Телескоп заводского производства стоит достаточно дорого, поэтому покупать его целесообразно в случаях серьезного увлечения астрономией. А любителям можно попробовать собрать телескоп своими руками.
Как известно, существует два вида телескопов:
- Рефлекторные . В этих приборах роль светособирающих элементов выполняют зеркала.
- Рефракторные – оснащены системой оптических линз.
Телескоп-рефрактор своими руками
Схема телескопа-рефрактора достаточно проста. На одном конце прибора имеется объектив – линза, собирающая и фокусирующая лучи света. На другом конце расположен окуляр – линза, позволяющая рассматривать изображение, которое исходит от объектива. Объектив помещают в основную трубу, называемую тубусом, а окуляр – в меньшую трубу, именуемую окулярным узлом.
Обычный телескоп из лупы
- Делаем основную трубу . Берем лист плотной бумаги и сворачиваем в трубку с помощью ровной палки или подходящей трубы диаметром 5 см. Бумага внутри должна быть выкрашена черной краской и не блестеть. Трубу делаем длиной 1,9 метра.
- Делаем окулярную трубу . Она должна надеваться на конец основной. Ее сворачиваем из листа бумаги длиной 25 см и проклеиваем. Внутренний диаметр окулярной трубы должен совпадать с наружным диаметром основной трубы, чтобы она без усилий двигалась по ней.
- Работа с линзами . Из плотной бумаги делаем две крышечки. Первую разместим там, где будет объектив, а вторую укрепим на конце окулярной трубы. Посередине каждой крышечки проделаем отверстие диаметром немного меньше, чем диаметр линз. Линзы устанавливаем выпуклостью наружу.
Чтобы делать интересные фотографии звездного неба, можно прикрепить веб-камеру к телескопу.
Телескоп из бинокля
Из обычного восьмикратного бинокля можно соорудить телескоп, дающий увеличение свыше 100 раз. Трубы можно склеить из ватмана. Линзы подойдут от старых фильмоскопов или аналогичные по увеличению. Используем расчет простого телескопа, а длину прибора и расстояние между линзами окуляра подбираем опытным путем.
Бинокль при этом разбирать не нужно – трубки надеваются прямо на него. Для удобства использования можно сделать треногу. Такой телескоп из бинокля позволяет увидеть горы и кратеры на поверхности Луны, спутники Юпитера и т.д.
Выводы
Изготовить самодельный телескоп в домашних условиях не представляет особой сложности. Выполнить такую работу может даже старшеклассник. Для ребенка достаточно будет прибора с увеличением 30 – 100 крат.
Однако есть домашние умельцы, которые могут самостоятельно собрать трехсоткратный качественный телескоп. Такие навыки приходят с опытом и могут пригодиться тем, кто серьезно увлекается астрономией.
Если вы никогда не испытывали счастья наблюдать за небесными телами в телескоп, потому что наличие этого прибора дома кажется вам дорогим удовольствием, тогда попробуйте сделать его своими руками. Самым простым будет телескоп системы Кеплера - примерно такой был телескоп у Галилея. В нем изображение выглядит перевернутым, но в наблюдении за небесными телами это совершенно не принципиально. Для изготовления данного прибора с 50-кратным увеличением понадобится всего две линзы, две трубки - картонные, пластмассовые, или металлические, черная матовая краска и клей.
Линза объектива
В качестве линзы объектива (См. Рис. ) можно использовать стекло от старых очков для зрения или заказать ее в магазине оптики. Линза должна быть силой 0,5-2 диоптрии. Это линза, которая имеет фокусное расстояние от 2 до 0,5 метров. Фокусное расстояние можно проверить, спроектировав через линзу яркий далекий объект на плоскую светлую поверхность, добившись его четкой картинки на этой поверхности. Затем измерить расстояние от линзы до поверхности. Лучше всего подойдут линзы с фокусным расстоянием 1 м (силой в 1 диоптрию). С такими линзами труба получится не сильно громоздкой и без значительных цветовых искажений, которые усиливаются по мере сокращения фокусного расстояния объектива.
В диаметре, линза объектива не должна превышать 10 мм, иначе впоследствии созерцаемый вами объект будет сильно искажен цветовыми ореолами. Если линза объектива у вас большего диаметра, то ее несложно будет уменьшить. Не обязательно стачивать линзу по окружности. Достаточно будет чем-то закрыть ненужную ее часть, оставив полезную. Для этого можно изготовить оправу или шайбу из любого непросвечиваемого материала - темного пластика, плотного покрашенного картона, резины и т. д. Диаметр шайбы должен быть таким же, как и диаметр линзы объектива, а отверстие в ней - 10 мм. Таким образом, оправа или шайба прикроет не нужную область линзы объектива и оставит неприкрытой ее необходимую часть.
Линза окуляра
В качестве окуляра понадобится маленькая линза с фокусным расстоянием 10-40 мм.
От фокусных расстояний объектива и окуляра напрямую зависит степень увеличения телескопа, которая вычисляется по формуле: фокусное расстояние объектива (мм) / фокусное расстояние окуляра (мм) = кратность увеличения. Таким образом, чем больше фокусное расстояние объектива и меньше фокусное расстояние окуляра, тем больше будет увеличение телескопа. Но этим не стоит злоупотреблять, так как такая простая конструкция не способна дать нормальное изображение на более чем стократных увеличениях. Оптимальными значениями будут увеличение в 30-50 раз. Например, при фокусном расстояния объектива 1000 мм и фокусном расстоянии окуляра 20 мм увеличение будет 50-кратным (1000/20=50).
Трубки окуляра и объектива
Телескоп должен состоять из соединения двух трубок - трубки с линзой объектива и трубки с линзой окуляра . Трубка окуляра, должна быть меньшего диаметра и должна вставляться в трубку объектива с некоторым трением. Если зазор между стенками трубок получается большим, то для решения этой проблемы можно подобрать или изготовить втулку-уплотнитель из любого материала (металл, дерево, пластик, скрученный картон…).
На краях трубок (с некоторым отступом от края) крепятся линзы любым известным вам способом. Проще всего их приклеить. Это уже дело творчества.
Как подобрать длину трубок? В сборе длина конструкции должна соответствовать сумме фокусных расстояний линзы объектива и линзы окуляра . В случае нашего примера это ~1020 мм. Трубка объектива должна составлять три четверти длины всей конструкции.
Подбирая длину трубок, нужно учитывать то, что фокусировка на резкость изображения в готовом телескопе выставляется вручную за счет смещения трубки окуляра, либо в сторону объектива, либо от него.
Важно! Чтобы избежать сильного падения контраста и появления бликов на созерцаемых объектах, внутреннюю часть обеих трубок необходимо зачернить тушью или матовой черной краской. Желательно это делать до того, как вы закрепите в них линзы.
|
|
1 - линза объектива. 2 - оправа (шайба). 3 - линза окуляра. 4 - трубка объектива. 5 - трубка окуляра. 6 - втулка-уплотнитель. 7 - фокусное расстояние.
Что и когда интересно наблюдать?
Для удобства наблюдения очень желательно использовать любой штатив.
Главным объектом наблюдения для такого телескопа будет, конечно же, Луна. На ней вы, подобно Галилею, сможете рассмотреть множество кратеров и гор. Лучшее время для ее наблюдения - когда она высоко над горизонтом и имеет фазу близкую к полумесяцу. Во время полнолуния на ее поверхности вы увидите мало чего интересного. НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ не пытайтесь наблюдать Солнце, иначе можете лишиться зрения, опалив себе сетчатку глаза сфокусированным лучом!
Взглянув на Юпитер, вы сможете увидеть его диск и четыре галилеевых спутника. На Венере сможете увидеть фазы в виде серпа или полумесяца.
Давным-давно выдающийся царь Давид, наблюдая за небесными телами, воспевал: «Господи, Боже наш! … Слава Твоя простирается превыше небес! Когда взираю я на небеса Твои - дело Твоих перстов, на луну и звезды, которые Ты поставил, то что есть человек, что Ты помнишь его, и сын человеческий, что Ты посещаешь его?» (Библия. Псалтирь 8:4-5) .
Успехов вам в творчестве и приятного наблюдения!
Вам вдруг захотелось своими руками сделать подзорную трубу? Ничего странного. Да, в наше время нетрудно купить почти любой оптический прибор, и не так дорого. Но иногда на человека нападает жажда творчества: хочется разобраться, на каких законах природы основан принцип действия какого-либо прибора, хочется от и до самому сконструировать подобный прибор и испытать радость творчества.
Подзорная труба своими руками
Итак, вы приступаете к делу. Прежде всего вы узнаете, что простейшая подзорная труба состоит из двух двояковыпуклых линз – объектива и окуляра, и что увеличение подзорной трубы получается по формуле K = F / f (отношение фокусных расстояний объектива (F) и окуляра (f)).
Вооружившись этими познаниями, вы идёте копаться в коробках с разным хламом, на чердаке, в гараже, в сарае и т. д. с четко обозначенной целью – найти побольше разных линз. Это могут быть стекла от очков (желательно круглые), часовые лупы, линзы от старых фотоаппаратов и т. д. Набрав запас линз, приступаете к измерениям. Вам нужно подобрать объектив с фокусным расстоянием F побольше и окуляр с фокусным расстоянием f поменьше.
Измерить фокусное расстояние очень просто. Линза направляется на какой-либо источник света (лампочка в комнате, фонарь на улице, солнце в небе или просто освещенное окно), за линзой располагается белый экран (можно лист бумаги, но картон лучше) и передвигается относительно линзы до тех пор, пока на нем не получится резкое изображение наблюдаемого источника света (перевернутое и уменьшенное).
После этого остается измерить линейкой расстояние от линзы до экрана. Это и есть фокусное расстояние. В одиночку вы вряд ли справитесь с описанной процедурой измерения – вам будет не хватать третьей руки. Придется позвать на помощь ассистента.
Подобрав объектив и окуляр, вы приступаете к конструированию оптической системы для увеличения изображения. Берете в одну руку объектив, в другую – окуляр и сквозь обе линзы рассматриваете какой-нибудь удаленный предмет (только не солнце – запросто можно остаться без глаза!). Взаимным перемещением объектива и окуляра (стараясь, чтобы их оси оставались на одной линии) добиваетесь четкого изображения.
Получится увеличенное изображение, но все еще перевернутое. То, что вы сейчас держите в руках, стараясь сохранять достигнутое взаимное положение линз, и есть искомая оптическая система. Осталось только зафиксировать эту систему, например, поместив внутри трубы. Это и будет подзорная труба.
Но не надо торопиться со сборкой. Сделав подзорную трубу, вас не устроит изображение «вверх ногами». Эта проблема решается просто с помощью оборачивающей системы, получаемой добавлением одной или двух линз, идентичных окуляру.
Оборачивающую систему с одной соосной дополнительной линзой получите, поместив ее на расстоянии примерно 2f от окуляра (расстояние определяется подбором).
Интересно отметить, что при этом варианте оборачивающей системы удается получать бóльшее увеличение, плавно отдаляя дополнительную линзу от окуляра. Впрочем, сильного увеличения получить не удастся, если у вас не очень качественный объектив (например, стекло от очков). Мешает явление так называемой «хроматической аберрации», когда изображение окрашивается в радужные оттенки.
Эту проблему в «покупной» оптике решают, составляя объектив из нескольких линз с разными коэффициентами преломления. Но вас эти подробности не волнуют: ваша задача – разобраться в принципиальной схеме прибора и построить по этой схеме простейшую действующую модель (не потратив ни копейки).
Оборачивающую систему с двумя соосными дополнительными линзами получите, расположив их так, чтобы окуляр и эти две линзы отстояли друг от друга на одинаковых расстояниях f.
Теперь вы представляете себе схему подзорной трубы и знаете фокусные расстояния линз, поэтому приступаете к сборке оптического прибора. Самое простое – скрутить трубы (тубусы) из листов ватмана, закрепив их резинками «для денег», а линзы внутри трубок закрепить пластилином. Трубы изнутри надо покрасить матовой черной краской, чтобы не было внешней засветки.
Получилось вроде бы нечто примитивное, но как нулевой вариант очень удобное: легко переделать, что-то поменять. Когда этот нулевой вариант есть, его можно совершенствовать как угодно долго (хотя бы заменить ватман на более приличный материал).
Линзы для очков неплохой материал для качественного телескопа. Прежде чем покупать хороший телескоп, можно сделать его самому из недорогих и доступных средств. Если вы или ваш ребенок захотели увлечься астрономическими наблюдениями, то постройка самодельного телескопа поможет изучить и теорию оптических устройств, и практику наблюдений.Не смотря на то что, построенный телескоп-рефрактор из очковых стекол не покажет вам многого на небе, но приобретенный опыт и знания будут бесценны. После, если вас увлечет телескопостроение, можно построить более совершенный телескоп-рефлектор, например системы Ньютона (см. другие разделы нашего сайта).
Существует три вида оптических телескопов: рефракторы (в качестве объектива система линз), рефлекторы (объектив - зеркало), и катадиоптрические (зеркально-линзовые). Все современные самые большие телескопы - рефлекторы, их преимущество в отсутствии хроматизма и возможных больших размерах объектива, ведь чем больше диаметр объектива (его апертура), тем выше его разрешающая способность, и больше собирается света, а следовательно тем более слабые астрономические объекты видны в телескоп, тем выше их контрастность, и тем большие можно применить увеличения.
Рефракторы применяются там, где необходима высокая точность и контрастность или в небольших телескопах. А сейчас про самый простой рефрактор, с увеличением до 50 раз, в который вы сможете увидеть: крупнейшие кратеры и горы Луны, Сатурн с его кольцами (как шарик с кольцом, а не "пельмень"!), яркие спутники и диск Юпитера, некоторые звёзды невидимые невооруженным глазом.
Любой телескоп состоит из объектива и окуляра, объектив строит увеличенное изображение объекта, которое рассматривается, затем через окуляр. Расстояние между объективом и окуляром равно сумме их фокусных расстояний (F), а увеличение телескопа равно Fоб./Fок. В моём случае оно составляет примерно 1000/23=43 раз, т. е. 1,72D при диафрагме 25 мм.
1 - окуляр; 2 - основная труба; 3 - фокусировочная труба; 4 - диафрагма; 5 - скотч, которым крепится линза к третей трубе, которую можно легко извлекать, например для замены диафрагмы; 6 - линза.
В качестве объектива возьмём заготовку линзы для очков (можно купить в любой "Оптике") с силой 1 диоптрия, что соответствует фокусному расстоянию 1 м. Окуляр - я использовал ту же ахроматическую просветлённую склейку, что и для микроскопа, считаю для такого простого устройства - это неплохой вариант. В качестве корпуса я использовал три трубы из плотной бумаги, первая около метра, вторая ~20 см. Короткая вставляется в длинную.
Линза - объектив крепится к третей трубе выпуклой стороной к наружу, сразу за ней устанавливается диск - диафрагма с отверстием по центру диаметром 25-30 мм - это необходимо, т. к. одиночная линза, да ещё и мениск, очень плохой объектив и для получения сносного качества приходится жертвовать её диаметром. Окуляр - в первой трубе. Фокусировка производится изменением расстояния между объективом и окуляром, вдвигая или выдвигая вторую трубу, фокусировать удобно по Луне. Объектив и окуляр должны быть параллельны друг другу и их центры должны находиться строго на одной линии, диаметр трубы можно взять например на 10 мм больше диаметра отверстия диафрагмы. В общем, при изготовлении корпуса, каждый волен поступать как хочет.
Несколько замечаний:
- не устанавливайте ещё одну линзу после первой в объективе, как советуют на некоторых сайтах - это принесёт только светопотери и ухудшение качества;
- не устанавливайте также диафрагму глубоко в трубе - в этом нет необходимости;
- стоит поэкспериментировать с диаметром отверстия диафрагмы и подобрать оптимальный;
- можно также взять линзу на 0,5 диоптрии (фокусное расстояние 2 м) - это позволит увеличить отверстие диафрагмы и повысить увеличение, но длина трубы станет равной 2 метра, что может быть неудобно.
Для объектива подойдет одиночная линза, фокусное расстояние которой равно F=0.5-1 м (1-2 диоптрии). Достать ее несложно; она продается в магазине оптики, где есть линзы для очков. Такая линза имеет целый букет аберраций: хроматизм, сферическая аберрация. Уменьшить их влияние можно, применив диафрагмирование объектива, то есть уменьшить входное отверстие до 20 мм. Как проще это сделать? Вырезаете из картона колечко, равное диаметру трубы и внутри прорезаете то самое входное отверстие (20 мм), а затем ставите его перед объективом почти вплотную к линзе.
Можно даже из двух линз собрать объектив, в котором частично будет исправлена хроматическая аберрация, появляющаяся в результате дисперсии света. Чтобы ее устранить, берете 2 линзы разной формы и материала – собирательную и рассеивающую – с разным коэффициентом дисперсии. Простой вариант: купить 2 очковые линзы из поликарбоната и стекла. В стеклянной линзе коэффициент дисперсии будет 58-59, а в поликарбонате – 32-42. соотношение примерно 2:3, тогда и фокусные расстояния линз берем с этим же соотношением, допустим +3 и -2 диоптрии. Складываем эти значения, получим объектив с фокусным расстоянием +1 диоптрия. Линзы складываем вплотную; собирательная должна быть первой к объективу. Если одиночная линза, то она должна быть выпуклой стороной к объекту.
Как сделать телескоп без окуляра?! Окуляр – это вторая важная деталь телескопа, без нее мы никуда. Его делают из лупы с расстоянием фокуса 4 см. Хотя для окуляра лучше использовать 2 плосковыпуклые линзы (окуляр Рамсдена), установив их на расстоянии 0.7f. Идеальный вариант – достать окуляр от готовых приборов (микроскоп, бинокль). Как определить размер увеличения телескопа? Делите фокусное расстояние объектива (например, F=100см) на фокусное расстояние окуляра (например, f=5см), получаете 20 крат – увеличение телескопа.
Затем нам нужны 2 трубки. В одну вставим объектив, в другую – окуляр; далее первую трубку вставляем во вторую. Какие трубки использовать? Их можно сделать самим. Берете лист ватмана или обоев, но обязательно плотный лист. Сворачиваете трубку по диаметру объектива. Затем другой лист плотной бумаги сворачиваете, и помещаете в нее окуляр (!)плотно. Потом эти трубки плотно вводите одна в другую. Если появился зазор, то внутреннюю трубку оборачиваете в несколько слоев бумаги, пока зазор не исчезнет.
Вот ваш телескоп готов. А как сделать телескоп для астрономических наблюдений? Вы просто зачерняете внутреннюю полость каждой трубы. Раз мы делаем телескоп первый раз, то способ зачернения возьмем простой. Всего лишь покрасьте черной краской внутреннюю полость труб.
Эффект от первого созданного самостоятельно телескопа будет ошеломляющим. Удивите родных своими конструкторскими способностями!
Часто геометрический центр линзы не совпадает с оптическим, поэтому если есть возможность обточить линзу у мастера не пренебрегайте ею. Но в любом случае подойдет и необточенная заготовка очковой линзы. Диаметр линзы - объектива большого значения для нашего телескопа не имеет. Т.к. очковые линзы сильно подвержены различным обберациям, особенно края линзы, то мы будем диафрагментировать линзу диафрагмой диаметром около 30 мм. Но для наблюдения разных объектов на небе, диаметр диафрагмы подбирается эмпирически и может варьироваться от 10 мм до 30мм.
Для окуляра, конечно, лучше использовать, окуляр от микроскопа, нивелира или бинокля. Но в этом примере я использовал объектив от фотоаппарата-мыльницы. Фокусное расстояние у моего окуляра 2,5 см. Вообще, в качестве окуляра подойдет любая положительная линза небольшого диаметра (10-30мм), с коротким фокусом (20-50мм).
Определить, самостоятельно фокусное расстояние окуляра просто. Для этого наведем окуляр на Солнце и расположим за ним плоский экран. Будем приближать и удалять экран, пока не получится самое маленькое и яркое изображение Солнца. Расстояние между центром окуляра и изображением и есть фокусное расстояние окуляра.
Наблюдение звезд и других астрономических тел на небосклоне – процесс очень занимательный. Планеты Солнечной системы, спутники, созвездия, «падающие звезды» – все это лишь маленькая часть необозримой и до конца непознанной Вселенной. Наиболее хорошо видна Луна – ближайшее к нам космическое тело, если не считать созданные человеком искусственные спутники Земли. Однако даже Луну детально рассмотреть невооруженным глазом довольно непросто. Для этой цели человечеством изобретено специальное устройство – телескоп, который позволяет «приблизить» наблюдаемый объект и изучить его более подробно. Давайте попробуем разобраться, как можно своими руками сделать простейший телескоп.
Все оптические телескопы можно разделить на две группы: телескопы рефракторы, в которых используются линзы, преломляющие и тем самым собирающие свет, и телескопы-рефлекторы, в которых в качестве такого элемента используются зеркала. Своими руками проще сделать телескоп-рефрактор, так как для этого нужны собирающие линзы, которые найти нетрудно в отличие от специальных собирающих зеркал. Изготовлением такого телескопа с 50-кратным увеличением мы и займемся, для чего нам потребуется: плотная бумага (ватман), картон, черная краска, клей и две собирающие линзы.
Сначала разберемся в устройстве простейшего телескопа-рефрактора. Главная его часть – объектив – двояковыпуклая линза, находящаяся в передней части телескопа и собирающая излучение. Основными его характеристиками являются: диаметр объектива (апертура) 
, чем больше апертура, тем больше телескоп собирает излучения, то есть больше его разрешающая способность, и, как следствие, можно использовать большие увеличения; фокусное расстояние объектива . Другая важная часть телескопа – окуляр. Увеличение телескопа рассчитывается как величина, равная отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра ¸ и выражается в кратах:
.
Кроме того существует такое понятие как максимальное полезное увеличение телескопа, которое равно удвоенному значению диаметра объектива , выраженного в миллиметрах. Делать телескоп с бόльшим увеличением не имеет смысла, так как новых деталей, скорее всего, увидеть не удастся, а общая яркость изображения существенно снизится. Таким образом, если нужно сделать телескоп с 50-кратным увеличением, то диаметр объектива должен быть не меньше 25 мм. Но небольшой диаметр уменьшает разрешающую способность, поэтому для 50-кратного телескопа целесообразно использовать объектив диаметром 60 мм.
Минимальное значение полезного увеличения телескопа определяется диаметром его окуляра 
, который не должен превышать диаметр полностью раскрывшегося зрачка глаза наблюдателя, иначе не весь собранный телескопом свет попадет в глаз и будет потерян. Максимальный диаметр зрачка глаза наблюдателя обычно составляет 5-7 мм, поэтому минимальное полезное увеличение составляет 10 крат (апертура, умноженная на 0,15).
Приступаем непосредственно к изготовлению телескопа. Сделать телескоп из ватмана больших размеров не получится, так как ватман не обладает достаточной жесткостью, что приведет к проблемам с настройкой телескопа. Оптимальный размер составляет примерно около 1м. Следовательно, фокусное расстояние объектива тоже должно быть около 1м, что соответствует оптической силе +1дптр. Для объектива нужно сделать из ватмана трубу длиной 60-65 см и диаметром, соответствующим диаметру линзы объектива (6 см). Внутреннюю часть трубы следует перед склеиванием покрасить в черный цвет, чтобы в окуляр не попадало лишнее излучение. Линзу в трубе объектива можно закрепить при помощи двух вырезанных из картона ободков с зубчиками.
Для окуляра нужно сделать трубу длиной 50-55 см. Соединение между собой труб объектива и окуляра также осуществляется при помощи картонных ободков, позволяющих трубе окуляра двигаться относительно трубы объектива с применением небольшого усилия. Чтобы обеспечить 50-кратное увеличение телескопа, линза окуляра должна иметь фокусное расстояние 2-3 см.
Получившийся телескоп обладает одним недостатком – он дает перевернутое изображение. Чтобы это исправить, потребуется еще одна собирающая линза, имеющая такое же фокусное расстояние, что и линза окуляра. Дополнительную линзу нужно установить в трубу окуляра.
При изготовлении телескопа также следует учитывать, что у телескопов с большим увеличением сильнее проявляются различные дифракционные явления, что значительно ухудшает видимость. Подобное увеличение обычно используется для наблюдения деталей дисков планет и Луны, а также при наблюдении двойных звезд. Поэтому для снижения этого эффекта нужна диафрагма (черная пластина с отверстием диаметра 2 – 3 см), которая размещается в том месте, где лучи от объектива сходятся в фокусе. После этого усовершенствования изображение станет менее ярким, но более четким.
По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:
Какими должны быть основные параметры телескопа, имеющего 100-кратное увеличение?
