Телескопы для любителей астрономии

Искатели (см. 59) чаще всего крепятся двумя различными способами. Наиболее распространен способ, когда искатель вставляется в два кольца, установленных на некотором расстоянии на трубе. Трубка

а)

б)

Рис. 58. Крепление искателей.

искателя поддерживается в каждом из колен, тремя винтами. Вращая головки винтов, мы можем наклонять оптическую ось искателя в ту или иную сторону. Кольца со стойками могут быть отлиты из алюминия или выточены на токарном станке, а дуги, с помощью которых они крепятся к трубе, можно вырезать и обработать вручную из 10-миллиметрового алюминия. На рис. 58, а показана форма стоек, благодаря которой нагрузка от искателя хорошо распределяется на довольно большую площадь.

Второй способ несколько напоминает юстировочное приспособление оправы главного зеркала. Здесь с помощью трех винтов и возвратных пружин юстируются два диска, один из которых жестко укреплен на трубе, а второй жестко скреплен с искателем (рис. 58, б).

Теперь, когда достроены труба и оправы зеркала и призмы, можно собрать телескоп и отъюстировать

Рис. 59. Юстировка телескопа Ньютона.

его. Кто-то сравнил рефрактор с роялем, всегда готовым к работе, а рефлектор со скрипкой, которую перед игрой надо настроить. Однако процесс юстировки ньютоновского телескопа прост, и делать это требуется 2-3 раза в год.

Рассмотрим процесс юстировки (Рис. 59). Из фокусировочной трубки вынимаем окуляр и смотрим на призму, следя за тем, чтобы верхний и нижний края трубки были видны строго концентричными -- это важно на протяжении всей юстировки (рис. 59, а). Дальше обратим внимание на положение призмы относительно трубки. Если центр призмы не совпадает с центром трубки, приведем ее в надлежащее положение (рис. 59, б). Как это сделать, сказано при описании конструкции оправ призмы и диагонального зеркала. Следующий шаг -- так наклонить призму в оправе, чтобы отражение главного зеркала в ней стало концентричным (рис. 59, в). Наконец, наклоняя главное зеркало с помощью юстировочных винтов оправы, добьемся того, чтобы и отражение призмы в главном зеркале стало концентричным со всеми деталями и их отражениями. В этот момент все детали окажутся на единой оптической оси телескопа (рис. 59, г), а в центре отражения призмы будет видно отражение глаза наблюдателя. В некоторых руководствах рекомендуется обозначить центры главного и вспомогательного зеркал (или призмы) перекрестиями из нитей. Однако при относительном отверстии 1/6--1/8 достаточно той точности, с которой это сделали мы.

Для того чтобы избежать отражений от внутренних стенок трубы и других деталей на пути пучка света, все они красятся черной матовой краской, например темперой или масляной краской, в которую добавлен для матовости скипидар.

50. УЗЛЫ ПРОСТОЙ НЕМЕЦКОЙ МОНТИРОВКИ

Простейшая немецкая монтировка, так же как азимутальная, может быть собрана из водопроводного тройника, нескольких обрезков труб и пары стопорных винтов (рис. 60). Для того чтобы ось склонений вращалась плавно, надо в тройник 1 добавить пару медных или латунных втулок 2. Для этого на концах толстостенной медной или латунной трубы подходящего диаметра нарезаем резьбу на токарном станке или специальным резьбонарезателем, который можно найти в любой сантехнической мастерской. После нарезания резьб отрезаем кусочки этих труб с таким расчетом, чтобы после того как концы с резьбами будут завернуты в тройник, втулка на 2--4 мм выступала из тройника, чтобы эти втулки не выворачивались, их можно "посадить" на какой-нибудь клей. В третий патрубок тройника вставим длинную трубку 3 -- это будет полярная ось.

Во втулки оси склонений вставляем собственно ось.

Это труба или стержень такой длины, чтобы на нем можно было укрепить как телескоп 5, так и противовес 6. Так как желательно, чтобы вес противовеса не

был слишком большим, нужно увеличить длину плеча, на котором крепится противовес. Конечно, удлинение это нужно сделать в разумных пределах -скажем, длина плеча оси, где крепится противовес, может быть на 30--50% больше длины плеча, на котором крепится труба телескопа.

К оси склонений надо жестко прикрепить трубу. Для этого выточим или подберем фланец 7, в котором

Рис. 60. Узел осей монтировки.

1--тройник, 2--бронзовые втулки, 3--вертикальная (или полярная) ось, 4--горизонтальная ось (или ось склонений), 5--труба телескопа, 6 -противовес, 7 -- фланец, 8 -- бронзовые втулки, 9 -- корпус вертикальной оси, 10--винт, предупреждающий выпадение оси, 11--стопорные винты (тормоза), 13 -хомут.

просверлим отверстие того же диаметра, что и ось. Лучше, если это отверстие будет меньше на 0,1 мм. Тогда, нагрев фланец до температуры 100--150є, вставим в него ось. После остывания фланца его размеры сократятся, и он жестко "сядет" на ось. Если не удастся установить фланец на "горячую" посадку, придется в нем сделать два отверстия через 120є. В соответствующих местах оси просверлим отверстия и нарежем в них резьбу. После этого закрепим фланец на оси с помощью винтов. Для оси диаметром 25--30 мм нужно взять винты М6 -- М8. Можно плотно насадить фланец на ось с эпоксидной смолой или просто приварить его к оси. Если читатель в состоянии наладить у себя литье алюминия в его простейших формах, можно ось залить (заформовать) в пластину, к которой крепится телескоп. О том, как это сделать, рассказано дальше.

Противовес должен легко и просто закрепляться на оси, а в случае нужды легко перемещаться вдоль оси для балансирования. Кроме того, важно, чтобы во время работы противовес случайно не соскользнул с оси, когда этот конец направлен вниз. Чтобы избежать падения противовеса, лучше всего на отрезке оси, где он перемещается, нарезать резьбу. В центре же самого противовеса также надо нарезать резьбу. Теперь противовес легко перемещается по оси, а контргайка его надежно фиксирует. Можно и на гладкой оси установить противовес, который будет фиксироваться небольшим винтом, а для того чтобы противовес не упал, на конце оси установим небольшой винт, который задержит его, если он соскользнет.

Полярная ось прочно вворачивается в средний патрубок тройника. Нижний конец оси вставляется во втулки 8, плотно установленные в корпусе оси 9. Втулки могут быть установлены на "горячей" посадке, вставлены на клею или фиксированы винтами, проходящими сквозь трубку -- корпус оси. Для того чтобы оси не выпадали из корпусов, на концах последних следует ввернуть по винтику 10, которые входят в пазы, проточенные в осях.

Теперь полярную ось надо установить под углом к горизонту, равным широте места наблюдений. Проще всего ее приварить примерно под этим углом к вертикальной стойке, которая будет служить основанием монтировки. В одном из рефлекторов-кометоискателей клуба им. Д. Д. Максутова корпус полярной оси был прикреплен к стойке с помощью эпоксидной смолы и стеклоткани. В стойке предварительно был сделан срез под углом 55є к горизонту. После этого срез трубы был обработан напильником так, чтобы корпус полярной оси ложился на срез, как в ложе. Затем были нарезаны узкие (25--30 мм) полосы, которые смачивались эпоксидной смолой, и корпус оси приматывался ими к стойке. После затвердевания смолы стеклопластик обрабатывается напильником. Соединение осей

можно осуществить также с помощью литейной техники (см. 51).

Рис. 61. Пластины и хомуты для крепления трубы телескопа к оси склонений.

Наконец, рассмотрим простой способ крепления трубы телескопа к оси склонений. Фланец, наваренный или привинченный к концу оси склонений, имеет слишком малую площадь, чтобы к нему непосредственно можно было крепить бумажную или стеклопластиковую трубу. Поэтому к фланцу прикрепим шестью винтами М6 -- М8 прямоугольную пластину толщиной 10--12 мм, а уже к ней трубу. Чтобы плоскую поверхность пластины сочленить с цилиндрической трубой, надо на концах пластины укрепить пару дугообразных деталей -- лож (1 на рис. 64 ). Эти детали можно выполнить из алюминия, стали, в крайнем случае и из многослойной фанеры. Толщина дуг -- 10--20 мм. С помощью клея и винтов М4 они прикрепляются к пластине. Так как в дальнейшем они будут работать только на сжатие -прижиматься к пластине, смысла в особо жестком их креплении нет. После закрепления дуг на пластине надо укрепить два, а можно и один хомут, который будет прижимать трубу к пластине (рис. 61). Эти хомуты делаются из прочных ремней с пряжками или из 1--2-миллиметрового металла. Если их два, то они устанавливаются на концах пластины, если один -- в середине. Металлические хомуты стягиваются винтами. При затягивании хомутов не нужно опасаться прилагать большие усилия. Большое усилие при затягивании создаст предварительное напряжение в стенках трубы, а это приведет к увеличению запаса прочности и жесткости. Это усилие (сжатие) действует по окружности стенки трубы, никак не изгибая ее, а только сжимая. Для этого нужно, чтобы хомуты и дуги, на которых лежит труба, охватывали весь периметр трубы не оставляя свободных промежутков более 1--2 см. В противном случае усилия в хомутах надо несколько уменьшить, чтобы в свободных, не охваченных хомутами участках трубы стенку не "выперло" и она не потеряла устойчивости. Впрочем, и при неполном прилежании трубы усилия могут быть достаточно большими. Это крепление гораздо надежнее и жестче, чем крепление трубы винтами непосредственно к пластине или ложам. Кроме того, оно позволяет легко отделять трубу от монтировки, а это важно при переносе телескопа. Оно также позволяет перемещать трубу вдоль ее оси для балансировки и поворачивать вокруг оси, чтобы придать окуляру желаемое направление (вбок, вверх и т. п.).

51. КРЕПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛОЙ ТРУБЫ К ОСИ СКЛОНЕНИЙ

В тех случаях, когда диаметр зеркала больше 150 мм или когда по каким-нибудь иным причинам труба тяжела, узлу крепления трубы надо придать более рациональную форму. Прежде всего, кольца -- хомуты, в которых лежит труба, придется сделать жесткими -- литыми или вырезанными из металлической трубы подходящего диаметра. На одной стороне хомута установим шарнир, как показано на рис. 62. На другой стороне хомутов -- приливы для крепления стягивающего винта. Жесткость узла достигается за счет рационального напряжения в стенках трубы (сжатие без изгиба).

Пластина оси склонений для жесткого крепления к оси должна иметь прилив, куда запрессована ось, и ребра жесткости, которые идут от прилива к углам пластины и имеют максимальное сечение около прилива и сходят на нет на концах. Толщина пластины и ребер около 6--8 мм, если труба имеет диаметр до 200 мм и длину около 1500 мм. Толщина хомутов 3-- 5 ми, а ширина 15--25 мм. Описанная конструкция пластины значительно жестче предыдущей, но ее вес остается почти неизменным.

Рис. 63. Более жесткая конструкция крепления трубы.

Ребристую пластину можно без потери жесткости заменить цилиндрической. В этом случае она вырезается автогеном или высверливается дрелью из толстостенной трубы. Прилив приваривается, на нем сверлится отверстие, в котором нарезается резьба для стопорного винта, а ось склонений вворачивается на резьбе в прилив.

52. ОСИ

На рис. 63, а показаны нагрузки, действующие на оси экваториальной монтировки, и изгибающие моменты. Исходя из того, что по мере увеличения изгибающего момента надо увеличивать и сечение оси, здесь

a)

Рис. 63. Нагрузки на экваториальную монтировку. а) Эпюры изгибающих моментов и б) рациональная форма осей.

же приведены и наиболее рациональные с точки зрения прогибов продольные сечения осей (рис. 63, б). Конечно, на практике можно несколько упростить сечения и даже просто взять их постоянными по всей длине, но в этом случае надо помнить, что без заметного увеличения жесткости мы значительно увеличиваем вес оси. Поскольку часто оси делаются постоянного поперечного сечения по всей длине, то увеличение веса оси очень заметно. Правда, и к рациональному сечению надо подходить творчески. Например, сечение оси склонений на конце противовеса может быть выбрано меньше, чем на остальных участках, так как прогибы конца противовеса не так важны, как прогибы на остальных участках. Однако чрезмерное уменьшение сечения оси на конце противовеса может привести к ощутимым вибрациям, которые будут передаваться всей монтировке.

В некоторых руководствах рекомендуется подшипники осей установить на прямоугольных пластинах. В этом случае одна из пластин, на которой крепится полярная ось, устанавливается наклонно к горизонту, а вторая крепится к фланцу на конце полярной оси. На первый взгляд такая конструкция много проще. Однако это кажущаяся простота. На деле эта конструкция более трудоемка, а самое главное, значительно менее жесткая. Замена труб в качестве корпусов осей на пластины приводит к увеличению веса узла в 4 раза при той же жесткости или к потере жесткости в 20-- 25 раз при том же весе. Можно пластину заменить швеллером, но и в этом случае мы проиграем в жесткости по сравнению с трубой.

Кроме того, в случае трубчатых корпусов значительно легче установить тормоза и микрометрические ключи тонких движений, а также часовой механизм с червячной парой.

Проще всего соединить корпус оси склонений и полярную ось, приварив конец полярной оси к корпусу оси склонений. Важно при этом проследить за строгий перпендикулярностью обеих осей. Можно выполнить это соединение с помощью литья (см. ниже).

Но лучше всего выполнить этот узел разборным (рис. 64). Для этого к боковой поверхности корпуса оси склонений 2 приварим круглую стальную пластину 3 диаметром примерно на 50% больше диаметра корпуса, а на полярной оси выточим или приварим с последующей проточкой фланец того же диаметра 4, что и круглая пластина. После этого полярная ось через фланец крепится к круглой пластине на корпусе оси склонений с помощью винтов.

Исходя из расчетов и многолетнего опыта любителей, можно рекомендовать диаметры для оси склонений и диаметр на северном подшипнике для полярной оси равным 30 и 40 мм соответственно при расстоянии между подшипниками около 200--250 мм, если речь идет о 150-миллиметрвом телескопе. По мере увели

чения диаметра зеркала масштаб изображения увеличивается пропорционально первой степени диаметра зеркала. В то же время нагрузки и, в частности, вес -пропорциональны 3-й степени. Жесткость же осей пропорциональна 4-й степени их диаметра (конечно при одном и том же материале). Таким образом, при увеличении диаметра зеркала надо пропорционально увеличить и диаметр осей. Например, для зеркала диаметром 250 мм выберем диаметр осей 50 мм.

Рис. 64. Экваториальная монтировка с шарикоподшипниками.

1 -- пластина и ложе для крепления трубы 1 телескопа, 2--корпус оси склонений, 3--пластина для крепления к полярной оси, 4--фланец полярной оси, 5 -- шарикоподшипники.

Оси совершенной немецкой монтировки можно установить в шариковых подшипниках, а подшипники должны быть запрессованы в корпусах, имеющих форму труб. Для этого концы корпусов надо расточить с таким расчетом, чтобы внутренний диаметр корпуса был на 0,05 мм меньше наружного диаметра подшипника. После расточки корпус нагревается до 100--150є и подшипники закладываются в корпус. После остывания корпуса подшипник оказывается плотно сидящим на месте. Нужно проследить за тем, чтобы разница в диаметрах не превышала 0,05 мм, иначе подшипник может оказаться пережатым и будет плохо работать.

Лучше, однако, расточить корпус так, чтобы подшипник становился на место с трением, но без люфта. В этом случае весь узел окажется разборным, но для того, чтобы подшипники не выпадали, придется сделать колпачки, которые будут надеваться на корпуса и удерживать подшипники от выпадения. Эти колпачки будут одновременно защищать подшипники от пыли и грязи.

53. ЭЛЕМЕНТЫ ВИЛКИ

Изгибающий момент, а вместе с ним и сечение вилки возрастают по мере продвижения от концов консолей к их основанию и далее к середине траверсы -- к месту, где крепится полярная ось (рис. 65, а). В соответствии с этим рассмотрим различные варианты конструкции вилки. Конечно, как и прежде, кое-где мы можем отступить от принципа наибольшей выгоды и, возможно, какие-то элементы будут работать с некоторой недогрузкой. Однако везде, где это возможно, надо стараться придерживаться оптимальной формы вилки и осей.

На рис. 65 показаны несколько вариантов вилки. На рис. 65, б показана вилка, сваренная из толстостенных труб. Их диаметр для 150-миллиметрового телескопа с 1200-миллиметровой трубой составит 50--60 мм при толщине стенок около 3 мм. Правда, надо иметь в виду, что это справедливо при условии, что центр тяжести трубы смещен вниз и расположен на расстоянии 1/3 длины трубы телескопа от нижнего конца. В этом случае длина консолей составит примерно 450-- 500 мм. Если длина консолей больше, желательно увеличить диаметр траверсы, как показано на рис. 65, в. Для 250-миллиметрового телескопа диаметр консолей составит около 60--70 мм при длине примерно 500-- 600 мм, а диаметр траверсы--80--100 мм.

На рис. 65,г показана вилка, сваренная из швеллера. Для 150-миллиметрового телескопа с трубой 1200 мм подходящим будет швеллер No 6--7. Сварку можно заменить "косынками", с помощью которых скрепляются траверса и консоли. Косынки приклепываются или приворачиваются винтами.

На рис. 65, д изображена вилка с тавровым сечением консолей и траверсы. Сечение удобно тем, что оно легко может быть отлито из силумина или алюминия. В разделе, посвященном литью в любительских условиях, подробно рассказано об изготовлении модели формы и отливки вилки этого сечения.

Рис. 65. Виды вилок

а) Оптимальная, б, в) из труб, г) из швеллеров, д) литая, е) сварная из тонких труб.

Вилку можно сварить из 25--30-миллиметровых труб, как показано на рис. 65, е.

В последние годы среди любителей телескопостроения получили широкое распространение визуальные телескопы Ньютона простейших конструкций, предназначенные для визуальных наблюдений комет, туманностей, звездных скоплений и галактик. Нередко эти телескопы достигают огромных по любительским масштабам размеров -- вплоть до 600 мм. В сущности это огромные подзорные трубы. Делаются они на установке Добсона, показанной на рис. 49, б.

Для жесткости консоли "схвачены" с одной стороны стенкой. Полуоси -металлические диски, привернутые к стенкам квадратной трубы. Вырезы на концах консолей оклеены фетром. По высоте телескоп вращается на трении. Вертикальная "ось" -- две пластины из 10--20-миллиметровой фанеры с прокладкой листа жести для лучшего скольжения. Подобно поворотному столику для шлифовки обе пластины в центре "схвачены" болтом. Если большие телескопы с успехом работают на таких монтировках, то тем более следует рекомендовать подобную вилку для небольших телескопов начинающих любителей.

Полуоси оси склонений в вилочной монтировке лучше устанавливать на консолях, а подшипники этих осей на трубе. Большое значение при установке полуосей имеет то, что они должны лежать строго на одной прямой, являясь продолжением одна другой. Это условие также легче выполнить при установке полуосей на консолях, а не на трубе, как это до сих пор чаще всего делалось. В этом случае на консолях крепится сплошной круглый стержень или труба. После того как концы этой трубы надежно установлены на свое место и закреплены, выпилим ножовкой среднюю часть этой трубы, оставив только полуоси. После этого можно отвернусь полуоси от консолей и дополнительно обработать, например проточить на токарном станке торцы, отрезанные ножовкой, а потом их легко установить на место без опасения, что они окажутся не на одной прямой.

Для правильной установки подшипников на трубе выточим или подберем круглый стержень, который будет служить оправкой, а на него "посадим" подшипники. Установим подшипники на трубу и надежно за

крепив их, уберем оправку (рис. 66). Лучше всего крепить скользящие или шариковые подшипники 2 к трубе с помощью трехгранной пластины, наподобие того, как мы крепили окулярный узел (см. 47). Для 150-миллиметрового телескопа достаточно пластины толщиной 4--5 мм. Еще раз подчеркнем, что жесткости такой пластины, если она закреплена по периметру, вполне достаточно. Подшипники крепятся к пластине с

а)

Рис. 66. Полуоси оси склонений.

а) Водило с винтом и возвратной пружиной связаны с трубой телескопа, б) Барабан поворачивается вместе с трубой телескопа, водило с винтом и возвратной пружиной связаны с консолью вилки. 1 -- неподвижные цапфы, 2--подшипники (а--скользящий, б--шариковый, 3 -- хомуты тормозов, 4 -- консоль вилки, 5 -барабан тормозов (а -- барабан неподвижен). См. также рис. 67.

помощью чашеобразной обоймы, а пластина -- к трубе. До окончательной установки подшипники не снимаем с оправки.

Полярная ось в идеале должна иметь коническую форму с большим диаметром в районе траверсы, так как именно здесь действует максимальный изгибающий момент. Это вынуждает делать северный подшипник больших размеров. В некоторых случаях любители вместо шарикового подшипника берут точеное колесо, которое катится по двум роликам, установленным на расстоянии около 120є по дуге колеса. Очевидно, что оси этих роликов должны иметь минимальный прогиб. Для этого они должны быть достаточного диаметра и иметь минимальную длину. Вместо роликов можно взять два небольших шариковых подшипника. В этом случае диаметр оси будет равен внутреннему диаметру подшипника. Оси роликов имеют на концах фланцы, с помощью которых крепятся к станине монтировки. Жесткость осей роликов можно увеличить, если их опереть на два конца (см. рис. 87).

54. ОСИ ДРУГИХ МОНТИРОВОК

В тех случаях, когда у любителя есть возможность устанавливать телескоп стационарно если не постоянно, то хотя бы на длительное время, можно применить английскую монтировку, ярмо с подковой или без нее.

Проще всего в качестве полярной оси английской монтировки применить корпус оси автомобиля (см. рис. 51, б). Тогда на оси можно установить телескоп диаметром до 350--400 мм. Расширение корпуса оси для установки дифференциала используется в этим случае для установки подшипников оси склонений.

Можно изготовить ось и квадратного сечения с маленькими полуосями на концах для установки в подшипники. В этом случае ось может быть сделана из 15--20-миллиметровых досок. Подшипник оси склонений, расположенный рядом с трубой телескопа, крепится в середине на полярной оси, а дальний подшипник--на вершине пирамиды из четырех стержней. За пределами этой пирамиды на оси устанавливается противовес. В качестве полярной оси можно использовать толстостенную трубу (рис, 51,а).

Ось можно заменить ярмом, которое представляет собой раму из коробчатых стержней. Эти стержни могут быть из дерева, металлического проката, лучше всего из швеллера, труб диаметром 50--80 мм в зависимости от веса телескопа и длины ярма. Для 150-мил-лиметрового телескопа при длине ярма более 700-- 800 мм диаметр труб должен быть около 50 мм. Для 250-миллиметрового телескопа с ярмом длиной 1200 мм диаметр труб около 70--80 мм.

Для того чтобы сделать доступной полярную область, можно северный верхний подшипник полярной оси заменить на подкову. Среди металлолома можно

найти диски диаметром до 400--500 мм. Для 150-миллиметрового телескопа достаточно будет диска диаметром около 300 мм и толщиной 10--20 мм. В этом диске вырезаем автогеном или высверливаем с дальнейшей обработкой напильником отверстие овальной формы так, чтобы телескоп мог входить в это отверстие. Эта "подкова" устанавливается с помощью фланцев или приваривается к балкам ярма. Катится она по двум роликам, установленным под углом 120є.

Можно выгнуть балки ярма так, чтобы полуоси склонений оказались выше математической полярной оси. В этом случае можно обойтись без подковы, однако потребуется противовес, который обычно устанавливается на верхнем (северном) конце ярма. Можно для большей жесткости вместо балок применить фермы и противовес установить относительно полярной оси с противоположной стороны от телескопа. То, что оправа зеркала оказывается между стержнями фермы, не страшно, так как окуляр телескопа Ньютона расположен на верхнем конце трубы (рис. 51, г).

55. ТОРМОЗА И МЕХАНИЗМЫ ТОНКИХ ДВИЖЕНИЙ

После наведения на объект телескоп должен быть закреплен в этом положении. Учитывая малое поле зрения при больших увеличениях, желательно снабдить телескоп механизмами тонких движений на обеих осях для плавного наведения на объект. Большинство простейших телескопов системы Ньютона, предназначенных для визуальных наблюдений, снабжаются только тормозами.

В простейшем случае тормозом может служить винт, упирающийся прямо в ось. Например, в азимутальной монтировке из тройника и водопроводных кранов, построенной в клубе им. Максутова, во втулках, несущих оси, сделаны отверстия, в которых нарезана резьба. В эти отверстия вворачиваются стопорные винты с маховиками. Конечно, это самое простое приспособление из всего, что можно придумать (см. рис. 60), и назвать его совершенным нельзя, прежде всего, потому, что от постоянного стопорения конец винта делает небольшие углубления в оси, если ее металл не слишком тверд, и постепенно ось перестает быть достаточно гладкой. Далее, часто требуется зажать ось не "намертво", а только слегка притормозить, чтобы телескоп можно было доворачивать с некоторым усилием. Кстати, чаще всего так и поступают, если телескоп не снабжен механизмами тонких движений. При этом телескоп движется не очень плавно. Гораздо лучше тормозить специальным хомутиком. Для этого на конце корпуса оси делается надрез, как

а)

Рис. 67. Простые тормоза.

показано на рис. 67, а, и к краям надреза приваривается или привинчивается пара ушек 1. В одном из ушек делается гладкое отверстие, а во втором -отверстие с резьбой. Теперь, если в это отверстие ввернуть винт 2, то он может очень равномерно с помощью облегающего ось хомутика зажать или только подтормозить ее. Если же ось надо очень сильно зажать, то описанное приспособление сделает это гораздо лучше простого винта. На рис. 67, б показан еще один вариант тормозов.

Следующее усовершенствование позволит ввести в узел механизм тонких движений. Для этого надо изготовить отдельный хомутик с достаточно длинным рычагом. На рис. 68, а показан механизм тонких движений телескопа "Алькор", выпускаемого Новосибирским приборостроительным заводом им. В.И. Ленина. Здесь хомутик 1 облегает трубчатый корпус оси. Сто

порный винт 2 может затормозить хомутик. Теперь, вращая винт тонких движений 3, мы притягиваем к рычагу 1 гайку-поводок 5, укрепленную на трубе телескопа. Труба плавно и медленно движется к рычагу. Если необходимо обратное движение, то, выворачивая

Рис. 68. Конструкция механизма тонких движений.

1 -- рычаг-водило с хомутиком, охватывающим корпус оси, 2 -- винт хомутика тормоза, 3 -- винт тонких движений, 4 -- возвратная пружина, 5 -- поводок, связанный с трубой телескопа.

винт, мы даем возможность пружине 4 толкать гайку, а вместе с ней и трубу в обратную сторону.

Здесь важно сделать несколько замечаний. Во-первых, при затягивании стопорного винта он смещает рычаг и трубу телескопа. Поэтому после грубого наведения, когда мы пытаемся зажать ось, труба слегка наклоняется и объект уходит из центра поля зрения. Чтобы эти деформации рычага сделать меньше, нужно сильно увеличить сечение рычага в его начале, чтобы деформировалось только ушко хомутика. Именно так и поступили при доработке опытной партии телескопов "Алькор". Другой путь заключается в том, чтобы перенести разрез и стопорный винт на другую от рычага сторону хомутика, как показано на рис. 68, б. В этом случае при затягивании рычага вообще не происходит смещения объекта в поле зрения.

Во-вторых, для того чтобы при зажиме хомутика не прилагать слишком больших усилий, надо сделать надпил на кольце хомутика на расстоянии примерно 120є от короткого ушка хомутика или два надпила на расстоянии 120є от ушек хомутика в конструкции, когда рычаг находится на противоположной стороне. Кроме того, важно, чтобы зазор между проточенной частью корпуса и внутренней поверхностью хомутика был минимальным.

В-третьих, для телескопов порядка 200--250 мм надо, чтобы хомутик тормоза облегал уже не корпус оси, а специальный барабан, жестко насаженный на корпус (рис. 66, а, деталь 5). Этот барабан должен иметь больший, чем у корпуса, диаметр. В этом случае телескоп можно будет хорошо тормозить, не прилагая больших усилий.

Механизм тонких движений (рис. 68, а) превосходно работает с визуальными телескопами, когда небольшие неточности в движении совершенно не страшны. Иное дело фотографические работы с длительными экспозициями и большими фокусными расстояниями. До тех пор, пока фокусные расстояния не превышают 200--250 мм, можно пользоваться и только что описанным механизмом, но когда фокусное расстояние фотографического телескопа достигает 500--1000 мм, этот механизм становится слишком грубым. При попытках повернуть винт тонких движений крутящий момент из-за трения разлагается на две реактивные силы, одна из которых действует на трубу в направлении, перпендикулярном тому движению, которое мы хотим вызвать. В результате ведущая звезда (см. ниже) прежде, чем вернуться на перекрестие, сначала делает движение в перпендикулярном направлении, а это приводит к размазыванию изображений звезд на фотопленке.

Поэтому механизм тонких движений следует усовершенствовать следующим образом. Как показано на рис. 68, б, на конце рычага теперь вворачивается микрометренный винт 3, а на противоположной стенке укреплен патрон с возвратной пружиной 4. В этом механизме поводок 5, жестко скрепленный с трубой телескопа, оказывается зажатым между винтом и патроном с возвратной пружиной. На поводок действует только перпендикулярная к его рабочей поверхности сила, и труба телескопа движется строго в одной плоскости. Звезда перемещается вдоль прямой линии.

Недостаток винта с возвратной пружиной в том, что скорость рычага неравномерна. Она максимальна в среднем положении и минимальна в крайних. Это мало сказывается, если работа ведется вручную, но становится совершенно недопустимым, если винт вращается мотором и ведет полярную ось за суточным вращением небесной сферы. Очевидно, что скорость движения телескопа будет непостоянной и механизм потеряет смысл. Поэтому рычаг с винтом практически никогда не употреблялся в качестве часового механизма для слежения за небом. Однако в 1978 г. Андре Гамон (Франция) предложил [18] установить на винте кулачок специальной формы, который позволяет компенсировать неравномерность хода рычага (рис. 69, а). Рычаг 1 хомутика, охватывающего полярную ось 2, упирается своим концом в кулачок 3, жестко связанный с гайкой, которая движется вдоль винта 4. Этот кулачок, равно как и конец рычага, имеет форму специальной кривой, которую можно построить графически.

Допустим, что шаг винта составляет 1 мм и винт делает один оборот в минуту. Солнечные сутки содержат 1440 минут, звездные 1436 минут; значит, для того чтобы угловая скорость рычага составляла 1 об/сут, нужно окружность длиной 1440 мм или 1436 мм разделить на 2p = 6,28. В этом случае длина рычага составит 229,2 мм для солнечных и 228,6 мм для звездных суток. На практике можно взять длину 229 мм и во время работы время от времени вводить небольшие поправки в суточный ход телескопа.

Теперь на листе хорошей бумаги вычертим схему механизма (рис. 69, б) в масштабе 1:1. Для того проведем прямую х0R, которая обозначает ось винта, и дугу окружности с центром в точке О, расположенной на расстоянии 229 мм от прямой х0R. Опустим перпендикуляр из точки О на прямую х0R. Точку пересечения перпендикуляра и прямой обозначим х1. На дуге окружности отложим от точки х1 в обе стороны дуги по 60є. Концы дуг обозначим J и Н. Деля дуги на четвертые и восьмые части, получим точки а, b, с, d и 1, 2, 3, 4. Каждая дуга составит 7є,5, или 1/48 полной окружности. Так как длина окружности 1440 мм, то каждый отрезок будет иметь длину 30 мм. На прямой х0R отметим точки х0, А, В, С, х1 через 30 мм.

Рис. 69. Механизм тонких движений и часового привода полярной оси А. Гамона.

1 -- водило, 2 -- полярная ось, 3 -- гайка с кулачком специальной формы, 4 -- винт часового привода, 5 -- подшипник винта, 6 -- упорный конус винта тонких движений, 7 -- винт тонких движений, 8 -- возвратная пружина, 9 -шестерня на выходном валу редуктора синхронного электродвигателя, 10 -шестерня винта часового привода.

На куске плексигласа толщиной 0,5--1 мм размером около 100 Х 200 мм проведем острой иглой прямую линию и на ней отметим точку, которую назовем F (рис. 69, в). Перевернем лист плексигласа и наложим плексиглас на схему "б", чтобы линия на плексигласе точно совпала с линией х0R на чертеже, а точка F с точкой х0. Тщательно отметим точку х1. Осторожно переместим плексиглас вправо, чтобы точка F совпала с точкой А, следя за тем чтобы линия на плексигласе в точности совпадала с линией х0R. Отметим на плексигласе точку а крестиком. Переместим точку F в точку В и отметим на плексигласе точку b. Последовательно перемещая плексиглас до совмещения точки F с точками С и х1, получим точки с и d. На плексигласе получилась цепочка точек, идущая вниз от прямой линии. Если теперь тщательно соединить эти точки плавной кривой, мы получим форму рабочей поверхности кулачка при работе винта на участке х0х1. Вырежем получившуюся фигуру и тщательно обработаем ее по намеченной линии надфилем. Прикрепим двумя винтами плексиглас к куску латуни, стали или твердого алюминия и обработаем край металла, используя плексиглас в качестве шаблона.

Для равномерной работы механизма надо подобным образом обработать и конец рычага. Врежем второй лист тонкого плексигласа, размером 100 Х 400 мм (рис. 69, г). Прочертим вдоль тонкую линию и вблизи ее конца просверлим крошечное отверстие о. С помощью иглы совместим эту дырочку с точкой О на чертеже, следя за тем, чтобы не было люфта и плексиглас не болтался на оси. Далее совместим линию на плексигласе с линией Ох1 и отметим точку х1; повернем плексиглас, пока линия на нем не совпадет с точкой 1, и отметим в этом положении точку С. Затем последовательно переводим линию на плексигласе в точки 2, 3, 4 и отмечаем соответствующие точки. Соединяем эти точки плавной кривой, которая представляет собой рабочую кривую рычага. При движении гайки слева направо сначала работает кривая на рычаге, а кулачок работает одной точкой (х1), а после перехода точки x1 работает кривая кулачка, а рычаг прикасается к ней одной точкой, поэтому форма кулачка и рычага вне вычерченных нами кривых не имеет большого значения. При переводе кривой рычага с шаблона в металл не забудем, что точка О -- центр полярной оси телескопа.

Надо сказать, что сложность этих построений на самом деле кажущаяся. На практике все это получается довольно легко.

Дуга от точки 4 до точки d составляет 60є. Это значит, что, установив механизм на начало, можно вести наблюдение непрерывно на протяжении 4 часов.

Рассмотрим некоторые другие элементы механизма Гамона. Как бы точно ни была выполнена работа по перенесению рабочих кривых, как бы точно ни работал электродвигатель механизма, все равно придется время от времени в работу механизма вносить поправки. Это происходит из-за незначительных прогибов инструмента, из-за так называемой атмосферной рефракции, в результате которой луч света, проходя сквозь атмосферу, несколько искривляются, и тем больше, чем ниже над горизонтом светило. Это приводит к тому что звезда видна несколько выше, чем на самом деле. В результате по мере движения звезды от горизонта к меридиану, где рефракция минимальна, скорость этого движения меняется в небольших пределах; наконец, на неравномерности хода сказывается и нестабильная частота в сети переменного тока. Исходя из этого, надо предусмотреть возможность вносить поправки в работу механизма от руки по желанию наблюдателя. В механизме Гамона это достигается следующим образом. Главный винт 4 (рис. 69, а) установлен во втулке 5 справа так, что он может свободно перемещаться вдоль оси. Второй его подшипник представляет собой так называемую опору на шпиле. В коническую ямку на конце винта упирается конический конец второго винта 7, которым управляют от руки. При вворачивании этого второго винта он толкает главный винт вправо, при выворачивании возвратная пружина 2 через рычаг возвращает винт с гайкой влево. Для того чтобы при этом не перемещать электродвигатель, на его валу установлена очень широкая шестерня 9, сцепленная с шестерней 10 на главном винте.

После того как полностью будет выбран ход главного винта, нужно отвести электродвигатель с редуктором в сторону и, быстро вращая винт за специальную ручку на его шестерне в обратную сторону,

вернуть гайку в исходное положение. Можно также предусмотреть вместо этого размыкающуюся гайку, которая состоит из двух половинок одной гайки, разрезанной вдоль оси симметрий. Эта гайка в нужный момент с помощью несложного приспособления может быть разомкнута, а после установки в исходное положение снова сомкнута.

Если принять во внимание, что обычно для устройства часового механизма требуется изготовление червячной пары, состоящей из червячного винта, который ведет точно изготовленную червячную шестерню, то станет ясно, что механизм Гамона в любительских условиях представляет собой довольно изящный выход из положения.

56. ЧАСОВОЙ ПРИВОД С ЧЕРВЯЧНОЙ ПАРОЙ

В качестве основного элемента часового привода обычно применяется червячная пара (рис. 70), которая представляет собой винт 1, зацепленный с шестерней 2, имеющей зубья специальной формы. Ориентировочно диаметр червячной шестерни должен быть равен 1--1,5 диаметра главного зеркала.

В качестве привода лучше всего использовать синхронные реактивные двигатели типа СД-2, СД-10 и т. п., которые обычно применяются в различных самописцах и программных устройствах. Эти моторы питаются от сети переменного тока напряжением 220 В, потребляют мощность 7--15 Вт и имеют скорость вращения на выходном валу встроенного редуктора 2 об/мин. В дальнейшем мы будем иметь в виду подобный двигатель.

Если число зубьев шестерни 2 составляет 360, а винт вращается со скоростью 1 оборот в 4 минуты, то шестерня сделает полный оборот за 1440 минут (86400 с), или за одни солнечные сутки. Это хорошо для солнечного телескопа, однако телескоп, предназначенный для наблюдения звезд, должен делать полный оборот за звездные сутки, которые примерно на 4 минуты короче солнечных и равны 86164,09 с. Поэтому на шестерне надо нарезать 359 зубьев, чтобы телескоп, не отставая, следил за звездой.

Эта небольшая разница мало дает о себе знать при визуальных наблюдениях, когда даже при большом увеличении приходится поправлять положение телескопа раз в одну-две минуты, но становится слишком неприятной при фотографических наблюдениях с длительными экспозициями на астрографе с фокусным расстоянием 1 м и более. В этом случае поправки приходится делать каждые 3--4 с, что превращает работу в практически ручное гидирование.

Рис. 70. Часовой привод 150-миллиметрового телескопа автора с механизмом тонких движений.

1 -- червячный винт, 2-- червячная шестерня, 3 -- полярная ось, 4 -шестерня червячного винта, 5 -- шестерня выходного вала редуктора синхронного электродвигателя, 6 -- электродвигатель с вмонтированным редуктором, 7 -хомут, притормаживающий корпус двигателя, 8--ручка механизма тонких движений.

Здесь мы приводим таблицу из статьи Эдварда Фейджина [17], где рассчитаны различные комбинации шестерен и приведены ошибки соответствующих механизмов. Эта таблица несколько изменена в предположении, что двигатель делает не 1 об/мин, как у Фейджина, а 2 об/мин, как это имеет место в нашем случае (табл. 12). В первой колонке приведено передаточное число между червячной шестеренкой и винтом. Если винт однозаходный, то это число равно числу зубьев на шестерне. Во второй и третьей колонках приведены относительные числа зубьев шестерни на валу винта и валу двигателя соответственно. Например, при числе зубьев однозаходной шестерни 169 передаточное отношение между винтом и валом двигателя составит 17/1. Значит, на винте придется поста

вить, скажем, шестерню со 170 зубьями, а на валу двигателя--с 10; умножив эти числа, например, на 1,4 мы получим для шестерни винта 238, а для шестерни вала -- 14 зубьев.

В тех случаях, когда число зубьев на одной из цилиндрических шестерен велико, можно добавить еще одну пару шестерен с передаточным отношением

Т а б л и ц а 12

Число зубьев червячной шестерни

Относительное число зубьев

Ошибка за звездные сутки, с

на валу червячного винта

на валу двигателя

147

254

13

0,53

169

17

1

25,91

200

158

11

17,73

207

111

8

-0,34

221

13

1

25,91

252

57

5

19,91

254

147

13

0,53

255

214

19

-0,93

266

54

5

19,91

271

53

5

13,91

321

170

19

-0,93

333

69

8

-0,34

338

17

2

25,91

359

8

1

-4,09

378

38

5

19,91

381

98

13

0,53

399

36

5

19,91

414

111

16

--0,34

438

400

61

-0,16

476

356

59

--0,02

508

147

26

0,53

510

107

19

-0,93

527

109

20

0,41

2/1, 4/1 или каким-нибудь другим, удобным для любителя.

Чтобы проверить правильность расчета, нужно умножить передаточное число червячной пары на отношение между числами зубьев шестерни винта 4 и шестерни вала 5 и умножить на время одного оборота двигателя (0,5 мин). Например, для однозаходной шестерни с числом зубьев 476 отношение числа зубьев шестерен винта и вала составит 356/59. Так как один оборот вал электродвигателя делает за 0,5 минуты, то произведение будет равно 476 Х 356/59 Х 0,5 = 1436,0677 мин = 86 164,07 с,

т. е., механизм спешит на 0,02 с.

Число зубьев 356 на шестерне вала винта велико, поэтому можно добавить еще одну пару шестерен. Эта пара может иметь отношение 2/1, тогда число зубьев на шестерне винта уменьшится до 178. Можно дополнительную пару взять с передаточным числом 4/1, тогда число зубьев на шестерне винта сократится до 89. Мы дали столь подробное описание редуктора между валом электродвигателя и полярной осью потому, что любитель чаще всего вынужден подбирать шестерни из старых механизмов, и потому из большого числа примеров ему легче найти подходящий для него вариант.

57. КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНЫХ ПАР

Червячная пара--одно из самых уязвимых мест с точки зрения жесткости монтировки в целом. Диаметр червячного колеса обычно небольшой -- он равен чаще всего диаметру зеркала телескопа или на 10--25% превышает его. Впрочем, в профессиональных монтировках для любителей диаметр шестерен может быть меньше диаметра зеркала в 1,5--2 раза. Мы, однако, постараемся придерживаться первого варианта, особенно если телескоп предназначен для фотографирования в главном фокусе.

Малый радиус определяет плечо рычага, который сопротивляется крутящему моменту на полярной оси. Даже если телескоп очень хорошо уравновешен относительно полярной оси, случайные нагрузки от ветра, прикосновения и т. п. создают значительные усилия в месте зацепления червяка с шестерней и в подшипниках червяка. Например, если длина трубы 150-миллиметрового телескопа составляет 1200 мм, а сама она прикреплена к оси склонений в середине, то, приложив усилие на конце трубы в 1 кг, мы получим на винте усилие в 8 кг, если диаметр шестерни 150 мм. Поэтому узел червячного винта должен быть сконструирован и изготовлен с большой тщательностью.

Один из возможных вариантов червячного механизма следующий. Винт установлен в неподвижных

подшипниках, которые удерживаются неподвижными опорами. Эти опоры должны обеспечивать высокую жесткость в направлении оси винта. Поэтому лучше всего их заключить в кожух из 4-миллиметровой стали. Этот кожух будет защищать винт от пыли и грязи и не даст возможности опорам-подшипникам наклоняться в направлении оси винта, т. е. в самом опасном направлении. Разумеется, кожух должен иметь вырез для подведения шестерни к червяку.

Так как винт установлен на строго определенном расстоянии от шестерни и так как сама шестерня может немного "бить" на полярной оси в силу того, что слегка эксцентрично выточена или насажена на ось, винт и шестерню нужно пришлифовать друг к другу. Для этого установим какой-нибудь двигатель, который придаст вращение винту со скоростью 5--10 об/с и подмажем карборунда или другого абразива (например, М40) с, керосином. Во время пришлифовки также снимутся мелкие неровности на винте и шестерне, оставшиеся после нарезания зубцов и винта. Конечно, таким образом можно устранить только очень небольшое "биение". Шестерня с грубым "биением" для этой конструкции непригодна. После пришлифования в течение 10--20 минут тщательно промоем с мылом и винты шестерню, протрем, высушим и смажем их маслом.

Описанная шестерня может вращаться только от винта и потому ее обычная скорость слишком мала для грубого наведения. Можно поступить так, как это в последнее время стали делать для небольших и умеренных профессиональных телескопов (рис. 71, а): последняя пара шестерен между винтом и валом двигателя размыкается, двигатель отводится, а с противоположной стороны шестерни 3 винта подводится другой электродвигатель 2 с шестерней на валу, но с большим числом оборотов. Нужно, чтобы после этого винт червячной пары 3 получил вращение со скоростью примерно 5 об/с. Тогда телескоп будет поворачиваться вокруг полярной оси со скоростью примерно 5--10є/с в зависимости от числа зубьев червячной шестерни. Поворот на 180є будет совершен за 20--40 с. После грубого наведения мотор 2 грубого наведения отводится от шестерни 3 и одновременно замыкается редуктор часового двигателя. Очевидно, что мотор грубого наведения может быть асинхронным, но обязательно реверсивным (меняющим направление вращения по желанию наблюдателя). Еще проще двигатели установить неподвижно, а перебрасывать "паразитную" шестерню. В старых монтировках фирмы Карл Цейс существует механизм замыкания червячной шестерни и поляр

Рис. 71. Конструкции механизмов часового привода.

а) Экваториальная монтировка "со скручиваемой полярной осью". 1-синхронный электродвигатель часового привода, 2 -- электродвигатель грубого наведения, 3-- шестерня червячного винта, 4 -- червячная шестерня, 5 -неподвижная часть полярной оси, 6 -- шарикоподшипник, 7 -- подвижная полярная ось, 8 -- ось склонений, 9 -- корпус основания станины. б) Экваториальная монтировка, 1 -- хомутик тормоза, 2 -- полярная ось, 3 -- червячная шестерня, 4 -- винт тормоза, 5--червячный винт. в) Червячная пара с замыкаемым винтом. 1-- червячный винт, 2--подшипники винта, 3--корпус винта, 4--ось, на которой отводится винт, 5 -- червячная шестерня, 6 -- пружина

оси (рис. 71,б). В свободном положении шестерня 3, замкнутая на винт 5, остается неподвижной иди движется с суточной скоростью а полярная ось 2 свободно, но без люфтов в ней поворачивается. Чтобы замкнуть ось и шестерню, на специальные приливы на шестерне и на оси, проточенные до совершенно одинаковых диаметров надевается хомутик 1, который в незамкнутом положении вращается на этих приливах. Если же с помощью зажимного винта 4 хомутик затянуть, то он одинаково зажмет и шестерню и полярную ось, после чего они вращаются вместе.

Открепив зажимной винт, мы сможем свободно поворачивать телескоп вокруг полярной оси, пока шестерня движется, приводимая во вращение часовым механизмом двигателя. Наводя телескоп на объект, мы снова затягиваем винтом хомутик, и теперь полярная ось движется вместе с шестерней.

В последние годы фирма Карл Цейс выпускает любительские телескопы, снабженные червячными парами с замыкаемым винтом. Приведем в качестве примера одну из новосибирских конструкций подобного механизма (рис. 71, в). Здесь винт 1 с подшипниками 2 вставлен в корпус 3, который на специальной оси 4 может, несколько поворачиваться так, что винт выходит из зацепления с шестерней 5. Специальная пружина 6 поджимает корпус, и винт постоянно находится в зацеплении, даже если шестерня имеет достаточно большое "биение". Для грубого наведения надо оттянуть винт и, когда шестерня освободится, навести телескоп. После этого винт подводится к шестерне.

При этом не всегда нарезка винта попадает точно в углубление между зубьями шестерни. Это приводит к тому, что иногда во время замыкания винта телескоп может сместиться в ту или иную сторону на 0,5--1є в зависимости от числа зубьев на червячной шестерне. Так как большинство любительских телескопов имеют искатели, то это не страшно. Смещение объекта в поле зрения искателя на 1є легко поправить и привести объект на перекрестие, немного повернув червячный винт. Особое внимание надо уделить редуктору между двигателем и червячным винтом. Здесь ошибка в нарезке зубьев шестерен или не концентричная посадка шестерен на оси приведет к периодической ошибке, и ход двигателя придется ежеминутно корректировать.

58. МЕХАНИЗМЫ ТОНКИХ ДВИЖЕНИЙ В ЧАСОВЫХ ПРИВОДАХ

Поскольку часовой механизм приводится во вращение синхронным электродвигателем со строго постоянной скоростью, важно ввести приспособление, которое позволило бы вносить небольшие изменения, поправки.

Проще всего было бы установить на оси червяка механизм так называемого конического дифференциала: системы шестерен, позволяющие при неподвижном корпусе редуктора передавать вращение без изменения скорости, а при вращении корпуса увеличивать или уменьшать скорость на выходе механизма. Мы не можем позволить себе подробное описание этого механизма и его изготовление, так как его проще подобрать и на месте решить, как его применить в конкретном случае. Одна из разновидностей дифференциала -- плоский дифференциал, или планетарная система. Эта система служит редуктором с огромным передаточным числом; вращением корпуса или одного из сателлитов (мелких шестерен, обегающих две большие шестерни) можно увеличивать или уменьшать скорость вращения на выходе планетарной системы. Планетарные системы с небольшим передаточным числом применяются в электродрелях.

Можно выполнить червячную пару по схеме червячного дифференциала (рис. 72). В этом случае винт 1 может перемещаться в небольших пределах вдоль собственной оси. Тогда, не останавливая часового привода, можно несколько "подать" червяк в ту или другую сторону, а вместе с этим и слегка повернуть шестерню. Аналогичное устройство применено в механизме А. Гамона (см. 55).

Удобное решение было найдено автором книги для одного из своих телескопов (см. рис. 70). Здесь винт 1 неподвижно закреплен на оси. Дополнительное вращение получается за счет поворота корпуса электродвигателя 6 вместе со встроенным редуктором. Поворачивая двигатель с помощью ручки 8 на некоторый угол, мы увеличиваем или уменьшаем скорость вращения червячного винта. Здесь корпус двигателя установлен в хомуте 7, который притормаживает корпус, чтобы включенный двигатель не начал вращаться в обратную сторону. Прижим регулируется так, чтобы двигатель во время работы оставался неподвижным, но его было бы нетрудно повернуть рукой.

Наконец, возможно немеханическое решение задачи. Если синхронный двигатель питается не от сети,

Рис. 72. Червячный дифференциал.

1- червячный винт, 2 -- электродвигатель, 3 -- винт тонких движений, 4--возвратная пружина.

а от генератора частоты, то, меняя генерируемую частоту, можно изменить и скорость вращения двигателя. Для простоты можно построить генератор всего с двумя частотами: 50 и 100 Гц. На первой частоте двигатель работает в обычном режиме, а на второй частоте, когда надо увеличить скорость. Если же скорость надо уменьшить, двигатель ненадолго выключается кнопкой, расположенной на небольшом переносном пульте, который наблюдатель во время наблюдения держит в руках. С этого же пульта подается команда и для увеличения скорости. Это решение интересно тем, что значительно упрощается механическая часть, так как отпадает нужда в различных ручках и тягах. Кроме того, работать с таким пультом значительно удобнее, чем с традиционными механическими конструкциями.

59. КООРДИНАТНЫЕ КРУГИ

Если телескоп установлен стационарно, имеет смысл снабдить его координатными кругами на обеих осях. С помощью кругов значительно проще находить объекты особенно когда они слабы и не могут быть видны в искатель. Круг 1 (рис. 73) устанавливается жестко на оси 2, а на корпусе 3 оси устанавливается указатель 4. Можно сделать, наоборот: на оси установить указатель, а на

Рис. 73. Крепление координатного круга к оси.

1 -- координатный круг, 2 -- ось, 3 -- корпус оси, 4- указатель.

корпусе--круг. В каждом конкретном случае можно эту задачу решить по-разному, помня главным образом о том, чтобы ночью при слабом освещении отсчет на круге можно было видеть с максимальным удобством.

Круг склонений должен быть разделен от 0 до 90є и от 0 до --90є. Когда телескоп направлен на полюс мира, указатель должен показывать 90є.Надо не забывать при этом, что указатель или сам круг должны в небольших пределах перемещаться и закрепляться, чтобы его можно было установить совершенно точно. Также нужно помнить, что во время юстировки главного зеркала оптическая ось телескопа несколько смещается в пространстве предметов; после юстировки указатель надо слегка переместить. Впрочем, эти перемещения составляют не более нескольких долей градуса.

Круг часовых углов должен быть установлен непосредственно на полярной оси, чтобы он участвовал в движении как во время грубой так и во время тонкой наводки телескопа.

Круг часовых углов делится на 24 часа, и мелкие его деления обычно соответствуют 5 минутам времени. "Нуль" устанавливается так, чтобы указатель останавливался напротив него в положении, когда телескоп направлен на меридиан. При повороте телескопа на 15є к западу указатель должен показывать 1h, при повороте еще на 15є--2h и т. д.

Как разместить круги? Круг склонений в простейшем случае можно снабдить полоской миллиметровки, наклеенной на его обод. Полоску возьмем длиной 360 мм и размесим ее так что каждому градусу будет соответствовать 1 мм. На конце поставим "0", через 90 мм -- "900",еще через 90 мм - "0" и наконец-- "--900". Для того чтобы длина окружности в точности равнялась 360 мм, надо, чтобы диаметр круга был равен 114,6 мм, но если учесть толщину бумаги и слой

Рис. 74. Разметка координатных кругов.

а) С помощью большого транспортира и линейки, б) с помощью циркуля и линейки, в) разметка на сверлильном станке.

клея, диаметр основы круга надо уменьшить на 0,3 мм и сделать равным 114,3 мм. Разумеется, что если диаметр круга увеличить в два раза, до 229,2 мм, то точность отсчета возрастет в два раза. Можно, как предлагал Р. Портер [14], нанести штрихи на круг из мягкого алюминия вручную (рис. 74,а, б).

Если воспользоваться сверлильным станком, как это советует Уилфред Шихен [19], можно изготовить круги, которые будут мало отличаться от фабричных (рис. 74, в). Технология их изготовления такова: на листе алюминия или другого металла толщиной около 1 мм вырезаем большой круг. Его диаметр выбираем с таким расчетом, чтобы он не задевал за стойку станка, когда установлен так, как показано на рисунке. С помощью большого школьного транспортира размечаем на краю круга градусы или минуты и часы, если это круг часовых углов. Двумя-тремя винтами крепим этот круг к выточенному на токарном станке координатному кругу телескопа так, чтобы оба круга оказались строго концентричными. Теперь с помощью винта, пропущенного через центр круга, прикрепляем его к достаточно прочной металлической пластине, чтобы оба круга могли свободно, но без люфтов вращаться вокруг этого винта. Плиту крепим к станине сверлильного станка с помощью струбцины или другим способом. На станке возле края большого вспомогательного круга делаем штрих. Установив напротив этого штриха "нуль" на краю вспомогательного круга, мы подготовились к нарезанию штрихов на круге телескопа. Теперь вставим в патрон штырь со специально заточенным резцом. Шпиндель станка надо надежно закрепить (заклинить). Действуя ручкой сверлильного станка, мы можем опускать и поднимать резец строго вертикально.

Подводим резец к краю координатного круга и примеряем его. Если нужно, устанавливаем все приспособление относительно резца точнее. Наконец, проверив положение "нуля" на вспомогательном круге, относительно штриха на станине, проводим первый штрих; его длина должна быть около 10 мм. После этого поворачиваем вспомогательный круг на 1є и проводим следующий штрих длиной около 7 мм. Длину 7 мм имеют "рядовые" штрихи, а 10 мм -- каждый 5-й и 10-й).

После того как штрихи будут нарезаны полностью, снимаем координатный круг с вспомогательного и наносим цифры. Их можно написать нитроэмалью, но нужно помнить, что для того чтобы краска держалась хорошо, ее надо наносить на металл, нагретый до 80--100є. Так как писать кистью на нагретой поверхности сложно, можно написать на металле при комнатной температуре, а потом сразу же нагреть. Лучше, однако, отдать круги граверу. (Они работают, например, в отделах или магазинах сувениров.)

60. ИСКАТЕЛЬ

Рис. 75. Диоптр.

Поле зрения телескопа относительно небольшое. Даже при минимальном увеличении оно обычно не превышает 1--1,5є. Поэтому довольно трудно навести телескоп на объект, когда этот объект неяркий и ничем не выделяется среди других. Особенно тяжело искать слабые туманности и скопления, отдельные (например, переменные) звезды или слабые планеты: Уран, Нептун и астероиды. Чтобы облегчить задачу, телескопы снабжаются искателями.

В простейшем варианте это может быть диоптр. На рис. 75 видно, что визирная линия, соединяющая центры кружков диоптра, может несколько наклоняться относительно оси телескопа. Это нужно потому, что при юстировке телескопа его ось может немного смещаться. Поэтому после каждой юстировки необходимо проверить точность установки диоптра по достаточно удаленным предметам.

Лучше, однако, сделать искатель в виде небольшой зрительной трубы. В качестве объектива лучше употребить ахроматический объектив от зрительной трубы, теодолита или бинокля. Впрочем, можно обойтись сравнительно короткофокусной очковой линзой. Ее оптическая сила должна быть в пределах 3--5 диоптрии. Если вы уже знакомы с изготовлением линз, лучше эту линзу изготовить самостоятельно. Она должна быть небольшого диаметра, примерно 20--30 мм и быть плосковыпуклой, а не выпукло-вогнутой, как очковые стекла, так как в этом случае ее аберрации будут сильно портить изображения.

Во время шлифовки линзы на станке можно проверять ее фокусное расстояние. Для этого после очередного сеанса шлифовки смачиваем линзу водой и определяем ее фокусное расстояние по Солнцу. Для этого надо не забыть чтобы оправка, на которую наклеена линза, имела диаметр на 25--30% меньше диаметра линзы, для того чтобы края последней могли строить изображение Солнца.

В остальном искатель напоминает малый телескоп-рефрактор. Его увеличение должно быть близко к равнозрачковому и не превышать диаметра объектива в миллиметрах, деленного на 4--6. На трубку нужно надеть и приклеить два металлических кольца, в которые будут упираться юстировочные винты.

61. КОЛОННЫ, СТАНИНЫ, ФУНДАМЕНТЫ

Назначение станины -- удерживать полярную ось телескопа в строго определенном положении без медленных смещений и без вибраций. Для того чтобы предотвратить вибрации, станина или колонна телескопа должна быть достаточно жесткой.

В целом телескоп можно рассматривать как консоль сложной формы с "защемлением" в плоскости опирания станины на фундамент. При равномерно распределенной нагрузке (например, при порывах ветра) изгибающий момент возрастает сверху вниз пропорционально квадрату длины этой консоли (см. рис. 44).

Поэтому жесткость всех узлов монтировки должна возрастать пропорционально квадрату высоты сверху вниз. Это вынуждает увеличивать сечения деталей монтировки при переходе от трубы телескопа к оси склонений, к полярной оси, к корпусу полярной оси, к колонне и опорам, или к станине, если телескоп не имеет колонны.

В тех случаях, когда телескоп снабжен приспособлением для регулирования наклона полярной оси в больших пределах, хорошо снабдить его небольшим опорным стержнем (рис. 50, а), который вместе с корпусом полярной оси и колонны образует треугольник -- фигуру, значительно более жесткую, чем просто угол "колонна -- корпус оси". Снабдив монтировку этим стержнем, мы добьемся большой жесткости при перемещении оси в плоскости меридиана. Однако жесткость в перпендикулярном направлении, например при порывах западного или восточного ветра, не возрастет. Единственный способ получить достаточную жесткость в этом направлении -- резко увеличить толщи

ну пластин, связывающих корпус полярной оси и колонны. Для 110-миллиметрового телескопа с фокусным расстоянием 1000--1200 мм толщина этих пластин, отлитых из алюминия, может быть около 12--15 мм, для телескопа диаметром 150 мм, особенно если это фотографический телескоп, толщина пластин должна быть

Рис. 76. Основание монтировки телескопа из стальных труб.

увеличена до 30 мм. Важно также отметить, что жесткость узла возрастает, если в одинаковой мере уменьшится длина этих пластин.

Диаметр стальной трубы колонны также имеет большое значение. Для визуального 110-миллиметрового рефлектора он должен быть около 60--70 мм. Для фотографического рефлектора диаметром 150 мм диаметр стальной трубы -- колонны должен быть увеличен до 120 мм, В обоих случаях имеется ввиду, что высота колонны составляет примерно 700-- 800 мм. При увеличении высоты колонны надо увеличить и ее диаметр приблизительно пропорционально корню квадратному из увеличения высоты. Например, при увеличении высоты колонны в 2 раза, ее диаметр нужно увеличить в 1,4 раза.

Особо опасный узел -- место крепления ног колонны к собственно колонне. Ноги обычно представляют собой консоли с большим сечением возле колонны. Здесь надо помнить как об изгибе при простом наклоне колонны, так и при кручении колонны вокруг ее оси. Эта деформация возникает, например, в тех случаях, когда сила (прикосновение наблюдателя или порыв ветра) действует горизонтально на трубу телескопа, направленную под небольшим углом к горизонту.

Однако для телескопов более 150 мм в диаметре желательно исключить колонну, установив корпус полярной оси прямо на основание (рис. 76). Это полезно для увеличения жесткости, а также и потому, что окулярный узел, расположенный на верхнем конце сравнительно длинной трубы, становится трудно доступным, когда телескоп направлен в зенит.

Примечательно, что в этом случае регулировка наклона полярной оси может быть выполнена в небольших пределах (обычно несколько градусов). Устройство для наклона представляет собой один опорный винт, который располагается на южном конце станины. Для того чтобы установить полярную ось в плоскости меридиана, надо, чтобы станина могла в небольших пределах поворачиваться по азимуту. Для этого две северные опоры делают в виде двух роликов, оси вращения которых пересекаются на опорном южном винте. Между этими роликами на станине помещается небольшая консоль длиной 30--50 мм. На фундаменте телескопа устанавливаются два винта, между которыми и размещается эта консоль. Вращая винты в ту или иную сторону, мы поворачиваем всю станину с полярной осью к западу или востоку.

О способах точной установки полярной оси можно прочесть в инструкциях для астрономических наблюдений.

Последнее звено между телескопом и грунтом, на котором он стоит,-фундамент. Для небольшого телескопа на колонне достаточно забетонировать или выложить кирпичом небольшую площадку, на которую во время наблюдений ставится телескоп.

Можно и небольшой телескоп сделать без колонны, установив его на станине, которая на время наблюдений помещается на бетонный или кирпичный столб, заменяющий колонну. Особенно это полезно для переносных телескопов, так как вес уменьшается.

Наконец, для больших, особенно фотографических телескопов фундамент совершенно необходим. Диаметр фундамента зависит прежде всего от высоты его вершины над уровнем земли. Не вдаваясь в подробности, приведем таблицу с примерными значениями диаметра круглого в сечении фундамента (в метрах) в зависимости от его высоты и требований к жесткости телескопа в целом, которая в свою очередь зависит от действующего диаметра зеркала и назначения телескопа (табл. 13).

Лучший материал для фундамента -- бетон или кирпичная кладка. Для невысоких фундаментов с малыми диаметрами можно с успехом применять круглые асбоцементные или стальные трубы. После установки трубы на место ее нужно заполнить щебнем или

кирпичным боем, заливая через каждые 25--30 см цементно-песчаный раствор.

Глубина закладки фундамента зависит от состава и состояния грунта. На скальных грунтах фундамент можно устанавливать прямо на поверхности, сняв только слой дерна. На песчаных, супесчаных, суглинистых

Т а б л и ц а 13

Высота фундамента , м

Фотографирование с окулярным увеличением

Визуальные наблюдения

Фотографирование в ньютоновском фокусе

150 мм

300 мм

150 мм

300 мм

150 мм

300 мм

1

0,2

0,25

0,16

0,20

0,12

0,15

2

0,4

0,50

0,32

0,40

0,25

0,30

3

0,60

0,75

0,50

0,60

0,36

0,45

4

0,80

1,00

0,64

0.80

0,50

0,60

6

1,20

1,50

0,96

1,20

0,72

0,90

10

2,00

2,50

1,00

2,00

1,20

1,50

и глинистых грунтах глубина заложения фундамента принимается на 10 см ниже глубины промерзания грунта. Так, в районе Новосибирска она составляет 2,2 м и 2,0 м и городе и сельской местности соответственно; в Москве глубина промерзания грунта составляет 1,4 м. Особенно важно это условие выполнять, если грунты влажные, глинистые (так называемые пучинистые). В сухих грунтах, особенно песчаных и супесчаных, возможна меньшая глубина заложения фундамента (в соответствии с многолетним опытом местного строительства). Для того чтобы предотвратить неравномерное оседание грунта под тяжестью фундамента, нужно, чтобы нагрузка на грунт не превышала допустимую. Чтобы узнать удельную нагрузку на каждый квадратный сантиметр грунта, надо вес фундамента с телескопом разделить на площадь основания фундамента. Например, телескоп весит 50 кг, фундамент телескопа имеет высоту 4 м при диаметре 0,6 м. Объем фундамента 1,13 м2. При объемном весе бетона 1,6 т/м3 вес фундамента составит 1,8 т. Очевидно, что при таком массивном фундаменте весом телескопа можно пренебречь. Разделив вес фундамента на площадь его основания получаем давление на грунт, оно равно 0,64 кг/см2. Из табл. 14 (сопротивление грунта в кг/см2) видно, что такое давление допустимо даже при самом слабом грунте.

Одна из самых неприятных проблем -- проблема микровибраций грунта прежде всего от проходящего поблизости транспорта, работающих тяжелых механизмов и т. п. С этой точки зрения спасение состоит в

Т а б л и ца 14

Наименование грунта

Состояние грунта

твердое

пластичное

Щебень кристаллических пород

5

-

Щебень осадочных пород

3

-

Пески крупные

4

-

Пески мелкие

2,5

1,5

Пески пылеватые

1,5

1,0

Супесь

2,5

2,0

Суглинок

2,0

1,0

Глина

2,5

1,0

малой высоте фундамента. У 150-миллиметрового телескопа, установленного на жесткой подставке высотой 50 см над поверхностью Земли на расстоянии 200 м от Транссибирской магистрали, вибрация, вызванная проходящими поездами, была не более 2--3". Тот же телескоп, установленный на полу 4 этажа у самой стены, где вибрации пола сведены к минимуму, имел вибрацию 20--30" от поездов, проходящих на расстоянии 1 км. К сожалению, волнение приземных слоев воздуха сильно портит изображения, и это заставляет поднимать телескоп на высоту хотя бы 2-3 м от поверхности Земли. Таким образом, в выборе высоты фундамента телескопа любителю всегда приходится идти на компромисс.

* ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕЛЕСКОПЫ *

Едва ли найдется техническое средство, которое принесло астрономии в последние сто лет больше информации, чем фотография. Даже, несмотря на появление электрофотометрии, радиоастрономии и других средств, фотография продолжает занимать основное место среди способов регистрации в астрономии. Поэтому было бы неразумно обходить стороной это средство и любителю. Ведь в отличие от глаза, фотоэмульсия в состоянии накапливать свет от слабых источников, она фиксирует сразу большое число объектов, попадающих и поле зрения телескопа, наконец, она служит надежным документом, тогда как глаз, а правильнее сказать, мозг наблюдателя во время наблюдений очень субъективен.

Фотография, а значит, и фотографические средства должны занять достойное место в арсенале любительских средств. Кроме того, даже и для визуальных наблюдений также стоит кое-что добавить к основному телескопу для расширения наблюдательных возможностей любителя. Этих приспособлений и приборов можно построить довольно много, и любитель-одиночка окажется в затруднительном положении из-за дефицита времени. Поэтому было бы хорошо найти одного или нескольких единомышленников для того, чтобы действовать объединенными усилиями. Коллективу даже начинающих любителей по плечу изготовление описанных ниже приборов и приспособлений. Все это вместе -- уже не просто любитель и телескоп, это астрономическая обсерватория, коллектив, работающий целеустремленно и с большой пользой.

Конечно, при этом встретится больше трудностей организационного порядка: например, где установить построенные приборы; как построить пусть несложное, но все-таки помещение для телескопа; как победить самого лютого врага астрономов XX века -- городское освещение по ночам, которое превратило некогда грандиозную картину мироздания в жалкую ее тень. Одно из возможных решений -кооперация городских и сельских любителей. У первых больше технических возможностей, у вторых -- хорошее ночное небо. Но даже если обсерватория расположена в городе, например на плоской крыше здания, она принесет гораздо больше удовлетворения ее создателям, чем случайные наблюдения во дворе или на балконе.

62. СОЛНЕЧНЫЙ ЭКРАН

Поверхностная яркость Солнца слишком велика, чтобы на него можно было смотреть непосредственно в окуляр. Известен случай, когда один из астрономов за несколько секунд ослеп на всю жизнь, наблюдая Солнце в окуляр телескопа. Во многих руководствах рекомендуется использовать темные светофильтры, наподобие тех, что применяются при электросварке. Прежде чем наблюдать с таким стеклом в телескоп, надо сквозь него посмотреть на Солнце без телескопа. Солнце должно быть видно совершенно неярким диском на удивление малых размеров. Однако надо помнить, что наш телескоп собирает слишком много света и тепла, и кусочек стекла помещенный сразу за окуляром в районе выходного зрачка немедленно лопнет, как это однажды случилось у автора книги. Чтобы этого избежать, надо на верхний конец телескопа надеть диафрагму -- крышку из картона или другого материала с небольшим (40--50 мм) круглым отверстием. Кстати говоря, отверстие диафрагмы для телескопа Ньютона располагается асимметрично, чтобы в пучок прошедшего через отверстие света не попали оправа диагонального зеркала и растяжки.

Наблюдения с темным стеклом интересны, когда нужно рассмотреть мелкие подробности в пятнах или других деталях. В тех случаях, когда важно зарисовать картину в целом, наблюдения лучше проводить на экране. Поверхностная яркость Солнца достаточна для

того, чтобы, расположив позади окуляра лист белой бумаги, получить на нем достаточно большое, обычно 10--15 см диаметром, изображение Солнца. Сфокусировав изображение с помощью окуляра, мы можем рассматривать его на экране. Более того, это изображение можно показывать многим людям одновременно и фотографировать экран вместе с изображением Солнца. Окуляр телескопа Ньютона вынесен вбок и экран должен располагаться сбоку на длинном (около 0,5 м)

Рис. 77. Солнечный проектор.

1 -- 45-градусная призма или диагональное зеркало,

2 -- затеняющий кожух, 3 -- экран.

стержне. Если же за окуляром установить 45-градус-ную призму или плоское зеркало, можно направить пучок вниз вдоль трубы. Экран в этом случае располагается в районе оси склонений и может быть укреплен на трубе или корпусе оси склонений.

К сожалению, прямой солнечный свет и рассеянный свет неба очень засвечивает экран. Чтобы защитить экран от прямых лучей Солнца, достаточно на верхнем конце трубы укрепить кусок картона, тень от которого падала бы на экран. Но лучше защитить его и от рассеянного света неба. Для этого надо снабдить экран ящиком в виде пирамиды, в основании которой находится экран, а в вершине--окуляр (рис. 77). Чтобы можно было видеть изображение, в одной из стенок нужно сделать достаточно большое окно.

Меняя окуляры, можно получить изображения различных масштабов. Обычные, даже очень хорошие окуляры плохо работают в качестве проекционных систем, поэтому гораздо лучшее изображение можно получить, применяя короткофокусные фотообъективы. 50-милли-метровый фотообъектив типа "Индустар-50" или аналогичный ему при проекционном расстоянии 500 мм даст 9-кратное увеличение. Это значит, что если диаметр солнечного изображения в фокусе телескопа с фокусным расстоянием 1200 мм равен 11 мм, то на экране диаметр Солнца будет равен примерно 100 мм. Для изучения подробностей в пятнах лучше применять объективы от 16- и 8-миллиметровых кинокамер. Фокусные расстояния этих объективов примерно 10-- 20 мм, а масштаб изображения при том же проекционном расстоянии в 2,5--5 раз больше, чем у "Индустара-50".

Самый простой способ фотографировать Солнце -- делать снимок экрана с солнечным изображением. Так как фотоаппарат находится не точно на оси, изображение Солнца получается слегка сплюснутым. Лучше, однако, вместо экрана на широком конце светозащитного ящика установить кассету с фотопластинкой, а всю установку снабдить фотозатвором для производства коротких выдержек.

В некоторых инструкциях рекомендуется затвор устанавливать в районе выходного зрачка сразу же за окуляром. Хотя с точки зрения светотехники это решение разумно, все-таки устанавливать затвор здесь не следует, так как в выходном зрачке концентрируется большое количество тепла. Лучше снабдить телескоп диафрагмой на верхнем конце трубы, в которую вмонтировать затвор от фотоаппаратов "Фотокор", "Москва" и т. п., вывернув из корпуса линзы объектива. Действующее отверстие объектива "Фотокора" 30 мм, аппаратов "Москва" - 25 мм. Это и будет действующее отверстие нашего телескопа в данном случае (рис. 78, а).

Яркость Солнца слишком велика, и недостаточно задиафрагмировать телескоп и применить малочувствительную эмульсию; нужно принять еще некоторые меры для снижения количества света, падающего на фотопластинку. Лучше всего призму, отражающую свет после окуляра назад, перевернуть, как показано на рис. 78, б. В этом случае от поверхности отражается примерно 5% света и его поток уменьша

ется в 20 раз. Еще лучше установить две призмы, как показано на рис. 78, в. Комбинация из двух призм уменьшает световой поток в 400 раз.

В последнем случае выдержка составит около 1/50 с, если чувствительность эмульсии 1 ед. ГОСТа (позитив-ные пластинки), диаметр Солнца на экране 50 мм, диа-метр диафрагмы объектива с вывернутыми линзами,

Рис. 78. Приспособления для фотографических наблюдений Солнца

а) Центральный затвор с тросиком (линзы фотообъектива вынуты), б) отражение солнечного света от гипотенузы 45-градусной призмы в случае солнечных наблюдений, в) отражения от двух призм.

установленного на крышке телескопа, 30 мм. Если вам удалось достать только одну призму, придется применить желтый или оранжевый светофильтр, установленный за окуляром после призмы. Позитивные пластинки и пленки мало чувствительны к желто-оранжевому свету, но насколько в каждом отдельном случае, сказать трудно, поэтому придется выдержку подобрать опытным путем.

Надо ли говорить, что при использовании фотопластинок (или пленок) даже малой чувствительности светозащитный ящик должен быть совершенно светонепроницаемым. Для этого все щели нужно проклеить черной фотобумагой изнутри, а снаружи все швы на углах заделать алюминиевым уголком. Чтобы проверить ящик на светозащиту, в кассетную часть (лучше ее взять прямо от старого "Фотокора") вставим кассету с пластинкой, откроем кассету на 1--2 минуты после этого закроем. Очевидно, что затвор все это время должен быть закрытым. После проявления пластинки станет ясно, пропускает ящик свет или нет.

63. ПРОСТОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ ТЕЛЕСКОП

Как ни удобен телескоп, предназначенный для наблюдения и фотографирования Солнца на экране, все-таки специальный телескоп может стать настоящим центром любительских наблюдений Солнца. В простейшем виде солнечный телескоп (рис. 79) состоит всего из двух оптических деталей: главного длиннофокусного зеркала 1 и вспомогательного плоского зеркала 2 примерно того же диаметра, что и главное (рис. 79).

Диаметр изображения Солнца равен 0,009F == F/110.

Рис. 79. Простейший горизонтальный солнечный телескоп (с рисунка Р. Портера).

1--главное зеркало, 2 --вспомогательное плоское зеркало, 3 -- объектив от фотоаппарата.

Это значит, что если фокусное расстояние зеркала равно 5000 мм, то диаметр солнечного изображения будет равен 45 мм. Это уже достаточно для фотографирования на пластинках размером 6X9 или 4,5 Х 6. Если фокусное расстояние равно 3000 мм, то диаметр изображения равен 27 мм, и его можно фотографировать малоформатной камерой на формат 21X36 мм, если у

фотоаппарата вывернуть объектив. Однако можно выбрать фокусное расстояние значительно больше, скажем, 20--30 м, тогда изображение Солнца будет иметь диаметр180--270мм. Такое изображение удобно наблюдать визуально. Скорее всего, нужно остановиться на фокусном расстоянии примерно 3--5 м и для получения больших изображений для визуальных наблюдений применить окулярную проекцию на экран, применив для этой цели фотообъектив 3 с фокусным расстоянием 80--100 мм и полевую плосковыпуклую линзу, как в окуляре Кельнера или Рамсдена. Назначение полевой линзы -- перехватить лучи на краю поля зрения и направить их в проекционный объектив, тем самым увеличив поле зрения.

Схема телескопа элементарна. Высококачественное плоское зеркало направляет свет Солнца на главное сферическое (стоящее южнее), а то в свою очередь направляет конус лучей обратно (на север), так что рядом с плоским зеркалом получается изображение Солнца, которое рассматривается на экране или фотографируется. Рассматривая схему, обратим внимание на то, что изображение Солнца оказывается не на оптической оси главного зеркала. Такое смещение изображения приводит к образованию так называемых полевых аберраций -- комы и астигматизма. Чтобы их влияние было минимальным, следует как можно меньше смещать изображение с оси или, иначе говоря, максимально приблизить изображение к плоскому зеркалу. Во-вторых, относительное отверстие главного зеркала должно быть небольшим.

Для 120-миллиметрового зеркала фокусное расстояние не должно быть короче 3000 мм, а его относительное отверстие, следовательно, не должно превышать 1/25.

Для 180-миллиметрового зеркала минимальное фокусное расстояние 5000 мм, а относительное отверстие 1/28.

Диаметр плоского вспомогательного зеркала может быть на 15--20% меньше диаметра главного. Изготавливая плоское зеркало, его можно испытывать в схеме Коммона в сочетании с главным сферическим (см. рис. 37, 6). Неудобство заключается в том, что радиус кривизны главного зеркала вдвое больше его фокусного расстояния, и длина испытательного помещения должна быть равна 6--10 м. Для рассматривания теневой картины на таком расстояний можно применить небольшую подзорную трубу или бинокль, разместив их позади ножа Фуко, где обычно помещается глаз. 5--6 -кратного увеличения вполне достаточно. Если же испытания в таком длинном помещении -- непреодолимое препятствие, можно изготовить другое вспомогательное сферическое зеркало с радиусом кривизны 1,5 --2 м и диаметром в полтора раза меньше, чем у испытуемого плоского зеркала. Если плоские зеркала в двух наших примерах имеют диаметры около 150 и 100 мм, то вспомогательные эталонные сферические зеркала для испытания этих "плоскостей" должны иметь диаметры примерно 100--70 мм. Изготовить такие зеркала с радиусами кривизны, 1,5--2 м для любителя, построившего свой первый телескоп, не представляет труда.

Если телескоп действует в своей простейшей форме, большой помехой служат токи теплого воздуха, поднимающегося над нагретой поверхностью 3емли.

Чтобы их уменьшить, желательно, чтобы под телескопом росла трава. Еще лучше, если пучки света между плоским и главным зеркалами заключены в трубу. Эта труба может быть металлической, асбоцементной, деревянной и т. п. Лучше брать материал с низкой теплопроводностью, например дерево или асбоцемент. Снаружи трубу надо покрасить белой краской, чтобы уменьшить нагревание солнечными лучами.

Вблизи плоского зеркала, где образуется изображение Солнца, надо установить трубку с кремальерой или другим фокусировочным устройством и резьбой М42 Х 1 для наворачивания малоформатного фотоаппарата или салазки с кассетным устройством, если применяются пластиночные кассеты. Для того чтобы экран или кассету защитить от прямого солнечного и рассеянного света неба, окно, где установлен телескоп, надо закрьгть ставней с небольшим отверстием или плотной шторой. Так как выдержки короткие, некоторое количество паразитного света не страшно.

64. ПОЛЯРНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ ТЕЛЕСКОП

Рефлектор Ньютона можно легко превратить в полярный солнечный телескоп (рис. 80). Для этого труба телескопа направляется на полюс мира, для чего ее

ориентируют на север и наклоняют к горизонту на угол, равный широте места наблюдений с точностью до 1--2є. Перед верхним концом трубы устанавливается плоское зеркало, называемое сидеростатом. Сидеростат может наклоняться в вилке по склонению и поворачиваться на оси вилки по часовому углу. Лучше всего, если осью вилки будет служить ось часового механизма от суточного метеорологического самописца (барографа, термографа и др.). В этом случае зеркало, поворачиваясь вслед за Солнцем со скоростью 1 об/сут, будет удерживать изображение в центре поля зрения или на экране неопределенно долго.

Рис. 80. Полярный солнечный телескоп.

Телескоп предназначен для полевых условий, когда он устанавливается на двух вкопанных в землю столбах и закрывается сверху растянутой палаткой. На данной фотографии телескоп установлен на случайном штативе.

Прежде чем устанавливать часовой механизм на место, надо его испытать. Для этого на конце оси часового механизма с помощью гайки укрепим бумажную стрелку. Разметив круглую крышку механизма на 24 равные части, заведем механизм и установим стрелку по часам. За сутки механизм не должен отставать или спешить более чем на 10--15 минут. В этом случае Солнце будет удерживаться в центре поля зрения в течение 1--1,5 часа, т. е. всего времени наблюдений. Если механизм сильно отстает, осторожно его разберем и на балансире вывернем пару симметрично расположенных винтиков-грузиков. Если механизм спешит, симметрично относительно центра насадим на балансир пару крошечных кусочков пластилина. Эти меры необходимы в случае, если механизм "грешит" на 1,5--2 часа в сутки. Если ошибка меньше, можно ограничиться регулировкой с помощью обычного регулятора.

Чтобы изображение Солнца спроецировать на горизонтальный столик, где его значительно удобнее наблюдать, установим сразу за окуляром 45-градусную призму или плоское оптически точное зеркало и направим пучок вниз *).

*) Чтобы 45-градусная призма отклонила лучи вниз, надо, чтобы оптическая ось окуляра была горизонтальна.

Еще лучше вместо обычной 45-градусной призмы внутри телескопа, отклоняющей свет в окуляр, установить плоское зеркало, которое сразу направит пучок вниз на стол. Окуляр в этом случае направлен вниз. Полярный телескоп нужно установить в темном помещении, чтобы снаружи оказался только сидеростат. Разумеется, помещение не должно отапливаться и в нем должна поддерживаться та же температура, что и на улице, иначе струи теплого воздуха совершенно испортят изображение. В полевых условиях полярный телескоп может устанавливаться в палатке, затеняющей экран. Для фотографирования групп пятен малоформатный фотоаппарат со шторным затвором кладется с вывернутым объективом на стол. Изображение фокусируется по листу бумаги, лежащему на столе, и фотоаппарат пододвигается к группе, чтобы она "провалилась" в аппарат. Выдержка осуществляется затвором аппарата.

Разумеется, вместо окуляров лучше применить фотографические или проекционные объективы, как уже говорилось раньше. Сравнивая изображения, даваемые различными окулярами и объективами, можно легко и быстро отобрать лучшие из них. Не нужно стремиться при фотографировании к очень большому масштабу. Дело в том, что струй теплого воздуха сильно портят

изображения, поэтому для прямого (без объектива) фотографирования пятен малоформатным аппаратом достаточно иметь на экране изображение Солнца диаметром не более 70--100 мм. Для визуальных же наблюдений подробностей нужный масштаб легко подобрать практически; он окажется значительно больше.

65. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПАТРУЛЬНЫЙ АСТРОГРАФ

Для организации любительской службы неба (регистрация вспышек новых звезд, полетов болидов и т. п.) В. И. Коваль предложил [25] использовать малоформатные аппараты, установленные на пружинном меха

Рис. 81. Патрульный астрограф любительской службы неба.

низме метеорологического самописца так же, как зеркало сидеростата. Эти самописцы относительно нетрудно достать в магазинах учебно-наглядных пособий, они недороги, неприхотливы в обслуживании. Отрегулированный, как было рассказано выше, такой механизм может поворачивать фотоаппарат типа "Зенит" или пару фотоаппаратов типа "Смена" за суточным вращением неба в течение 15--20 минут. Ошибка в ходе механизма в этом случае не должна превышать 10 минут в сутки. Если мы захотим применить с "Зенитом" объектив с фокусным расстоянием 100 мм, то ошибка не должна превышать 5 минут в сутки.

На рис. 81 дана фотография патрульного астрографа, построенного в клубе им. Максутова. Фокусное расстояние объектива не должно превышать 100-- 135 мм, иначе масса аппарата окажется велика. Однако если вместо подшипников скольжения, в которых вращается главная ось часового механизма, установить шарикоподшипники, а всю монтировку хорошо сбалансировать, то можно применить и 200-миллиметровый объектив. С такими объективами можно получить замечательные фотографии крупных туманностей и скоплений. Применив высокочувствительные пленки, можно получить изображения звезд до 13--14-й звездной величины. Если же на фотоаппарате стоит "штатный" объектив с фокусным расстоянием 40--50 мм, то на фотографиях получатся большие области неба и звезды до 10--11-й звездной величины. Эти объективы интересны для поиска новых звезд, фотографирования астероидов, переменных звезд, составления фотографических атласов неба. Нужно только помнить, что обычные фотообъективы имеют на краю поля зрения плохие изображения, поэтому надо использовать примерно 50--70% площади кадра. КАМЕРА ШМИДТА

Там, где необходимы большие поля зрения, описанный астрограф незаменим. Однако, когда мы хотим получать фотографию туманности, звездного скопления, галактики или кометы в большом масштабе, необходим астрограф с большим фокусным расстоянием. В качестве такого астрографа можно применить малоформатную камеру с объективами типа "Таир-3", "МТО-500", "МТО-1000", укрепленную на трубе телескопа, снабженного часовым механизмом или хотя бы микрометренными винтами по обеим осям. К сожалению, эти объективы имеют малое относительное отверстие и, следовательно, малую светосилу. Поэтому даже для получения сравнительно ярких протяженных

объектов требуется выдержки порядка часа и более.

Можно получить гораздо большее относительное отверстие с единственной оптической деталью -- сферическим зеркалом, перед которым установлена кассета с пленкой. К сожалению, полевые аберрации сильно портят изображения сразу вне оптической оси зеркала.

Рис. 82. Схема камеры Шмидта и конструкция кассеты.

а) Камера Шмидта, б) кассета. 1 -- барабан, 2--фокусировочный винт. 3 -растяжки, 4 -- магнитное кольцо, 5--выпуклое дно кассеты, 6 -- фотопленка, 7 -- прижимное кольцо, 8 -- крышка, 9 -- склейки эпоксидной смолой.

Вот если бы каждая точка фокальной поверхности оказалась на оси зеркала! На первый взгляд это явный абсурд. Но это только на первый взгляд. Эстонский оптик Бернард Шмидт, работая в Гамбургской обсерватории, изобрел систему, где это условие выполнено. В центре кривизны сферического зеркала он установил диафрагму, которая на 30--40% меньше диаметра зеркала. Рассмотрим, как действует эта система (Рис. 82).

Пучок света, идущий от звезды, падает на зеркало точно вдоль оси симметрии зеркала и диафрагмы, значит этот пучок центральный и после отражения от участка 1 зеркала он упадет на пленку в точке а. Разумеется, что ни комы, ни астигматизма не возникнет, так как пучок центральный. Рассмотрим пучок от другой звезды, падающий на участок 2 зеркала и отражающийся относительно своей оси симметрии в точку b на пленке. Центр диафрагмы, центр освещенного пучком участка зеркала 2 и изображение точки лежат точно на оси симметрии этого пучка, следовательно, и здесь не возникнут краевые аберрации кома и астигматизм. Можно рассмотреть любой, не срезанный краем сферического зеркала пучок, и все они окажутся совершенно равноправными друг перед другом. Следовательно, ни кома, ни астигматизм не возникнут в пределах пленки на участках от точки b до точки с. В действительности и за пределами этого участка кома не возникнет, но освещенность пленки начнет падать и тем больше, чем сильнее будут срезаться краем зеркала очень наклонные пучки.

Итак, грамотно разместив перед простым зеркалом диафрагму, Б. Шмидт сумел создать камеру, свободную сразу от хроматической аберрации, комы и астигматизма. Остается неисправленной сферическая аберрация. На первый взгляд достаточно заменить сферическое зеркало на параболическое и можно свести к нулю и сферическую аберрацию, но на самом деле это не так, потому, что параболоид имеет различную кривизну на разных зонах. Поэтому падающие на края зеркала пучки не будут равноправными с центральным пучком, и здесь возникнут аберрации.

Чтобы устранить сферическую аберрацию, Б. Шмидт установил в диафрагме специальную линзу -- отрицательную на крайних зонах и положительную в центре. Изготовление этой линзы не по силам начинающим любителям, но у нас есть еще одно средство, позволяющее сильно снизить сферическую аберрацию этой камеры: надо уменьшить относительное отверстие. Расчеты показывают, что если относительное отверстие такой упрощенной камеры Шмидта с действующим отверстием 100 мм не будет превышать 1/2,8, то пятно изображения звезды будет иметь допустимый диаметр -- около 0,1 мм. Это относительное от

верстие в 1,6 раза больше, чем у "Таира-3", а светосила больше в 2,5 раза. Значит, для съемки одного и того же объекта с нашей камерой потребуется в 2,5 раза меньшая выдержка, чем с "Таиром", а выигрыш по сравнению с "МТО-500" и "МТО-1000" составит соответственно 8 и 12 раз! Там, где "Таиру-3" потребуется выдержка в 45 минут (туманность Ориона, напри

Т а б л и ц а 15

Действующее отверстие (диаметр диафрагмы),

мм

Предельное фокусное расстояние, мм

Длина камеры, мм

Диаметр сферического зеркала, мм

Диаметр поля зрения

Относительное отверстие

мм

градусы

70

165

330

115

23

7,3

1/2,4

80

200

400

130

27

6,9

1/2,5

100

280

560

165

33

6,1

1/2,8

120

370

740

200

40

5,6

1/3,1

150

515

1030

250

50

5,0

1/3,4

мер), нашей камере для того же результата нужна выдержка 18 минут.

В табл. 15 приведены основные параметры упрощенной камеры Шмидта. Указаны наиболее короткие из возможных фокусные расстояния и максимально возможные относительные отверстия. Как видно, камера Шмидта в два раза длиннее своего фокусного расстояния. Данные этой таблицы справедливы только для фотографических работ. Диаметры и относительные отверстия визуальных инструментов см. в табл. 5 и 6.

67. КАССЕТА КАМЕРЫ ЩМИДТА

Так как фокальная плоскость камеры Шмидта расположена внутри камеры, ее кассета отличается от обычных кассет для пластинок. Во-первых, кассета проецируется на зеркало и заслоняет подобно диагональному зеркалу телескопа Ньютона часть его поверхности. Без особого вреда для дела можно заслонить 30--40% диаметра пучка. Так, если диаметр пучка равен 120 мм, то диаметр кассеты может равняться 35 --50 мм. Во-вторых, фокальная поверхность камеры Шмидта искривлена и представляет собой сферу радиуса, равного фокусному расстоянию, направленную выпуклостью к зеркалу. Поэтому дно кассеты делают выпуклым. Так как с целью экономии площади кадра кассету приходится делать круглой, то и дно кассеты круглое; поэтому его можно выточить подобно металлическому шлифовальнику (см. Приложения). Конструкция кассеты видна на рис. 82, б. Для крепления кассеты на месте в центре трубы делается система растяжек или ставится пара стоек под углом 90є друг к другу. На этих стойках укреплен барабан 1 со сквозным отверстием с резьбой. В этой резьбе движется винт 2, на котором крепится магнитное кольцо 4. Магнитное кольцо удерживает стальную кассету во время экспонирования. Можно предусмотреть и замковое крепление кассеты. Винт механизма служит для фокусирования и фиксируется гайкой.

Для наблюдений за изображением во время фокусировки в стенку трубы камеры надо вделать трубочку, направленную точно на центр дна кассеты. В эту трубочку вставляется простая зрительная трубка, сфокусированная на дно кассеты. Вставив в кассету кусок засвеченной пленки 6 и прижав его пружинящим кольцом 7 к дну, рассматриваем его через эту трубку и, вращая винт, добиваемся наилучшей резкости. Надо помнить, что по мере перемещения кассеты вдоль оптической оси меняется расстояние и между объективом фокусировочной трубки и кассетой, поэтому сбивается фокусировка и в трубке. Установив кассету в новое положение, надо сфокусировать и трубку, немного перемещая ее ближе или дальше от кассеты или действуя окуляром. Для этого в центре засвеченного куска пленки надо начертить перекрестие. Фокусируем камеру, направив ее на яркую звезду или на Луну. На практике фокусировка отнимает очень мало времени.

Во время установки кассеты в камеру ее крышка 8 должна быть закрыта, так как, сняв крышку кассеты, мы немедленно можем засветить пленку. Для установки кассеты, для снимания с нее крышки и надевания после экспозиции в стенках камеры надо сделать два отверстия, расположенных немного дальше от зеркала, чем кассета, чтобы когда с этих отверстий снимаются крышки, пленка не засветилась прямым светом, идущим через отверстия.

Для удобства зарядки часто делают зарядные мешки, которые имеют на одном конце отверстие с проде

той резинкой (этим отверстием мешок надевается на камеру), а на другом конце рукава, куда вставляются руки с кассетой.

В кассету камеры Шмидта вставляется круглый кусок пленки, который можно вырезать (точнее, выбить) пуансоном. Установив пуансон на пленку, лежащую на куске пластмассы, бьем молотком по верхушке пуансона и вынимаем из пуансона кусок пленки.

68. ГИД И КРЕСТ НИТЕЙ

Гидом в астрофотография называют вспомогательный телескоп, с помощью которого наблюдатель контролирует ход часового механизма и вносит поправки, если его ход нарушается или возникают другие причины, из-за которых звезды на пластинке могут сместиться. Таким гидом для астрографа может прекрасно служить наш телескоп-рефлектор, снабженный часовым приводом или хотя бы микрометренными винтами по обеим осям.

Для того чтобы гидирование было удобным, в поле зрения окуляра надо установить крест нитей (см. рис. 39, в). В простейшем случае -- это две тонкие (0,1--0,2 мм) проволочки, натянутые под углом 90є друг к другу в фокальной плоскости окуляра. Эта плоскость совпадает с плоскостью полевой диафрагмы. Проверить правильность установки можно просто: установив крест нитей на место, смотрим в окуляр, держа его перед листом чистой бумаги. Нити должны быть видны резкими без напряжения глаз. Если это не так, надо немного сместить крест вдоль оси окуляра в ту или иную сторону.

Наблюдатель подыскивает яркую звезду, которая называется ведущей звездой и слегка расфокусирует окуляр, чтобы звезда выглядела размытым светлым пятнышком. Перекрестие помещается на фоне этого пятнышка, и оно достаточно хорошо видно. Задача наблюдателя так вести телескоп, чтобы круглое пятнышко постоянно делилось на четыре совершенно равные части. Такой крест нитей годится только в случае короткофокусного астрографа.

Ярких звезд не так уж много, чтобы в любой точке неба их можно было найти. Поэтому, наводя телескоп на объект, мы подыскиваем достаточно яркую звезду.

Как правило, телескоп приходится немного сместить в сторону. Значит, объект окажется не в центре поля зрения. Поэтому этот метод гидирования можно применить когда поле зрения астрографа достаточно велико, по крайней мере 5--100. Такое поле, например, имеет объектив "Таир-3" с "Зенитом". Эти рассуждения относятся к случаю, когда гидом служит рефлектор диаметром 120--150 мм. В этом случае в качестве ведущих звезд могут служить звезды до 6-й--7-й звездной величины.

Если же в качестве астрографа употребляется сам телескоп, то его поле зрения при фокусном расстоянии 1200 мм на кадре 24X36 мм в угловой мере составит 1є9' х 1є43'. На таком участке неба может и не оказаться подходящей звезды (6-й -- 7-й звездной величины). В этом случае гидировать придется по слабой звезде, и ее изображение в поле зрения гида должно быть резким, а крест подсвечен (см. рис. 39, в). Так как увеличение должно быть достаточно велико (см. табл. 16), то нити должны быть достаточно тонки (0,01-- 0,02 мм). Такие нити можно получить, расплетая волокна, из которых скручены шелковые нити. Автор книги обычно натягивает пару параллельных нитей вдоль круга склонений (вертикально) с расстоянием между ними примерно 0,05 мм. Одна нить располагается параллельно суточной параллели (горизонтально).

Для того чтобы нити было удобнее натягивать, вытачивается тонкое алюминиевое колечко. Его наружный диаметр равен внутреннему диаметру оправы окуляра в районе полевой диафрагмы. Толщина кольца около 0,5 мм, высота 5 мм. Положив кольцо на ровную поверхность стола и вооружившись лупой, сделаем острым ножом две насечки на ребре кольца на расстоянии примерно 0,1 мм. В противоположной по диаметру точке кольца сделаем одну насечку. Отрежем кусочки нити на 30--40 мм длиннее диаметра кольца и на каждом конце прикрепим кусочки пластилина в качестве грузиков. Натянем нити, утопив их в насечках. В середине кольца расстояние между нитями будет 0,05 мм и они практически параллельны между собой. Для нити, параллельной суточной параллели, сделаем еще пару насечек. Установив в насечки нить, капнем по капельке клея с наружной стороны кольца в местах, где свисают концы нитей с грузиками. После высыха

ния клея обрежем концы нитей с грузиками и вставим кольцо в окулярную оправу, чтобы крест нитей оказался в плоскости диафрагмы и был виден в окуляр резко. Подробно об устройстве окуляра с крестом нитей рассказано в 35 (рис. 39, в).

Р. Кокс предлагает следующую конструкцию "креста нитей" (рис. 83). В районе полевой диафрагмы под

Рис. 83. Схема светящейся сетки Р. Кокса [27].

1 -- пучок света, идущий от зеркала телескопа, 2 -- тонкая стеклянная пластинка, 3 -- стекло, покрытое алюминием или черным лаком, на котором прочерчен крест, 4 -- матовое стекло, 5 -- проекционная линза, 6 -- окуляр телескопа, 7 -- реостат.

углом 45є к оптической оси надо установить тонкое плоскопараллельное стекло, например кусочек отмытой фотопластинки 2. На это стекло надо спроецировать с помощью линзы 5 крест, прочерченный на стеклянной пластинке 5, покрытой алюминием или тонким слоем черного лака. Это перекрытие освещается сзади через матовое стеклышко 4 лампочкой. Стеклянная пластинка отражает в окуляр 6 5% света. Изображение двоится, но нам это не мешает. Сквозь стекло проходит примерно 90% света звезды.

Рассмотрим подробнее вопрос о размерах и увеличении гида. Число звезд даже 10-й величины не так уж велико. На 1 квадратный градус в среднем приходится от шести до восьми таких звезд в районе Млечного Пути, а в удаленных от Млечного Пути частях неба их всего одна - две. Это значит, что если поле зрения астрографа не превышает 1--2є, то может оказаться так, что в слабый гид не удастся найти ни одной ведущей звезды. Для того чтобы можно было уверенно гидировать по звезде 10-й звездной величины, надо, чтобы диаметр гида был по крайней мере 120-- 130 мм. Разумеется, для широкоугольного астрографа вопрос о выборе подходящей звезды решается иначе, как об этом уже рассказывалось. Гид такого астрографа может иметь диаметр 50--100 мм.

В большинстве руководств указывается, что гид должен иметь большое фокусное расстояние, так как в этом случае легче заметить небольшое смещение звезды на кресте. Это и так, и не совсем так. Гид должен иметь, прежде всего, большое увеличение. Для этого он опять-таки должен иметь сравнительно большой диаметр и достаточно сильный окуляр. Правда, в сильный окуляр нити креста будут выглядеть слишком грубыми, и наблюдатель не получит выигрыша. Поэтому лучше применить или линзу Барлоу или окулярный микроскоп. Окулярный микроскоп представляет собой трубку, в которую вставлен микрообъектов, переносящий изображение из фокальной плоскости в новое место с некоторым, обычно небольшим (З--6х) увеличением.

Это увеличенное изображение рассматривается с помощью сравнительно слабого окуляра, в поле зрения которого установлен крест нитей. В этом случае нити видны тонкими, тогда как увеличение телескопа в целом большое. В сущности, объектив окулярного микроскопа выполняет ту же функцию, что и линза Барлоу; он увеличивает эквивалентное фокусное расстояние телескопа. Зависимость увеличения гида от фокусного расстояния астрографа приведена в табл. 16.

Т а б л и ц а 16

Фокусное расстояние объектива астрографа, мм

50

100

150

200

300

500

1000

Точность гидирования, секунды дуги

100

50

30

25

14

10

5

Минимальное увеличение гида

20

35

60

80

120

200

350

Окуляр с крестом нитей должен иметь фокусное расстояние приблизительно 20 мм. Это значит, что для 20-кратного увеличения потребуется гид с фокусным расстоянием 400 мм, а для 350-кратного -- с фокусным расстоянием 7 м! В этом случае вас и выручает линза Барлоу или окулярный микроскоп. Если 150миллиметровый гид имеет фокусное расстояние 1200 мм, то надо применить 5-кратную линзу Барлоу или 5-кратный микроскоп.

Нужно приложить все усилия к тому, чтобы во время гидирования астрограф и гид оставались совершен-то неподвижными относительно друг друга. Ничтожный сдвиг во время экспозиции гида относительно астрографа приведет к тому, что наблюдатель возвратит ведущую звезду на перекрестие и тем самым собьет наводку астрографа.

69. ТЕЛЕСКОП СИСТЕМЫ НЬЮТОНА В КАЧЕСТВЕ АСТРОГРАФА

Соблазнительно не ограничивать себя короткофокусными астрографами. Интересно получить фотографии небесных объектов с помощью рефлектора диаметром 150 мм, а может быть, и больше. Это относительно несложно. О фотографировании Луны и планет мы расскажем несколько позже, а сейчас рассмотрим возможность фотографировать туманности, звездные скопления, галактики.

Поверхностная яркость этих объектов мала, а светосила нашего телескопа недостаточна для коротких выдержек. При относительном отверстии 1/8 и чувствительности пленки 350 ед. ГОСТа при фотографировании, например, одной из самих ярких туманностей -- Большой туманности Ориона -- потребуется выдержка около часа. Для фотографирования слабых туманностей и галактик (М 33 в Треугольнике, "Циррус" в Лебеде, "Улитка" в Водолее) потребуется выдержка 3--4 часа.

Эти выдержки могут быть сокращены в 2--3 раза, если применить специальные астрономические пластинки и пленки или если гиперсенсибилизировать (повысить чувствительность) фотопленку, но все-таки при таком относительном отверстии (1/8) выдержки достаточно продолжительны.

Гидировать телескоп в течение 1--2 часов довольно утомительно. Поэтому надо устранить все, что может мешать работе. Это и недостаточная жесткость монтировки, и неравномерность работы часового привода и микрометренных винтов, и неудобный доступ к ним, и недостаточная яркость ведущей звезды. Достаточную яркость может обеспечить гид большого, не менее чем у астрографа диаметра. Но делать два одинаково мощных телескопа неразумно. Поэтому и в профессиональной и любительской практики все чаще применяются в качестве гида сам астрограф. Для этого в непосредственной близости от фотокассеты устанавливается оку

Рис. 84. Окулярный микроскоп, приспособленный для гидирования ( по Краймеру )

1 -- жесткая пластина фокусировочного устройства, 2 -- винты с возвратными пружинами, 3 -- отверстие на краю поля зрения, 4 -- кассета, 5 -- микроскоп

лярный микроскоп, который может в некоторых пределах перемещаться и наводиться на какую-нибудь яркую (6-й--8-й звездной величины) звезду на краю поля зрения телескопа, за пределами кассеты. Окуляр микроскопа, снабженный освещаемым крестом нитей, жестко закрепляется и начинается гидирование. Выбрать ведущую звезду обычно не составляет труда, тем более, что можно "обойти" микроскопом около пластинки. Во-вторых, прогибы трубы, случайные скачки изображения не страшны, так как смещение звезд на пластинке и на кресте нитей происходит одновременно и на совершенно одинаковую величину.

На рис. 84 показана конструкция фотографического узла в ньютоновском фокусе. Кассета 4, предназначенная для одного кадра, устанавливается с некоторым

трением в пазах, укрепленных на пластине 1, на которой, кроме кассеты, устанавливается микроскоп 5, имеющий возможность перемещаться в пределах 90є. Фокусировочное устройство - три винта с возвратными пружинами 2.

Для фотографирования в ньютоновском фокусе можно приспособить и корпус фотоаппарата (лучше зеркального, типа "3енит").

Любитель, знакомый с методикой теневых испытаний, может применить гораздо более надежные способы фокусирования, чем фокусировка по матовому стеклу. Для этого открываем заднюю крышку аппарата, уже установленного на телескопе, и на кадровую рамку кладем нож Фуко, который в данном случае представляет собой металлическую пластинку с одним остро заточенным на одну сторону краем. Надо проследить за тем, чтобы на рамке лежала рабочая поверхность ножа и чтобы плоскость ножа и пленки строго совпадали. Теперь приводим в поле зрения яркую (2-й--3-й звездной величины) звезду и наблюдаем на зеркале теневую картину. Установить нож в положении, когда его плоскость в точности совпадает с фокальной плоскостью, не составит труда. Для этого на параболическом зеркале надо увидеть "плоский" рельеф, а на сфере -- рельеф с подвернутым краем. В этом нет ничего удивительного: ведь на этот раз источник света -звезда--находится не в центре кривизны, а в бесконечности. Будет мешать турбуленция воздуха, но это не очень страшно, так как довольно легко можно установить, когда площади между светлыми и темными непрерывно бегущим участками теневой картины примерно равны. После установки на фокус убираем нож и заряжаем пленку. Можно выточить специальный стакан, который наворачивается на ту же резьбу, что и фотоаппарат. В дне стакана делается отверстие и сверху кладется нож. Надо тщательно выставить нож с таким расчетом, чтобы его плоскость находилась на том же расстоянии от посадочной поверхности стакана, что и расстояние между посадочной поверхностью аппарата и плоскостью пленки. При относительном отверстии 1/6-- 1/8 точность должна составить 0,2--0,3 мм. В тех случаях, когда применяется плоская кассета, нож Фуко может быть смонтирован на пластине, которая вставляется вместо кассеты.

70 ОКУЛЯРНАЯ КАМЕРА

Для фотографирования планет и Луны можно использовать главный фокус телескопа. Здесь можно получить снимки фаз Луны с большим числом кратеров и других деталей, можно сфотографировать систему спутников Юпитера, но значительно интереснее попытаться получить крупномасштабные фотографии участков поверхности Луны, фотографии поверхностей планет, колец Сатурна и т. д. Однако при фокусном расстоянии 1200 мм масштаб изображения таков, что полный диск Луны получается на негативе кружком диаметром 11 мм. При 10-кратном увеличении фотоувеличителем при печати можно получить достаточно резкое изображение диаметром 110 мм. Юпитер в главном фокусе будет иметь диаметр 0,23 мм и подробностей на его поверхности сфотографировать не удастся.

Для того чтобы масштаб изображений планет был приемлемым, надо увеличить эквивалентное фокусное расстояние. Для этого следует применять или линзу Барлоу, или окулярную камеру. Эквивалентное относительное отверстие чаще всего выбирается равным 1/100--1/150. Это значит, что нам потребуется 8--12-кратное увеличение.

На рис. 85 показаны примеры окулярных камер. В схеме а) объектив О проецирует изображение из фокальной плоскости телескопа f' на фокальную плоскость окулярной камеры f'1. Камера работает наподобие фотоувеличителя: вместо негатива -- изображение Луны или планеты в фокусе телескопа, вместо изображения на столе -- изображение Луны или планеты на фотопленке.

Положение объектива относительно фокальной плоскости телескопа и изображения на матовом стекле можно легко определить на практике. Для этого возьмем лампочку от карманного фонарика, поднесем к ней микрообъектив передней его стороной, а если это фото или кинообъектив,-- задней и попытаемся спроецировать изображение волоска на любой экранчик. Добившись резкости на экране, измерим расстояние объектива от волоска и экрана. Масштаб изображения получим, положив лампочку на миллиметровку и оценив длину волоска, а потом разделив длину изображения на длину самого волоска.

Надо помнить, что часто описываемые окулярные камеры, работающие с окуляром в качестве проекционной системы, на практике плохи, так как окуляр дает слишком плохие изображения при проекции, в чем нетрудно убедиться, проецируя изображение волоска лампочки с помощью окуляра, микрообъектива

б)

Рис. 85. Фотографирование с помощью окулярной проекции.

а) Схема "окулярной" проекции с помощью объектива от 16- или 8-мм кинокамеры, б) камера с объективом, установленная сразу за окуляром.

или кинообъектива. Проецировать надо в большом масштабе, например на стену, сравнивая качество изображения и прежде всего наличие цветной каймы (хроматическая аберрация), бесцветного туманного ореола (сферическая аберрация), контраста изображения в целом (паразитное рассеяние на линзах). Этим способом можно легко и быстро выбрать подходящий объектив. Если все-таки читатель на первых порах вынужден пользоваться окуляром, его надо снабдить желтым светофильтром, чтобы уменьшить влияние хроматической аберрации.