(Назад)

Глава 4.

Оптика для Добсонианцев.

            Телескопостроители части питают необоснованные надежды относительно качества зеркала, за небольшое время и деньги. Они хотят великую оптику, они хотят ее прямо сейчас и они хотят ее по низкой цене. Ни один из тех кого мы встречали не жаловался на то, что оптика в телескопе слишком хорошая и сделана слишком быстро. Качество требует большего и вам нужно иногда подождать, чтобы получить то, что нужно. Но вам нужно только одно зеркало. Они не изнашиваются. И вы никогда не пожалеете о том, что имеете хорошее зеркало. Исходя из того, что выбор зеркала повлияет на все ваши последующие решения, прочитайте эту главу очень внимательно. Но не сидите просто дома, изучая большие телескопы. Посещайте звездные вечеринки, ходите с вашими друзьями и проверяйте каждый большой телескоп, какой только увидите. Изучайте их конструкцию. Трясите их основания. Проверяйте оптику. Задавайте вопросы знающим людям, но никогда не принимайте их ответы за истину в первой инстанции. Думайте своей головой. Изучайте все, что только возможно и доверяйте собственным знаниям.

            До того, как сделать заказ, посетите несколько оптических магазинов. Опишите то, что хотите, послушайте, что они скажут и делайте свои выводы. Будьте вежливы и ведите себя по-деловому в вашем общении с ними и настаивайте на вежливости и деловом тоне по отношению к вам.

            Когда вы заказываете зеркало, опишите все, что хотите в письменном виде. Специфика апертуры, фокусное расстояние, дату получения и ожидаемое качество. При заказе убедитесь, что люди в магазине понимают, что вы рассматриваете ваш заказ, как контракт. Попросите их дать вам знать о каких-либо изменениях в сроках поставки.

            С вашей стороны вам нужно быть готовым к тому моменту, когда прибудет зеркало. Ваш телескоп уже должен быть готов достаточно для проведения теста зеркала в течении нескольких дней (или еще лучше нескольких недель). Постарайтесь быть объективны, но помните что это медовый месяц. Убедитесь, что картинки большие и яркие по всей площади. Все большие зеркала дают большие, яркие изображения. Для определения качества нужны оба параметра и объективность суждения.  Посоветуйтесь со знающими друзьями. Попросите их быть критически настроенными. Если зеркало имеет дефекты, обсудите это в оптическом магазине. Убедитесь, что продавец понимает, что вы потратили несколько недель для проверки зеркала в различных условиях.

            Если зеркало великолепно — возрадуйтесь. Известите оптический магазин письменно, что вы удовлетворены покупкой. Затем присобачьте его в телескоп и начинайте наблюдения.

4.1. Основы Нютонианской оптики.

            Прежде чем выбирать зеркало, вам нужно узнать кое-что  об оптике, в особенности о Ньютонианской оптике. Если вы уже построили один или несколько телескопов, то вероятно уже понимаете основы и можете их использовать. Если же вы никогда не строили телескопов до этого, тогда эта глава требует внимательного прочтения.

            Оптика в Ньютонианском телескопа очень проста. Параболическое главное зеркало в нижней части трубы: плоское второе зеркало удерживается под углом в 45 градусов около верхнего края трубы. Свет от удаленных планет, звезд или галактик пересекает пространство, проходит сквозь земную атмосферу и в итоге попадает в трубу к зеркалу.  Он отражается от параболической поверхности и отправляется обратно к передней части трубы в точку схождения фокуса. Второе зеркало перехватывает сходящийся луч и отражает в сторону трубы. Откуда сфокусированное и сформировавшееся реальное изображения выходит из трубы наружу.

            Если вы держите кусочек бумаги в фокусе, то увидите структуру на бумаге от удаленных деревьев, луны, планет или всего того, что будет перед телескопом. Уберите бумагу и посмотрите через окуляр, вы увидите увеличенные изображения через линзы. Окуляр это просто увеличивающее стекло, дающее вам возможность изучать реальные изображения. В целом же предназначение телескопа заключается в поддерживании двух легких как перышко куска алюминия, расположенных с правильным интервалом и правильным ориентированием в пространстве, чтобы показывать вам картины вселенной.

            Главное стекло Ньютонианского телескопа обычно шлифуется и полируется из диска стекла, которое имеет низкий коэффициент температурного расширения, такого как Корниговское Пирекс стекло. Полированная поверхность стекла покрыта очень тонкий, но высоко отражающим слоем алюминия. Поскольку водяной пар и кислород реагируют с чистым алюминием, он должен быть в свою очередь покрыт инертным материалом, таким как монооксид силикона или магния флуорид, который защищает металл, а также увеличивает отражающую способность металла. Второе зеркало это эллиптическая плитка, покрытая сходным слоем.       

            Свежее покрытие чистым алюминием отражает 88% попадающего света, что является пиком чувствительности человеческого глаза (около 550 нанометровая длина волны). Оно служит около 10 лет. Хорошо изготовленное алюминиевое покрытие может отражать до 96% света, но его жизненный срок всего 5 лет.

            Назначение главного зеркала в том, чтобы фокусировать свет. Для приведения четкого изображения в фокус оптическая система должна быть сконструирована так, чтобы длина пути, который каждый луч проходит от звезды до фокуса, должна быть одинаковой. Некоторые телескопы имеют несколько зеркал и линз для достижения этой цели. Сила Ньютонианца в том, что это достижимо только с двумя оптическими элементами, один фокусирует свет, а другой отражает его в окуляр.

            Если главное зеркало имеет правильную поверхность, тогда (особенно из-за атмосферы) только свет это ограничивающий фактор в качестве картинки, которую ваш телескоп может выдавать. Причина этого в том, что свет действует в совокупности частиц (фотонов) и волн. Как совокупность частиц, мы можем сказать, что свет состоит из фотонов, а каждый фотон обладает энергией. Как волна, желто-зеленый свет имеет длину волны в 550 нанометров или 22 миллионная часть дюйма. Факт того, что каждый луч света должен пропутешествовать какое-то расстояние до фокуса, превосходно связан с волновой природой света: это значит, что волны света, которые дружно покидают звезды и по параболической дуге достигают фокуса зеркала. Когда они его достигают, то волны формируются в яркие изображения звезд.

            Но все не так просто относительно световых волн. Как вы возможно замечали на пляже волны разбегаются во все стороны и огибают препятствия. Свет делает тоже самое: этот феномен назван дифракцией. Когда волны света достигают фокуса, они превышают нужный для формирования изображения поток и получаются световые пятна. Но тот час около фокуса появляются не вполне локализованные волны, волны от  зеркала, пришедшие разрозненно, поэтому кроме волн, которые образуют фокус, присутствует и другой свет. Крохотные частицы распространяются во все стороны, интенсивность волн усиливается, а интенсивность света снижается. Кроме того, существует точка, где волны исчезают и световая интенсивность падает до нуля.

            Таким образом, исходя из того, что свет обладает волновой природой, изображение от источника, такого как звезда не является точкой, а небольшим кругом, названным диском Эйри, после того, как сэр Джордж Эйри, английский королевский астроном первым описал его математически. Диск Эйри окружен системой слабых дифракционных колец, которые тем стремительнее уменьшаются в яркости, чем дальше вы смотрите от точки фокуса.

            Эффект дифракции не велик: в обычном Добсонианце диск Эйри всего 0,0003 дюйма диаметром. Детали меньше диска Эйри не могут быть показаны реалистично в телескопе, независимо от увеличения. Таким образом дифракция это основное ограничение в работе телескопа. Однако для зеркала, когда говорят о нем, что его ограничивает только дифракция, это звучит как комплимент, потому что это значит, что оптика сделана превосходно, если только дифракция ограничивает его работу.

Таблица 4.1. Свойства типичных Добсонианских телескопов.

            Мы видели, что случается, когда волны от превосходного зеркала дополняются диском Эйри. Результат — чистый, сплошной, четкий диск Эйри в фокусе. Но допустим зеркало имеет жесткое верхнюю и нижнюю площадь, поэтому половина волн достигают фокуса не одновременно с другой половиной, поэтому некоторые волны приходили бы раньше, а другие позже. Тогда бы волны сократились и не было бы света в фокусе зеркала. Звезды не исчезают из вида потому что свет конструктивно дополнят себя, но дефективное зеркало формировало бы мешанину из смазанного света вместо того, чтобы давать ясный диск Эйри. Тонкость дифракции заключается в том, что она просто ограничивает видимую материю в случае с плохим зеркалом: все, что вы можете видеть это дефекты фигур.

            Зеркала редко имеют такие сильные расхождения от идеала, но все же зеркала никогда не идеальны и им не нужно быть идеальными. Великий английский физик Джон Уильям Страт, Лорд Рэйли, установил, что дает «превосходную чувствительность» в работе, самое большое отклонение от нормы по длине не должно превышать одной четверти длинны световой волны или на современном жаргоне «не более чем ошибка в 1/4 – высоты неровности волны на волновом фронте». Оценка зеркала по высоте волны может сбить с толку, так как высоты и неровности могут занимать маленькие частицы или для большинства зеркальных площадей, критерий неровности волны не указывается.

            Сегодняшние астрономы предпочитают указывать средневзвешенные площади в среднем от идеала или среднеквадратичную погрешность, известную как с.к.п. для описания качества сформированных изображений. Когда волновой фронт отраженный от зеркала имеет ¼-волны, с.к.п. от идеала, зеркало рассматривается, как ограничиваемое дифракцией или способное давать «превосходную чувствительность», то есть его работа ограничивается не ошибками с поверхностью, но лишь самой природой света.

            К сожалению проверка зеркала на с.к.п. прямо в оптическом магазине может стоить дополнительно несколько сотен долларов. Кроме того, оптики имеют на этот счет довольно смешанные чувства, потому что после того, как они борются за превосходное качество в изготовлении и делают зеркало столь превосходным насколько это вообще возможно, проверка всегда показывает некоторый уровень остаточных ошибок. Тем не менее, как покупатель зеркала, если вы можете узнать насколько хорошо это зеркало, лучше заплатите за тестирование.

            Чуть позже в этой главе мы обсудим как вы можете узнать ограничивает ли зеркало только дифракция и если это не так, то как это проверить — и даже поправить — некоторые ошибки. Очень важно, чтобы вы поняли, что не просто вычислить качество зеркала. Взгляд через атмосферу, воздушные течения, коллимация и искажения все это маскирует несовершенство оптики. Только когда вы смонтируете свой телескоп и будете наблюдать в ночи со спокойным воздухом, только тогда можно истинно судить о качестве зеркала.

4.2. Выбор зеркала.

            Не существует рационального способа решить, какая оптика вам нужна для телескопа, хотя можно описать факторы, которые увеличат рациональность вашего решения. Апертура, фокусное расстояние, тип и толщина стекла и гарантии качества, предложенные оптическим магазином, все это играет ведущую роль. Но другие факторы: жадность, зависть, желание и размер ваших сбережений — почти всегда на первом месте. Примите тот факт, что ваше решение не будет целиком рациональным и сделайте лучший выбор, какой сможете.

4.2.1. Выбор 1: Какая апертура?

            Наблюдательские качества это не лучшее свойство на которое следует ориентироваться при выборе апертуры. Увеличение наблюдательских характеристик всегда больше того, что вы хотите. Какую бы апертуру вы не выбрали, немного большая апертура может еще больше. В стандартной прогрессии размеров — 3, 4 ¼ , 6, 8, 10, 12 ½, 14 ½, 16, 17 ½, 20, 25, 30, 32, 36, 40… — не существует такого размера с которым вы тут же окажетесь в нирване. Не важно насколько мощный телескоп вы собирает, все равно еще больший всегда лучше.

            Поэтому ваше решение неизбежно должно основываться на других факторах, нежели наблюдательские качества. С 16-дюймовым телескопом вы можете наблюдать стоя на земле. С 25-дюймовым, вам понадобится трехступенчатая короткая лестница. С 40-дюймовым нужно подниматься на очень высокую лестницу.

Таблица 4.2. Разработка Ньютонианской оптики.

            Вес телескопа в среднем возрастает в 2,5 раза с увеличением апертуры, тогда как цена растет в кубической прогрессии. И, несмотря на то, что наблюдательская способность телескопа это вопрос решенный, вес и цена нет. Поэтому, ваши мускулы должны быть исключительно сильны, а счет в банке исключительно толст. Исторический факт: Джордж Эллери Хэйл мечтал поместить 300-дюймовый телескоп на вершину горы Паломар. То, что он поместил было 200-дюймов. НАСА планировало 120-дюймовый Большой Космический Телескоп. Они запустили 94-дюймовый Космический Телескоп Хаббл. Нормально мечтать о большом телескопе, но будьте практичны. В астрономии нельзя заменить апертуру. Поэтому выбирайте апертуру, которую сможете себе позволить иметь и легко использовать.

            Мы предлагаем несколько возможных сценариев постройки телескопов, чтобы вы могли выбрать наиболее подходящий.

            Апертуры от 8 до 10 дюймов. Всего два десятилетия тому назад, телескопы подобного размера считались большими. Ничто не изменилось относительно этих телескопов, так что же произошло? Телескопы от 8 до 10 дюймов диаметром позволяют вам долго вести наблюдения и не опустошают ваш счет. Простой факт, одним из секретов владельцев больших Доббов является непреодолимая тоска по старым добрым временам, когда они ничего не имели, кроме удобного телескопа на заднем дворе.

            Возьмите планеты. Ночью, когда бедный обзор, вы все равно получите хороший вид Юпитера с 8 – 10 дюймовым телескопом. Если Сатурн поимел новое пятно на Северном Экваториальном поясе, вы это увидите и во время появления Марса вы сможете рассмотреть пылевые бури на его поверхности. Лучшее что может быть это наблюдение без проблем. Вы только что-то слышали об этом и вскоре вы сами у окуляра.

            Всего лишь год назад поздняя осень, перед самым началом  школы, 8-дюймовый телескоп составлял вам компанию, ваша супруга и трое маленьких детей в течении пяти ночей в высоких горах. Это было прекрасно. К счастью, дети носились вокруг весь день как маньяки и поднимали пыль, оставляя вам несколько часов для наблюдения каждый вечер. В две лучшие ночи вы поймали Млечный путь от Стрельца до Лебедя и вам никогда не приходилось видеть что либо прекраснее. Когда вы чувствовали усталость, то накидывали на телескоп 28-галлоновый чехол от пыли, а сами заползали в спальный мешок.

            Апертуры от 12 до 16 дюймов. Все, что можно об этом сказать, заключается в следующих словах «Это серьезный телескоп». Вам нравится солидность основания и простота с которой вы можете направлять телескоп на нужный объект. Это превосходный размер для быстрого, точного наблюдения. Три года на Messier Marathons и у вас все получится — с помощью кристально-чистого неба, вы суете в сумку М-30 и получаете каждый объект. Вы доверяете этому телескопу — с красным сигнальным огнем и диаграммами, вы можете найти любой подготовленный звездный атлас. Конечно, вещи выглядят все больше и больше в этих телескопах-монстрах, но вы не король звездных вечеринок, где бы вы не показались. Вместо этого вы спокойно наблюдаете пару дюжен небесных объектов и в полночь отправляетесь домой без суеты и спешки.

            Апертуры от 17 ½ до 22 дюймов. Вот это жизнь! Около 15 000 галактик зовут вас и телескоп, который вполне уместится в компактном автомобиле. И еще останется место для сэндвичей. Почти любой может без напряжения достать окуляр 17 ½ f/4.5 телескопа, а самому большому телескопу в этом классе 22-дюймовому f/5 нужна всего лишь коротенькая лестница. Вы можете увидеть буквально все, что есть в Новом Главном Каталоге. Нет места в весеннем небе, свободного от надоедливых галактик.

Что вы можете увидеть? Мессьеровские объекты очень легко и все, что подготовлено в Уранометрии 2000 видимо, хотя некоторые объекты смотрятся несколько бледновато. Туманности? Нет проблем, особенно с фильтром OIII, который несомненно оправдает потраченные на него деньги и показал каждую туманность под черными небесами Техаса, куда вы отправлялись на звездную вечеринку прошлой весной. Один из ваших звездных друзей специализировался на нахождении темных туманностей: год назад на Риверсайдском Телескопном Съезде он описал свыше 30-ти объектов, как капли черных чернил, расположенных против звездных скоплений в Стрельце и  Скорпионе.

            Планеты также не лодырничают. Вы счастливчик со своим действительно хорошим зеркалом, которое показывает Барьер Кассини ясно очерченным и чистым, какой бы ни был воздух. На встрече на юго-западе прошлым летом кто-то презрительно назвал ваш телескоп световым ведром «Конечно это световое ведро», сказали вы, «но он также дает возможность получать прекрасные изображения». И вы предложили ему дуэль в наблюдении планет. Ваш телескоп разбивает его в пух и прах и показывает больше спутников вокруг Сатурна. Короче говоря, наблюдение через этот телескоп оправдывает каждый потраченный доллар, вы не сможете выйти за пределы возможностей этого телескопа.

            Апертуры от 25 до 32 дюймов. Большой, но в разумных пределах. С вашим 25-дюймовым телескопом вы можете достичь места наблюдения и установить его за пятнадцать минут. Это самостоятельно. Если люди помогут вам, уложитесь в двенадцать. Следующий час нужно потратить на достижение телескопом нужной температуры и «вперед»! Вы предпочитаете наблюдать вдали от цивилизации, самостоятельно, под музыку. Среди звезд у вас множество старых друзей и вы навещаете их во время захода луны.

            Это сводит вас с ума. Не говоря никому вы ищете суперновую звезду. У вас есть список галактик, старых друзей, чьи звездные формы вы помните. И каждый месяц, как только луна покидает небеса, вы проверяете так много из них, как сможете. Если появится суперновая ярче 16,5 величины, вы надеетесь первым ее увидеть.

            Другие кажется жаждут новизны, всегда хотят новых объектов для наблюдений, но вам нравится спокойное наблюдение и ожидание того, что может случиться, а может и никогда не произойти. Для вас удовольствие поправлять телескоп, взбираться по лестнице, наблюдать через окуляр, каждую удаленную звезду. Вам нравится телескоп. Он способен показать вам вещи, которые кроме вас могут видеть не многие.

            Апертуры от 36 до 40 дюймов. Это гарантированный хит на звездной вечеринке. Вы приезжаете в темное место, буксируя 12-ти футовый трейлер с телескопом внутри. Вы опускаете заднюю дверцу, прикрепляете ручки, освобождаете держатели, устанавливаете скат на место и выкатываете коробку. (Внимательно осмотритесь, телескоп весит 600 фунтов, не стоит оставлять его на мягкой земле).

            Вы ставите на колеся 12-футовые трубы каркаса, карабкаетесь по лестнице, чтобы установить верхнее кольцо. Когда каркас собран, вы опускаете на него вторую клетку (35 фунтов) и ставите на место. Раскрываете зеркало, проверяете расположение, прикрепляете видоискатель и вы в деле. Вы можете делать все самостоятельно, но лучше иметь нескольких помощников. Двадцать минут это великолепное время для установки, после которое вы получите незабываемые часы наблюдений, а некоторые со своими СКТ до сих пор монтируют свои установки, тогда как вы уже наблюдаете. Ваш искатель это 8-дюймовый телескоп.

            Ваш постоянный компаньон легкая фибергласовая лестница высотой в 12 футов. Во избежание постоянного перемещения лестницы и телескопа с места на место вы «разрабатываете» дюжину объектов при помощи одной Уранометрии 2000 до того, как реально направлять телескоп на другую часть неба. Телескоп прекрасно подходит трем наблюдателям одновременно — вы сэкономите время и три головы лучше чем одна при обнаружении новых объектов. Вы считаете хорошей четырех-часовую сессию более чем адекватным вознаграждением за усилия по установке. Вы потратили 12 000 на телескоп и у вас есть еще 2 500 на трэйлер. Большое дело! Деньги нужны чтобы их тратить. Жизнь нужна для того, чтобы жить!

4.2.2. Выбор 2: Какое диафрагменное число?

            Вы приняли великое решение и решили, какой должна быть апертура вашего телескопа. Следующий фактор, который нужно рассмотреть — диафрагменное число. Несмотря на то что, коммерческие зеркала с большой апертурой имеют диафрагменное число между f/4 и f/5.5, решение ваше не должно основывать на чисто технической стороне. Решение зависит от ваших личных предпочтений для в зависимости размера телескопа по отношению к качеству картинки. А это зависит от того, какой вы тип наблюдателя, что вам нравится рассматривать и мастерства оптического магазина.

            Быстрые — f/4.5 и ниже. Короткофокусные зеркала, сделанные для коротких, дружеских телескопов. Вам может не понадобиться лестница и широкое поле зрения и низкое увеличение делает объекты более простыми для обнаружения. В действительности для больших апертур — 30-дюймов и выше – f/4,5 реалистичное диафрагменное число. Большее фокусное расстояние слишком высоко.

            Но берегитесь — несеметричая аберрация это проблема. Зеркало f/4 имеет двойную аберрацию в отличие от f/5, потому что свободное от аберрации поле пропорционально кубу диафрагменного числа. Для четкого изображения по краям поля вам нужны корректирующие аберрацию линзы. Корректоры аберрации главным образом уменьшают поле зрения и являются дополнительным стеклом между вами и вселенной, но они избавляют от аберрации. Наличие легкодоступного окуляра и яркого, широкого поля зрения дает нам понять, что f/4.5 и быстрые зеркала идеальны для телескопов с большой апертурой, которые часто используются на публичных звездных вечеринках или для тех, кто боится лестниц.

            Нормальные — от f/4.5 до f/5.5 зеркала. Если бы существовала такая вещь как стандартный Добсонианец, он имел бы зеркало f/5. В сравнении с быстрыми зеркалами вы получаете меньшую аберрацию и большее увеличение. Визирование проще, центральная обструкция меньше и вы получаете лучшие лунные или планетарные виды, так как медленную оптику f/5 проще сделать чем быструю той же апертуры.

            Несмотря на плюсы, переход от f/4 до f/5 может значить, что вам понадобится лестница, или нечто подобное для достижения окуляра. Поле зрения, несмотря на то, что лучше, также уже и телескоп менее удобен для публичных звездных вечеринок. После оценки всех плюсов и минусов можно сделать вывод, что зеркала с f/5, обладают лучшим диафрагменным числом для телескопов с большой апертурой.

            Медленные — от f/5.5 и выше. Приблизительно около f/6 Ньютонианцы избавляются от аберрации и оптики начинают серьезно обещать, что она «лучше чем ¼-волновая» оптика. Через современный многоэлементный, широкообзорный окуляр возможен удивительный «иллюминаторный эффект». Если вы серьезный лунный или планетарный наблюдатель, ваши шансы получить абсолютно первоклассный, дефракционно-ограничивающую оптику резко увеличиваются с диафрагменным числом в f/6 и выше.

            Рассмотрим вопрос о том, насколько высоким должен быть телескоп. Некоторые люди не любят лестницы, поэтому если вы один из этих типов, вам лучше не быть планетарным наблюдателем, предъявляющим большие запросы к оптике с большой апертурой с большим диафрагменным числом. Просто проверьте себя. До того, как тратить любые деньги на зеркало позаимствуйте лестницу у своих друзей, наподобие той, что вам может понадобиться для наблюдений. Установите ее снаружи ночью и вскарабкайтесь наверх. Слезьте и снова вскарабкайтесь. Повторите процедуру десять раз. Если для вас она слишком высока, чтобы чувствовать себя комфортно, ваша специализация быстрая оптика.

            Допустим, что вы проделали все вышеописанное и до сих пор грезите о том, чтобы иметь лучший 1-метровый f/6 телескоп в своем штате — что дальше? Спросите себя «Кто еще будет пользоваться этим телескопом? Если вы не задумаетесь об этой стороне вопроса, то можете оказаться в ситуации, когда будете предлагать фантастические виды с высоким разрешением и свободные от аберрации, но не найдется никого, что рискнет для этого подняться на 18 футов над землей.

4.2.3. Выбор 3: Сделать или купить?

            Долгое время изготовление зеркал было неотъемлемой частью любительского телескопостроения. В начале любительское телескопостроение росло, благодаря усилиям таких людей, как Рассел Портер, дизайнера инструментов, и Альберта «Неизвестного» Ингаллса, редактора «Американской науки» на протяжении 30-х годов, когда с деньгами была напряженка. В 50-х «Небо и телескоп» взяли на себя ведущую роль в развитии телескопостроения в Америке. «Подбор для АТС», колонка, ведомая Эрлом Б. Брауном и впоследствии взятая Робертом Э. Коксом, помещала материал, сосредотачивающийся главным образом на оптике и изготовлении зеркал.

            На протяжении десятилетий телескопостроители любители сделали тысячи зеркал. Есть некоторые интересные причины, почему так много любителей изучили это мастерство. Когда-то было всего несколько оптических магазинов, а до Второй Мировой войны с деньгами была напряженка. Люди, которые хотели иметь телескоп, делали свои собственные зеркала, главным образом потому, что не было другого выбора. Кроме того это достаточно просто, отшлифовать и сформировать маленькое зеркало с большим диафрагменным числом, даже для новичка, который может отшлифовать, отполировать и сформировать 6-дюймовое зеркало с f/8 с первой попытки.

            И, хотя конечно такие зеркала не будут очень высокого качества, как высокотехничный рефрактор, все же эти, построенные в домашних условиях телескопы показывали луну и планеты на довольно хорошем уровне и они побуждали людей заниматься астрономией. Для оптиков любителей, изготовление зеркал было сущностью астрономии. Формирование точной оптической поверхности главного зеркала —  при помощи его или ее рук — было опьяняющим опытом, который стоил этого.

            Как бы то ни было, мы говорим о больших телескопах, и для новичка довольно трудно в начале сделать зеркало с большей чем 8 дюймов апертурой, сделать одно 16-дюймовое. На это понадобится время и талант, а также готовность мастера учиться новым навыкам. Обычно это означает изготовление нескольких зеркал, начиная с 6 или 8-дюймовых и работая по мере увеличения дойти до 12-ти дюймов. Даже коммерческие оптические магазины иногда имеют проблемы с формированием большого зеркала, а они профессионалы. Мы рекомендуем вам, если только вы уже не сделали несколько хороших зеркал около 12-ти дюймов, лучше будет купить большее зеркало или более точное, купить действительно хорошее зеркало.

            Как бы то ни было мы включили в Приложение B сведения о шлифовке, полировке и формировании больших телескопных зеркал, так как мы хотим, чтобы вы знали во что ввязываетесь в изготовлении зеркал. Если вы решите отшлифовать зеркало, все в ваше власти. Возможно вы даже помешаетесь на этом, станете зеркальным мастером, и возможно даже забудете о том, чтобы когда-нибудь заглянуть вновь в окуляр. Не говорите, что мы вас не предупреждали.

4.2.4. Выбор 4: Какое стекло?

            Стандартная подложка для телескопных зеркал это стекло Пирекс. Пирекс это торговая марка для Корниговских боросиликатных стекол с малым коэффициентом расширения. Этот материал имеет коэффициент теплового расширения около 1/3, что является обычным для силикатного стекла. Сегодня другие делают стекло, эквивалентное Пирексу. Если в оптическом магазине предлагают вам зеркало, сделанное на боросиликатном стекле с малым коэффициентом расширения, о котором вы никогда прежде не слышали, узнайте эквивалентно ли оно Пирексу. Не нужно ориентироваться только на то, что предлагаемый материал дешевле.

            Свойство малого температурного расширения очень важно, так как температурная разница градуса частицы пересекающей пустоту может огибать намного больше нежели ¼-волны. Силикатное стекло, имеющее в три раза большее термальное расширение, чем Пирекс может делать тоже самое, но для оптиков невозможно сформировать диски свыше 10 дюймов диаметром. Для зеркал свыше 30-дюймов в поперечнике чрезвычайно трудно сделать хорошую поверхность даже с Пирексом.

            Кроме Пирекса существуют другие варианты стекла, так называемого нулевого расширения или стекло на основе керамики, которое имеет почти нулевое значение термального расширения. Германия, Япония и Россия делают этим материалы на экспорт в Соединенные Штаты. Эти зеркальные материалы намного проще для оптиков в обработке и поэтому их предпочитают в оптических магазинах. К сожалению нулевые материалы часто значительно дороже Пирекса. Если у вас появится возможность сделать зеркало из плавленого кварца, Зеродура, ULE или другого нулевого материала — сделайте это. Но будьте готовы заплатить больше, чем за Пирекс.

4.2.5. Выбор 5: Вырезать из листа или отлить по форме?

            Вырезать зеркальные заготовки из цельного куска Пирекса дешевле, чем делать его по заготовке, но в последнем случае это лучше. Разница между формами материала заключается в стекле диска.

            Для изготовления составных частей Пирекса, расплавленный Пирекс заливают в форму. Так как расплавленный материал заполняет форму равномерно, то полученное стекло обладает равномерными механическими свойствами. Как бы то ни было, исходя из того, что форма не так горяча, как расплавленное стекло, стекло в начале охлаждают с внутренним напряженим. Для удаления напряжения стекло нагревают до мягкого состояния внутренней структуры, этот процесс назван отжигом. Формы можно делать любой толщины, но более тонкие формы менее дороги и легче чем более толстые.

            Лист Пирекса делается как печенье на домашней плиты на стекольном заводе, поэтому он имеет немного различные механические свойства по длине и ширине. Отжиг не удаляет эту разницу, так как данное стекло не подвергалось охлаждению под напряжением.

            Оптики, работающие с Пирексом, иногда жалуются на это, говоря, что разница между двумя осями ведет к астигматизму, который приходится удалять (делая стекло более дорогим). Мы видели прекрасные зеркала, сделанные из Пирекса, поэтому мы знаем, что это может быть сделано.

            В итоге можно сказать следующее. Если оптический магазин проделает хорошую работу, ваше стекло будет свободно от астигматизма. У нас нет свидетельств того, что зеркала, сделанные из листа Пирекса  чем-нибудь хуже или лучше зеркал, отлитых по форме. Если вы чувствуете, что будет лучше использовать отлитое стекло, тогда выбирайте фирму, которая использует отлитый по форме Пирекс для зеркал.

4.2.6. Выбор 6: Хороший или точный отжиг?

            Если стекло охлаждается быстро или неравномерно при изготовлении, оно становится напряженным. Спустя множество лет, стекло деформируется, уменьшая таким образом напряжение и искажая таким образом любую оптическую поверхность, которая смонтирована на плоскости.

            Отжиг это горячая обработка, применяемая к телескопным зеркалам для удаления внутреннего напряжения. При поднятии температуры стекло размягчается до того, как напряжение исчезает. После отжига стекло становится стабильным и может держать свою форму веками. Большинство изготовителей стекло подвергают Пирексовское стекло отжигу до шлифовки. Некоторые изготовители  применяют «точный» отжиг для стекла. Это значит, что они оставляют стекло в печи в два раза дольше по времени чем при хорошем отжиге. Дополнительное время дает стеклу возможность еще лучше освободиться от напряжения. В теории зеркало после точного отжига должно держать форму лучше и дольше.

            Честно говоря, мы не знаем насколько лучше точный отжиг в сравнении с хорошим для обычных телескопных зеркал. Мы никогда не видели убедительных доказательств того, что зеркало изменило свою форму в телескопе, даже спустя много лет. Мы принимаем во внимание другие факторы, предпочитая точный отжиг, но никто из нас не видел разницы. В итоге можно сказать следующее, что гораздо важнее получить зеркало правильно формы и правильно установить его в хорошую зеркальную клеть, чем волноваться о типе отжига.

4.2.7. Выбор 7: Какой толщины?

            Пирекс для больших Добсонианцев идет разной долщины. В мире больших зеркал «тонкое» значит 2-дюймовая толщина, «ультра-тонкое» означает толщину в 1 ½ дюйма. Это является как преимуществом, так и недостатком. Двух дюймовые зеркала вдвое устойчивее чем 1 ½. Это исходит из физического закона: устойчивость пропорциональна кубу толщины. Мы рекомендуем использовать 2-х дюймовые зеркала. Кроме того кривизна зеркала значит — плохое изображение, а хорошие картинки сами за себя говорят. В любом случае добавочный вес в нижнем конце телескопа поможет вам сбалансировать телескоп.

            С другой стороны, ультра-тонкие зеркала быстрее обретают температуру окружающей среды. Это значит, что вы получите хорошие изображения раньше, чем парень с 2-дюймовым зеркалом. Ультра-тонкие зеркала могут превосходно работать, но они должны быть правильно установлены на плавающую клеть. 2-х дюймовые зеркала многое прощают, так как  обладают вдвое большей устойчивостью.

            Почему такие ограничения по толщине зеркал? Главная причина в доступности Пирексовского стекла. А Пирекс делают толщиной в 1 1/8 и 1 5/8 дюйма толщиной, а некоторые магазины предлагают листы 2 1/8 – дюйма толщиной. Оптические магазины вырезают заготовки для зеркал из готовых листов и добавляют в последствии еще 1/8-дюйма при окончательном изготовлении зеркала. Рынок любительских телескопов слишком мал для стекол с большой фактурой, сделанных из Пирекса. Любую толщину свыше 2 1/8-дюйма нужно заказывать отдельно и цена на такое изделие намного вышел.

            Забудьте о толстых зеркалах стандарта 6 к 1 диаметр-толщина. Толстое зеркало 25-дюймов имеет свыше 4 дюймов толщины весит 150 фунтов. Эта книга опишет, как сделать портативное зеркало для телескопа с большой апертурой. Если вы счастливчик у которого есть постоянная обсерватория для вашего большого телескопа, тогда вас может заинтересовать толстое зеркало. Для больших портативных телескопов толстые зеркала не практичны.

4.2.8. Отбеливание основания.

            Технически, задняя поверхность стекла будет отбелена. Отбеливающий станок это большая машина для окончательно обработки оптических поверхностей. Вам нужно, чтобы зеркало было плоским сзади для более легкой установки. Плоская задняя поверхность способствует более правильной работе плавающей клети. Отбеленная поверхность выглядит гладкой и молочной с округлыми следами работы станка. Если работа была выполнена верно, то плоскость задней поверхности лучше чем 0,001-дюйма.  Это именно то, что вам нужно.

4.2.9. Выбор 9: Какое покрытие?

            Все покрытия шелушатся. Некоторые раньше чем другие. Влажность и загрязненность воздуха, враги оптических покрытий. То, где вы живете, как много денег вы готовы потратить и как много времени вы потратите на это — все это влияет на выбор зеркального покрытия.

            Проблема в том, что во многих местах Соединенных Штатов воздух вреден для оптических покрытий. Если вы живете с подветренной стороны от промышленных площадей, то вредный воздух доберется до покрытий за пару часов. Если вы живете на морском побережье, соль и вода воздухе разрушат их. Если вы живете на востоке реки Миссисипи, высокая влажность и роса съедят ваши покрытия. Даже на западе Аризоны вам помешает диоксид серы.

            Существуют основные покрытия.

1) Стандартное покрытие алюминием, которое отражает 88% и используется около 10-ти лет.

2) Усовершенствованное алюминиевое покрытие отражает 96%  и используется около 5-ти лет.

3) Покрытие серебром, которое отражает 98% и используется около года или того меньше.

            Если вы живете в химически-грязном воздухе, даже не думайте об усовершенствованных покрытиях. Пользуйтесь стандартным монооксидом силикона, покрывая им алюминий на главном и втором зеркалах. Для того, чтобы покрытие прослужило вам десятилетие, используйте стандартное покрытие алюминием и держите его подальше от росы.

            Если вы живете в месте с приемлемо чистым воздухом, вы можете воспользоваться этим преимуществом и покрыть усовершенствованным алюминиевым покрытием второе зеркало. Вам понадобится повторно покрывать его раз в пять лет, но зато вы получите дополнительно 8% выгоды от дополнительного света. Второе зеркало легко устанавливать и дешево покрывать вновь. Мы рекомендуем такой компромисс.

Таблица 4.3. Отражающая способность типичных оптических покрытий.*

4.2.10. Выбор 10: Качество оптики.

            Все хотят хорошую оптику, но никто не хочет платить. Поэтому это главное требования для оптиков, делающих телескопные зеркала и в нашем современном прижимистом обществе это возможно так и есть. Если вы поместите два зеркала рядом, вы не сможете сказать в чем разница между оптически превосходным зеркалом и зеркалом, которое ужасно дефективно. (Посмотрите, что случилось с Хабблом — даже в НАСА не знали, что у них проблема пока не попробовали направить его на реальные звезды!). Поэтому вы не сможете просто сказать какая разница между «хорошим» зеркалом и действительно великолепным зеркалом без серьезного тестирования телескопа ночью, изучая звезды.

            В общем во время коротких наблюдений, вы можете быть просто счастливы со своим просто «хорошим» зеркалом, если проводите не так много времени в своих наблюдениях, чтобы заметить разницу. Но во время длительных наблюдений, когда вы проводите все ночи напролет, в то время, когда воздух превосходен и действительно великое зеркало дает просто превосходные изображения.

            И так — как вы можете получить «действительно великое зеркало» Лучший способ — заказать его в фирме с хорошей репутацией и тогда у вас появится надежда. До того как сделать заказ, обсудите все детали с фирмой. Они могут сказать вам   апертуру, фокусное расстояние, толщину, из какого материала оно будет изготовлено и предупредят вас о дате готовности изделия. И если вы даже проделали прекрасную работу, исключив все недопонимания, все — за исключением главной вещи, качества оптики.

            Качество оптики трудно установить и сложно вычислить. Много времени тому назад оптическая индустрия и военная разработали единые стандарты проверки качества продукции. У вас возможно нет на руках необходимого оборудования для проведения этой проверки и даже, если все нужное у вас есть, то оптический магазин может не согласиться с вашей оценкой качества на основании принятых стандартов. Кроме того, без много миллионного бюджета вы для них просто «перфекционист».

            Вам не помешает узнать, как в оптическом магазине проверяют зеркало на готовность. В идеале, после обычных тестов в помещениях, оптик помещает каждое зеркало в телескоп и проверят их в непосредственной работе. Это лучшая проверка, потому что зеркало будет служить вам возможно всю оставшуюся жизнь и это также позволяет как вам, так и другим всецело обсудить зеркало. Но существует простой факт, что оптические магазины просто не имеют времени для проверки зеркал таким образом и ночные проверки, которые необходимо проводить для полной проверки бывают редко. В конце концов, это просто не практично.

            Лучшая магазинная альтернатива этому интерферометрический тест из-за своей объективности. Оптик устанавливает зеркало перед проверочной единицей, так, что интерференционные края пересекают лицевую сторону зеркала. При помощи видеокамеры оптик делает снимки краев. Стандартный программный пакет анализирует края по шаблону и распечатывает результаты. (Это похоже на получение результатов проверки авто эмиссии — не вы, ни техник не знает какими будут результаты теста). Распечатка показывает в миллион раз увеличенный профиль зеркала, неровность волны и с.к.п. ошибки, рассчитывают и показывают. Если результат лучше чем ¼-волновая неровность волны на волновом фронте и 1/7- волны с.к.п. на волновом фронте, то у нас в руках драгоценность.

             Интерферометрический тест немного проблематичен для оптических магазинов, делающих зеркала для любителей. Тестеры производимые фирмами, такими как Зиго, это огромные расходы для маленькой компании и с точки зрения оптика, интерферометр это устройство, которое может превратить очень хорошее зеркало стоимость 3600$ в никуда не годную кучу мусора, если тест покажет 0,26-волновую неровность волны. Кроме того, оптики знают, что их конкуренты заявляют — или скорее громогласно кричат — что могут сделать «1/10-волновую оптику». Поэтому маленькие фирмы волнуются, зная, что по результатам этого теста можно легко вылететь из бизнеса.

            Если вы поговорите с несколькими оптиками из разных магазинов, то услышите массу противоречивых заявлений. Исходя из которых оказывается, что покупка зеркала для телескопа не сложнее покупки автомобиля. Вежливо слушайте их и основывайте свое решение на том, насколько правильные вещи люди говорят и после того, как получите свое зеркало, избежите массы проблем. И это важно еще потому, что когда вы слушаете людей, они тоже будут к вам прислушиваться.

            Что делать? Для новичков это ясно еще в оптическом магазине, что когда вы получите зеркало нужно протестировать его под звездами. И хотя некоторые зеркала получаются лучше чем другие, они могут продать вам лучшее только из текущей партии. Лучший способ получить лучшее зеркало, это знать что делаешь. Кто-то еще получит менее хорошее зеркало, поэтому вы должны быть мудры при выборе.

            Дальше, если одна фирма предоставляет возможность провести интерферометрический тест, а другая нет, отдайте предпочтение той, которая может, вне зависимости от их устных заявлений в качестве оптики. Лучше иметь ¼-волновое зеркало в действительности, чем обещанное 1/10-волновое, которое на самом деле ½-волновое. Интерферометрический тест скажет правду.

            Для того, чтобы окончательно убедиться что, вы получили то качество, которое вам обещали, проведите интерферометрический тест в независимой компании. Если они подтвердят качество, тогда все в порядке. Получите результаты интерферометрического теста на руки и данные, указанные изготовителем. Если результаты вас не удовлетворят, тогда вы сможете вернуть зеркало обратно компании для переделки или возврата денег. Вы должны оплатить интерферометрический тест и все расходы кроме этого.

            В конце концов, узнайте как можно больше о том, насколько хорошо ваше зеркало, примерно 98% времени вы уже не сможете сказать, что с вашим зеркалом все окей. Интерферометрический тест покажет насколько хорошим ваше зеркало может быть и какие проверки еще ему нужно пройти. Когда ограничение дифракции чуть отклоняется в стороны от заявленных оптиком, можете быть уверены, работа проделана хорошо.

4.3. Мысли об окулярах.

            Выбрав главное зеркало, вы должны решить насчет второго зеркала — направив все силы на рассмотрение разных типов окуляров, которые вы предполагаете использовать. Логическая цепочка связывает второе зеркало с окуляром, который равен размеру полностью расширенного зрачка молодого человека — 7 миллиметров. Поэтому, входя в ваш глаз, луч света от окуляра — названный «выходным зрачком» — может быть такого же размера или меньше чем зрачок глаза. Если выходной зрачок будет больше, то какая-то часть света будет потеряна. Так как мы становимся старше, мудрее и еще более любопытными наблюдателями, то наши зрачки не расширяются так полно и наше ночное зрение становится хуже. (Вот вам еще один стимул, чтобы строить телескоп быстрее!). Тем временем нам уже 50 и наши зрачки не могут открыться шире 5 миллиметров. Но для нас это приемлемо. Опытные наблюдатели говорили, что они могут увидеть мельчайшие объекты, когда выходной зрачок всего 4 миллиметра. Вы можете получить более яркие изображения, когда выходной зрачок 7 миллиметров, но сетчатка обнаруживает более слабые объекты, когда изображение больше. Окуляр, с диаметром выходного зрачка в 4 миллиметра дает большие, красивые изображения — такие изображения неизменно вызывают восхищение — и выходной зрачок в 4 мм прекрасно подходит для наблюдателя средних лет. Поэтому определим нашу цель, как 4 миллиметровый выходной зрачок. Вы легко можете вычислить выходной зрачок любого телескопа и окуляра: он равен фокусному расстоянию окуляра, разделенному на диафрагменное число телескопа.

Выходной зрачок = фокусное расстояние окуляра / f-число главного зеркала.

            С зеркалом в f/5, окуляр с фокусным расстоянием 20 мм, будет иметь выходной зрачок 4 мм. Поэтому, для того, чтобы ответить на вопрос, насколько большая площадь будет освещена, мы просто узнаем, насколько большим полем обзора обладает 20 мм окуляр. (Помните — мы разрабатываем наш телескоп, начиная с оптики, а не иначе. Сначала выбираем главное зеркало, затем окуляр, а затем второе зеркало). Некоторые окуляры довольно просто вычислить: вы должны измерить диаметр полевой диафрагмы и диаметр поля зрения. С типичными окулярами Эрфеля, Кёнига и широкоугольными — окуляр, в котором фокальная плоскость лежит снаружи окуляра — полевая диафрагма около 20 мм в диаметре.

            С современными окулярами это немного сложнее, поскольку фокальная плоскость расположена внутри окуляра, поэтому мы получаем ответ обходным способом, вычисляя увеличение 20 мм окуляра, получая угловое поле обзора и затем переводим его в действительный линейный диаметр. С 20-дюймовым f/5 зеркалом, фокусное расстояние в 100 дюймов или 2540 мм (1 дюйм – примерно 25,4 мм). Затем, вычисляем увеличение.

Увеличение = фокусное расстояние главного зеркала / фокусное расстояние второго зеркала.

            Разделив 2540 мм на 20 мм, получим 127х. И наконец, узнаем поле обзора, разделив видимое поле обзора (все изготовители указывают видимое поле обзора в своих списках – это предмет хвастовства) на увеличение.

Поле обзора = видимое поле обзора / увеличение.

            Используя 20 мм Наглеровский окуляр, как например 80⁰ , видимое поле зрения разделим на 127 и получим около 0,63⁰ . Измеряя от ½⁰ диаметра размера луны, этот окуляр показывает поле 28 мм в диаметре. Если вы беспокоитесь о том, чтобы не потерять даже одного фотона, вы можете решить, что вам нужен 28 мм диаметра с полностью освещенным полем обзора окуляр, тогда для обеспеченная лучшего обзора используйте широкоугольный Наглеровский объектив. Но  лучшее поле обзора значит более, тяжелое, большое  и дорогое второе зеркало. Вам не нужно полностью освещенное поле обзора для астрономических наблюдений. Потому что освещение не падает до ноля, по направлению к  краю полностью освещенного поля зрения. Оно падет до 99%, а затем до 98% и так далее. Край 28 мм поля будет по меньшей мере на 80% освещен, поэтому мельчайшие частицы света будут теряться и глаз не сможет их обнаружить — и помните, что окуляр, который мы выбрали для примера, имеет максимально возможное поле обзора из тех, что когда либо использовались. Для большинства наблюдений при помощи большого телескопа, полностью освещенного поля зрения в 20 мм, будет более чем достаточно. На современных 16-дюймовых телескопах и соответствующих апертурах, полностью освещенное поле зрения в 12 мм более чем подходяще. В итоге нужно сказать следующее, мы можем спорить на эту тему весь день, но полностью освещенное поле зрения, которое необходимо для больших Добсонианцев почти всегда находится между 12 и 20 миллиметрами.

4.4. Мысли о визире.

            Не являясь частью оптической системы, визир играет значительную роль, поскольку высота частично определяется пространством между вторым зеркалом и фокальной плоскостью. Визир играет вторую значительную роль, потому что труба блокирует прямой свет, он может достичь фокальной плоскости другим образом. Допустим, вы смотрите в визир, который расположен на высоте между 2 и 3 дюймами, такой тип визира называется «низко профильным» визиром.

            Любой визир это компромисс между слишком коротким и слишком высоким. Если вы выберите слишком короткий визир, один из «ультра низко профильных»,  тогда вы можете установить меньшее второе зеркало. Как бы от ни было, очень короткая труба может позволить свету пройти поверху и нижним краям второго зеркала и достичь окуляра. Если вы выберите визир, который очень высок, один из «стандартной высоты», то вам понадобится немного более тяжелое второе зеркало и слишком длинная труба, которая сможет пресечь свет, который мог достичь края поля зрения.

            Для большинства наблюдателей, визир между 2 и 3 дюймами высоты обычно хороший компромисс. Это означает покупку немного более тяжелого второго зеркала, но также значит что вы будете меньше беспокоиться о прямом свете. Для дополнительной защиты от прямого света, вы можете установить планку в основании визира и другую чуть выше визирной трубы, как описано в главе 12.6.2.

4.5. Размеры второго зеркала.

            Второе зеркало должно быть полностью освещать центр фокальной плоскости, и быть также освещено по краям. Приводим формулу  для меньшей оси второго зеркала:

            Где:

                        a = меньшая ось второго зеркала.

                        d = желаемое поле освещения

                        D = диаметр главного зеркала

                        L = расстояние от второго зеркала до фокальной плоскости.

                        F = фокусное расстояние главного зеркала.

            Вы можете увидеть, почему так важно знать, какой окуляр вы будете использовать: поле зрения вполне прямо влияет на размер второго зеркала. На ранней стадии планирования вы не знаете L точно, но вы можете получить его, вычислив внутренний диаметр второй клетки, разделив на два и затем добавив 3 дюйма на высоту типичного, низко-профильного визира.

            Т — внутренний диаметр второй клетки, D — диаметр главного зеркала и F фокусное расстояние. Давайте проследим весь процесс поэтапно для типичного 20-дюймового f/5 телескопа, чтобы вы смогли увидеть весь процесс целиком.

            Шаг 1. Определим D и F. Так как мы говорим о 20-дюймовом f/5 зеркале в нашем примере, то D будет 20 дюймов, а F 100 дюймов. Убедитесь, что проверили действительное фокусное расстояние вашего зеркала, когда получите его — также характеристики покупки, написанные  или нацарапанные на задней поверхности зеркала. Даже если действительное фокусное расстояние зеркала 99,1 или 102,3 оно все равно будет считаться 20-дюймовым f/5 зеркалом.

            Шаг 2. Определим L. Это расстояние от второго зеркала до фокусной плоскости. Внутренний диаметр второй клетки 21 дюйм (см. главу 6.1.2.), поэтому расстояние от второго зеркала до внутренней трубы составляет 10,5 дюймов. Добавим 0,25 дюйма на толщину визирной доски, 2,5 дюйма для надежности по высоте визира, который вы хотите купить, и 0,25 дюйма на смещение фокуса, всего 13,5 дюймов.

            Шаг 3. Определим d. Как требовательный исследователь глубокого космоса, вам нужен , имеющий полностью освещенное поле в 20 мм (0,78 дюйма) в диаметре подходящий прекрасный Наглер, который ваша понимающая супруга подарит вам на Рождество. Даже зная о том, что полезное поле зрения может быть больше чем 20 мм, вы не сможете вынести мысль о том, чтобы потерять хотя бы один протон.

            Шаг 4. Соберем все данные вместе. Вытащите ваш карманный калькулятор, если ваши математические навыки не сильны. Запомните, что даже если ваш карманный калькулятор показывает восемь десятичных знаков после запятой, исходные числа, которые вы помещаете в уравнение будут иметь в лучшем случае два знака после запятой.

а = 3,37

            Шаг 5. Закажите второе зеркало. Стандартные размеры вторых зеркал: 2,6; 3,1; 3,5; 4,0; 4,5 и 5,0 дюймов. В этом случае, когда вы вычислили, что вам нужно зеркало 3,37-дюйма, решение о покупке может быть между 3,1 и 3,5 дюймами.

            Как вы решите? Хорошо, в этом случае вы ориентировались на диаметр поля 20 мм, который вообще-то достаточно большой. Вы можете снизить требования и взять 3,1 дюймовое второе зеркало, без потерь какого бы то ни было света, за исключением небольших потерь по краям окуляра. На это решение может также повлиять и сравнение  цен 3,1 и 3,5 дюймового зеркала. Разница достаточно ощутима, чтобы купить другой окуляр.

            Мы должны ясно понимать, что решение не всегда так просто, потому что состоит из массы компромиссов. Вы можете сделать второе зеркало меньше, выбрав короткий визир, но вы всегда сможете получить лучшее гашение прямых лучей света с коротким визиром. Другую вещь, которую нужно рассмотреть, это ошибки на диагоналях, которые обычно имеются по краю. Если вы собираетесь наблюдать в темном месте, прямые лучи света не главная проблема.

            Немного поиграв  с уравнениями, вы обнаружите, что можете уменьшить размер второго зеркала разными способами, но основная цель постройки большого телескопа состоит в получении, больших, ярких видов вселенной. Поэтому, мы надеемся, что вы устоите перед искушением использовать слишком маленькое, дешевое зеркало. Лучше сэкономьте на чем-нибудь еще и сделайте ваш телескоп с максимально подходящей оптикой.

4.6. Смещать или не смещать?

            Второе зеркало в Ньютонианском телескопе должно быть немного смешено от оптической оси второго зеркала. Однако смещение это небольшое и вы можете игнорировать его, если вас это беспокоит. Ваш телескоп будет работать также хорошо.

            С другой стороны, если вам нравится делать вещи «так, как написано», то вам возможно захочется сместить второе зеркало. Это ваш выбор. Говоря технически, намного проще игнорировать смещение и центр второго зеркала, но говоря оптически, смещение второго зеркала гарантирует, что полностью освещенное поле зрения находится в центре оптической оси.

Рассмотрим крайний случай: второе зеркало с мало осью достаточно больше, чтобы отражать конус света, идущего от одной звезды к окуляру. Если вы поместите второе зеркало точно по оптической оси, часть второго зеркала, которая ближе к окуляру, будет перехватывать сходящийся конус ближе к фокусу (дальше неразборчиво). Часть второго зеркала, которая дальше от окуляра, перехватывает конус света дальше от фокуса, где сходящийся конус света больше — на самом деле, достаточно большой, этот свет от края зеркала полностью промахивается и не попадает на второе зеркало. В этом случае, недостаток смещения второго зеркала может быть причиной того, что какая-то часть света промахивается мимо отражающей поверхности диагонали.

Таблица 4.4а. Размеры второго зеркала и смещение.

Таблица. 4.4b Размеры второго зеркала и смещение.

Таблица. 4.4с Размеры второго зеркала и смещение.

Таблица. 4.4d Размеры второго зеркала и смещение.

Таблица. 4.4e Размеры второго зеркала и смещение.

Таблица. 4.4f Размеры второго зеркала и смещение.

            Для того, чтобы отразить конус от центра зеркальной поверхности к окуляру, вы можете просто «скользить» зеркалом по его собственной плоскости в сторону от окуляра и вниз к главному зеркалу с меньшим значением. Дальняя сторона второго зеркала сейчас захватывает весь свет от внешнего края светового конуса и он не «растрачивается» на той сторону второго зеркала, которое ближе к окуляру.

            А сейчас рассмотрим телескоп с большим вторым зеркалом, достаточно большим, чтобы  заполнить светом круг диаметром 20 мм (0,78 дюйма). Если вы устанавливаете второе зеркало точно в центре трубы, то что происходит? На оптической оси и некотором расстоянии вокруг, фокусная плоскость полностью освещена.

            Тем не менее, поскольку второе зеркало телескопа находится в центре, лучи света на окулярной стороне второго зеркала, падают на зеркало, когда они ближе к оптической оси, чем тоже самое делают лучи на противоположной стороне второго зеркала. И, как результат, когда второе зеркало в центре, центр полностью освещенного региона в фокусе смещен от оптической оси.

            Для типичной 20-дюмовой f/5 оптической системы с 20 мм полностью освещенным полем зрения, смещение  будет около 1/6 дюйма — которое кажется очень маленьким, так почему оно должно нас волновать? Ответ на этот вопрос вы можете получить, если только сместили второе зеркало, центр 20 мм полностью освещенного поля зрения будет в 4 миллиметрах от оптической оси. Смещением второго зеркала, вы центрируете полностью освещенное поле зрения на оптической оси.

4.7. Тестирование оптики телескопа.

            Установив зеркало в телескоп, вы можете провести самостоятельный тест оптики «звездный тест». По совместительству лучший тест из возможных. Звездное тестирование дает вам исчерпывающую информацию о поверхности зеркала, это то, что вам нужно. Вы можете определить гладкое ли оно, присутствует ли астигматизм и требуется ли корректировка. Эти качества важны при наблюдении, а не приблизительное определение квантитативного деления волны.

            Для проведения надежного звездного теста вам нужно несколько ночей хорошего обозрения. Зеркалу нужно дать остыть, чтобы его температура сравнялась с температурой окружающей среды. Второе зеркало должно быть хорошего качества и правильно установлено в клети. Телескоп должен быть правильно визирован. Зеркало должно удобно располагаться на поддерживающих петлях, напротив плавающих подушек клети.

            К счастью звездный тест сам по себе укажет вам на то, что в вашем телескопе что-то не так. Если обозрение плохое, вы увидите это на изображении звезд. Действительно любая и каждая погрешность в оптике будет показана на звездном тесте. Главное, знать, как интерпретировать то, что вы видите.

            К счастью, есть очень подробная и исчерпывающая книга «Звездное тестирование астрономических телескопов», описывающая процедуру в деталях и объясняющая, как интерпретировать то, что вы видите. Автор Гарольд Р. Сьюитер наполнил книгу сотнями реалистичных сгенерированных на компьютере звездных изображений, просто показывающих любые возможные эффекты в работе оптики. Книга исключительно полезна тем, что учит вас распознавать многие проблемы — плохое видение, напряжение ремней, движения трубы и плохая юстировка — то, что вы можете запросто скорректировать. Звездный тест также позволит вам определить оптическое качество вашего зеркала.

            Представьте, что вы с вашим телескопом под открытым небом. Ночь темна и холодна и зведы мерцают над вами. Великая ночь — но не для звездного тестирования. Большие рефлекторы чрезвычайно чувствительны к условиям обзора. Мерцание указывает на турбулентность в воздухе и плохой обзор. С хорошим 12 мм окуляром проверьте умеренно яркую звезду (Подходит Северная звезда, так как ее движение незначительно). Вы увидите в фокусе безнадежное мельтешение. Расфокусируйте изображение и вы увидели круглое кольцо, быстро мелькнувшее перед взором? — воздушные флотации! Вы смотрите прямо на силуэты турбулентных завихрений воздуха в нескольких милях над телескопом. Подобные завихрения, как линзы, ломающие и искажающие ваше звездное изображение. Если обзор плохой, лучше отложите тестирование на другую ночь. Вместо этого поставьте маломощный окуляр и проведите вечер в наблюдениях за какой-нибудь слабой туманностью.

            Другая ночь, холодная ночь, пришедшая на смену жаркого дня. Звезды яркие и не мерцающие. Вы установили телескоп, но изображения звезд напоминают сморщенные сдутые мячи. Что происходит? — ведь наблюдение просто должно быть отличным. Уведите изображение из фокуса и вы увидите, что вне фокуса звезды заполнены двигающимися каплями. Сейчас вы смотрите через воздушные течения, теплый воздух поднимается вверх от вашего до сих пор теплого зеркала. Расслабьтесь — зеркало охладится и вы еще сможете насладиться прекрасной ночью наблюдений.

            В ночь, когда хороший обзор и температура телескопа уравновешена с окружающим воздухом, установите 8 мм окуляр и направьте ваш телескоп на какую-нибудь умеренно яркую звезду. Медленно уведите окуляр из фокуса и вы увидите, как изображение звезды распалось на кольца. Проверьте это в обеих вариантах фокусировки. Вы несомненно увидите некоторые потоки и немного двигающихся капель. Если вы поместите руку впереди телескопа, то увидите силуэт со струйками теплого воздуха, поднимающегося от нее. Подержите на том же месте мороженное и вы увидите опускающиеся струйки холодного воздуха.

            Мысленно уберите воздушные потоки. Сконцентрируйтесь на том, что делает звездный свет, проходя через фокус. Кольца то сжимаются в маленькую точку, то вновь расширяются. Они имеют темный центр, силуэт второго зеркала,  и кольца, как у дерева. Уходя дальше от фокуса, вы увидите еще больше колец. Кольца не слишком отчетливы, но видны достаточно ясно. На противоположной стороне фокуса узор колец выглядит идентично. Картинка в фокусе почти кажется собранной вместе, как маленький диск и слабые дифракционные кольца формирующиеся и разрушающиеся вновь и вновь, видны как небольшие волны воздушной турбулентности. Это именно то, что нам нужно — ночь почти прекрасного обзора и безупречного зеркала.

            Убедитесь в том, что изображение в фокусе выглядит хорошо. Рассмотрим насколько хорошо ваше зеркало в работе с тех пор как вы его получили. Плохое зеркало никогда не станет лучше, но хорошее зеркало может быть подвержено разным оптическим погрешностям, которые не связаны с его формой. Если вы были свидетелем моментов потрясающей работы, чередующиеся с часами неважной работы, то вы видели проблемы, досаждающие большим зеркалам. Но ваше зеркало вероятно хорошее. Если кажется, что планеты предпочитают определенный «угол» окуляра, возможно у вас частичное смещение границ аберрации в сторону от оси аберрации окуляра. Вы можете сделать перенастройку и не обвинять в этом зеркало.

            Если вы чувствуете, что у вас проблемы с телескопом, но не уверены в этом, то как следует задумайтесь над тем, то видите. Люди предпочитают обвинять первое о чем они подумали, а первое о чем они думают в данном случае — главное зеркало. Если изображения появляются потускневшими, то возможно помогут некоторые изменения. И вряд ли изменения в размере или весе зеркала могут решить проблему прямых лучей света, хотя качество полировки может быть фактором влияющим на это.

            Если вы устанавливаете какую-нибудь сложную оптическую проблему, зависящую от многих причин и влияющую на изображение, подумайте об окуляре. Вы до сих пор используете  эти Модифицированные Ахроматические окуляры, унаследованные  от вашего 6-дюймового f/8   телескопа? F/4 телескопы требуют первоклассных окуляров.  Световой конус слишком крут для того, чтобы корректно отображаться простыми окулярами. Хьюгенсовские или Рамсденовские окуляры будут адекватно служить в f/15 системах. Кельнеровские или Модифицированные Ахроматические будут работать в инструментах более маленьких f/6. Для световых конусов, таких быстрых, как f/4 лишь недавно разработаны передовые дизайны и даже тогда это компромисс для вас. Пробуйте окуляры снизу вверх, высоко-мощные а сначала Барлоу. Теперь займемся качеством окуляра.

            Практическое звездное тестирование. Когда посещаете звездные вечеринки, наблюдайте через максимально возможное число телескопов. Вы будете притворно восхищаться Туманностью Ориона, а в действительности, будете проводить звездное тестирование. В одном телескопе центральное пятно будет вне центра и вы увидите несимметрическую аберрацию, когда сфокусируетесь на звезде. «Этому парню нужна юстировка!», подумаете вы, размышляя над тем  насколько просто решить данную проблему.

            Через другой телескоп картинки выглядят кашеобразно в фокусе. Внутренний край колец яркий на стороне фокуса и вне фокуса также ярок. Уходя дальше от фокуса, трудно упустить из вида неровное появление колец. «Сферическая абберация», подумаете вы, «и зоны…. Большой мешающий контраст. Вы можете предложить парню не тратить время на наблюдения». Отступив на шаг в сторону, вы слышите шум моторов, говорящих о том, что уже прибыл новый объект.

            После вы видите телескоп, который показывает тонкие, яркие кольца снаружи фокуса и слабые брызги света внутри, классический случай загнутого края. Изображения в фокусе выглядят хорошо. Вы вежливо спрашиваете, сделал ли он его самостоятельно, зная, что он гордо ответит «Да». Вы оцениваете работу, которую он вложил в свое большое зеркало. И чувствуете, что тут не так — он сделал хорошее зеркало с небольшой проблемой. Которую вы бы избежали, делая это самостоятельно.

            Когда вы начинаете звездное тестирование, важно помнить, что тест очень чувствителен. С помощью него вы можете увидеть мельчайшие проблемы, которые вряд ли обеспокоят даже серьезных наблюдателей. Но вы также можете увидеть главные проблемы — и поймете, что множество людей смотрят на них так, словно их и не существует. Ну что же, если люди счастливы со своими телескопами, даже не смотря на проблемы, флаг им в руки. Для себя же вы хотите действительно великое зеркало, установленное в телескопе, который легко использовать. Вы хотите держать ваш телескоп в превосходном состоянии. И звездный тест это только один из многих способов быть уверенным в том что вы видите вселенную в ее настоящем виде.

4.8. Что делать, если вам не нравится зеркало?

            Прежде всего не впадайте в панику. Звезды будут там завтра и всегда. У вас есть жизнь на то, чтобы наблюдать за ними, поэтому не расстраивайтесь из-за «плохой» оптики. Если только это не первая ваша попытка сделать телескоп, то вы уже знаете, что телескопы никогда не закончены. Если зеркало нужно переделать, значит так тому и быть.

            Но — до того как сообщать плохие новости, позвонив в зеркальную компанию, убедитесь в том, что сделали домашнее задание. Большинство из главных жалоб относительно больших зеркал следующая «Я получит некачественные изображение», и, «Звезды не выглядят как точки». Это жалобы не на зеркало, а на обзор. Не тратьте время на поиски виноватых и жалобы — проведите правильно тестирование зеркала. Отъюстируйте телескоп. Убедитесь, что зеркало правильно расположено на подушках, подвешено на петлях и что достигнуто температурное равновесие. Проверьте, когда будут подходящие условия. Поспрашивайте знающих людей, может они что-нибудь посоветуют. Будучи менее погружены в ваши проблемы, возможно они подскажут пути решения на свежую голову.

            Если проблема зеркала очевидна и хорошо заметна, то вы счастливчик. Шансы, что изготовители  зеркала согласятся на обмен, резко возрастают. Если же проблему трудно рассмотреть и у вас есть сомнения, то и у людей в оптическом магазине могут возникнуть также сомнения. Получите все документы о проведении всех необходимых проверок.

            Когда вы полностью уверены, что есть проблема, держите голову выше. Вы получите  более быстрые результаты и лучшую работу, если работаете вместо с парнями в оптическом магазине, а не против них. Воюющие клиенты никогда не получат такой хороший продукт, как благожелательно настроенные. С другой стороны будьте тверды. Зеркало имеет проблему и это не устранится само собой.

            Люди в магазине почти наверняка спросят вас, как вы тестировали зеркало, как сконструирована зеркальная клеть и было ли зеркало правильно юстировано. Вам может казаться, что данные вопросы направлены против вас, но это не так. Поставьте себя на их место: отправить зеркало обратно означает большие расходы и займет много времени для проведения повторного тестирования, поэтому им нужно убедиться, что проблема действительно имеет место быть.

            Это тем более честно: ведь они вероятно слышат очень много необоснованных жалоб и хотят убедиться, что вы знаете то о чем говорите.  Объясните, что делали и что при этом наблюдали. Если они что-нибудь предложат, согласитесь это сделать. Немного доверия и уважения — хороший путь для долгих, приятных взаимовыгодных отношений.

            Большинство коммерческих оптических компаний хотят, чтобы вы были довольны, особенно те, которые занимаются изготовлением больших зеркал. Они знают, что их доходы почти целиком зависят от их репутации. Большим телескопам уделяется особое внимание и несчастливый клиент это их худший ночной кошмар. Убедившись, что вы провели все необходимые проверки как следует, большинство магазинов будет радо взглянуть на зеркало вновь, и если необходимо, устранить проблему. Как бы то ни было, вы должны будете оплатить нужные расходы.

            Оптики это просто люди. Придавать параболическую форму зеркалу это искусство. Оно зависит от мастерства и отношения оптика. У каждого из нас могут быть плохие дни. Возможно они могут сделать и более лучшую работу, но нет никакой необходимости хватать их за глотку. Если вы проявите терпение и понимание, вы получите исключительно вежливое внимание, лучшую поверхность зеркала и лучшее покрытие.

            Мы видели много коммерческих телескопных зеркал и многие из них давали хорошие или очень хорошие изображения. Большинство же из тех, что были плохими, были сделаны многие годы назад, до того, как у оптиков появился необходимый опыт в изготовлении больших зеркал. Сегодня, если вы заказываете большое зеркало у компании с хорошей репутацией, вы можете быть уверены, что получите хорошую оптику, которая даст вам годы и годы прекрасных наблюдений.

 (Назад)