ДеталиКак один телескоп поможет людям переосмыслить мир
Зачем мы тратим миллиарды на космос
На прошлой неделе исполнилось 25 лет со дня запуска телескопа «Хаббл», а NASA подтвердили дату запуска преемника «Хаббла», телескопа имени Джеймса Уэбба, который выведут в космос в октябре 2018 года. Look At Me объясняет, зачем нужны телескопы, стоящие миллиарды долларов, и как они устроены.
Как появились телескопы?
Первый телескоп появился в начале XVII века: сразу несколько изобретателей одновременно придумали подзорные трубы. Эти трубы были основаны на свойствах выпуклой линзы (или, как её ещё называют, вогнутого зеркала), выполнявшей в трубе роль объектива: линза собирает в фокус лучи света, и получается увеличенное изображение, на которое можно смотреть через окуляр, находящийся на другом конце трубы. Важная для телескопов дата — 7 января 1610 года; тогда итальянец Галилео Галилей впервые направил подзорную трубу в небо — и именно так превратил её в телескоп. Телескоп Галилея был совсем небольшим, чуть больше метра в длину, а диаметр объектива был 53 мм. С тех пор телескопы постоянно увеличивались в размерах. По-настоящему большие телескопы, находящиеся в обсерваториях, начали строить в XX веке. Самый большой оптический телескоп на сегодня — Большой Канарский телескоп, в обсерватории на Канарских островах, диаметр объектива которого — целых 10 м.
Все телескопы устроены одинаково?
Нет. Основной тип телескопов — оптические, в них используют либо линзу, либо вогнутое зеркало или серию зеркал, либо зеркало и линзу вместе. Все эти телескопы работают с видимым светом — то есть смотрят на планеты, звёзды и галактики примерно так же, как на них смотрел бы очень зоркий человеческий глаз. Все объекты в мире имеют излучение, и видимый свет — это лишь маленькая доля спектра этих излучений. Смотреть на космос только через него — даже хуже, чем видеть мир вокруг в чёрно-белом свете; так мы теряем очень много информации. Поэтому существуют телескопы, работающие по иным принципам: например, радиотелескопы, ловящие радиоволны, или телескопы, ловящие гамма-лучи — их используют для того, чтобы наблюдать за самыми горячими объектами в космосе. Ещё есть ультрафиолетовые и инфракрасные телескопы, они хорошо подходят для обнаружения новых планет за пределами Солнечной системы: в видимом свете ярких звёзд невозможно разглядеть крошечные планеты, вращающиеся вокруг них, а вот в ультрафиолете и инфракрасном свете это сделать намного проще.
Зачем вообще нужны телескопы?
Хороший вопрос! Надо было задать его раньше. Мы отправляем аппараты в космос и даже на другие планеты, собираем на них информацию, но по большей части астрономия — уникальная наука, потому что она изучает объекты, к которой у неё нет прямого доступа. Телескоп — лучший инструмент, чтобы получать информацию о космосе. Он видит волны, не доступные человеческому глазу, мельчайшие детали, а также записывает свои наблюдения — потом с помощью этих записей можно замечать изменения на небе.
Благодаря современным телескопам мы имеем неплохое представление о звёздах, планетах и галактиках и даже можем обнаружить гипотетические частицы и волны, ранее не известные науке: например, тёмную материю (это загадочные частицы, из которых состоит 73% Вселенной) или гравитационные волны (их пытаются обнаружить с помощью обсерватории LIGO, состоящей из двух обсерваторий, которые находятся на расстоянии 3000 км друг от друга). Лучше всего для этих целей с телескопами поступать, как со всеми другими аппаратами, — отправлять их в космос.
Зачем отправлять телескопы в космос?
Поверхность Земли — не лучшее место для наблюдений за космосом. Наша планета создаёт очень много помех. Во-первых, воздух в атмосфере планеты работает как линза: он искажает свет от небесных объектов в случайном, непредсказуемом порядке — и искажает то, как мы их видим. Кроме этого, атмосфера поглощает многие виды излучения: например, инфракрасные и ультрафиолетовые волны. Для того чтобы обойти эти помехи, телескопы отправляют в космос. Правда, это очень дорого, поэтому так делают редко: за всю историю мы отправили около 100 телескопов разных размеров в космос — на самом деле это мало, даже больших оптических телескопов на Земле в несколько раз больше. Самый известный космический телескоп — «Хаббл», а телескоп Джеймса Уэбба, который должны запустить в 2018-м, станет чем-то вроде его последователя.
Насколько это дорого?
Мощный космический телескоп — это очень дорого. На прошлой неделе исполнилось 25 лет со дня запуска «Хаббла», самого известного космического телескопа. На него за всё время выделили около $10 млрд; часть этих денег — на ремонт, ведь «Хаббл» приходилось регулярно чинить (это перестали делать в 2009 году, но телескоп до сих пор работает). Вскоре после запуска телескопа произошла глупая история: первые изображения, сделанные им, были гораздо худшего качества, чем ожидалось. Оказалось, что из-за крошечной ошибки в расчётах зеркало «Хаббла» было недостаточно ровным, и пришлось отправить целую команду астронавтов, чтобы его починить. Это стоило около $8 млн. Цена телескопа Джеймса Уэбба может меняться и, скорее всего, будет расти ближе к запуску, но пока это около $8 млрд — и он стоит каждого цента.
Чего особенного
в телескопе имени Джеймса Уэбба?
Это будет самый впечатляющий телескоп в истории человечества. Проект задуман ещё в середине 90-х, и сейчас он наконец подходит к завершающей стадии. Телескоп улетит на 1,5 млн км от Земли и встанет на орбиту вокруг Солнца, а точнее на вторую точку Лагранжа от Солнца и Земли— это такое место, где гравитационные силы двух объектов балансируются, и поэтому третий объект (в данном случае — телескоп) может оставаться неподвижным. Телескоп Джеймса Уэбба — слишком большой, чтобы влезть в ракету, поэтому он долетит в сложенном виде, а в космосе раскроется, как цветок-трансформер; посмотрите вот на это видео, чтобы понять, как это произойдёт.
После этого он сможет заглянуть дальше, чем любой телескоп в истории: на 13 млрд световых лет от Земли. Поскольку свет, как можно догадаться, путешествует со скоростью света, объекты, которые мы видим, находятся в прошлом. Грубо говоря, когда вы смотрите на звезду через телескоп, то видите её, как она выглядела десятки, сотни, тысячи и так далее лет назад. Поэтому телескоп Джеймса Уэбба увидит первые звёзды и галактики такими, какими они были после Большого взрыва. Это очень важно: мы лучше поймём, как формировались галактики, появлялись звёзды и планетарные системы, сможем лучше понять происхождение жизни. Возможно, телескоп Джеймса Уэбба даже поможет нам найти внеземную жизнь. Есть одно но: во время миссии очень много чего может пойти не так, и, поскольку телескоп будет очень далеко от Земли, послать его починить, как это было с «Хабблом», будет невозможно.
Какой во всём этом практический смысл?
Это вопрос, который часто задаётся астрономии, особенно учитывая, сколько на неё тратится денег. На него можно дать два ответа: во-первых, не у всего, особенно у науки, должен быть понятный практический смысл. Астрономия и телескопы помогают нам лучше понять место человечества во Вселенной и вообще устройство мира. Во-вторых, практическая польза у астрономии всё-таки есть. Астрономия напрямую связана с физикой: понимая астрономию, мы гораздо лучше понимаем физику, ведь есть физические феномены, которые невозможно наблюдать на Земле. Скажем, если астрономы докажут существование тёмной материи, это очень сильно повлияет на физику. Кроме того, многие технологии, придуманные для космоса и астрономии, используют и в повседневной жизни: можно вспомнить спутники, которые сейчас используются для всего, от телевидения до GPS-навигации. Наконец, астрономия будет очень важна в будущем: для выживания человечеству понадобится добывать энергию из Солнца и ископаемые из астероидов, расселяться по другим планетам и, возможно, общаться с инопланетными цивилизациями — всё это будет невозможно, если мы не будем развивать астрономию и телескопы уже сейчас.
Источник
Как сделать самодельный телескоп своими руками — схема и инструкции
Времена, когда открытие в науке мог сделать любой желающий, почти полностью остались в прошлом. Всё, что может открыть любитель в химии, физике, биологии — давно уже известно, переписано и посчитано. Астрономия — исключение из этого правила. Ведь это наука о космосе, пространстве неописуемо огромном, в котором невозможно изучить всё, и даже недалеко от Земли ещё существуют неоткрытые объекты. Однако, для того чтобы заниматься астрономией, необходим телескоп — дорогой оптический прибор. Самодельный телескоп своими руками — простая или сложная задача?
Может быть, поможет бинокль?
Начинающему астроному, который только-только начинает присматриваться к звёздному небу, рановато делать телескоп своими руками. Схема для него может показаться слишком сложной. На первых порах можно обойтись и обыкновенным биноклем.
Это не такой уж и несерьёзный прибор, как может показаться, и есть астрономы, которые продолжают пользоваться биноклями, даже став знаменитыми: так, японский астроном Хиякутаке, первооткрыватель кометы, названной его именем, прославился именно своим пристрастием к мощным биноклям.
Для первых шагов начинающего астронома — для того, чтобы понять «моё это, или не моё» — подойдет любой мощный морской бинокль. Чем больше диаметр объективов, тем лучше. В бинокль можно наблюдать Луну (в достаточно внушительных подробностях), разглядеть диски ближних планет, таких, как Венера, Марс или Юпитер, рассмотреть кометы и двойные звёзды.
Нет, всё-таки телескоп!
Если Вы загорелись астрономией всерьёз и всё-таки хотите сделать телескоп своими руками, схема, которую вы выберете, может принадлежать к одной из двух основных категорий: рефракторы (в них используются только линзы) и рефлекторы (используются линзы и зеркала).
Для начинающих рекомендуются рефракторы: это менее мощные, но более простые в изготовлении телескопы. Потом, когда Вы наберетесь опыта в изготовлении рефракторов, сможете попробовать собрать рефлектор — мощный телескоп своими руками.
Чем отличается мощный телескоп?
Что за глупый вопрос — спросите вы. Конечно — увеличением! И будете неправы. Дело в том, что не все небесные тела в принципе возможно увеличить. Например, звёзды вы не увеличите никак: они расположены на расстоянии многих парсек, и с такого расстояния превращаются практически в точки. Никакого приближения не хватит, чтобы разглядеть диск далёкой звезды. «Увеличить» можно только объекты Солнечной системы.
А звёзды, телескоп, прежде всего, делает ярче. И за это его свойство отвечает его первая по важности характеристика — диаметр объектива. Во сколько раз объектив шире, чем зрачок человеческого глаза — во столько раз ярче становятся все светила. Если Вы хотите сделать мощный телескоп своими руками — Вам придется подыскивать, прежде всего, очень большую в диаметре линзу под объектив.
Простейшая схема телескопа-рефрактора
В наиболее простом своём виде телескоп-рефрактор состоит из двух выпуклых (увеличивающих) линз. Первая — большая, направленная на небо — называется объективом, а вторая — маленькая, в которую смотрит астроном, называется окуляром. Самодельный телескоп своими руками следует делать именно по этой схеме, если для Вас это первый опыт.
Объектив телескопа должен иметь оптическую силу в одну диоптрию и как можно больший диаметр. Найти подобную линзу можно, например, в мастерской по изготовлению очков, где из них вырезают стёклышки для очков различной формы. Лучше, если линза будет двояковыпуклой. Если не найдётся двояковыпуклой — можно использовать пару плосковыпуклых линз по полдиоптрии, расположенных одна за другой, выпуклостями в разные стороны, на расстоянии 3 сантиметра друг от друга.
В качестве же окуляра лучше всего сойдёт любая сильная увеличительная линза, в идеале — лупа в окуляре на ручке, какие выпускались раньше. Сойдёт и окуляр от любого оптического прибора заводского изготовления (бинокля, геодезического прибора).
Чтобы узнать, какое увеличение будет давать телескоп, замерьте фокусное расстояние окуляра в сантиметрах. Затем поделите 100 см (фокусное расстояние линзы в 1 диоптрию, то есть объектива) на эту цифру, и получите искомое увеличение.
Закрепите линзы в любой прочной трубе (сойдёт картонная, промазанная клеем и покрашенная изнутри самой чёрной краской, что сможете найти). Окуляр должен иметь возможность скользить вперёд-назад в пределах нескольких сантиметров; это нужно для наведения резкости.
Закрепить телескоп следует в деревянном штативе так называемой монтировки Добсона. Чертёж её легко можно найти в любом поисковике. Это самая простая в изготовлении и в то же время надёжная монтировка для телескопа, почти все телескопы-самоделки используют именно её.
Источник
Как сделать телескоп самостоятельно за 2 часа
Постараюсь не вдаваться в формулы вычисления по фокусным расстояниям мощность и светосилу телескопа, и другие заумные (для многих) штучки. Постараюсь описать все предельно просто.
На рынке и в магазинах предлагается много различных моделей телескопов.
Но огромной части нашего населения это не по карману. И уж тем более не каждый купит такую игрушку ребенку. Да и выбрасывать не малые деньги на вещь, которая будет потом пылиться, нет смысла.
А сразу покупать дорогой и качественный телескоп ребенку — неоправданная роскошь.Не лучше ли построить его своими руками со своим сыном или дочерью, проверив, на сколько будет увлечение долгим.Если ребенок заинтересуется серьезно, тогда стоит подумать о приобретении серьезного инструмента.Но если Ваш ребенок увлекся астрономией, понятно, что одно смотреть картинки и фильмы, совсем другое увидеть все своими глазами. Так как быть?
В советские времена выпускалось много книжек о постройке телескопов, от простейших рефракторов, до довольно серьезных рефлекторов. В свое время, я сделал не один телескоп. Набил руку так, что обеспечил половину двора простыми рефракторами. Я несколько упростил и рационализировал процесс изготовления, в отличии описанных другими авторами. При всей своей простоте телескоп имеет много возможностей. Но об этом речь пойдет в конце статьи.
И так. Первым делом нам необходима оптика. Отправляемся в магазин или аптеку, где продают линзы для очков. Приобретаем простой один мениск в +1 диоптрию, или 2 мениска по 0,5 диоптрий, диаметром не менее 50 мм. Стоят они не дорого. Как собирать объектив, я буду описывать по примеру двух менисков по +0,5 диоптрий. Отличие объектива с мениском в +1 диоптрию лишь в том, что он на половину меньше (еще проще). Если вы приобретаете две линзы по +,05,то Вам надо немного потрепать нервы продавцу.
Возьмите две линзы и сложите их вместе, выпуклостями в разные стороны. На линзах, для вырезания под очки нанесена черная точка. Она обозначает оптический центр. Зачастую он смещен от реального центра мениска. Но если для мастера в аптеке, который вырезает из мениска стекло под форму для оправы очков, данное смещение от центра не имеет, ни какого значения, (потому, что ему по точке на линзе просто надо знать, где оптический центр) то для нас это важно. Выберите линзы, чтобы оптический центр совпадал с центром мениска. Сложив их, посмотрите, что бы точки наиболее близко совпали друг к другу. Иначе говоря, чтобы совпадали по оптической оси. Для объектива из одного мениска +1 Д, просто нужно чтобы точка была по центру.
Теперь окуляр. Поищите окуляры. Подойдут объективы от старых фотоаппаратов, фотоувеличителей, окуляры биноклей и микроскопов, линзы с 10-15 кратным увеличением. Вообще соберите все, что можно. Мощность телескопа зависит от двух основных качеств. Это диаметр мениска (который у нас выполняет роль объектива) и мощность окуляра. Теперь отсортируем и испытаем окуляры. Ставим лист белой бумаги и, направляя окуляр на источник света (люстра, лампа, окно), проецируем изображение на лист. Как только вы получили четкое изображение источника света (проекцию) на листе бумаги, примерно прикиньте расстояние от окуляра до листа. Это и будет его фокусным расстоянием. Чем меньше расстояние от окуляра до листа, тем мощнее ваш окуляр. Рассортируйте их, от самого большого фокусного расстояния до самого малого. Это нам понадобиться при наблюдении звездного неба.
За тем в канц. товарах приобретаем два листа чертежного ватмана большого стандартного формата. Покупаем черную туш. Хотя можно использовать и черную гуашь. Затем ищем плотный картон. Подойдет коробка из- под тортов, из- под обуви и т.д. Подготавливаем лист рисовальной бумаги из альбома для рисования.
Теперь подготавливаем все необходимое:
1.Надежный клей, который быстро сохнет и надежно заклеивает картон и бумагу;
2.Ножницы;
3.Скотч;
4.Скрепки;
5.Циркуль;
6.Карандаш;
7.Манекюрные ножницы или лезвие;
8.Кисточку.
Приступаем к изготовлению объектива. Берем плотный картон и расчерчиваем его на полоски. Нам нужны полосы: две шириной 1,5 см, и две шириной по 3 см. Тот, кто делает объектив из одного мениска, нужно по одной полосе. Вырезаем. Теперь нам надо установить необходимую длину полос. Если читатель юн, и не проходил еще, как определяется длина окружности, тогда поступим просто. Одну из вырезанных полосок оборачиваем по окружности вокруг мениска. На точке где сойдется конец полоски ставим метку и лишнее отрезаем. Проверяем.Оборачиваем снова вокруг мениска и концы должны сойтись, но с очень небольшим зазором ( не более 1,5 мм.)Но и не вплотную. И уж тем более не взахлест. Иначе объектив получится кособокий, и мениск будет вываливаться. Обрезаем остальные полосы по длине нашей первой полосы.
Теперь мы изготовим диафрагму. Она нужна, чтобы отсечь искаженные кривизной краев мениска лучей, которые дают искажения в виде ореолов и потере резкости. Берем циркуль и чертим на плотном картоне окружность диаметром нашего мениска. Теперь выставляем на циркуле 7мм и чертим в центре окружность диаметром 14 мм. аккуратно вырезаем. Вырезанный картонный кружок должен быть точно размером с мениск. Теперь аккуратно вырезаем в центре начерченный кружок. Получилось, проще говоря, картонный кружок с дыркой диаметром 14 мм в центре. Теперь берем лист рисовальной бумаги и полоски.
Берем полоску в 1,5 см и точно наклеиваем ее по краю листа. Начало полоски начинаем приклеивать с угла листа точно по краю. Теперь берем мениск и полоску шириной 3 см. Приклеиваем ее рядом, оставляя расстояние между полосками на толщину мениска. Проверяем очень просто. В получившуюся канавку между полосками, пока не высох клей, вставляем мениск и проводим по всей канавке. Расстояние между полосками должно точно соответствовать толщине мениска. Затем берем вторую полоску шириной 3 см и картонную диафрагму. Приклеиваем ее также на расстоянии соответствующим толщине картонного кружка-диафрагмы. Затем наклеиваем последнюю полоску 1,5 см., опять на толщину мениска. У нас получился лист с наклеенными полосками, между которыми канавки, шириной соответствующей толщине наших деталей объектива.
Приступаем к самому ответственному моменту, сборке объектива. Смойте с менисков черную точку. Она легко смывается водой. Фланелевой тряпочкой аккуратно, идеально протрите мениски особенно внутреннюю, вогнутую часть. Чуть влажной тряпочкой протрите полоски шириной 3 см. За тем чуть согнув лист с полосками вставляем мениск в центральную канавку вставляем картонку-диафрагму, затем второй мениск.
Мениски должны смотреть выпуклой стороной наружу, а вогнутой вовнутрь к диафрагме. В общем один выпуклой стороной смотрит налево, второй на право, а по середине диафрагма. Заворачиваем все детали, а свободный конец листа бумаги заклеиваем всю систему. Как клей высохнет, обрезаем лишнюю бумагу до картонной полоски. Легонько по трясите его. Линзы и диафрагма должны надежно стоять и не болтаться. Объектив готов.
Теперь изготавливаем тубус. Берем ватман и разворачиваем его по длине, как для чертежа. Зрительно делим его пополам и всю верхнюю часть красим в черный цвет. Это будет внутренняя часть тубуса. Ее красят для того, чтобы во время наблюдения внутренняя часть телескопа не давала бликов и не мешала наблюдению.
Лист ватмана аккуратно, подравнивая его по краю , сворачиваем по длине. ( Не по ширине. А то получится маленькая толстая трубочка.) Начинаем сворачивать с покрашенного края, чтобы внутренняя часть тубуса была черной. Предварительно вставляем по середине готовый объектив. Он будет служить нам ориентиром, для диаметра трубы. Но закручивайте так, чтобы дунув в один конец тубуса, объектив вышел с другой. Заклеиваем. Тубус готов. Второй лист ватмана красим также как и первый. Сворачиваем его так же по длине и, не заклеивая, вставляем в первый тубус. Второй тубус будет у нас играть роль окулярной трубки. Подравниваем его по краю и закрепляем скрепками. Окулярная труба должна плотно заходить и выходить из первого тубуса. Не в коем случае она не должна в нем болтаться. Это нарушит оптическую ось, а также при наблюдении будет просто вываливаться из первого тубуса. Достав мы ставим метки карандашом по краям и по ним заклеиваем тубус 2.
Основные части телескопа готовы. Вставляем объектив с одного конца, окулярную трубку с другого. Берем окуляр и проявляем чудеса изобретательности. Для каждого окуляра надо придумать переходник, чтобы он надежно закреплялся в окулярной трубке. Можно его изготовить из любого подручного материала. Например, используя объектив от фотоаппарата «Смена 8М» или «Смена Символ» в качестве окуляра, достаточно было пару слоев изоленты намотать. Он плотно и надежно сидел в окулярной трубке. Но не вгоняйте, что называется насмерть. Надо оставлять возможность менять окуляры.
Преступаем к испытанию. Вставляем самый слабый окуляр, наводим телескоп на какой нибудь объект. Вдвигая и выдвигая окулярную трубку, наводим резкость. Если у вас несколько разных окуляров, по очереди вставляем их, от слабого до самого мощного. На окулярной трубке, по срез у главного тубуса ставим метки карандашом. По этим меткам вы легко будете знать, где для каждого окуляра четкое изображение. Это нужно (особенно не опытным) из-за того, что для одних окуляров трубку нужно выдвигать почти до конца, а для других наоборот вдвигать.
Теперь, если есть возможность, покрасьте готовый телескоп масляной краской или эмалью в два слоя. Это защитит его от влажности.
Телескоп готов. Теперь Вам надо собрать штатив. Без него вы не сможете ничего толком наблюдать. Даже со слабым окуляром Ваш телескоп даст увеличение не менее чем 20 крат. А с сильным окуляром (20 кратный окуляр от микроскопа) увеличение составит более 55-60 крат. С руки вы даже не увидите и не сможете поймать в объектив объект. Так что штатив необходим. Его можно сделать из чего угодно, как вам подскажет фантазия.
Проще всего это возьмите небольшую доску, и высверлите в ней дырку, диаметром под болт, утопите шляпку болта в доску и закрепите изо лентой к ней телескоп. Подберите брусок сечением не менее 4см Х 4см, длиной не менее 1,20.Отступив от верха 10 см, просверлите отверстие под диаметр болта. Для нижней части штатива соберите (или используйте крестовину, как для новогодней елки). В центре крестовины высверлите отверстие и вставьте любую металлическую ось. Осью может служить болт длинной не менее 10 см. В нижней части бруска, в торце по центру высверливаем отверстие для оси. Вставляем брусок на ось крестовины. Телескоп вставляем болтом в верхнюю часть и зажимаем гайкой. Теперь у Вас есть простейшая азимутальная установка. Ослабляя и зажимая гайку телескоп можно наводить по вертикали, а вращая по оси, поворачивать по горизонтали.
Теперь у нас все готово. Ждем звездной и лунной ночи.
Ставим слабый окуляр и наводим на Луну. Вы без труда рассмотрите кратеры и горы на ее поверхности. Теперь не сбивая телескоп, поставьте мощный окуляр и насладитесь все красотой. Помните! Вы собрали телескоп гораздо мощнее, чем был у Галилео Галилея. Его самый мощный телескоп, который он построил, давал 33 кратное увеличение. Вас же, позволяет получать оптимальное увеличение в 50 крат. Но вы должны знать, что чем больше увеличение, тем меньше светосила. Изображение становится темным. При большом увеличении вы можете наблюдать Луну, планеты. А для наблюдения туманностей и комет, надо использовать самые слабые окуляры.
Так что вы можете увидеть? Это горы и кратеры Луны. Облака на Юпитере и четыре его спутника. Кольца Сатурна и его спутник Титан. Серп Венеры. И еще много чего. Для наблюдений используйте учебник астрономии Воронцова-Вельяминова, для средней школы и книгу Цесевича «Что и как наблюдать на небе». Успешных Вам наблюдений .
Источник