Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?

в 15:02, , рубрики: физика

Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Вы прочитали пост о том, что наблюдать на небе, посмотрели сами, показали друзьям и заинтересовались темой. Логичное следующее желание — купить телескоп и смотреть на те же красоты уже хорошо вооруженным глазом. Но эта задача не такая простая, как может показаться, выбор зависит от различных параметров. Поэтому пост с описанием различных оптических схем телескопов, монтировок, думаю, окажется полезным.

Необходимая демотивация и объекты для наблюдения

Для того, чтобы не было жалко потраченных денег, необходимо сделать несколько демотивирующее вступление.

Человеческий фактор

Во-первых, надо понимать, что объем и качество красот зависит от ваших усилий. Астрономия не относится к развлечениям типа «нажал кнопку и наслаждаешься». Необходимо заранее продумать ответы на следующие вопросы:

  1. Бюджет. Стоимость дополнительных аксессуаров может сравняться и с легкостью превысить стоимость телескопа, учтите это при формировании бюджетных ограничений на стоимость модели.
  2. Место наблюдений. Где вы планируете наблюдать? В городе с балкона, на даче, выезжать за город, в деревню, в глушь или вообще за границу?
  3. Хранение и транспортировка. Где и в каком виде вы собираетесь хранить телескоп? Как транспортировать на место наблюдений из предыдущего пункта? Как часто? Как упаковывать и на каком виде транспорта перевозить?
  4. Желаемые объекты наблюдений. Есть ли какие-то типы объектов, которые вы очень хотите наблюдать?
  5. Формат наблюдений. Вы собираетесь наблюдать визуально или заниматься астрофотографией? Будете наблюдать в одиночку, с семьёй/друзьями/единомышленниками?

Также весьма желательно было бы получить личный опыт наблюдений в телескоп. Существует много вариантов, как это сделать:

  • Поспрашивать знакомых, вдруг у кого есть?
  • Посмотреть наличие астроклубов в своём городе (в соцсетях или на Астрофоруме).
  • Сходить на вечер тротуарной астрономии, их проводят планетарии и магазины, торгующие телескопами.
Техника превзошла человека

Во-вторых, не стоит разжигать себя фотографиями туманностей с телескопа Хаббл, такого вы точно не увидите. К сожалению, человеческий глаз не может накапливать фотоны как плёнка или матрица фотоаппарата, а сумеречное зрение плохо различает цвета. Поэтому то, что вы увидите самолично, как правило (есть и исключения!), будет хуже выглядеть, чем на фото из Интернета. Поэтому я составил небольшой перечень с иллюстрациями, как будут выглядеть объекты в телескоп. Список отсортирован по простоте для наблюдений и субъективной красоте объектов.

Луна

Луна — это один из немногих объектов, которые визуально впечатляют больше, чем на фото. В окуляре Луна очень яркая, четкая, визуально очень большая, и очень красивая. Лучше всего наблюдать Луну в первой и последней четверти (т.е. когда видна примерно половина диска). В этом случае на границе света и тени (линии терминатора) очень хорошо виден рельеф — кратеры различной высоты, неровности морей и прочие красоты. Луна — это самый легкий и доступный для наблюдений объект, который виден каждый месяц, меняется каждый день, и никогда не надоедает. Я взял фотографию тверского астроклуба и несколько подредактировал её, чтобы создать максимально похожий вид:

Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?

При использовании большего увеличения можно смотреть на отдельные красивые элементы ландшафта, например, Залив Радуги:

Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?

Планеты

Второй по доступности тип объектов. Планеты сменяют друг друга по расписанию, поэтому этот круговорот вряд ли надоест, но, увы, в любительские телескопы они видны гораздо хуже, чем на астрофото, не говоря уже про фотографии с обсерваторий, Хаббла или межпланетных аппаратов.

Юпитер. Большая, яркая и красивая планета. В телескоп видны две полосы на диске и четыре галилеевых спутника, которые стали первыми объектами, открытыми на первом телескопе Галилея. Ио, Европа, Ганимед, Каллисто кружатся вокруг диска планеты яркими точками, иногда выстраиваясь в красивые фигуры — треугольники, ломанные линии. В окуляр телескопа это будет выглядеть примерно вот так:
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Если приглядеться, видны две полосы на диске. На данной фотографии пришлось их пририсовывать, у глаза лучший динамический диапазон, чем у простого любительского астрофото.

Сатурн. Следующий по красоте объект, его уникальность — кольца. В окуляр он кажется нарисованным, но зрелище весьма красивое. В небольшой любительский телескоп щель Кассини видна далеко не всегда, за два года я её видел один раз и то не со стопроцентной уверенностью.
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?

Венера. Очень яркая звезда на утреннем или вечернем небосклоне в телескоп видна равномерно белой, но у неё есть уникальная особенность — у неё видны фазы:
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?

Марс. Марс уже находится в зоне разочарования. В небольшой любительский телескоп можно разве что убедиться, что он красный:
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?

Меркурий и Уран находятся далеко в зоне разочарования. Если сильно интересно, найти их можно, но смотреть особо не на что.

Кратные звёзды

В телескоп уже виден цвет звезд. И если двойная звезда разноцветная, то это очень красиво. Самые яркие представители — Альбирео в Лебеде и Сердце Карла в Гончих Псах.

Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Альбирео, для лучшего восприятия цвета можно слегка расфокусировать телескоп.

Рассеянные скопления

Рассеянные скопления — это второй тип объектов, который впечатляет сильнее, чем их фотографии. Впервые увидев Хи/Аш Персея в телескоп один мой знакомый вспоминал финал «Космической одиссеи» — «Боже! Там полно звёзд!»

Плеяды. Глаз не видит голубые туманности, которые видны на хороших астрофото, но синий оттенок звёзд будет различим. Плеяды настолько большие, что помещаются целиком только в окуляры с небольшим увеличением.

Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?

Хи/Аш Персея
Очень красивые два рассеянных скопления рядом:

Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Нет, всё-таки смотреть вживую лучше

Шаровые скопления

Тут всё уже печальней. В любительский телескоп шаровые скопления видны как мутные пятна, но, если повезет с условиями наблюдения, то всё-таки можно увидеть, что они образованы тысячами и миллионами звёзд.

Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?

Туманности

Здесь всё совсем печально. Из-за свойств глаза туманности, во-первых, черно-белые, во-вторых, очень слабо видимые, в-третьих, надо выезжать далеко за город в темные места, чтобы их увидеть более-менее заметными.

Туманность Ориона
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?

М57. Туманность «Кольцо» в Лире
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
И не говорите, что вы тут ничего не видите.

Солнце

Купив специальный фильтр, можно смотреть на Солнце. В обычный фильтр видны солнечные пятна, грануляция (выглядит как сетчатость поверхности).
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Проходение Венеры по диску Солнца, 2012 год, вверху видны солнечные пятна.

ВНИМАНИЕ: При отсутствии специального фильтра не направляйте телескоп на Солнце. Возможно расплавление или даже взрыв установленных окуляров и необратимое ослепление глаза при попытке взглянуть через окуляр. Использование закопченных стекол, кулинарной фольги или других суррогатов вместо специального солнечного фильтра недопустимо!

Прочее

При наличии некоторого везения и ловкости можно наблюдать пролетающие мимо самолёты, МКС (четыре ряда солнечных батарей вполне различимы), китайские фонарики и прочее.

Также стоит обратить внимание на плагин «Окуляры», идущий в поставке Stellarium. Если ввести параметры телескопа и окуляра, Stellarium покажет размер объекта в окуляре.

Матчасть

Для того, чтобы предметно говорить о телескопах, необходимо разобраться, какие телескопы бывают и какими достоинствами и недостатками обладают.

Термины и определения

Апертура — диаметр главного зеркала телескопа. Говоря простыми словами, чем больше апертура, тем лучше видно. Максимальное реальное увеличение телескопа — это две апертуры. В реальной жизни телескоп редко используется на увеличениях больше 150-200, не стоит гнаться за увеличением. Также, атмосфера редко бывает достаточно хорошей для того, чтобы телескопы с апертурой больше 300 мм смогли полностью проявить себя.
Фокусное расстояние — это расстояние, на котором телескоп строит изображение бесконечно удаленного объекта. Знание фокусного расстояния необходимо для расчета увеличения окуляра: увеличение — это фокусное расстояние телескопа, деленное на фокусное расстояние окуляра. Например, для телескопа с фокусным расстоянием 900 мм окуляр 10 мм даст увеличение 900/10=90х. Обратите внимание на то, что телескопы с маленьким фокусным расстоянием требуют очень короткофокусных окуляров для достижения высоких увеличений. Например, телескоп с апертурой 114 мм и фокусным расстоянием 500 мм потребует окуляра 2,5 мм для своего максимального увеличения. Такие окуляры дорогие и неудобные для наблюдения (подробнее ниже)
Относительное отверстие — это отношение апертуры к фокусному расстоянию. Важный для астрофото параметр, его можно приблизительно сравнить с диафрагмой фотоаппарата. Для визуальных наблюдений имеет значение то, что у телескопов с относительным отверстием меньше 1/6 возникают искажения на краю поля зрения окуляра.
Термостабилизация. Телескоп, температура которого отличается от температуры окружающей среды, создает дополнительные искажения изображения. Чем меньше время термостабилизации, тем лучше. К сожалению, у некоторых типов оно достаточно большое, а также, время термостабилизации растёт с размером телескопа.
Юстировка — процесс совмещения оптических осей элементов телескопа. В зависимости от конструкции, может быть сделана на заводе на весь срок эксплуатации, или же ей придётся заниматься с некоторой регулярностью самостоятельно.

Оптические схемы телескопов

Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Рефрактор, он же линзовый телескоп. Исторически первый тип, широко распространён до сих пор. Современные рефракторы существуют в двух видах — ахроматы и апохроматы. Ахроматы исправляют все искажения изображения (аберрации), кроме хроматической. Они дешевы, но объекты, наблюдаемые в них, имеют цветные кромки, что ухудшает изображение. Апохроматы устраняют и хроматическую аберрацию, но стоят сильно дороже.
Достоинства:

  1. Минимум обслуживания. Заводская юстировка сохраняется годами, труба закрыта от пыли и влаги.
  2. Очень быстрая термостабилизация.
  3. Апертура работает полностью (нет элементов, загораживающих часть апертуры в трубе), бОльшая контрастность изображения

Недостатки:

  1. Хроматическая аберрация для ахроматов, цена для апохроматов.
  2. Не бывают большой апертуры (большие линзы очень сложно и дорого сделать). 150 мм уже очень дорогие, большей апертуры практически не бывает.
  3. Длинная труба (может быть недостатком)

Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Рефлектор, он же зеркальный телескоп. Был создан Ньютоном как решение проблем тогдашних линзовых телескопов. Несмотря на наличие других зеркальных схем, именно схема Ньютона крайне популярна сейчас.
Достоинства:

  1. Отсутствие аберраций, отличное качество изображения.
  2. Самый дешевый миллиметр апертуры — с ростом апертуры рефлекторов всё больше относительно других схем.
  3. Небольшое время термостабилизации, которое, однако, увеличивается с размерами телескопа.

Недостатки:

  1. Вторичное зеркало с держателями «съедает» часть апертуры. Растяжки держателя дают характерные «лучики» звезд на астрофото.
  2. Открытая труба. Со временем зеркало загрязняется пылью.
  3. Необходимость юстировки. После перевозки юстировка рефлектора может сбиться, и её нужно будет восстанавливать. К счастью, с опытом это дело нескольких минут.

Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Катадиоптрик, он же зеркально-линзовый телескоп. Появились в 20 веке. Кстати, вместе с именами Галилея и Ньютона схемы телескопа увековечили отечественного астронома Максутова, изобретателя одной из популярных схем зеркально-линзовых телескопов — схемы Максутова-Кассегрена.
Достоинства:

  1. Компактность. Самые короткие телескопы.
  2. Закрытая труба предохраняет зеркало от пыли.
  3. Отсутствие аберраций.

Недостатки

  1. Менее контрастное изображение из-за зоны центрального экранирования, апертура работает не полностью.
  2. Самый дорогой миллиметр апертуры.
  3. Большое время термостабилизации.
Монтировки

Монтировка — это переходник между телескопом и штативом. От неё зависит, насколько удобно вам будет наблюдать, сколько тяжестей с собой таскать, и насколько сильно будет трястись телескоп при наблюдениях.
По принципиальному устройству монтировки делятся на альт-азимутальные и экваториальные.
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Альт-азимутальная монтировка имеет две оси — азимут и высоту, отсюда и название. Она игнорирует тот факт, что ось вращения Земли находится под углом к горизонту.
Достоинства:

  1. Простая, легкая, грузоподъемная.
  2. Не нужна дополнительная подготовка к наблюдениям.

Недостатки:

  1. Объект надо сопровождать по двум осям.
  2. Объект медленно поворачивается в поле зрения, это усложняет астрофотографию.
  3. Как правило непригодна для наблюдения области зенита.

Чуть в стороне стоит альт-азимутальная монтировка Добсона, подробнее о ней будет ниже.

Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Экваториальная, она же немецкая, монтировка имеет третью, дополнительную, ось, за счет чего её можно установить параллельно оси вращения Земли.
Достоинства:

  1. Объект просто сопровождать вручную, даже на бюджетных монтировках есть место для крепления простого моторчика, который очень облегчает сопровождение объекта.
  2. Нет проблем с доступностью зенита.
  3. Поле зрения остаётся неподвижным, это хорошо для астрофото.

Недостатки:

  1. Монтировка более сложная и тяжелая, в состав входит весьма тяжелый противовес.
  2. Монтировка требует дополнительных операций перед началом наблюдений и после них.

Также монтировка может быть моторизованной и компьютеризованной.

  • В самом простом варианте экваториальная монтировка оснащается аналоговым или цифровым мотором для сопровождения объекта. Наведение осуществляется вручную.
  • Более сложный вариант — это приводы на обе оси монтировки, позволяющие наводить телескоп на объект с пульта (при наличии порта с ноутбука с соответствующим ПО) и сопровождать его автоматически.
  • Самый сложный вариант — компьютеризованная монтировка со своей базой объектов, способная самостоятельно наводиться на объект и сопровождать его. Самые продвинутые монтировки могут оснащаться GPS/ГЛОНАСС и компасом для полностью автоматической подготовки к наблюдениям.

Автоматизация очень упрощает жизнь, но нужно иметь в виду, что это дополнительные деньги, которые в случае ограниченного бюджета можно потратить на более мощный телескоп.

Меры предосторожности

Какие ошибки можно совершить при выборе телескопа?
Покупка телескопа в гипермаркете. Сейчас много специализированных магазинов с филиалами в крупных городах и доставкой по России. Не стоит рисковать, покупая телескоп неизвестного производителя с неизвестным качеством.
Слишком жадничать. Рефракторы с апертурой не больше 60 мм, рефлекторы не больше 76 мм и катадиоптрики не больше 80 мм не являются серьезными инструментами, как правило, они на очень хлипких монтировках, и если совсем швах с деньгами, лучше подкопить на нормальный инструмент или переключиться на бинокли.
Ньютоны с корректором. Существуют модели рефлекторов Ньютона с корректором в узле фокусера. Они короче обычных Ньютонов, но добавляют искажения.
Короткофокусные рефракторы-ахроматы. Как и в предыдущем случае, за уменьшение размеров заплатили качеством изображения. У таких телескопов сильнее хроматизм.

Логика выбора

Если вы четко представляете свои желания и ограничения, то выбор не будет очень сложным. Есть несколько типичных сценариев, которые можно упомянуть.

Балконные визуальные наблюдения в городе

Для наблюдения на балконе важна компактность телескопа. Поэтому при ограниченном бюджете более предпочтительными становятся рефракторы на азимутальной монтировке — у рефрактора бОльшая часть трубы будет торчать наружу, а с азимутальной монтировкой проще обращаться. Если денег много, то можно задуматься о катадиоптрике на моторизованной монтировке. В любом случае, не стоит сильно гнаться за апертурой, 100-150 мм для города вполне достаточно. Впрочем, подобные советы являются рекомендательными, я вполне успешно эксплуатирую на балконе рефлектор на экваториальной монтировке, потому что при выборе телескопа мне хотелось бОльшую апертуру без хроматизма в условиях ограниченного бюджета, и была запланирована покупка привода для монтировки.

Наблюдения на даче/за городом

В случае, если нет проблем с местом под телескоп и его транспортировкой, то, при наличии бюджета, можно задуматься о большой апертуре. Большая апертура за вменяемую цену — это рефлектор Ньютона. Также, большая апертура требует дорогой, тяжелой и сложной классической монтировки. Поэтому была разработана монтировка Добсона, в которой отсутствует тренога, а телескоп крепится на «табуретку»-лафет:
Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?
Обратите внимание на то, что труба складная — это повышает мобильность. Есть не-складные модели, дешевле.
Подобная конструкция позволяет производить телескопы очень большой апертуры 400 мм и выше. Такой телескоп высотой с человека.

Заключение

На Хабре ещё писали про аренду телескопного времени, это может кого-то заинтересовать как альтернатива. Есть сайт с трансляциями интересных астрономических событий, там показываются данные с телескопов с комментариями на английском языке.
Астрофото — это отдельная большая тема, со своими требованиями, я ей не интересовался, поэтому кроме самой базовой информации писать не стал.
Рекомендую самый большой российский Астрофорум, там есть раздел «Посоветуйте телескоп».
В качестве источника для картинок использовались фотографии arm_ann, отличного ресурса RealSky и ресурса «Два стрельца».
КДПВ — Астрофест 2014.

P.S. Окуляры и прочее остались за бортом, чтобы статья не получилась слишком длинной. Если есть желание, будет продолжение с рассказом об окулярах, что я докупал, и т.п.

Автор: lozga

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js