаний и установления различных их характеристик с учетом знаний и возможностей учащихся.
§ 2. Определение основных характеристик оптики телескопов
Чтобы глубоко разобраться в возможностях оптики телескопов, следует вначале привести некоторые оптические данные о человеческом глазе - основном «инструменте» учащихся при проведении большинства учебных астрономических наблюдений. Остановимся на таких его характеристиках, как предельная чувствительность и острота зрения, иллюстрируя их содержание на примерах наблюдений небесных объектов.
Под предельной (пороговой) чувствительностью глаза понимают тот минимальный световой поток, который еще можно воспринять полностью адаптированным к темноте глазом.
Удобными объектами для определения предельной чувствительности глаза являются группы звезд различного блеска с тщательно измеренными звездными величинами. При хорошем состоянии атмосферы, безоблачном небе в безлунную ночь вдали от города можно наблюдать звезды до б-й звездной величины. Однако это не предел. Высоко в горах, где бывает особенно чиста и прозрачна атмосфера, становятся видимыми звезды до 8-й звездной величины.
Опытный наблюдатель должен знать предельные возможности своих глаз и уметь определять состояние прозрачности атмосферы по наблюдениям звезд. Для этого надо хорошо изучить общепринятый в астрономии стандарт - Северный Полярный ряд (рис. 1 , а) и взять себе за правило: перед проведением телескопических наблюдений вначале следует невооруженным глазом определить видимые на пределе звезды из этого ряда и по ним установить состояние атмосферы.
Рис. 1. Карта Северного Полярного ряда:
а - для наблюдений невооружённым глазом; б - с биноклем или с небольшим телескопом; в - средним телескопом.
Полученные данные заносят в журнал для наблюдений. Все это требует наблюдательности, памяти, вырабатывает привычку глазомерных оценок и приучает к аккуратности - эти качества, весьма полезные для наблюдателя.
Под остротой зрения понимают способность глаза различать близко расположенные предметы или светящиеся точки. Медики установили, что острота нормального человеческого глаза в среднем составляет 1 мин дуги. Эти данные получены при рассматривании в лабораторных условиях ярких, хорошо освещенных предметов и точечных источников света.
При наблюдении звезд - значительно менее ярких объектов - острота зрения несколько понижена и составляет около 3 мин дуги и более. Так, обладая нормальным зрением, легко заметить, что возле Мицара - средней звезды в ручке ковша Большой Медведицы - находится слабая звездочка Алькор. Установить же двойственность е Лиры невооруженным глазом удается далеко не всем. Угловое расстояние между Мицаром и Алькором составляет 1 Г48", а между компонентами ei и е2 Лиры - 3"28".
Рассмотрим теперь, каким образом телескоп расширяет возможности человеческого зрения, и проанализируем эти возможности.
Телескоп - это афокальная оптическая система, преобразующая пучок параллельных лучей сечением D в пучок параллельных лучей сечением d. Это хорошо видно на примере схемы прохождения лучей в рефракторе (рис. 2), где объектив перехватывает идущие от далекой звезды параллельные лучи и фокусирует их в точку в фокальной плоскости. Далее лучи расходятся, попадают в окуляр и выходят из него параллельным пучком меньшего диаметра. Затем лучи попадают в глаз и фокусируются в точку на дне глазного яблока.
Если диаметр зрачка человеческого глаза будет равен диаметру выходящего из окуляра параллельного пучка, то все собранные эбъективом лучи попадут в глаз. Следовательно, в этом случае этношение площадей объектива телескопа и зрачка человеческого глаза выражает кратность увеличения светового потока, попадаю-
Если считать, что диаметр зрачка равен 6 мм (в полной темноте он достигает даже 7 - 8 мм), то школьный рефрактор с диаметром объектива 60 мм может посылать в глаз в 100 раз больше световой энергии, чем воспринимает невооруженный глаз. В результате с таким телескопом могут стать видимыми звезды, посылающие нам световые потоки в 100 раз меньшие, чем световые потоки от звезд, видимых на пределе невооруженным глазом.
Согласно формуле Погсона, стократное увеличение освещенности (светового потока) соответствует 5-ти звездным величинам:
Приведенная формула позволяет оценить проницающую силу - важнейшую характеристику телескопа. Проницающая сила определяется предельной звездной величиной (т) самой слабой звезды, которую еще можно увидеть в данный телескоп при наилучших атмосферных условиях. Поскольку в вышеприведенной формуле не учтены ни потери света при прохождении оптики, ни потемнение фона неба в поле зрения телескопа, то она является приближенной.
Более точное значение проницающей силы телескопа можно рассчитать по следующей эмпирической формуле, в которой обобщены результаты наблюдений звезд на инструментах разных диаметров:
где D - диаметр объектива, выраженный в миллиметрах.
В целях ориентировки в таблице 1 приводятся приближенные значения проницающей силы телескопов, рассчитанные по эмпирической формуле (1).
Реальную же проницающую силу телескопа можно определить, наблюдая звезды Северного Полярного ряда (рис. 1,6, в). Для этого, ориентируясь по таблице 1 или по эмпирической формуле (1), устанавливают приближенное значение проницающей силы телескопа. Далее из приведенных карт (рис. 1,6, в) подбирают звезды с несколько большими и несколько меньшими звездными величинами. Тщательно копируют все звезды большего блеска и все подобранные. Таким образом изготовляют звездную карту, тщательно ее изучают и приступают к наблюдениям. Отсутствие «лишних» звезд на карте способствует быстрому отождествлению телескопической картины и установлению звездных величин видимых звезд. В последующие вечера проводят повторные наблюдения. Если погода и прозрачность атмосферы улучшаются, то появляется возможность видеть и отождествлять более слабые звезды.
Найденная таким образом звездная величина самой слабой звезды и определяет реальную проницающую силу используемого телескопа. Получаемые результаты заносят в журнал наблюдений. По ним можно судить о состоянии атмосферы и об условиях наблюдений других светил.
Второй важнейшей характеристикой телескопа является его разрешающая способность б, под которой понимают минимальный угол между двумя звездами, видимыми раздельно. В теоретической оптике доказывается, что с идеальным объективом в видимом свете Л= 5,5- 10-7 м можно еще разрешить двойную звезду, если угловое расстояние между ее компонентами будет равно углу или больше угла
где D - диаметр объектива в миллиметрах. (...)
Рис. 3. Дифракционные картины тесных звездных пар с разными угловыми рас стояниями компонентов.
Поучительно также провести телескопические наблюдения ярких звездных пар при диафрагмировании объектива. По мере постепенного диафрагмирования входного отверстия телескопа дифракционные диски звезд увеличиваются, соединяются и сливаются в едином дифракционном диске большего диаметра, но со значительно меньшей яркостью.
При проведении подобных исследований следует обращать внимание на качество телескопических изображений, которые определяются состоянием атмосферы.
Наблюдения за атмосферными волнениями следует вести с хорошо отъюстированным телескопом (желательно рефлектором), рассматривая при больших увеличениях дифракционные изображения ярких звезд. Из оптики известно, что при монохроматическом потоке света в центральном дифракционном диске концентрируется 83,8% прошедшей через объектив энергии, в первом кольце - 7,2%, во втором - 2,8%, в третьем - 1,5%, в четвертом - 0,9% и т. д.
Так как приходящие излучения звезд не монохроматичны, а состоят из разных длин волн, то дифракционные кольца получаются окрашенными и размытыми. Четкость изображений колец можно улучшить, применяя светофильтры, в особенности узкополосные. Однако в связи с убыванием энергии от кольца к кольцу и увеличением их площадей уже третье кольцо становится малозаметным.
Это следует иметь в виду при оценке состояния атмосферы по видимым дифракционным картинам наблюдаемых звезд. При проведении таких наблюдений можно пользоваться шкалой Пикке-ринга, согласно которой наилучшие изображения оцениваются баллом 10, а очень плохие - баллом 1.
Приводим описание этой шкалы (рис. 4).
1. Изображения звезд волнуются и размазываются так, что их диаметры в среднем вдвое превосходят третье дифракционное кольцо.
2. Изображение волнуется и слегка выходит за третье дифракционное кольцо.
3. Изображение не выходит за пределы третьего дифракционного кольца. Яркость изображения увеличивается к центру.
4. Временами виден центральный дифракционный диск звезды с появляющимися вокруг короткими дугами.
5. Дифракционный диск виден постоянно, а короткие дуги - часто.
6. Дифракционный диск и короткие дуги видны постоянно.
7. Вокруг четко видимого диска движутся дуги.
8. Вокруг четко очерченного диска движутся кольца с разрывами,
9. Ближайшее к диску дифракционное кольцо неподвижно.
10. Все дифракционные кольца неподвижны.
Баллы 1 - 3 характеризуют плохое для астрономических наблюдений состояние атмосферы, 4 - 5 - посредственное, 6 - 7 - хорошее, 8 - 10 - отличное.
Третьей важной характеристикой телескопа является светосила его объектива, равная квадрату отношения диаметра объектива
к его фокусному расстоянию (...)
§ 3. Проверка качества оптики телескопа
Практическая ценность любого телескопа как наблюдательного инструмента определяется не только размерами, но и качеством его оптики, т. е. степенью совершенства его оптической системы и качеством изготовления объектива. Немаловажную роль играет и качество окуляров, прилагаемых к телескопу, а также полнота их комплекта.
Объектив является наиболее ответственной частью телескопа. К сожалению, даже самые совершенные телескопические объективы обладают рядом недостатков, обусловленных как чисто техническими причинами, так и природой света. Важнейшими из них являются хроматическая и сферическая аберрация, кома и астигматизм. Кроме того, светосильные объективы в разной степени страдают кривизной поля и дисторсией.
Преподавателю необходимо знать об основных оптических недостатках наиболее употребительных типов телескопов, выразительно и понятно демонстрировать эти недостатки и уметь их в какой-то степени понижать.
Опишем последовательно важнейшие оптические недостатки телескопов, рассмотрим, в каких типах небольших телескопов и в какой мере они проявляются, и укажем простейшие способы их выделения, показа и уменьшения.
Главным препятствием, мешавшим длительное время совершенствованию телескопа-рефрактора, была хроматическая (цветовая) аберрация, т. е. неспособность собирательной линзы собрать все световые лучи с разной длиной волны в одну точку. Хроматическая аберрация обусловлена неодинаковой преломляемостью световых лучей разной длины волны (красные лучи преломляются слабее, чем желтые, а желтые слабее, чем синие).
Хроматическая аберрация особенно проявляется у телескопов с однолинзовыми светосильными объективами. Если такой телескоп навести на яркую звезду, то при определенном положении окуляра
можно увидеть яркое фиолетовое пятнышко, окруженное цветным ореолом с размытым красным внешним кольцом. По мере выдвижения окуляра цвет центрального пятнышка будет постепенно меняться на синий, затем - зеленый, желтый, оранжевый и, наконец, красный. В последнем случае вокруг красного пятнышка будет виден цветной ореол с фиолетовой кольцевой окантовкой.
Если в такой телескоп посмотреть на планету, то картина будет весьма размытая, с радужными разводами.
Двухлинзовые объективы, в значительной мере свободные от хроматической аберрации, называются ахроматическими. Относительное отверстие рефрактора с ахроматическим объективом обычно равно 715 или несколько больше (у школьных телескопов-рефракторов оно оставляет 7ю, что несколько ухудшает качество изображения).
Однако ахроматический объектив не свободен полностью от хроматической аберрации и хорошо сводит в одну точку только лучи определенных длин волн. В связи с этим объективы ахроматизируются в соответствии с их назначением; визуальные - в отношении лучей, сильнее всего действующих на глаз, фотографические - для лучей, сильнее всего действующих на фотоэмульсию. В частности, объективы школьных рефракторов по своему назначению являются визуальными.
Судить о наличии остаточной хроматической аберрации в школьных рефракторах можно на основе наблюдений с очень большими увеличениями дифракционных изображений ярких звезд, быстро меняя следующие светофильтры: желто-зеленый, красный, синий. Обеспечить быструю смену светофильтров можно, применяя дисковые или скользящие рамки, описанные в
§ 20 книги «Школьная астрономическая обсерватория»1. Наблюдаемые при этом изменения дифракционных картин свидетельствуют, что не все лучи в одинаковой мере оказываются сфокусированными.
Более успешно уничтожение хроматической аберрации решается в трехлинзовых апохроматических объективах. Однако полностью уничтожить ее пока не удается ни в каких линзовых объективах.
В зеркальном объективе не происходит преломления световых лучей. Поэтому эти объективы полностью свободны от хроматической аберрации. Этим зеркальные объективы выгодно отличаются от линзовых.
Другим крупным недостатком телескопических объективов является сферическая аберрация. Она проявляется в том, что монохроматические лучи, идущие параллельно оптической оси, фокусируются на разных расстояниях от объектива в зависимости от того, через какую его зону они прошли. Так, в одиночной линзе далее всего фокусируются лучи, прошедшие вблизи ее центра, а ближе всего - прошедшие через краевую зону.
В этом легко убедиться, если телескоп с однолинзовым объективом направить на яркую звезду и наблюдать ее с двумя диафрагмами: одна из них должна выделять поток, проходящий через центральную зону, а вторая, выполненная в виде кольца, пропускать лучи краевой зоны. Наблюдения следует вести со светофильтрами по возможности с узкими полосами пропускания. При использовании первой диафрагмы резкое изображение звезды получается при несколько большем выдвижении окуляра, чем при использовании второй диафрагмы, что подтверждает наличие сферической аберрации.
В сложных объективах сферическая аберрация совместно с хроматической уменьшается до необходимого предела путем подбора линз определенной толщины, кривизны и сортов применяемых, стекол.
[ Остатки неисправленной сферической аберрации в сложных лин-[зовых телескопических объективах можно обнаружить при помощи (вышеописанных диафрагм, наблюдая при больших увеличениях дифракционные картины от ярких звезд. При исследованиях визуальных объективов следует применять желто-зеленые светофильтры, а при исследованиях фотографических объективов - синие.
! В зеркальных параболических (точнее параболоидальных) объективах сферическая аберрация отсутствует, так как объективы |сводят в одну точку весь пучок лучей, идущих параллельно оптической оси. Сферические зеркала имеют сферическую аберрацию, при этом она тем больше, чем больше и светосильнее само зеркало.
У небольших зеркал с малой светосилой (относительным отверстием менее 1: 8) сферическая поверхность мало отличается от параболоидальной - в результате сферическая аберрация небольшая.
Выявить наличие остаточной сферической аберрации можно вышеописанным способом, применяя разные диафрагмы. Хотя зеркальные объективы свободны от хроматической аберрации, для лучшей диагностики сферической аберрации следует употреблять светофильтры, ибо окрашенность наблюдаемых дифракционных картин при разных диафрагмах не одинакова, что может привести к недоразумениям.
Рассмотрим теперь аберрации, возникающие при прохождении лучей наклонно к оптической оси объектива. К ним относятся: кома, астигматизм, кривизна поля, дисторсия.
При визуальных наблюдениях следует проследить за первыми двумя аберрациями - комой и астигматизмом и практически их изучить, наблюдая звезды.
Кома проявляется в том, что изображение звезды в стороне от оптической оси объектива приобретает вид размытого асимметричного пятнышка со смещенным ядром и характерным хвостом (рис. 6). Астигматизм же состоит в том, что объектив собирает наклонный пучок света от звезды не в один общий фокус, а в два взаимно перпендикулярных отрезка АВ и CD, расположенных в разных плоскостях и на разных расстояниях от объектива (рис. 7).
Рис. 6. Образование комы у наклонных лучей. Кружком очерчено поле вблизи оптической оси, где кома несущественна.
При хорошей юстировке в трубе телескопа малосветосильного объектива и при малом поле зрения окуляра трудно заметить обе упомянутые аберрации. Их можно хорошо видеть, если в целях обучения несколько разъюстировать телескоп, повернув на некоторый угол объектив. Такая операция полезна для всех наблюдателей, а в особенности для тех, кто строит свои телескопы, - ведь рано или поздно они обязательно столкнутся с вопросами юстировки, и будет значительно лучше, если они будут действовать сознательно.
Чтобы разъюстировать рефлектор, достаточно ослабить и завинтить два противоположных винта, удерживающих зеркало.
В рефракторе это сделать сложнее. Чтобы не испортить резьбу, следует склеить из картона переходное усеченное под углом кольцо и вставить его одной стороной в трубу телескопа, а на вторую посадить объектив.
Если в разъюстированный телескоп посмотреть на звезды, то все они предстанут хвостатыми. Причина тому - кома (рис. 6). Если же на входное отверстие телескопа надеть диафрагму с небольшим центральным отверстием и передвигать окуляр вперед и назад, то можно видеть, как звезды вытягиваются в светлые отрезки АВ, затем превращаются в эллипсы разного сжатия, кружки, и вновь в отрезки CD и эллипсы (рис. 7).
Кома и астигматизм устраняются поворотами объектива. Как легко понять, ось вращения при юстировке будет перпендикулярна направлению. Если при вращении установочного винта зеркала хвост удлиняется, то винт надо вращать в противоположную сторону. Окончательную доводку при юстировке следует осуществить с короткофокусным окуляром при больших увеличениях, чтобы хорошо были видны дифракционные кольца.
Если объектив телескопа обладает высокими качествами, а оптика отъюстирована правильно, то внефокальные изображения звезды при наблюдении в рефрактор будут выглядеть в виде небольшого светового диска, окруженного системой цветных концентрических дифракционных колец (рис. 8, al). При этом картины дофокального и зафокального изображений будут совершенно одинаковыми (рис. 8, а 2, 3).
Такой же вид будут иметь внефокальные изображения звезды при наблюдении в рефлектор, только вместо центрального светлого диска будет видно темное пятнышко, являющееся тенью от вспомогательного зеркала или диагональной призмы полного отражения.
Неточность юстировки телескопа скажется в том, что концентричность дифракционных колец будет нарушена, а сами они примут вытянутую форму (рис. 8, б 1, 2, 3, 4). При наведении на резкость звезда будет казаться не резко очерченным светлым диском, а слегка размытым светлым пятнышком с отброшенным в сторону (эффект комы) слабым хвостом. Если указанный эффект вызван действительно неточной юстировкой телескопа, то дело легко поправить, достаточно только, действуя регулировочными винтами оправы объектива (зеркала), несколько изменить ее положение в нужную сторону. Гораздо хуже, если причина кроется в астигматизме самого объектива или (в случае рефлектора Ньютона) в плохом качестве вспомогательного диагонального зеркальца. В этом случае устранить недостаток можно только перешлифовкой и переполировкой дефектных оптических поверхностей.
По внефокальным изображениям звезды можно легко обнаружить и другие недостатки телескопического объектива, если они имеются. Например, различие в размерах соответственных дифракционных колец дофокального и зафокального изображений звезды свидетельствует о наличии сферической аберрации, а различие в их цветности - о значительном хроматизме (для лин-
зового объектива); неравномерная плотность распределения колец и различная их интенсивность указывает на зональность объектива, а неправильная форма колец - на местные более или менее значительные отклонения оптической поверхности от идеальной.
Если все перечисленные недостатки, открываемые картиной внефокальных изображений звезды, невелики, то с ними можно мириться. Зеркальные объективы любительских телескопов, успешно прошедшие предварительную проверку теневым методом Фуко , как правило, имеют безукоризненную оптическую поверхность и отлично выдерживают испытания по внефокальным изображениям звезд.
Расчеты и практика показывают, что при идеальной юстировке оптики кома и астигматизм незначительно отражаются на визуальных наблюдениях, когда используются малосветосильные объективы (менее 1:10). В равной степени это относится и к фотографическим наблюдениям, когда с теми же объективами фотографируют светила с относительно небольшими угловыми размерами (планеты, Солнце, Луна).
Кома и астигматизм сильно портят изображения, когда фотографируют большие участки звездного неба с параболическими зеркалами или двухлинзовыми объективами. Искажения резко увеличиваются у светосильных объективов.
Ниже приведенная таблица дает представление о росте комы и астигматизма в зависимости от угловых отклонений от оптической оси у параболических рефлекторов разной светосилы.
Рис. 9. Кривизна поля зрения и изображения звезд в его фокальной плоскости (при исправлении всех остальных аберраций).
тизм, но имеется кривизна поля. Если с таким объективом сфотографировать большой участок звездного неба и при этом наведение на резкость осуществить по центральной зоне, то по мере отступления к краям поля резкость изображений звезд будет ухудшаться. И наоборот, если наведение на резкость произвести по звездам, находящимся по краям поля, то резкость изображений звезд будет ухудшаться в центре.
Чтобы с таким объективом получить фотографию, резкую по всему полю, следует изогнуть фотопленку в соответствии с кривизной поля резких изображений самого объектива.
Кривизну поля устраняют также при помощи плоско-выпуклой линзы Пиацци - Смита, которая превращает искривленный фронт волн в плоский.
Кривизну поля можно наиболее просто уменьшить диафрагмированием объектива. Из практики фотографирования известно, что с уменьшением диафрагмы растет глубина резкости - в результате четкие изображения звезд получаются по всему полю плоской пластинки. Однако следует помнить, что диафрагмирование сильно понижает оптическую мощь телескопа и для того, чтобы вышли на пластинке слабые звезды, надо значительно увеличивать время экспозиции.
Дисторсия проявляется в том, что объектив строит изображение, не пропорциональное оригиналу, а с некоторыми отступлениями от него. В результате при фотографировании квадрата его изображение может получиться с вогнутыми внутрь или выпуклыми наружу сторонами (подушкообразная и бочкообразная дисторсия).
Исследовать любой объектив на дисторсию очень просто: для этого надо его сильно задиафрагмировать, чтобы осталась незакрытой только очень небольшая центральная часть. Кома, астигматизм и кривизна поля при таком диафрагмировании будут устранены и дисторсию можно будет наблюдать в чистом виде
Если с таким объективом фотографировать прямоугольные решетки, проемы окон, дверей, то, рассматривая негативы, легко установить вид дисторсии, свойственный данному объективу.
Дисторсию готового объектива нельзя устранить или понизить. Ее учитывают при исследовании фотографий, в особенности при проведении астрометрических работ.
§ 4. Окуляры и предельные увеличения телескопа
Комплект окуляров является необходимым дополнением к телескопу. Ранее мы уже выяснили (§ 2) назначение окуляра в увеличительной телескопической системе. Теперь необходимо остановиться на основных характеристиках и конструктивных особенностях различных окуляров. Оставляя без внимания галилеевский окуляр из одной рассеивающей линзы, который давно уже не применяется в астрономической практике, обратимся сразу же к специальным астрономическим окулярам.
Исторически первым астрономическим окуляром, сразу же вытеснившим галилеевский окуляр, был окуляр Кеплера из одной короткофокусной линзы. Обладая в сравнении с окуляром Галилея значительно большим полем зрения, он в соединении с распространенными в то время длиннофокусными рефракторами давал достаточно четкие и мало окрашенные изображения. Однако позднее окуляр Кеплера был вытеснен более совершенными окулярами Гюйгенса и Рамсдена, которые встречаются и поныне. Наиболее распространенными астрономическими окулярами в настоящее время являются ахроматический окуляр Кельнера и ортоскопический окуляр Аббе. На рисунке 11 показано устройство этих окуляров.
Наиболее просто устроены окуляры Гюйгенса и Рамсдена. Каждый из них составлен из двух плоско-выпуклых собирательных линз. Передняя из них (обращенная к объективу) называется полевой линзой, а задняя (обращенная к глазу наблюдателя) - глазной линзой. В окуляре Гюйгенса (рис. 12) обе линзы обращены своими выпуклыми поверхностями к объективу, и если f\ и /2 - фокусные расстояния линз, a d - расстояние между ними, то должно выполняться соотношение: (...)
KOHEЦ ФPAГMEHTA УЧЕБНИКА
Помощь наркоманам: бесплатные и платные учреждения Психолог для наркозависимых
История объединения Италии — Рисорджименто Вождь рисорджименто
Опера Мейербера «Гугеноты