Астрономічне спостереження виконане землі приклад. Астрономічні спостереження
Якщо вам хочеться побути наодинці з собою, відволіктися від повсякденної плинності, дати волю фантазії, що дрімає у вас, приходьте на побачення з зірками. Відкладіть сновидіння на ранковий час. Згадайте безсмертні рядки І. Ільфа та Є. Петрова: «У сквері приємно сидіти саме вночі. Повітря чисте, і в голову лізуть розумні думки».
А яка насолода споглядати тонкий, воістину чарівний небесний розпис! Не дарма мисливці, рибалки та туристи, влаштовуючись на нічліг, люблять довго розглядати небо. Як часто, лежачи біля згаслого вогнища і дивлячись у безмежну далечінь, вони щиро шкодують, що їхнє знайомство із зірками обмежується ковшем Великої Ведмедиці. При цьому багато хто й думки не припускає, що це знайомство можна розширити, і вважають, що небо для них — таємниця за сімома печатками. Досить поширена помилка. Повірте, зробити перший крок на шляху астронома-аматора - справа зовсім не важка. Він доступний і молодшому школяру, і студенту, і начальнику конструкторського бюро, і пастуху, і трактористу, і пенсіонеру.
У значної більшості людей існує упереджене уявлення, що аматорська астрономія починається з телескопа («Ось зроблю невеликий телескоп і спостерігатиму за зірками».) Однак найчастіше благодатний порив виявляється в полоні абсолютно нерозв'язної проблеми: де купити потрібні лінзи для саморобного телескопа-рефрактора або скла необхідної товщина для виготовлення дзеркала до телескопа-рефлектора? Три-чотири безплідні спроби, і діалог із зоряним небом відкладається на невизначений час, а то й назавжди. А шкода! Адже якщо ви хочете долучитися до астрономії або допомогти зробити це своїм дітям, та способу, ніж спостереження метеорів, вам не знайти.
Пам'ятайте тільки, що починати їх доцільно в період максимальної дії інтенсивного метеорного потоку. Найкраще це зробити вночі з 11 на 12 і з 12 на 13 серпня, коли активізується потік Персеїд. Для школярів це взагалі винятково зручний час. На цьому етапі для спостережень не знадобляться оптичні інструменти або пристосування. Потрібно тільки вибрати місце для спостережень, розташоване далеко від джерел світла і дає досить великий огляд піднебіння. Воно може бути в полі, на пагорбі, в горах, на великому узліссі, на плоскому даху будинку, в досить широкому дворі. При собі необхідно мати тільки зошит (журнал спостережень), олівець і будь-який годинник, наручний, настільний або навіть настінний.
Завдання полягає в тому, щоб щогодини підраховувати кількість метеорів, які ви побачили, а результат запам'ятовувати або записувати. Спостереження бажано вести якомога довше, скажімо з 22 години і до світанку. Спостерігати можна лежачи, сидячи чи стоячи: найзручнішу позу ви оберете собі самі. Найбільшу ділянку піднебіння можна: охопити спостереженнями, лежачи на спині. Однак така поза досить ризикована: багато астрономів-аматорів-початківців засинають у другій половині ночі, залишаючи метеорам можливість «безконтрольно» носитися по небу.
Закінчивши спостереження, складіть таблицю, в першу графу якої внесіть часові інтервали спостережень, наприклад з 2 до 3 год, з 3 до 4 год і т. д., а в другу - відповідна кількість побачених метеорів: 10, 15, ... Для більшої наочності можна побудувати графік залежності кількості метеорів від часу доби - і матимете картину, що показує, як змінювалося кількість метеорів протягом ночі. Це буде вашим маленьким «науковим відкриттям». Зробити його можна вже в першу ніч спостережень. Нехай вас надихає думка, що всі побачені вамп цієї ночі метеори неповторні. Адже кожен із них — це швидкоплинний прощальний автограф міжпланетної частинки, що зникає назавжди. У разі успіху, спостерігаючи метеори, можна побачити один, а то й більше болідів. Болід може завершитися випаданням метеорита, тому будьте готові до наступних дій: по годинах встановіть момент прольоту боліда, по наземним або небесним орієнтирам постарайтеся запам'ятати (замалювати) його траєкторію, прислухайтеся, а чи не настане якихось звуків (удару, вибуху, гулу) після згасання боліда чи його зникнення за горизонтом. Дані занесіть до журналу спостережень. Відомості, отримані вами, можуть бути корисними фахівцям у разі організації пошуку місця падіння метеорита.
Вже в першу ніч, проводячи спостереження, ви звернете увагу на найяскравіші зірки, на їхнє взаємне розташування. А якщо продовжуватимете спостереження і далі, то за кілька нехай навіть неповних ночей звикнете до них і будете їх впізнавати. Ще в давнину зірки були об'єднані в сузір'я. Сузір'я потрібно поступово вивчити. Цього вже не можна зробити, не маючи карти зоряного неба. Її слід придбати у книгарні. Окремо карти або атласи зоряного неба продаються рідко, частіше вони додаються до різних книг, наприклад, до підручника астрономії для 10-го класу, до «Шкільного астрономічного календаря», до науково-популярної астрономічної літератури.
Ототожнювати зірки на небі зі своїми зображеннями на карті справа неважка. Потрібно лише пристосуватися до масштабу картки. Виходячи на спостереження з картою, захопіть із собою ліхтарик. Щоб карта не висвітлювалася надто яскраво, світло ліхтарика можна послабити, обгорнувши його бинтом. Знайомство із сузір'ями — заняття надзвичайно цікаве. Рішення «Зоряних кросвордів» ніколи не набридає. Мало того, досвід показує, що діти, наприклад, із задоволенням грають у зіркову гру і дуже швидко запам'ятовують і назви сузір'їв, та їхнє розташування на небі.
Отже, вже за тиждень ви досить вільно зможете плавати небесним морем і говорити на «ти» з багатьма зірками. Добре знання зоряного неба розширить вашу наукову програму спостережень метеорів. Щоправда, при цьому екіпірування дещо ускладниться. Крім годинника, журналу та олівця потрібно взяти ліхтарик, карту, лінійку, гумку, підкладку для картки (якусь фанерку або маленький столик). Тепер при спостереженнях траєкторії всіх метеорів, які ви побачили, ви наносите на карту олівцем у вигляді стрілок. Якщо спостереження проводилися в дату максимуму потоку, то деякі стрілки (а іноді й більшість) розходитимуться по карті віялом. Продовжуйте стрілки назад штриховими лініями: ці лінії перетнуться в деякій області або навіть точці зіркової карти. Це означатиме, що метеори належать до метеорного потоку, а знайдена вами точка перетину штрихових ліній — приблизний радіант цього потоку. Інші нанесені вами стрілки можуть бути траєкторіями спорадичних метеорів.
Описані спостереження проводяться, як зазначалося, без застосування будь-яких оптичних інструментів. Якщо у вашому розпорядженні є бінокль, то з'являється можливість спостерігати не лише метеори та боліди, а й їхні сліди. Дуже зручно працювати з біноклем, якщо зміцнити його на штативі. Після прольоту боліда, як правило, на небі видно слабкий слід. Наведіть на нього бінокль. На ваших очах слід під впливом повітряних течій змінюватиме свою форму, у ньому утворюються згустки та розрідження. Дуже корисно замалювати кілька послідовних видів сліду.
Не становить значних труднощів і фотографування метеорів. Для цього можна використовувати будь-який фотоапарат. Найпростіший спосіб - зміцнити фотоапарат на штативі або покласти його, скажімо, на табурет і направити в зеніт. При цьому встановити затвор на тривалу витримку та фотографувати зоряне небо протягом 15-30 хв. Після цього перевести плівку на один кадр та продовжити фотографування. На кожному знімку зображення зірок виходять у вигляді паралельних дуг, а метеори - у вигляді прямих ліній, які, як правило, перетинають дуги. Слід мати на увазі, що поле зору одного звичайного об'єктива не дуже велике, і тому можливість сфотографувати метеор досить мала. Потрібний терпець і, звичайно, трохи удачі. При проведенні фотографічних спостережень хороша кооперація: кілька фотоапаратів, спрямованих у різні області небесної сфери, аналогічно тому, як це роблять професійні астрономи. Однак якщо вам вдасться створити невелику групу мисливців за метеорами, корисно розділити її на дві групи. Кожна група повинна уподобати своє місце спостережень у достатній віддаленості один від одного та проводити спільні спостереження за заздалегідь узгодженою програмою.
Самі фотографічні спостереження - заняття порівняно просте: клацай затворами, перемотувати плівку, записуй час початку та кінця експозицій та моменти прольоту метеорів. Значно складніше обробка одержаних знімків. Втім, лякатися складнощів не слід. Якщо ви вирішили налагодити з небом дружні стосунки, то будьте готові до необхідності відомої інтелектуальної напруги.
А як бути зі спостереженням комет? Якби комети з'являлися так само часто, як метеори, то для любителів астрономії кращого й бажати не треба. Але нажаль! Чекати на комету можна цілу «вічність» і тим не менше залишитися ні з чим. Пасивність тут – ворог номер один. Комети треба шукати. Шукати з ентузіазмом, з великим бажанням, з вірою в успіх. Дуже багато яскравих комет були відкриті саме любителями. Їхні імена надовго записані в анналах історії.
Де ж треба шукати комети, в якій галузі неба? Чи є хоч якась зачіпка для спостерігача-початківця?
Є. Яскраві комети слід шукати неподалік Сонця, т. е. вранці перед сходом Сонця Сході, ввечері після заходу Сонця у заході. Імовірність успіху сильно зросте, якщо ви вивчите сузір'я, звикнете до розташування зірок, до їхнього блиску. Тоді поява «стороннього» об'єкта не уникне вашої уваги. Якщо у вашому розпорядженні є біноколь, зорова труба, телескоп або інший інструмент, що дозволяє спостерігати й слабші об'єкти, буде дуже корисним скласти собі карту туманностей і кульових скупчень, інакше серце ваше не раз буде прискорено битися з нагоди відкриття вами помилкової комети. А це, повірте, дуже прикро! Сам процес спостережень нескладний, потрібно регулярно оглядати соняшникову ранкову і вечірню частину неба, підганяючи себе бажанням будь-що-будь виявити комету.
Спостереження комети необхідно проводити в тління всього періоду її видимості. Якщо комету не вдається сфотографувати, зробіть серію малюнків її зовнішнього вигляду з обов'язковим зазначенням часу та дати. Особливо ретельно замалюйте різні деталі в голові та хвості комети. Щоразу наносите положення комети на зіркову карту, «прокладаючи» її маршрут.
За наявності фотоапарата не скупіться на фотографії. Поєднавши фотоапарат з телескопом, ви отримаєте світлосильний астрограф, і ваші фотографії будуть цінними подвійно.
Пам'ятайте, що і при візуальних спостереженнях з біноклем або телескопом, і при фотографуванні телескоп і фотоапарат повинні бути укріплені на штативі, інакше зображення об'єкта «тремтітиме від холоду».
Добре, якщо при спостереженнях навіть суто візуальних із телескопом чи біноклем вдається оцінити блиск комети. Справа в тому, що дуже активні комети можуть сильно блимати, то підвищуючи, то зменшуючи свою яскравість. Причинами можуть бути внутрішні процеси в ядрі (раптовий викид речовини) або зовнішній вплив потоків сонячного вітру.
Ви, мабуть, пам'ятаєте, що визначити яскравість зіркоподібного об'єкта можна порівняти її з блиском відомих зірок. Так оцінюється, наприклад, зоряна величина астероїда. З кометою справа складніша. Адже вона видно не як зірка, а як туманна цятка. Тому застосовується наступний досить дотепний спосіб. Спостерігач висуває окуляр телескопа, виводячи зображення комети та зірок з фокусу, внаслідок чого зірки з точок перетворюються на розмиті плями. Спостерігач висуває окуляр доти, доки розміри зоряних плям не зрівняються або майже не зрівняються з розмірами комети. Потім вибираються дві зірки для порівняння — одна дещо яскравіша за комету, друга — слабша. Знаходяться за зірковим каталогом їх зіркові величини.
Безперечно, цікавий і спостереження вже раніше відкритих комет. Списки таких комет, спостереження яких очікується цього року, публікуються в «Астрономічному календарі» (Змінна частина). Такі календарі виходять щороку. Щоправда, дуже часто після опису історії комети та умов її майбутнього спостереження додається дуже неприємна фраза:
«Любовницьким спостереженням недоступна». Так, усі п'ять короткоперіодичних комет, що спостерігалися в 1988 році, любителям були недоступні через їхню малу яскравість. Так, воістину треба відкривати свої комети!
Дуже слабкі комети зазвичай відкривають, переглядаючи негативи із зображенням зоряного неба. Якщо ви не забули, так само відкривають і нові астероїди.
Спостерігати астероїди неозброєним оком практично не можна. Але у невеликі телескопи це зробити вдається. У тому ж «Астрономічному календарі» публікується список астероїдів, доступних спостереженням цього року.
Візьміть до уваги одну пораду. Ніколи не покладайтеся тільки на свою пам'ять, результати спостережень обов'язково занесіть у журнал і якомога докладніше. Лише в цьому випадку можна розраховувати на те, що ваше чудове хобі буде корисним для науки.
Серед методів астрономії, інакше методів астрономічних досліджень, можна виділити три основні групи:
- спостереження,
- вимірювання,
- космічний експеримент.
Зробимо невеликий огляд цих методів.
Астрономічні спостереження
Зауваження 1
Астрономічні спостереження – це основний спосіб дослідження небесних тіл та подій. Саме з їх допомогою реєструється те, що відбувається у ближньому та далекому космосі. Астрономічні спостереження - головне джерело знання, здобутого експериментальним шляхом
Астрономічні спостереження та обробка їх даних, як правило, проводяться у спеціалізованих науково-дослідних установах (астрономічних обсерваторіях).
Перша російська обсерваторія було побудовано Пулково, під Санкт-Петербургом. Складання зірок каталогів зірок, що мають високу точність, нагорода Пулковської обсерваторії. Можна сказати, що в другій половині 19 століття, негласно, їй було присвоєно звання «астрономічної столиці світу», а в 1884 Пулково претендувало на нульовий меридіан (переміг Грінвіч).
Сучасні обсерваторії оснащені спостережними інструментами (телескопами), світлоприймальною та аналізуючою апаратурою, різними допоміжними приладами, високопродуктивними ЕОМ тощо.
Зупинимося на особливостях астрономічних спостережень:
- Особливість №1. Спостереження дуже інертні, тому, зазвичай, їм потрібно досить тривалі терміни. Активний вплив на космічні об'єкти, за рідкісними винятками, які дає пілотована та непілотована космонавтика, утруднено. В основному багато явищ, взяти хоча б трансформування кута нахилу осі Землі до орбітальної площини, можуть бути зафіксовані лише завдяки спостереженням протягом декількох тисяч років. Отже, астрономічна спадщина Вавилону та Китаю тисячолітньої давності, незважаючи на деякі невідповідності сучасним вимогам, досі актуальна.
- Особливість №2. Процес спостереження, як правило, походить із земної поверхні, у той же час Земля здійснює складний рух, тому земний спостерігач бачить лише певну ділянку зоряного неба.
- Особливість №3. Кутові вимірювання, що виконуються на основі спостережень, є основою для розрахунків, що визначають лінійні розміри об'єктів та відстані до них. Оскільки кутові розміри зірок і планет, вимірювані з допомогою оптики, залежить від відстані до них, розрахунки може бути досить неточними.
Зауваження 2
Основний інструмент астрономічних спостережень – оптичний телескоп.
Оптичний телескоп має принцип дії, що визначається його типом. Але незалежно від виду, головна його мета і завдання полягає в збиранні максимальної кількості світла, що випускається об'єктами, що світяться (зірками, планетами, кометами та ін), для створення їх зображень.
Види оптичних телескопів:
- рефрактори (лінзові),
- рефлектори (дзеркальні),
- а також дзеркально-лінзові.
У рефракторному (лінзовому) телескопі зображення досягається результатом заломлення світла в лінзі об'єктива. Нестача рефракторів - помилка внаслідок розмитості зображення.
Особливість рефлекторів – використання в астрофізиці. Вони головне не те, як світло заломлюється, а як відбивається. Вони досконаліші за лінзові, і більш точні.
Дзеркально-лінзові телескопи поєднують у собі функції рефракторів та рефлекторів.
Малюнок 1. Малий телескоп оптичний. Автор24 - інтернет-біржа студентських робіт
Астрономічні виміри
Так як вимірювання в астрономічних дослідженнях здійснюються за допомогою різних приладів та інструментів, проведемо їх короткий огляд.
Примітка 3
Основні з астрономічних вимірювальних приладів – це координатно-вимірювальні машини.
Дані машини вимірюють одну чи дві прямокутні координати з фотографічного зображення чи діаграми спектра. Координатно-вимірювальні машини оснащені столом, на який розміщуються фото і мікроскопом з вимірювальними функціями, що застосовуються для наведення на тіло, що світиться, або його спектр. Сучасні пристрої можуть мати точність відліку до 1 мкм.
У процесі вимірювання можуть виникнути помилки:
- самого інструменту,
- оператора (людський фактор),
- довільні.
Помилки інструменту виникають з його недосконалості, отже, має бути, попередньо здійснена, його перевірка на точність. Зокрема, підлягають перевірці: шкали, мікрометричні гвинти, що направляють на предметному столі та вимірювальному мікроскопі, відлікові мікрометри.
Помилки, пов'язані з людським фактором і випадковістю, усуваються кратністю вимірювань.
В астрономічних вимірах відбувається широке впровадження автоматичних та напівавтоматичних вимірювальних приладів.
Автоматичні прилади працюють на порядок швидше за звичайні, і мають вдвічі меншу середню квадратичну помилку.
Космічний експеримент
Визначення 1
Космічний експеримент - це безліч пов'язаних між собою взаємодій і спостережень, що дають можливість отримання необхідної інформації про досліджуване небесне тіло або явище, що здійснюються в космічному польоті (пілотованому або непілотованому) з метою підтвердження теорій, гіпотез, а також удосконалення різних технологій, що можуть зробити внесок у розвиток наукових знань.
Основні тенденції експериментів у космосі:
- Вивчення протікання фізико-хімічних процесів та поведінки матеріалів у космічному просторі.
- Вивчення властивостей та поведінки небесних тіл.
- Вплив космосу на людину.
- Підтвердження теорій космічної біології та біотехнології.
- Шляхи освоєння космічного простору.
Тут доречно навести приклади експериментів, які проводяться на МКС російськими космонавтами.
Експеримент із вирощування рослин (Veg-01).
Завдання експерименту – вивчити поведінку рослин у орбітальних умовах.
Експеримент "Плазмовий кристал"- Вивчення плазмово-пилових кристалів і рідких речовин при мікро гравітаційних параметрах.
Було проведено чотири його етапи:
- Досліджувалась плазмово-пилова структура в газорозрядній плазмі при високочастотному ємнісному розряді.
- Досліджувалась плазмово-пилова структура в плазмі при тліючому розряді з постійним струмом.
- Досліджувалося, як впливає ультрафіолетовий спектр космічного випромінювання на макрочастинки, які можуть бути заряджені фотоемісією.
- Досліджувалися плазмово-пилові структури у відкритому космосі при дії сонячного ультрафіолету та іонізуючого випромінювання.
Малюнок 2. Експеримент "Плазмовий кристал". Автор24 - інтернет-біржа студентських робіт
А російськими космонавтами на МКС було проведено понад 100 космічних експериментів.
Основний спосіб дослідження небесних об'єктів та явищ. Спостереження можуть вестися неозброєним оком або за допомогою оптичних інструментів: телескопів, з тими чи іншими приймачами радіації (спектрографами, фотометрами тощо), астрографів, спеціальних інструментів (зокрема, біноклів). Цілі спостережень дуже різноманітні. Точні виміри положенні зірок, планет та інших небесних тіл дають матеріал визначення відстані до них (див. Паралакс), власних рухів зірок, вивчення законів руху планет, комет. Результати вимірювань видимого блиску світил (візуально або за допомогою астрофотометрів) дозволяють оцінювати відстані до зірок, зоряних скупчень, галактик, вивчати процеси, що відбуваються в змінних зірках, і т.д. Дослідження спектрів небесних світил за допомогою спектральних приладів дозволяють вимірювати температуру світил, променеві швидкості, дають неоціненний матеріал для глибокого вивчення фізики зірок та інших об'єктів.
Але результати астрономічних спостережень мають наукову значимість лише тому випадку, коли безумовно виконуються становища інструкцій, які визначають порядок дії спостерігача, вимоги до інструментів, місця спостереження, до форми реєстрації даних спостереження.
До методів спостережень, доступним юним астрономам, належать візуальні без інструментів, візуальні телескопічні, фотографічні та фотоелектричні спостереженням небесних об'єктів та явищ. Залежно від інструментальної бази, положення 1унктів спостереження (місто, селище, село), 1строкліматичних умов та інтересів аматора для спостережень може бути обрана будь-яка (або кілька) запропонованих тем.
Спостереження сонячної активності. При спостереженні сонячної активності щоденно замальовуються сонячні плями та визначаються їх координати за допомогою заздалегідь заготовленої кутомірної сітки. Проводити спостереження найкраще з допомогою великого шкільного телескопа-рефрактора чи саморобного телескопа на паралактичному штативі (див. Телескоп саморобний). Потрібно завжди пам'ятати, що дивитися на Сонце без темного (захисного) фільтра в жодному разі не можна. Зручно вести спостереження Сонця, проецируя його зображення спеціально пристосований до телескопу екран. На паперовому шаблоні обводять контури груп плям та окремих плям, відзначають пори. Потім обчислюються їх координати, підраховується кількість плям у групах та на момент спостережень виводиться індекс сонячної активності – числа Вольфа. Спостерігач вивчає всі зміни, що відбуваються всередині групи плям, прагнучи якомога точніше передати їх форму, розміри, взаємне розташування деталей. Спостерігати Сонце можна і фотографічно із застосуванням в телескопі додаткової оптики, що збільшує еквівалентну фокусну відстань приладу і дозволяє фотографувати більш окремі утворення на його поверхні. Пластинки та плівки для фотографування Сонця повинні мати найменшу чутливість.
Спостереження Юпітера та його супутників. При спостереженні планет, зокрема Юпітера, використовують телескоп з діаметром об'єктива чи дзеркала щонайменше 150 мм. Спостерігач ретельно замальовує деталі у смугах Юпітера і самі смуги та визначає їх координати. Провівши спостереження протягом низки ночей, можна вивчити картину змін у хмарному покриві планети. Цікавим для спостереження на диску Юпітера є Червона пляма, фізична природа якої поки що не зовсім вивчена. Спостерігач замальовує положення Червоної плями на диску планети, визначає його координати, наводить описи кольору, яскравості плями, реєструє помічені особливості в навколишньому хмарному шарі.
Для спостереження супутників Юпітера використовується шкільний телескоп-рефрактор. Спостерігач визначає точне положення супутників щодо краю диска планети за допомогою окулярного мікрометра. Крім того, цікавить спостереження явищ у системі супутників і реєстрація моментів цих явищ. До них відносяться затемнення супутників, захід за диск планети та вихід із-за диска, проходження супутника між Сонцем та планетою, між Землею та планетою.
Пошуки комет та їх спостереження. Пошуки комет здійснюються за допомогою світлосильних оптичних інструментів з великим полем зору (3-5 °). З цією метою можуть бути використані польові біноклі, астрономічна трубка АТ-1, бінокуляри ТЗК, БМТ-110, а також кометошукачі.
Спостерігач систематично оглядає західну частину неба після заходу Сонця, північну та зенітну області неба вночі та східну перед сходом Сонця. Спостерігач повинен дуже добре знати розташування на небі стаціонарних туманних об'єктів — газових туманностей, галактик, зоряних скупчень, які на вигляд нагадують слабку за яскравістю комету. У цьому випадку йому допоможуть атласи зоряного неба, зокрема «Навчальний зірковий атлас» А. Д. Марленського та «Зоряний атлас» А. А. Михайлова. Про появу нової комети відразу ж дається телеграма на адресу Астрономічного інституту ім. П. К. Штернберга в Москві. Потрібно повідомляти час виявлення комети, її наближені координати, прізвище та ім'я спостерігача, його поштову адресу.
Спостерігач повинен замалювати положення комети серед зірок, вивчити видиму структуру голови та хвоста комети (якщо вони мають місце), визначити її блиск. Фотографування області піднебіння, де знаходиться комета, дозволяє більш точно, ніж при замальовці, визначити її координати, а отже, більш точно розрахувати орбіту комети. Телескоп при фотографуванні комети має бути забезпечений годинниковим механізмом, що веде його за зірками, що переміщуються внаслідок видимого обертання піднебіння.
Спостереження сріблясті хмари. Сріблясті хмари – найцікавіше, але ще маловивчене явище природи. У СРСР спостерігаються вони влітку північніше 50 ° широти. Їх можна побачити на тлі сутінкового сегмента, коли кут занурення Сонця під горизонт становить від 6 до 12 °. У цей час сонячні промені висвітлюють лише верхні шари атмосфери, де на висоті 70-90 км. і утворюються сріблясті хмари. На відміну від звичайних хмар, які в сутінках здаються темними, сріблясті хмари світяться. Вони спостерігаються на північному боці неба, невисоко над горизонтом.
Спостерігач щоночі оглядає через 15-хвилинні інтервали сутінковий сегмент і у разі появи сріблястих хмар оцінює їхню яскравість, реєструє зміни форми, за допомогою теодоліту або іншого кутомірного інструменту заміряє протяжність поля хмар по висоті та азимуту. Крім того, доцільно фотографувати сріблясті хмари. Якщо світлосила об'єктива 1:2 та чутливість плівки 130-180 одиниць за ГОСТом, то хороші знімки можна отримати при експозиції 1-2 с. На знімку має бути видно основну частину поля хмар і силуети будівель чи дерев.
Метою патрулювання сутінкового сегмента та спостережень сріблястих хмар є з'ясування частоти появи хмар, переважних форм, динаміки поля сріблястих хмар, а також окремих утворень усередині поля хмар.
Спостереження метеорів. Завданнями візуальних спостережень є рахунок метеорів та визначення метеорних радіантів. У першому випадку спостерігачі розташовуються під круглою рамкою, що обмежує поле зору до 60°, і реєструють ті метеори, які з'являються всередині рамки. У журналі спостережень записується порядковий номер метеора, момент прольоту з точністю до однієї секунди, зіркова величина, кутова швидкість, напрямок метеора та його положення щодо рамки. Ці спостереження дозволяють вивчити щільність метеорних потоків та розподіл метеорів по блиску.
При визначенні метеорних радіантів спостерігач ретельно наносить на копію карти зоряного неба кожен помічений метеор і зазначає порядковий номер метеора, момент прольоту, зіркову величину, довжину метеора в градусах, кутову швидкість і колір. Слабкі блискучі метеори спостерігаються за допомогою польових біноклів, трубок АТ-1, бінокуляра ТЗК. Спостереження за цією програмою дозволяють вивчати розподіл малих радіантів на небесній сфері, визначати положення та усунення вивчених малих радіантів, призводять до відкриття нових радіантів.
Спостереження змінних зірок. Основні інструменти спостереження змінних зірок: польові біноклі, астрономічні трубки АТ-1, бінокуляри ТЗК, БМТ-110, кометошукачі, які забезпечують велике поле зору. Спостереження змінних зірок дозволяють вивчати закони зміни їхнього блиску, уточнювати періоди та амплітуди зміни блиску, визначати їх тип тощо.
Спочатку спостерігаються змінні зірки - цефеїди, що мають правильні коливання блиску з досить великою амплітудою, і тільки після цього слід переходити до спостережень напівправильних і неправильних змінних зірок, зірок з малою амплітудою блиску, а також досліджувати зірки, запідозрені в змінності, і патрулювати вспих зірки.
За допомогою фотоапаратів можна фотографувати зоряне небо для спостережень довгоперіодичних змінних зірок і пошуків нових змінних зірок.
Спостереження сонячних затемнень
До програми аматорських спостережень повного сонячного затемнення можуть увійти: візуальна реєстрація моментів зіткнення краю диска Місяця із краєм диска Сонця (чотири контакти); замальовки виду сонячної корони - її форми, структури, розмірів, кольору; телескопічні спостереження при покритті краєм місячного диска сонячних плям і смолоскипів; метеорологічні спостереження - реєстрація ходу температури, тиску, вологості повітря, зміни напрямку та сили вітру; спостереження поведінки тварин та птахів; фотографування приватних фаз затемнення через телескоп із фокусною відстанню 60 см і більше; фотографування сонячної корони за допомогою фотоапарата з об'єктивом, що має фокусну відстань 20-30 см; фотографування про четок Бейлі, які постають перед спалахуванням сонячної корони; реєстрація зміни яскравості піднебіння зі збільшенням фази затемнення за допомогою саморобного фотометра.
Спостереження місячних затемнень
Як і сонячні, місячні затемнення відбуваються порівняно рідко, й те водночас кожне затемнення характеризується своїми особливостями. Спостереження місячних затемнень дозволяють уточнювати орбіту Місяця, дають відомості про верхні шари земної атмосфери. Програма спостережень місячного затемнення може складатися з наступних елементів: визначення яскравості затінених частин місячного диска по видимості деталей місячної поверхні при спостереженні 6-кратний визнаний бінокль або телескоп з малим збільшенням; візуальні оцінки яскравості Місяця та його кольору як неозброєним оком, так і в бінокль (телескоп); спостереження в телескоп з діаметром об'єктива не менше 10 см при 90-кратному збільшенні протягом всього затемнення кратерів Геродот, Аристарх, Гримальді, Атлас і Річчіолі, в області яких можуть мати місце колірні та світлові явища; реєстрація за допомогою телескопа моментів покриття земною тінню деяких утворень на місячній поверхні (список цих об'єктів наводиться у книзі «Астрономічний календар. Постійна частина»); визначення за допомогою фотометра блиску поверхні Місяця за різних фаз затемнення.
Спостереження штучних супутників Землі
При спостереженні штучних супутників Землі відзначають шлях руху супутника на зоряній карті та його проходження біля помітних яскравих зірок. Час повинен реєструватися з точністю до 0,2 секундоміру. Яскраві супутники можна фотографувати.
Астрономічні спостереженнязавжди викликають інтерес у оточуючих, особливо якщо їм вдається подивитися в телескоп.
Хотілося б трохи розповісти новачкам про те, що ж можна роздивитися на небі – щоб уникнути розчарування від того, що насправді видно в окулярі. У дійсно якісні прилади ви побачите набагато більше, ніж тут написано, але ціна їхня висока, та й їхня вага з габаритами - досить великі... Перший телескоп для астрономічних спостережень - як правило не найбільший і найдорожчий.
Астрономічні спостереження за Марсом – це на любителя, найбільше – полярні шапки вдасться розглянути. Зміни пори року і плями запорошених бур видно тільки в дорогі телескопи і при хорошій атмосфері.
Спостереження інших планет приносить розчарування: найбільше, що видно у типові недорогі телескопи - каламутні дрібні диски (частіше просто слабкі зірочки). Зате завжди можна сказати: "Так, на власні очі бачив - є така планета, астрономи не брешуть."
Ні легендарного "особи Сфінкса" на Марсі, ні по-справжньому чарівного сходу супутників планет ви не побачите навіть у найкращий телескоп. Втім, під час Великих протистоянь, не навести на них трубу - просто злочин... Та й просто час від часу подивитися... Звичайно, якщо ви купите дорогий апохроматичний рефрактор з великою апертурою або хорошим світлофільтром, то якість помітно підвищиться, але це вже не зовсім для новачків.
у сузір'ї Геркулеса - одне із улюблених об'єктів спостережень і неофіційний вимірник якості телескопа щодо " дозволяє він зірки до центру чи ні " .
Неважливо – чи показуєте ви близьким людям щось цікаве у небі, чи самі дивіться – завжди не зайве заздалегідь знати, що, власне, шукати у небі саме сьогодні. І головне – де саме. Крім того, якщо раптом ви плануєте свою відпустку з астрономічним ухилом, потрібно багато врахувати:
Однак все залежить від вашого клімату. У Підмосков'ї, наприклад, погода не балує – хмарність підвищена та й холодно. Мені більше подобається з кінця серпня до середини жовтня - небо вже досить темне, ще не так холодно... Осінь вважається дощовою, але останніми роками в першу її половину з опадами та хмарністю часто щастить - мабуть, клімат змінюється. Ближче до зими хмарність різко підвищується, у листопаді-грудні подивитись у Підмосков'ї рідко вдається. Ще на цю тему:
Що видно у телескоп залежно від його розміру
Назад або розкажіть друзям:
ПЕРЕДМОВА
Книга присвячена організації, змісту та методиці проведення астрономічних спостережень підвищеного рівня, а також найпростішим математичним методам їхньої обробки. Вона починається з глави, присвяченої випробуванням телескопа – основного інструменту спостережної астрономії. У цьому розділі викладаються основні питання, пов'язані з найпростішою теорією телескопа. Вчителі знайдуть тут багато цінних практичних порад, що відносяться до визначення різних характеристик телескопа, перевірки якості його оптики, вибору оптимальних умов для проведення спостережень, а також необхідні відомості про найважливіше приладдя до телескопів та правила поводження з ними при виконанні візуальних та фотографічних спостережень.
Найважливішою частиною книги є другий розділ, що розглядає на конкретному матеріалі питання організації, змісту та методики проведення астрономічних спостережень. Значна частина запропонованих спостережень – візуальні спостереження Місяця, Сонця, планет, затемнень – не потребує високої кваліфікації і за вмілого керівництва з боку вчителя може бути освоєна за короткий час. Разом з тим ціла низка інших спостережень – фотографічні спостереження, візуальні спостереження змінних зірок, програмні спостереження метеорних потоків та деякі інші – потребує вже значної навички, певної теоретичної підготовки та додаткових приладів та обладнання.
Зрозуміло, в повному обсязі перелічених у цьому розділі спостережень може бути реалізовані у будь-якій школі. Організація спостережень підвищеної складності доступна швидше за все тим школам, де склалися добрі традиції організації позакласних занять з астрономії, є досвід відповідної роботи і, що дуже важливо, хороша матеріальна база.
Нарешті, у третій главі на конкретному матеріалі у простій і наочній формі викладено основні математичні методи обробки спостережень: інтерполювання та екстраполювання, наближене уявлення емпіричних функцій та теорія помилок. Цей розділ є невід'ємною частиною книги. Вона націлює і вчителів школи, і учнів, і, нарешті, любителів астрономії на вдумливе, серйозне ставлення до постановки та проведення астрономічних спостережень, результати яких можуть набути відомої значущості та цінності тільки після того, як будуть піддані відповідній математичній обробці.
і привернуто увагу вчителів на необхідність використання мікрокалькуляторів, а в майбутньому - і персональних ЕОМ.
Матеріал книги може бути використаний при проведенні практичних занять з астрономії, передбачених навчальною програмою, а також при проведенні факультативних занять та у роботі астрономічного гуртка.
Користуючись нагодою, автори висловлюють глибоку вдячність заступнику голови Ради астрономічних гуртків Московського планетарію, співробітнику ДАІШ МДУ М. Ю. Шевченка та доценту Володимирського педагогічного інституту, кандидату фізико-математичних наук Є. П. Розбитній за цінні вказівки, що сприяли покращенню змісту.
Автори із вдячністю сприймуть від читачів усі критичні зауваження.
Глава I ВИПРОБУВАННЯ ТЕЛЕСКОПІВ
§ 1. Введення
Основними інструментами кожної астрономічної обсерваторії, зокрема навчальної, є телескопи. За допомогою телескопів учні спостерігають Сонце і явища, що відбуваються на ньому, Місяць і його рельєф, планети і деякі їх супутники, різноманітний світ зірок, розсіяні і кульові скупчення, дифузні туманності, Чумацький Шлях і галактики.
Спираючись на безпосередні телескопічні спостереження і фотографії, отримані з допомогою великих телескопів, вчитель може створити в учнів яскраві природничо уявлення про будову навколишнього світу і на цій основі формувати тверді матеріалістичні переконання.
Приступаючи до спостережень на шкільній астрономічній обсерваторії, вчитель повинен добре знати можливості телескопічної оптики, різні практичні методи її випробування та встановлення її основних характеристик. Чим повнішими і глибшими будуть знання вчителя про телескопи, тим краще він зможе організувати проведення астрономічних спостережень, тим пліднішою буде робота учнів і тим переконливіше постануть перед ними результати проведених спостережень.
Викладачеві астрономії, зокрема, важливо знати коротку теорію телескопа, бути знайомим з найпоширенішими оптичними системами та установками телескопів, а також мати досить повні відомості про очки та різне приладдя телескопа. Водночас він повинен знати основні характеристики, а також переваги та недоліки невеликих телескопів, призначених для шкільних та інститутських навчальних астрономічних обсерваторій, мати гарні навички у поводженні з такими телескопами та вміти реалістично оцінювати їхні можливості при організації спостережень.
Результативність роботи астрономічної обсерваторії залежить лише від її оснащеності різним устаткуванням і, зокрема, від оптичної сили наявних у ній телескопів, а й від ступеня підготовленості спостерігачів. Тільки кваліфікований спостерігач, що має хороші навички поводження з наявним у його розпорядженні телескопом і знає його основні характеристики та можливості, може отримати на цьому телескопі максимум можливої інформації.
Тому перед учителем стоїть важливе завдання щодо підготовки активістів, здатних добре проводити спостереження, які вимагають витримки, акуратного виконання, великої уваги та часу.
Без створення групи кваліфікованих спостерігачів не можна розраховувати на повсюдне тривале функціонування шкільної обсерваторії та її велику віддачу у справі навчання та виховання решти учнів.
У зв'язку з цим вчителеві мало знати самі телескопи та їх можливості, він повинен ще володіти продуманою та виразною методикою пояснення, що не виходить далеко за рамки шкільних програм та підручників і спирається на знання учнів, отримані щодо фізики, астрономії та математики.
Слід при цьому звертати особливу увагу на прикладний характер сполучених відомостей про телескопи, щоб можливості останніх розкривалися в процесі здійснення запланованих спостережень і виявлялися в результатах, що одержуються.
Зважаючи на вищевикладені вимоги, до першої глави книги включені теоретичні відомості про телескопи в обсязі, необхідному для проведення добре осмислених спостережень, а також описи раціональних практичних прийомів випробувань та встановлення різних їх характеристик з урахуванням знань та можливостей учнів.
§ 2. Визначення основних характеристик оптики телескопів
Щоб глибоко розібратися в можливостях оптики телескопів, слід спочатку навести деякі оптичні дані про людське око - основний «інструмент» учнів під час проведення більшості навчальних астрономічних спостережень. Зупинимося на його характеристиках, як гранична чутливість і гострота зору, ілюструючи їх зміст на прикладах спостережень небесних об'єктів.
Під граничною (пороговою) чутливістю ока розуміють той мінімальний світловий потік, який можна сприйняти повністю адаптованим до темряви оком.
Зручними об'єктами визначення граничної чутливості ока є групи зірок різного блиску з ретельно виміряними зірковими величинами. При хорошому стані атмосфери, безхмарному небі в безмісячну ніч далеко від міста можна спостерігати зірки до б-ої зіркової величини. Однак це не межа. Високо в горах, де буває особливо чиста та прозора атмосфера, стають видимими зірки до 8-ї зіркової величини.
Досвідчений спостерігач повинен знати граничні можливості своїх очей та вміти визначати стан прозорості атмосфери за спостереженнями зірок. Для цього треба добре вивчити загальноприйнятий в астрономії стандарт - Північний Полярний ряд (рис. 1, а) і взяти собі за правило: перед проведенням телескопічних спостережень спочатку неозброєним оком слід визначити видимі на межі зірки з цього ряду і по них встановити стан атмосфери.
Рис. 1. Карта Північного Полярного ряду:
а – для спостережень неозброєним оком; б – з біноклем або з невеликим телескопом; в – середнім телескопом.
Отримані дані заносять до журналу спостережень. Все це вимагає спостережливості, пам'яті, виробляє звичку окомірних оцінок та привчає до акуратності – ці якості, дуже корисні для спостерігача.
Під гостротою зору розуміють здатність ока розрізняти близько розташовані предмети або крапки, що світяться. Медики встановили, що гострота нормального людського ока в середньому становить 1 хв дуги. Ці дані отримані під час розгляду в лабораторних умовах яскравих, добре освітлених предметів та точкових джерел світла.
При спостереженні зірок – значно менш яскравих об'єктів – гострота зору дещо знижена і становить близько 3 хв дуги та більше. Так, маючи нормальний зір, легко помітити, що біля Міцара – середньої зірки в ручці ковша Великої Ведмедиці – знаходиться слабка зірочка Алькор. Встановити ж двоїстість її Ліри неозброєним оком вдається далеко не всім. Кутова відстань між Міцаром та Алькором становить 1 Г48", а між компонентами ei та е2 Ліри - 3"28".
Розглянемо тепер, як телескоп розширює можливості людського зору, і проаналізуємо ці можливості.
Телескоп - це афокальна оптична система, що перетворює пучок паралельних променів перетином D пучок паралельних променів перетином d. Це добре видно на прикладі схеми проходження променів у рефракторі (рис. 2), де об'єктив перехоплює паралельні промені, що йдуть від далекої зірки, і фокусує їх у точку у фокальній площині. Далі промені розходяться, потрапляють в окуляр і виходять із нього паралельним пучком меншого діаметра. Потім промені потрапляють у око і фокусуються в крапку на дні очного яблука.
Якщо діаметр зіниці людського ока дорівнюватиме діаметру паралельного пучка, що виходить з окуляра, то всі зібрані еб'єктивом промені потраплять в око. Отже, в цьому випадку етношение площ об'єктива телескопа і зіниці людського ока виражає кратність збільшення світлового потоку, попадаю-
Якщо вважати, що діаметр зіниці дорівнює 6 мм (у повній темряві він досягає навіть 7 - 8 мм), то шкільний рефрактор з діаметром об'єктива 60 мм може посилати в око в 100 разів більше світлової енергії, ніж сприймає неозброєне око. У результаті з таким телескопом можуть стати видимими зірки, що посилають нам світлові потоки в 100 разів менші, ніж світлові потоки від зірок, що видно на межі неозброєним оком.
Згідно з формулою Погсона, стократне збільшення освітленості (світлового потоку) відповідає 5-ти зірковим величинам:
Наведена формула дозволяє оцінити проникну силу найважливішу характеристику телескопа. Проникна сила визначається граничною зоряною величиною (т) найслабшої зірки, яку ще можна побачити в даний телескоп за найкращих атмосферних умов. Оскільки в наведеній вище формулі не враховано ні втрати світла при проходженні оптики, ні потемніння фону неба в поле зору телескопа, то вона є наближеною.
Більш точне значення проникної сили телескопа можна розрахувати за наступною емпіричною формулою, у якій узагальнено результати спостережень зірок на інструментах різних діаметрів:
де D – діаметр об'єктива, виражений у міліметрах.
З метою орієнтування таблиці 1 наводяться наближені значення проникної сили телескопів, розраховані за емпіричною формулою (1).
Реальну проникну силу телескопа можна визначити, спостерігаючи зірки Північного Полярного ряду (рис. 1,6, в). Для цього, орієнтуючись за таблицею 1 або емпіричною формулою (1), встановлюють наближене значення проникної сили телескопа. Далі з наведених карт (рис. 1,6, в) підбирають зірки з дещо більшими та дещо меншими зірковими величинами. Ретельно копіюють усі зірки більшого блиску та всі підібрані. Таким чином виготовляють зіркову карту, ретельно її вивчають та приступають до спостережень. Відсутність «зайвих» зірок на карті сприяє швидкому ототожнення телескопічної картини та встановлення зоряних величин видимих зірок. Наступні вечори проводять повторні спостереження. Якщо погода та прозорість атмосфери покращуються, то з'являється можливість бачити та ототожнювати слабші зірки.
Знайдена таким чином зоряна величина найслабшої зірки і визначає реальну проникну силу використовуваного телескопа. Отримані результати заносять до журналу спостережень. За ними можна судити про стан атмосфери та умови спостережень інших світил.
Другий найважливішою характеристикою телескопа є його роздільна здатність б, під якою розуміють мінімальний кут між двома зірками, видимими окремо. У теоретичній оптиці доводиться, що з ідеальним об'єктивом у видимому світлі Л = 5,5-10-7 м можна ще дозволити подвійну зірку, якщо кутова відстань між її компонентами дорівнюватиме куту або більше кута
де D – діаметр об'єктива в міліметрах. (...)
Рис. 3. Дифракційні картини тісних зоряних пар з різними кутовими відстанями компонентів.
Повчально також провести телескопічні спостереження яскравих зоряних пар під час діафрагмування об'єктива. У міру поступового діафрагмування вхідного отвору телескопа дифракційні диски зірок збільшуються, з'єднуються і зливаються в єдиному дифракційному диску більшого діаметра, але з значно меншою яскравістю.
Під час проведення подібних досліджень слід звернути увагу до якість телескопічних зображень, які визначаються станом атмосфери.
Спостереження за атмосферними заворушеннями слід вести з добре від'юстованим телескопом (бажано рефлектором), розглядаючи при великих збільшеннях дифракційні зображення яскравих зірок. З оптики відомо, що при монохроматичному потоці світла в центральному дифракційному диску концентрується 83,8% енергії, що пройшла через об'єктив, у першому кільці - 7,2%, у другому - 2,8%, у третьому - 1,5%, у четвертому - 0,9% і т.д.
Так як випромінювання зірок, що приходять, не монохроматичні, а складаються з різних довжин хвиль, то дифракційні кільця виходять забарвленими і розмитими. Чіткість зображень кілець можна поліпшити, застосовуючи світлофільтри, особливо вузькосмугові. Однак у зв'язку з зменшенням енергії від кільця до кільця і збільшенням їх площ вже третє кільце стає малопомітним.
Це слід мати на увазі при оцінці стану атмосфери за видимими дифракційними картинами зірок, що спостерігаються. Під час проведення таких спостережень можна скористатися шкалою Пикке-ринга, за якою найкращі зображення оцінюються балом 10, а дуже погані - балом 1.
Наводимо опис цієї шкали (рис. 4).
1. Зображення зірок хвилюються і розмазуються так, що їх діаметри в середньому вдвічі перевищують третє кільце дифракційне.
2. Зображення хвилюється і трохи виходить за третє дифракційне кільце.
3. Зображення не виходить за межі третього дифракційного кільця. Яскравість зображення збільшується до центру.
4. Часом видно центральний дифракційний диск зірки з короткими дугами, що з'являються навколо.
5. Дифракційний диск видно постійно, а короткі дуги часто.
6. Дифракційний диск та короткі дуги видно постійно.
7. Навколо чітко видимого диска рухаються дуги.
8. Навколо чітко окресленого диска рухаються кільця з розривами,
9. Найближче до диска дифракційне кільце нерухоме.
10. Усі дифракційні кільця нерухомі.
Бали 1 - 3 характеризують поганий для астрономічних спостережень стан атмосфери, 4 - 5 - посередній, 6 - 7 - добрий, 8 - 10 - відмінний.
Третьою важливою характеристикою телескопа є світлосила його об'єктива, що дорівнює квадрату відношення діаметра об'єктива
до його фокусної відстані (...)
§ 3. Перевірка якості оптики телескопа
Практична цінність будь-якого телескопа як спостережного інструменту визначається як розмірами, а й якістю його оптики, т. е. ступенем досконалості його оптичної системи та якістю виготовлення об'єктива. Важливу роль відіграє якість окулярів, що додаються до телескопа, і навіть повнота їх комплекту.
Об'єктив є найвідповідальнішою частиною телескопа. На жаль, навіть найдосконаліші телескопічні об'єктиви мають ряд недоліків, обумовлених як суто технічними причинами, так і природою світла. Найважливішими з них є хроматична та сферична аберація, кома та астигматизм. Крім того, світлосильні об'єктиви різною мірою страждають на кривизну поля та дисторсію.
Викладачеві необхідно знати про основні оптичні недоліки найбільш уживаних типів телескопів, виразно і зрозуміло демонструвати ці недоліки та вміти їх якоюсь мірою знижувати.
Опишемо послідовно найважливіші оптичні недоліки телескопів, розглянемо, у яких типах невеликих телескопів і як вони проявляються, і вкажемо найпростіші способи їх виділення, показу і зменшення.
Головною перешкодою, що заважала тривалий час удосконаленню телескопа-рефрактора, була хроматична (колірна) аберація, тобто нездатність збірної лінзи зібрати всі світлові промені з різною довжиною хвилі в одну точку. Хроматична аберація обумовлена неоднаковою заломлюваністю світлових променів різної довжини хвилі (червоні промені заломлюються слабше, ніж жовті, а жовті слабші, ніж сині).
Хроматична аберація особливо проявляється у телескопів із однолінзовими світлосильними об'єктивами. Якщо такий телескоп навести на яскраву зірку, то за певного положення окуляра
можна побачити яскраву фіолетову плямку, оточену кольоровим ореолом з розмитим червоним зовнішнім кільцем. У міру висування окуляра колір центральної цятки поступово змінюватиметься на синій, потім - зелений, жовтий, помаранчевий і, нарешті, червоний. В останньому випадку навколо червоної цятки буде видно кольоровий ореол з фіолетовою кільцевою окантовкою.
Якщо такий телескоп подивитися на планету, то картина буде дуже розмита, з райдужними розлученнями.
Двохлінзові об'єктиви, значною мірою вільні від хроматичної аберації, називаються ахроматичними. Відносний отвір рефрактора з ахроматичним об'єктивом зазвичай дорівнює 715 або дещо більше (у шкільних телескопів-рефракторів воно залишає 7, що дещо погіршує якість зображення).
Однак ахроматичний об'єктив не вільний повністю від хроматичної аберації і добре зводить в одну точку лише промені певних довжин хвиль. У зв'язку з цим об'єктиви ахроматизуються відповідно до їх призначення; візуальні - щодо променів, що найсильніше діють на око, фотографічні - для променів, що найсильніше діють на фотоемульсію. Зокрема, об'єктиви шкільних рефракторів за призначенням є візуальними.
Судити про наявність залишкової хроматичної аберації в шкільних рефракторах можна на основі спостережень з великими збільшеннями дифракційних зображень яскравих зірок, швидко змінюючи наступні світлофільтри: жовто-зелений, червоний, синій. Забезпечити швидку зміну світлофільтрів можна, застосовуючи дискові або ковзні рамки, описані в
§ 20 книги «Шкільна астрономічна обсерваторія»1. Зміни дифракційних картин, що спостерігаються при цьому, свідчать, що не всі промені однаковою мірою виявляються сфокусованими.
Успішніше знищення хроматичної аберації вирішується в трилінзових апохроматичних об'єктивах. Однак повністю знищити її поки що не вдається в жодних лінзових об'єктивах.
У дзеркальному об'єктиві немає заломлення світлових променів. Тому ці об'єктиви повністю вільні від хроматичної аберації. Цим дзеркальні об'єктиви вигідно відрізняються від лінзових.
Іншим великим недоліком телескопічних об'єктивів є сферична аберація. Вона проявляється в тому, що монохроматичні промені, що йдуть паралельно до оптичної осі, фокусуються на різних відстанях від об'єктива в залежності від того, через яку його зону вони пройшли. Так, в одиночній лінзі далі фокусуються промені, що пройшли поблизу її центру, а найближче - пройшли через крайову зону.
У цьому легко переконатися, якщо телескоп з однолінзовим об'єктивом направити на яскраву зірку і спостерігати її з двома діафрагмами: одна з них повинна виділяти потік, що проходить через центральну зону, а друга, виконана у вигляді кільця, пропускати промені крайової зони. Спостереження слід вести зі світлофільтрами наскільки можна з вузькими смугами пропускання. При використанні першої діафрагми різке зображення зірки виходить при дещо більшому висуванні окуляра, ніж під час використання другої діафрагми, що підтверджує наявність сферичної аберації.
У складних об'єктивах сферична аберація спільно з хроматичною зменшується до необхідної межі шляхом підбору лінз певної товщини, кривизни та сортів стекол, що застосовуються.
[ Залишки невиправленої сферичної аберації в складних лін-[зових телескопічних об'єктивах можна виявити за допомогою (вишеописаних діафрагм, спостерігаючи при великих збільшеннях дифракційні картини від яскравих зірок. При дослідженнях візуальних об'єктивів слід застосовувати жовто-зелені світлофільтри, а при дослідженнях фотографічних).
! У дзеркальних параболічних (точніше параболоїдальних) об'єктивах сферична аберація відсутня, тому що об'єктиви | зводять в одну точку весь пучок променів, що йдуть паралельно до оптичної осі. Сферичні дзеркала мають сферичну аберацію, при цьому вона тим більше, чим більше і світлосильніше саме дзеркало.
У невеликих дзеркал з малою світлосилою (відносним отвором менше 1:8) сферична поверхня мало відрізняється від параболоїдальної – в результаті сферична аберація невелика.
Виявити наявність залишкової сферичної аберації можна вищеописаним способом, застосовуючи різні діафрагми. Хоча дзеркальні об'єктиви вільні від хроматичної аберації, для кращої діагностики сферичної аберації слід вживати світлофільтри, бо забарвлення дифракційних картин, що спостерігаються, при різних діафрагмах не однакова, що може призвести до непорозумінь.
Розглянемо тепер аберації, які під час проходження променів похило до оптичної осі об'єктива. До них відносяться кома, астигматизм, кривизна поля, дисторсія.
При візуальних спостереженнях слід простежити за першими двома абераціями – комою та астигматизмом та практично їх вивчити, спостерігаючи зірки.
Кома проявляється в тому, що зображення зірки осторонь оптичної осі об'єктива набуває вигляду розмитої асиметричної цятки зі зміщеним ядром і характерним хвостом (рис. 6). Астигматизм ж полягає в тому, що об'єктив збирає похилий пучок світла від зірки не в один загальний фокус, а в два взаємно перпендикулярні відрізки АВ і CD, розташованих у різних площинах і на різних відстанях від об'єктива (рис. 7).
Рис. 6. Утворення коми у похилих променів. Гуртком окреслено поле поблизу оптичної осі, де кома несуттєва.
При хорошому юстуванні в трубі телескопа малосвітлосильного об'єктиву і при малому полі зору окуляра важко помітити обидві згадані аберації. Їх можна добре бачити, якщо з метою навчання дещо роз'юстувати телескоп, повернувши на певний кут об'єктив. Така операція корисна для всіх спостерігачів, а особливо для тих, хто будує свої телескопи, адже рано чи пізно вони обов'язково зіткнуться з питаннями юстування, і буде значно кращим, якщо вони діятимуть свідомо.
Щоб роз'юстувати рефлектор, достатньо послабити і закрутити два протилежні гвинти, що утримують дзеркало.
У рефракторі це зробити складніше. Щоб не зіпсувати різьблення, слід склеїти з картону перехідне зрізане під кутом кільце і вставити його однією стороною в трубу телескопа, а на другу посадити об'єктив.
Якщо роз'юстований телескоп подивитися на зірки, то всі вони стануть хвостатими. Причина тому – кома (рис. 6). Якщо ж на вхідний отвір телескопа надіти діафрагму з невеликим центральним отвором і пересувати окуляр вперед і назад, то можна бачити, як зірки витягуються у світлі відрізки АВ, потім перетворюються на еліпси різного стиснення, кружки, і знову у відрізки CD та еліпси (рис. 1). 7).
Кома та астигматизм усуваються поворотами об'єктива. Як легко зрозуміти, вісь обертання при юстуванні буде перпендикулярна до напрямку. Якщо при обертанні гвинта дзеркала хвіст подовжується, то гвинт треба обертати в протилежний бік. Остаточне доведення при юстуванні слід здійснити з короткофокусним окуляром при великих збільшеннях, щоб добре було видно дифракційні кільця.
Якщо об'єктив телескопа володіє високими якостями, а оптика правильно від'юстована, то позафокальні зображення зірки при спостереженні в рефрактор будуть виглядати у вигляді невеликого світлового диска, оточеного системою кольорових концентричних дифракційних кілець (рис. 8, al). При цьому картини дофокального та зафокального зображень будуть абсолютно однаковими (рис. 8, 2, 3).
Такий же вигляд матимуть позафокальні зображення зірки при спостереженні в рефлектор, тільки замість центрального світлого диска буде видно темну цятку, яка є тінню від допоміжного дзеркала або діагональної призми повного відображення.
Неточність юстування телескопа позначиться у цьому, що концентричність дифракційних кілець буде порушено, а вони приймуть витягнуту форму (рис. 8, б 1, 2, 3, 4). При наведенні на різкість зірка здаватиметься не різко окресленим світлим диском, а трохи розмитим світлим цяткою з відкинутим убік (ефект коми) слабким хвостом. Якщо вказаний ефект викликаний справді неточним юстуванням телескопа, то справа легко поправити, достатньо лише, діючи регулювальними гвинтами оправи об'єктива (дзеркала), дещо змінити її положення в потрібну сторону. Набагато гірше, якщо причина криється в астигматизмі самого об'єктиву або (у разі рефлектора Ньютона) у поганій якості допоміжного діагонального дзеркальця. У цьому випадку усунути недолік можна лише перешліфуванням та переполіруванням дефектних оптичних поверхонь.
За позафокальними зображеннями зірки можна легко виявити й інші недоліки телескопічного об'єктива, якщо вони є. Наприклад, відмінність у розмірах відповідних дифракційних кілець дофокального та зафокального зображень зірки свідчить про наявність сферичної аберації, а відмінність у їх кольоровості - про значний хроматизм (для лін-
ного об'єктива); нерівномірна щільність розподілу кілець і різна їх інтенсивність вказує на зональність об'єктива, а неправильна форма кілець - на місцеві більш менш значні відхилення оптичної поверхні від ідеальної.
Якщо всі ці недоліки, що відкриваються картиною позафокальних зображень зірки, невеликі, то з ними можна миритися. Дзеркальні об'єктиви аматорських телескопів, які успішно пройшли попередню перевірку тіньовим методом Фуко, як правило, мають бездоганну оптичну поверхню і відмінно витримують випробування позафокальним зображенням зірок.
Розрахунки та практика показують, що при ідеальному юстуванні оптики кома та астигматизм незначно відбиваються на візуальних спостереженнях, коли використовуються малосвітлосильні об'єктиви (менше 1:10). У рівній мірі це стосується і фотографічних спостережень, коли з тими ж об'єктивами фотографують світила з відносно невеликими кутовими розмірами (планети, Сонце, Місяць).
Кома і астигматизм сильно псують зображення, коли фотографують великі ділянки зоряного неба з дзеркалами параболічними або дволінзовими об'єктивами. Спотворення різко збільшуються у світлосильних об'єктивів.
Нижче наведена таблиця дає уявлення про зростання коми та астигматизму залежно від кутових відхилень від оптичної осі у параболічних рефлекторів різної світлосили.
Рис. 9. Кривизна поля зору та зображення зірок у його фокальній площині (при виправленні решти аберацій).
тизм, але є кривизна поля. Якщо з таким об'єктивом сфотографувати велику ділянку зоряного неба і при цьому наведення на різкість здійснити центральною зоною, то в міру відступу до країв поля різкість зображень зірок погіршуватиметься. І навпаки, якщо наведення на різкість зробити за зірками, що знаходяться по краях поля, то різкість зображень зірок погіршуватиметься в центрі.
Щоб з таким об'єктивом отримати фотографію, різку по всьому полю, слід вигнути фотоплівку відповідно до кривизни поля різких зображень самого об'єктива.
Кривизну поля усувають також за допомогою плоско-опуклої лінзи Піацці – Сміта, яка перетворює викривлений фронт хвиль на плоский.
Кривизну поля можна найпростіше зменшити діафрагмуванням об'єктива. З практики фотографування відомо, що із зменшенням діафрагми зростає глибина різкості - в результаті чіткі зображення зірок виходять по всьому полю плоскої платівки. Однак слід пам'ятати, що діафрагмування сильно знижує оптичну потужність телескопа і для того, щоб вийшли на платівці слабкі зірки, треба значно збільшувати час експозиції.
Дисторсія в тому, що об'єктив будує зображення, не пропорційне оригіналу, і з деякими відступами від цього. В результаті при фотографуванні квадрата його зображення може вийти з увігнутими всередину або опуклими назовні сторонами (подушкоподібна та бочкоподібна дисторсія).
Дослідити будь-який об'єктив на дисторсію дуже просто: для цього треба його сильно задіафрагмувати, щоб залишилася незачиненою лише дуже невелика центральна частина. Кома, астигматизм та кривизна поля при такому діафрагмуванні будуть усунуті і дисторсію можна буде спостерігати у чистому вигляді
Якщо з таким об'єктивом фотографувати прямокутні ґрати, отвори вікон, дверей, то, розглядаючи негативи, легко встановити вид дісторсії, властивий даному об'єктиву.
Дісторсію готового об'єктива не можна усунути або зменшити. Її враховують щодо фотографій, особливо під час проведення астрометричних робіт.
§ 4. Окуляри та граничні збільшення телескопа
Набір окулярів є необхідним доповненням до телескопа. Раніше ми вже з'ясували (§ 2) призначення окуляра у збільшувальній телескопічній системі. Тепер необхідно зупинитися на основних характеристиках та конструктивних особливостях різних окулярів. Залишаючи без уваги галілеївський окуляр з однієї лінзи, що давно вже не застосовується в астрономічній практиці, звернемося відразу ж до спеціальних астрономічних очків.
Історично першим астрономічним окуляром, який одразу ж витіснив галілеївський окуляр, був окуляр Кеплера з однієї короткофокусної лінзи. Маючи порівняно з окуляром Галілея значно більшим полем зору, він у поєднанні з поширеними на той час довгофокусними рефракторами давав досить чіткі та мало забарвлені зображення. Однак пізніше окуляр Кеплера був витіснений досконалішими окулярами Гюйгенса і Рамсдена, які трапляються й досі. Найбільш поширеними астрономічними окулярами нині є ахроматичний окуляр Кельнера та ортоскопічний окуляр Аббе. На малюнку 11 показано влаштування цих окулярів.
Найбільш просто влаштовані очки Гюйгенса та Рамсдена. Кожен із них складено із двох плоско-опуклих збірних лінз. Передня з них (навернена до об'єктиву) називається польовою лінзою, а задня (навернена до ока спостерігача) - очною лінзою. В окулярі Гюйгенса (рис. 12) обидві лінзи звернені своїми опуклими поверхнями до об'єктиву, і якщо f і / 2 - фокусні відстані лінз, a d - відстань між ними, то повинно виконуватися співвідношення: (...)
KOHEЦ ФPAГMEHTA ПІДРУЧНИКА
Дядько Ваня сюжет п'єси. "Дядя Ваня. Ставлення до професора оточуючих
Крихітка Цахес по прозвищу Циннобер
Майков, Аполлон Миколайович – коротка біографія