Тема: Аматорські телескопи-рефлектори... (Прочитано 918 раз)

Владимеч · « : 14 Червня 2016, 18:41:34 »

ЧОРНОВОЛ В.А.

АМАТОРСЬКІ
ТЕЛЕСКОПИ - РЕФЛЕКТОРИ

З МЕТАЛЕВИМИ ДЗЕРКАЛАМИ

Одеса
2011

ПАМ’ЯТІ БАТЬКА
- ВЧИТЕЛЯ І ТОВАРИША -

ЧОРНОВОЛА
АНАТОЛІЯ ІВАНОВИЧА

До читача

Події, про які, мій читачу, я розповім зараз же, відбувалися давно, проте, пам’ять моя зберегла їх до найдрібніших подробиць.
    Мені сьомий минало, й думка, що невдовзі я стану школярем, сповнювала мене очікуванням незвичайно цікавого та (чому б мені не зізнатися в цьому) щирою гордістю.
    В переліку документів, необхідних для вступу до школи, які ми з матір’ю заходилися готувати, була зазначена й довідка про стан здоров’я.
Пам’ятаю, як лагідна, в білосніжному халаті жінка торкнулася указкою кільця з розрізом на маківці, намальованого в першому рядочку на яскраво освітленому стенді, де, крім кілець з розрізами у різних місцях, шикувалися стрункими лавами літери, від великих за розміром до найменших, та… Ні, вона не встигла промовити й слова, бо в ту мить моя мати чемно зауважила: «Він знає всі літери» (завдячуючи саме матері, я навчився читати, прошу взяти на увагу, у чотири роки, що було неабияким досягненням, як на той час ).
    Не промайнуло й хвилини, як лікарка, що не могла заховати свого здивування, пересвідчилась не тільки у відмінній гостроті мого зору, а й що це дійсно так.
   Сонячний був той день, коли я вперше сів за парту, та потьмарило його моє несподіване розчарування. А сталося це так.
Познайомившись з учнями, вчитель, після коротенької вступної промови, почав розвішувати на класній дошці аркуші паперу з надрукованими літерами та доповідати нам про іхні назви.
Відтак, належним чином з’єднуючи їх та додаючи інші літери у супроводі чітких пояснень, компонував склади, а з цих останніх – окремі слова.
Обличчя школярів, для яких це було справжнім відкриттям, шарілися від радощів, а я, змушений спостерігати ці дитячі іграшки, занудьгував, бо в тому вбачав для себе перегорнуту сторінку.
Наступне заняття виявилося близнюком попереднього, а коли це повторилося втретє, я дійшов висновку, що школа мені ні до чого.
Довідавшись про мої наміри, вчитель запитав у мене: «Чи дійсно ти можеш прочитати будь-яку книгу?», на що я впевнено відповів: «Так, будь-яку!».
Що й казати, гідно довів я це, єдиним духом виразно прочитавши декілька речень в книжці, яку дав мені вчитель, та кинув на нього погордливий погляд.
Вчитель, видима річ, вражений моїми безперечними навичками читання, відгукнувся на них, хоча й стримано, схвальними словами, що їх з скромності я не хочу повторювати, аж тут, напевно, щоб остаточно переконатися у моєму хисті, запропонував мені читати ще одну книжку, яку розгорнутою поклав переді мною.
Та ледь глянувши на сторінку, я з невимовною прикрістю мусив визнати, що цю книгу прочитати мені непідсильно.
Вчитель, наче нічого не трапилося, зауважив, що іноземну мову ми почнемо вивчати у п’ятому класі, що перед тим я маю отримати відповідну підготовку і що її саме школа і дає.
Щоб не гаяти часу й не затримувати тебе, читачу, скажу тільки: опанувавши потрібні знання, я взяв таки гору над згадуваною книгою й того ж дня повідомив вчителя, що залишаю школу.
На це він, вочевидь, очікуючи такий перебіг подій, мовчки поклав переді мною розгорнуту книжку.
Й цього разу ( нема де правди діти ) я, згнітивши серце, визнав свою поразку: книга містила нескінчені стовпці цифр й була для мене, як то кажуть, terra incognita.
Тим часом вчитель, на обличчі якого, треба зазначити, я не угледів переможного виразу, на чистому аркуші паперу окреслив коло й, діткнувшись до нього олівцем, сказав: «Тут знання, якими ти оволодів, навчаючись в школі. За межами цього кола (вчитель перевів олівець назовні ) те, що тобі невідомо.
Набуваючи нових знань (з цими словами вчитель окреслив ще одну, більшу за розміром кружину, яка поглинула першу), ти поширюєш попереднє коло. Та знов, поза ним, куди не кинути оком, перебуває твоєму розумінню недосяжне. І так нескінченно: чергові кола, скільки б ти не поширював їх, залишатимуться лише часткою більшого, непізнаного, якому краю нема і бути не може.
«Окраса роду людського» - Ісак Ньютон принагідно зауважив: «Якщо я й бачив далі, ніж інші, то тому, що стояв на плечах велетнів». І додав: «Не знаю, яким я видаюся людям. Собі ж я видаюся дитиною, яка бавиться на березі моря й тішиться, коли їй поталанить відшукати гладенького камінця або гарну мушлю, незвичайну на позір, у той час, коли незмірний океан істин простягається переді мною недосліджений».
Отже, - завершив вчитель, - нехай в житті дороговказом тобі будуть слова: «Я знаю, що знаю мало, але я зроблю все, щоб знати більше».
Відтоді напутнє слово вчителя завжди стукає в моє серце.
Певна річ, чимало є тих, хто, милуючись зоряним небом, прагне озброїти око, щоб більше й безпосередньо дізнатися про Всесвіт. Та спеціальних книжок українською мовою по побудові телескопа з металевими дзеркалами власноруч в книгозбірні аматора астрономії годі шукати - це місце на полиці порожнє.
    Автор з метою заповнення тої прогалини воліє поділитися з тобою, мій читачу, власним досвідом спорудження віддзеркалювальних телескопів, придатних для серьозної роботи.
    Творча праця не тільки наповнить важливим, цікавим змістом твоє дозвілля, а й (і це головне) допоможе тобі поширити свій світогляд.


О мати Нут, простягни наді мною свої крила - одвічні зорі.
З давньоєгипетського релігійного гімну

ПЕРЕДНЄ СЛОВО

Два тисячоліття відокремлюють нас від часу, коли римський філософ Луцій Анней Сенека, схиляючи голову перед величчю Світобудови, промовив слова: «Якщо б зоряне небо можна було спостерігати в єдиному місці Землі, то туди не припинилася би проща».
    На щастя нам, у якому б місці нашої планети ми не перебували, рушати битим шляхом не має потреби: крила ночі - одвічні зорі завжди над нами.
    Правда, мешканцю сьогоднішнього великого міста вповні виправдане захоплення згадуваного філософа не може не здатися, щонайменше, перебільшеним.
    Дійсно, він і в голову собі не покладе назвати казково гарним задимлене, запилене, штучно засвічене нічне небо, яке приховує від нього, крім лічених яскравих зірок, тисячі небесних об’єктів.
    Разом з тим, слід сподіватися, що вигук французького художника Поля Гогена: «Жити в місті й навіть не знати мапи зоряного неба - це вже занадто!» надасть наснаги аматору «цариці наук» - астрономії.
     Промінь зоряного світла, який доходить до нас, є своєрідним надійним вісником, якого посилають нам зірки з найважливішою інформацією щодо будови далеких небесних світил.
Складні прилади - астрономічні інструменти, які працюють в діапазоні видимого світла ( основний з них - телескоп ), приймають ці «звістки» та, доставляючи їх в наше око, дають можливість читати минуле й сучасне Всесвіту та накреслювати його майбутнє. Іншими словами, відмітаючи всілякий містичний мотлох, сприяють нам відчути під ногами тверде підґрунтя суто наукового пізнання Природи, вічна творча сила якої не знає суботи.
Кількість світла, яку збирає об’єктив телескопа, пропорційна його площі або, що те ж саме, квадрату діаметра його вільного отвору. Зі зростанням діаметра об’єктива зростає й його прониклива сила, тобто здібність «уловлювати» світло все більш і більш слабких зірок. Й звідси задача, яку ставлять перед собою конструктори телескопів: спроектувати будівництво телескопа з якомога більшим діаметром вільного отвору.
Мова тут, насамперед, про віддзеркалювальні телескопи.
Розмір дзеркал великих сучасних телескопів 8 – 10 м. Діаметр одного з 36 дзеркал, введеного в експлуатацію найбільшого оптичного телескопа GTC – Gran Telescope Canarias ( Канарські острови, Іспанія ) майже 12 метрів.
Телескопи, які працюють в режимі інтерферометра (прилад для вимірювання кутових діаметрів небесних тіл та відстаней між компонентами подвійних зірок) дають сумісну картину, для отримання якої знадобилося б дзеркало, діаметром у десятки разів більшим. Так наприклад, телескоп VLT ( Very Large Telescope - вельми великий телескоп), об’єднавши чотири свої дзеркала діаметром 8,5 метра, отримує віртуальне дзеркало (virtualіs - лат.- можливий ) діаметром 200 метрів.
Праця з такими телескопами – виключне право фахівців-астрономів. Аматор астрономії, який не має змоги приставити око до професійного телескопу та який воліє бачити зоряне небо своїми очима, не задовольняючись лише спогляданням фотографій, які отримані за допомогою великих сучасних телескопів, все ж має шанс. Він – в тому, щоб до статусу « аматор астрономії» зробити доповнення, а саме: «…й аматор телескопобудування» ( адресат автора - той, хто в своєму житті керується гаслом: «Роби, що можеш, власноруч»).
Об’єктив телескопа в стільки разів більше збере світла, в скільки разів його площа більша за площу зіниці ока. Дійсно, де тут телескопу аматора тягатися по судах з велетенськими телескопами, зображення світил в яких в мільйони разів більш яскраве, ніж при спостеріганні їх простим оком.
А все ж таки, аматорський телескоп, навіть якщо його об’єктив можна сховати в рукаві, набагато посилить наш природний орган зору та, будучи знаряддям пізнання, відкриє перед нами нові обрії. Вже це одне варто праці.
Є два типи телескопів: рефрактори (refraсtus - лат.-заломлювати ) - оптична система (діоптрична),яка складається з набору лінз, що мають визначену форму й розташовані в суто визначеному порядку, та рефлектори (reflectere -лат.- відбивати) - дзеркальна система (катоптрична), яка відповідає зазначеним вимогам.
Комбіновані системи (катадіоптричні) складаються з дзеркал та лінз, тобто в них одночасно використовується й відбиття, й заломлення.
Принципи дії лінзового та дзеркального телескопів – ті ж самі, з тою лише неістотною різницею, що в рефлекторі промені, які йдуть від предметів, будують зображення по той бік дзеркала, де знаходиться й предмет, а в рефракторі – промені після заломлення в об’єктиві створюють зображення по другий його бік.
Проте, завести розмову про особливості виготовлення оптики для рефракторів та рефлекторів сенс є, тому що аматор, який ладен розпочати спорудження телескопа в кустарних умовах, має вибирати, якому типу телескопів надати перевагу, хоча, по суті, вибір його обмежений й може бути вирішений тільки на користь віддзеркалювального телескопа.
Справді, якщо аматор заходжується власноруч побудувати рефрактор, йому доведеться зіткнутися з чуттєвими, часом непереборними, насамперед технічними, труднощами.
Навіть зробивши розрахунок ахроматичного об’єктива (що само по собі вельми не просто без ґрунтовних знань з оптики), навряд чи він зможе придбати потрібні ґатунки однорідного оптичного скла з вповні визначеними властивостями.
Крім того, не маючи під рукою точних засобів контролю, виготовити дві лінзи з чотирма суто центрированими поверхнями, й витримати при цьому всі розміри до сотих й тисячних часток міліметра - завдання, яке спроможне перевищити його сили.
Виготовлення ж поверхонь головного та вторинного дзеркал рефлектора при наявності надійного й простого засобу їхнього контролю – тіньового методу – вповні йому підсильно.
Таким чином, телескоп аматора, який тверезо й без емоцій звантажує свої можливості - телескоп, безумовно, дзеркальний.
Матеріал для астрономічних дзеркал, який сьогодні використовують аматори телескопобудування – скло. І це виправдано; оптичні якості його, такі важливі (обов’язкові) при виготовлені лінзового об’єктива, не відіграють ніякої ролі; обробка скла порівняно не складна, й воно добре сприймає поліровку; металеве покриття, яке з плином часу втрачає віддзеркалювальну здібність, легко відновлюється.
Разом з тим, твердження, що скло, у випадку невеликих аматорських телескопів – найкращий матеріал для астрономічних дзеркал, треба визнати нерозважливим.
Вимоги, які висувають до скла, зводяться до двох основних: скло повинно бути не загартованим й мати достатню товщину. Третя, бажана, його властивість – це якомога менший коефіцієнт теплового розширення.
Справа в тому, що при перепадах температури повітря температура зовнішніх та внутрішніх шарів дзеркала з-за низької теплопровідності скла вирівнюється вкрай повільно та, внаслідок механічних напружень, які утворюються, поверхня його жолобиться («ефект краю дзеркала»), а значить потребує тривалої «відстойки», тобто часу, за який дзеркало прийме температуру оточуючого середовища.
Ілюмінаторне скло (найбільш ходовий ґатунок скла в аматорському телескопобудуванні) вповні підвладно цій деформації. Придбати ж заготовку зі спеціального оптичного скла для більшості аматорів – нездолана перешкода.
Але, якщо матеріал має достатню теплопровідність, то зі зміною температури оточуючого середовища розміри та кривизна дзеркала будуть змінюватися, однак, форма його поверхні залишиться попередньою.
Такому типу матеріалів відповідають метали.
Автор не має наміру зловживати цифрами, та вважає доречним навести тут деякі, красномовні.
Термостійке скло «пайрекс» має малий коефіцієнт температурного розширення. Якщо цю властивість прийняти за 1, то дзеркало з неіржавілої сталі для астрономічних цілей вигідніше у 21 раз, а з алюмінію – у 24 рази.
Вочевидь, що скло слугує лише опорою для щонайтоншого (0,5 –2 мкм) металевого покриття, без якого воно, бездоганно відполіроване, відбиває 4 – 5 % падаючого на нього світла. Якщо так, то надавши ціліснометалевій опорі ( наприклад, з дюралюмінію або неіржавілої сталі) дзеркальної, оптично точної поверхні, отримуємо подвійний виграш, а саме: використовуємо матеріал з великою теплопровідністю й позбуваємося необхідності нанесення металевого покриття, яке вимагає апаратури, недосяжної для аматора, що працює в кустарних умовах.
Отже, дзеркальний аматорський телескоп – телескоп, треба погодитися - з металевими дзеркалами.
Оброблення неіржавілої сталі вручну дуже складне, не менш складна й обтяжлива фігуризація (ретушування) дзеркала, тобто надання його поверхні точної геометричної форми. Процес цей деколи нагадує герць між людиною та металом, та аматору, привченому розпочату справу доводити до кінця, виготовлення металевого астрономічного дзеркала вповні до снаги.
Правдивість цього твердження доводять декілька телескопів-рефлекторів з металевими дзеркалами, побудованих автором, а його в свою чергу надихав обнадійливий приклад батька, художника, людини самобутньої, всебічно обдарованої, аматора астрономії, який у 70-ті роки минулого століття на дозвіллі виготовив з неіржавілої сталі сферичні дзеркала діаметром 150 й 250 міліметрів.
Слід пам’ятати, проте, що запорукою успіху тут буде наявність, насамперед, двох умов: по-перше, аматор має бути «підкований» теоретично й, по-друге, уміти працювати руками.
Вимоги, щодо точності поверхні астрономічного дзеркала вкрай суворі: відступ її від ідеальної геометричної поверхні не повинен перевищувати 1/8 довжини хвилі жовто-зелених променів, до яких
найбільш чутливе наше око ( 0,555 мкм ), тобто, 0,07 мкм.
Та похибки, які вимірюються декількома сотими частками мікрона, впевнено виявляє тіньовий метод Фуко, а спеціальні заходи діяння на них беззастережно приведуть до покладеної мети.
Установка телескопа також має відповідати досить жорстким вимогам, а в тім, її спорудження вповні підсильно аматору.   «Тесля і слюсар, - стверджує уславлений ірландський аматор телескопобудування лорд Росс (середина 19 ст.), - можуть виконати цю роботу з достатньою точністю».
Слушні ці заохочуючи слова, та разом з тим, припускають володіння аматором певними знаннями та уміннями у слюсарному, теслярському, малярському ремеслах. Крім того, аматор при конструюванні телескопа не може не подбати про естетичний бік праці – про зовнішній вигляд свого дитяти – тобто, виступає тут й дизайнером.
Матеріалом для складання цієї книги прислужилася спеціальна література з оптики й аматорського телескопобудування, яку студіював, з якою «радився» автор, та чималий особистий досвід його у споруд-женні телескопів-рефлекторів з металевими дзеркалами.
Мета автора - надати стислі свідчення по теорії телескопа, яка прямо випливає з основних законів геометричної (променевої) оптики й - конкретні практичні рекомендації по побудові телескопів різних оптичних систем.
Автор вважатиме свою працю не даремною, якщо цей посібник – невелика книга про велику справу – стане в пригоді аматору телескопобудування.

Далі буде

Новини:

Автор Тема: Аматорські телескопи-рефлектори... (Прочитано 918 раз)

Владимеч

Аматорські телескопи-рефлектори...