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.

Параметр	Что это	Как это найти
D	Апертура или диаметр главного зеркала	Непосредственное измерение
F	Фокусное расстояние главного зеркала	Посмотрите фокусное расстояние вытравленное или написанное на боку или задней стенке зеркала или измерьте оптически
f-число	Диафрагменное число главного зеркала
H	Высота окуляра	Измерьте от внутренней поверхности окуляра к верхней части окуляра, немного отличается от фокуса трубы.
T	Внутренний диаметр второй клетки (описано в Главе 6.1.2.)
L	Складывающаяся дистанция из Ньютонианской дистанции от центра трубы до отклонения фокуса
d	Диаметр полностью освещенного поля зрения	Для 1,25-дюймовых окуляров d=12 мм Для 2-дюймовых, d=20 мм.
a	Меньшие оси во втором зеркале
o	Наклон второго зеркала
O`	Центральная точка наклона
Как пользоваться этой таблицей: начните с зеркала известного диаметра и фокусного расстояния, а затем вычислите каждый из параметров по очереди.

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.

Дата добавления: 2015-11-14