Телескоп-рефрактор с объективом из очковых линз

Всякая телескопическая система состоит из объектива и окуляра. В этом телескопе (рис. 1) в качестве объектива использованы два очковых увеличивающих стекла силою в 1 или 1,25 диоптрии. Вместе они дают фокусное расстояние в 500 или 400 мм. Чтобы уменьшить неизбежные искажения (аберрацию), между стеклами помещается круглая диафрагма (Д) с отверстием в 15—16 мм. Окуляром телескопа служит простая плоско-выпуклая линзочка с фокусным расстоянием в 15—25 мм. Такой телескоп-рефрактор увеличивает в 16—30 раз.

Еще меньших искажений можно добиться, применяя более сложные, клееные линзы и системы. Например, объектив от теодолита или фотоаппарата с большим фокусным расстоянием (рис. 2), а в качестве окуляра всевозможные готовые лупы (10х; 20х) или отдельные ахроматические клееные блоки (рис. 3). Можно составить хороший окуляр из двух простых одинаковых плоско-выпуклых линзочек (рис. 4) и тех же блоков (рис. 5).

Труба — большая с объективом и меньшая с окуляром — может быть склеена из картона, листов ватмана или же сделана из тонкостенных металлических (дюралюминий, латунь и пр.) трубок.

При сборке телескопа очень важно по возможности точно закрепить все линзы с помощью картонных или металлических колец как по плоскости, так и по оптической оси.

Все трубки внутри окрашиваются в черный матовый цвет или оклеиваются черной бархатной бумагой. Снаружи трубу лучше покрасить в светлый — серый или даже белый — цвет.

Монтируют телескоп на хорошем фотографическом штативе, лучше с регулировочной ручкой и фиксирующим винтом (рис. I).

Телескоп-рефлектор системы Ньютона

Самая ответственная деталь в изготовлении телескопа системы Ньютона (рис. 6) — вогнутое сферическое зеркало, которое служит объективом. В качестве окуляра можно применить те же системы, что у телескопа-рефрактора, или окуляры от микроскопов, биноклей (только не театральных), старых теодолитов, подзорных труб. В этой системе необходим третий оптический элемент — вспомогательное плоское зеркальце прямоугольной формы (с отношением сторон 1:1,5. Меньшая сторона равна 0,25 диаметра главного зеркала). Это зеркало можно заменить призмой полного внутреннего отражения.

Телескоп начинающего любителя не должен быть сразу очень «мощным». Вполне достаточно изготовить зеркало-объектив диаметром в 100—120 мм (4—5 дюймов) при фокусном расстоянии в 800—1000 мм. Телескоп с таким зеркалом дает увеличение в 30—50 и даже 150—200 раз. Качество изображения зависит только от точности обработки отражающей поверхности зеркала.

Заготовками для главного зеркала и шлифовальника (инструмента для обработки зеркала) могут служить готовые иллюминаторные или же вырезанные из листового витринного стекла два диска толщиной от 8 до 10—11 мм (рис. 8). Никакие бытовые зеркала, оргстекло, пластмассы и металл для этой цели непригодны.

Если готовых дисков нет, их вырезают с помощью специального приспособления (рис. 7). Из согнутой полосы листового железа или другого металла делают трубчатое «сверло». Можно приспособить корпус от старого будильника. Толщина стенок трубы — 0,5—1,5 мм. По нижнему краю вырезают пазы. Верх трубы прикрепляют гвоздями или шурупами к деревянному диску нужного диаметра. Надавливая на приделанную сверху рукоятку, сверло вращают вперед и назад, все время подмазывая под его края кашицу из наждака или другого абразива с водой. Чтобы не получалось сколов, стекло можно перевернуть и резать навстречу с другой стороны. Образующийся поясок сошлифовывают.

С вырезанных дисков толстой металлической пластинкой, используя ту же кашицу абразива, снимают фаску шириной около 2 мм (рис. 8).

Для обработки стекла нужны шлифовальные порошки: шлифзерно наждака или карборунда — № 20, № 10, а для тонкой шлифовки — шлифпорошки из того же материала — М-28, М-14 и М-8 или близкие к ним.

Шлифовальные порошки можно «добыть» из раздробленных, хорошо прокаленных на огне точильных кругов. Или же, размачивая в горячей воде наждачную (не стеклянную) бумагу. Осевший на дне порошок отмывают от клея, сушат и просеивают. Из отработанных абразивов методом отмучивания получают порошки еще более мелкие, так называемые минутники. Абразивы кладут в высокую банку, доверху залитую водой, размешивают их, воду отстаивают 15, 20, 30 или 60 минут, затем осторожно сливают в другой сосуд, не трогая осадок. Снова отстаивают подольше, и на дно выпадает мелкий осадок. Хранят минутники в закрытой посуде, чуть залив водой, чтобы не образовались комочки.

Для обработки зеркала делают станочек (рис. 9). Основание станочка — массивная доска с отверстием в центре (6—8 мм) для оси вращающегося столика, который делают из прочного дерева или пластмассы. На столике тремя шурупами-упорами крепится один из дисков — шлифовальник (или далее полировальник). Шурупы, чтобы не царапать зеркало, должны быть ниже поверхности шлифовальника на 2—3 мм. Ось в центре закреплена наглухо. Столик должен вращаться плавно, без качании. Деревянный станочек надо покрыть водонепроницаемой краской или пропитать олифой. Ось густо смазать.

Щетинной кисточкой на шлифовальник наносят кашицу абразива, затем кладут второй диск — будущее зеркало — и двигают его за ручку с некоторым нажимом по диаметру к себе и от себя, чуть поворачивая зеркало по часовой стрелке. А вращающийся столик со шлифовальником одновременно понемногу поворачивают в противоположную сторону (рис. 10). Это — основное условие для получения взаимносферических поверхностей. Надо выработать ритмичность движений, чтобы шлифовать равномерно по всем направлениям: 50—60 штрихов (длиной в 1/1—1/3 радиуса зеркала) в минуту.

Начальную грубую выработку (обдирку) зеркала производят крупным абразивом до глубины 0,8— 0,9 мм. На это потребуется 10—20 часов. Мелкие порошки углубляют мало, они только выравнивают поверхность до очень тонкой матовости. Контролируют величину углубления (стрелку кривизны) с помощью ребра металлической линейки и кусочков калиброванного лезвия бритвы (рис. 11).

Во время работы стершиеся абразивы несколько раз заменяют, а после 2—5 часов работы меняют на более мелкие. При этом надо все вокруг убрать, а станок и диски тщательно обмыть. Малейшая грубая царапина может загубить работу, особенно при полировке. Нельзя, чтобы отработанный абразив высыхал на дисках: они могут прочно склеиться.

Достигнув нужной кривизны, приступают к тонкой шлифовке, пользуясь порошками-минутниками. После шлифовки 60-минутником, проверив качество работы через лупу, зеркало можно полировать. Полируют его порошками крокуса или полирита, в крайнем случае их заменяют чистым, тщательно растертым порошком красного сурика или мумии, который обязательно отмучивают в воде 4—5 минут. Полировка в этом случае идет значительно медленней.

Подогрев в равных долях смесь смолы (черного вара) и канифоли так, чтобы она расплавилась, но не кипела, ее разливают через мелкую сетку слоем 3—4 мм на теплый и сухой шлифовальник (теперь это— полировальник). В размягченной смоле ребром смоченной деревянной линейки выдавливают канавки-квадратики (асимметрично к центру). На поверхность смолы мягкой кисточкой наносят жидкую кашицу из крокуса с водой. Еще лучше полировать зеркало водной кашицей полирита.

Зеркало смачивают водой, кладут на полировальник (рис. 12) и через 10— 15 минут приступают к работе. Движения те же, что и во время шлифовки, только без нажима на зеркало. Полировку считают законченной (на это затрачивают обычно часов 10—20), когда в лупу на свет не видно остатков матовости — блестящих, как звездочки, точек.

Проверяют точность формы зеркала (отклонение от сферы не должно превышать 0,07 микрона — 0,00007 мм) теневым методом Фуко (рис. 13) с помощью несложного прибора (рис. 14). В цилиндрике из жести или алюминия (очень удобен экранчик от радиолампы) пробито тонкой иглой отверстие. Внутри цилиндра против прокола закрепляют точечный источник света — лампочку напряжением 4—6 вольт. Подвешенное на одном уровне зеркало надо слегка повернуть так, чтобы изображение точечного источника находилось вблизи, но несколько в стороне (на 18—20 мм) от самого источника. После отражения от зеркала на отрезке радиуса кривизны с некоторым смещением в сторону от оптической оси вершина конуса лучей пересекается лезвием безопасной бритвы — ножом Фуко. Нож крепится клеем к стойке, вставленной в кубик, который легко передвигается по оптической оси и поперек луча. Следует добиться пересечения ножом отраженных от искусственной «звезды» (и. з.) лучей: ближе вершины конуса, за вершиной и в самой вершине. Теперь надо уловить глазом (на расстоянии 30—40 мм от ножа Фуко) теневую картину, которая отразит форму зеркала.

Правильная сферическая поверхность соответствует теневой картине (А). При этом в предфокальном положении ножа (1) прямая тень в зеркале будет двигаться за ножом поперек луча. Если нож пересек лучи точно в вершине конуса (2), зеркало при очень осторожном перемещении ножа будет как бы равномерно темнеть по всей поверхности, давая плоскую картину. В зафокальном положении ножа (3) прямая тень будет двигаться навстречу ножу. Все остальные рельефные картины (Б, В) говорят об отклонениях, неточностях в поверхности зеркала. Исправить их можно, изменяя длину штриха при полировке, иногда изменяя положение дисков на станочке (зеркало — внизу). Проведя несколько частых (через 10—15 минут полировки) контрольных теневых проверок, нетрудно достичь сферической формы зеркала и соответствующей картины (А — 1, 2, 3). Если же ошибки очень грубы и полировкой исправить их невозможно, придется снова вернуться к тонкой шлифовке.

Отполированное зеркало отражает 4% света. Чтобы оно отражало сильнее (до 90%), на наружную поверхность зеркала химическим путем наносится тонкая пленка серебра. Лучшее качество и долговечность дает напыление алюминия в вакууме. Посеребрить зеркало можно в зеркальных мастерских.

Простейшую установку для телескопа предложил оптик-любитель А. А. Чикин. Это доска Чикина (рис. 15). Главное зеркало—объектив — крепится на деревянном или пластмассовом кружке (его диаметр на 25% больше диаметра зеркала) тремя шурупами с надетыми на них прокладками из резиновых или хлорвиниловых трубок. Длина трубок на 2 мм больше толщины зеркала. Под зеркало подкладывается достаточно толстый кружок из пористой резины или пластиковой губки. Зеркало в такой оправе крепится тремя шурупами под углом 120° друг к другу к днищу трубы или к стойке доски с подложенными под оправу резиновыми пробками. Днищем может служить неглубокая жестяная чашка, алюминиевая кастрюлька, в которую вставлен нижний конец трубы. Труба бывает картонной или металлической, собранной из полос жесткого непрозрачного пластика. Форма трубы любая: круглая, многогранная, квадратная.

На противоположном конце доски или трубы помещается окулярный узел. В большее отверстие вставлен окулярный тубус, в меньшее — стойка призмы.

При правильной юстировке всей системы в окулярной трубке (без окуляра) должно быть видно изображение глаза наблюдателя, симметричное изображение главного зеркала и отражение призмы на стойке (рис. 16). Искажения исправляют, чуть подвертывая или отпуская по одному котировочные винты оправы, а также меняя положение призмы, поворачивая, опуская или поднимая стойку. Этот телескоп уже нельзя монтировать на фотоштативе. Можно использовать устойчивый массивный штатив от геодезических или старых военных полевых приборов. Только надо сделать специальную экваториальную (параллактическую) головку осей, укрепив эту систему на прочной стойке под углом (фи) к горизонту в соответствии с широтой местности, например, для Москвы — 55° (рис. II).

Установка может быть переносной и стационарной, вкопанной в землю. Очень удобна «английская» рамочная конструкция (рис. 17).

Литература:
Навашин М. С. Инструкция к постройке телескопа-рефлентора. «Наука». М. 1962.
Навашин М. С. Телескоп астронома-любителя. «Наука». М. 1967.
Шемякин М. М. Самодельный телескоп-рефлектор. Приложение к журналу «Юный техник». № 24. «Малыш», 1966.
Любительское телескопостроение. Выпуск 1. «Наука». М. 1964. Выпуск 2. «Наука». М. 1966.