Айтишник на отдыхе: а как насчет телескопа?

Вы прочитали пост о том, что наблюдать на небе, посмотрели сами, показали друзьям и заинтересовались темой. Логичное следующее желание — купить телескоп и смотреть на те же красоты уже хорошо вооруженным глазом. Но эта задача не такая простая, как может показаться, выбор зависит от различных параметров. Поэтому пост с описанием различных оптических схем телескопов, монтировок, думаю, окажется полезным.

Необходимая демотивация и объекты для наблюдения

Для того, чтобы не было жалко потраченных денег, необходимо сделать несколько демотивирующее вступление.

Человеческий фактор

Во-первых, надо понимать, что объем и качество красот зависит от ваших усилий. Астрономия не относится к развлечениям типа «нажал кнопку и наслаждаешься». Необходимо заранее продумать ответы на следующие вопросы:

1. Бюджет. Стоимость дополнительных аксессуаров может сравняться и с легкостью превысить стоимость телескопа, учтите это при формировании бюджетных ограничений на стоимость модели.
2. Место наблюдений. Где вы планируете наблюдать? В городе с балкона, на даче, выезжать за город, в деревню, в глушь или вообще за границу?
3. Хранение и транспортировка. Где и в каком виде вы собираетесь хранить телескоп? Как транспортировать на место наблюдений из предыдущего пункта? Как часто? Как упаковывать и на каком виде транспорта перевозить?
4. Желаемые объекты наблюдений. Есть ли какие-то типы объектов, которые вы очень хотите наблюдать?
5. Формат наблюдений. Вы собираетесь наблюдать визуально или заниматься астрофотографией? Будете наблюдать в одиночку, с семьёй/друзьями/единомышленниками?

Также весьма желательно было бы получить личный опыт наблюдений в телескоп. Существует много вариантов, как это сделать:

• Поспрашивать знакомых, вдруг у кого есть?
• Посмотреть наличие астроклубов в своём городе (в соцсетях или на Астрофоруме).
• Сходить на вечер тротуарной астрономии, их проводят планетарии и магазины, торгующие телескопами.

Техника превзошла человека

Во-вторых, не стоит разжигать себя фотографиями туманностей с телескопа Хаббл, такого вы точно не увидите. К сожалению, человеческий глаз не может накапливать фотоны как плёнка или матрица фотоаппарата, а сумеречное зрение плохо различает цвета. Поэтому то, что вы увидите самолично, как правило (есть и исключения!), будет хуже выглядеть, чем на фото из Интернета. Поэтому я составил небольшой перечень с иллюстрациями, как будут выглядеть объекты в телескоп. Список отсортирован по простоте для наблюдений и субъективной красоте объектов.

Луна

Луна — это один из немногих объектов, которые визуально впечатляют больше, чем на фото. В окуляре Луна очень яркая, четкая, визуально очень большая, и очень красивая. Лучше всего наблюдать Луну в первой и последней четверти (т.е. когда видна примерно половина диска). В этом случае на границе света и тени (линии терминатора) очень хорошо виден рельеф — кратеры различной высоты, неровности морей и прочие красоты. Луна — это самый легкий и доступный для наблюдений объект, который виден каждый месяц, меняется каждый день, и никогда не надоедает. Я взял фотографию тверского астроклуба и несколько подредактировал её, чтобы создать максимально похожий вид:



При использовании большего увеличения можно смотреть на отдельные красивые элементы ландшафта, например, Залив Радуги:

Планеты

Второй по доступности тип объектов. Планеты сменяют друг друга по расписанию, поэтому этот круговорот вряд ли надоест, но, увы, в любительские телескопы они видны гораздо хуже, чем на астрофото, не говоря уже про фотографии с обсерваторий, Хаббла или межпланетных аппаратов.

Юпитер. Большая, яркая и красивая планета. В телескоп видны две полосы на диске и четыре галилеевых спутника, которые стали первыми объектами, открытыми на первом телескопе Галилея. Ио, Европа, Ганимед, Каллисто кружатся вокруг диска планеты яркими точками, иногда выстраиваясь в красивые фигуры — треугольники, ломанные линии. В окуляр телескопа это будет выглядеть примерно вот так:


Если приглядеться, видны две полосы на диске. На данной фотографии пришлось их пририсовывать, у глаза лучший динамический диапазон, чем у простого любительского астрофото.

Сатурн. Следующий по красоте объект, его уникальность — кольца. В окуляр он кажется нарисованным, но зрелище весьма красивое. В небольшой любительский телескоп щель Кассини видна далеко не всегда, за два года я её видел один раз и то не со стопроцентной уверенностью.


Венера. Очень яркая звезда на утреннем или вечернем небосклоне в телескоп видна равномерно белой, но у неё есть уникальная особенность — у неё видны фазы:


Марс. Марс уже находится в зоне разочарования. В небольшой любительский телескоп можно разве что убедиться, что он красный:


Меркурий и Уран находятся далеко в зоне разочарования. Если сильно интересно, найти их можно, но смотреть особо не на что.

Кратные звёзды

В телескоп уже виден цвет звезд. И если двойная звезда разноцветная, то это очень красиво. Самые яркие представители — Альбирео в Лебеде и Сердце Карла в Гончих Псах.



Альбирео, для лучшего восприятия цвета можно слегка расфокусировать телескоп.

Рассеянные скопления

Рассеянные скопления — это второй тип объектов, который впечатляет сильнее, чем их фотографии. Впервые увидев Хи/Аш Персея в телескоп один мой знакомый вспоминал финал «Космической одиссеи» — «Боже! Там полно звёзд!»

Плеяды. Глаз не видит голубые туманности, которые видны на хороших астрофото, но синий оттенок звёзд будет различим. Плеяды настолько большие, что помещаются целиком только в окуляры с небольшим увеличением.



Хи/Аш Персея
Очень красивые два рассеянных скопления рядом:



Нет, всё-таки смотреть вживую лучше

Шаровые скопления

Тут всё уже печальней. В любительский телескоп шаровые скопления видны как мутные пятна, но, если повезет с условиями наблюдения, то всё-таки можно увидеть, что они образованы тысячами и миллионами звёзд.



Большое скопление Геркулеса.

Туманности

Здесь всё совсем печально. Из-за свойств глаза туманности, во-первых, черно-белые, во-вторых, очень слабо видимые, в-третьих, надо выезжать далеко за город в темные места, чтобы их увидеть более-менее заметными.

Туманность Ориона


М57. Туманность «Кольцо» в Лире


И не говорите, что вы тут ничего не видите.

Солнце

Купив специальный фильтр, можно смотреть на Солнце. В обычный фильтр видны солнечные пятна, грануляция (выглядит как сетчатость поверхности).


Проходение Венеры по диску Солнца, 2012 год, вверху видны солнечные пятна.

ВНИМАНИЕ: При отсутствии специального фильтра не направляйте телескоп на Солнце. Возможно расплавление или даже взрыв установленных окуляров и необратимое ослепление глаза при попытке взглянуть через окуляр. Использование закопченных стекол, кулинарной фольги или других суррогатов вместо специального солнечного фильтра недопустимо!

Прочее

При наличии некоторого везения и ловкости можно наблюдать пролетающие мимо самолёты, МКС (четыре ряда солнечных батарей вполне различимы), китайские фонарики и прочее.

Также стоит обратить внимание на плагин «Окуляры», идущий в поставке Stellarium. Если ввести параметры телескопа и окуляра, Stellarium покажет размер объекта в окуляре.

Матчасть

Для того, чтобы предметно говорить о телескопах, необходимо разобраться, какие телескопы бывают и какими достоинствами и недостатками обладают.

Термины и определения

Апертура — диаметр главного зеркала телескопа. Говоря простыми словами, чем больше апертура, тем лучше видно. Максимальное реальное увеличение телескопа — это две апертуры. В реальной жизни телескоп редко используется на увеличениях больше 150-200, не стоит гнаться за увеличением. Также, атмосфера редко бывает достаточно хорошей для того, чтобы телескопы с апертурой больше 300 мм смогли полностью проявить себя.
Фокусное расстояние — это расстояние, на котором телескоп строит изображение бесконечно удаленного объекта. Знание фокусного расстояния необходимо для расчета увеличения окуляра: увеличение — это фокусное расстояние телескопа, деленное на фокусное расстояние окуляра. Например, для телескопа с фокусным расстоянием 900 мм окуляр 10 мм даст увеличение 900/10=90х. Обратите внимание на то, что телескопы с маленьким фокусным расстоянием требуют очень короткофокусных окуляров для достижения высоких увеличений. Например, телескоп с апертурой 114 мм и фокусным расстоянием 500 мм потребует окуляра 2,5 мм для своего максимального увеличения. Такие окуляры дорогие и неудобные для наблюдения (подробнее ниже)
Относительное отверстие — это отношение апертуры к фокусному расстоянию. Важный для астрофото параметр, его можно приблизительно сравнить с диафрагмой фотоаппарата. Для визуальных наблюдений имеет значение то, что у телескопов с относительным отверстием меньше 1/6 возникают искажения на краю поля зрения окуляра.
Термостабилизация. Телескоп, температура которого отличается от температуры окружающей среды, создает дополнительные искажения изображения. Чем меньше время термостабилизации, тем лучше. К сожалению, у некоторых типов оно достаточно большое, а также, время термостабилизации растёт с размером телескопа.
Юстировка — процесс совмещения оптических осей элементов телескопа. В зависимости от конструкции, может быть сделана на заводе на весь срок эксплуатации, или же ей придётся заниматься с некоторой регулярностью самостоятельно.

Оптические схемы телескопов

Рефрактор, он же линзовый телескоп. Исторически первый тип, широко распространён до сих пор. Современные рефракторы существуют в двух видах — ахроматы и апохроматы. Ахроматы исправляют все искажения изображения (аберрации), кроме хроматической. Они дешевы, но объекты, наблюдаемые в них, имеют цветные кромки, что ухудшает изображение. Апохроматы устраняют и хроматическую аберрацию, но стоят сильно дороже.
Достоинства:

1. Минимум обслуживания. Заводская юстировка сохраняется годами, труба закрыта от пыли и влаги.
2. Очень быстрая термостабилизация.
3. Апертура работает полностью (нет элементов, загораживающих часть апертуры в трубе), бОльшая контрастность изображения

Недостатки:

1. Хроматическая аберрация для ахроматов, цена для апохроматов.
2. Не бывают большой апертуры (большие линзы очень сложно и дорого сделать). 150 мм уже очень дорогие, большей апертуры практически не бывает.
3. Длинная труба (может быть недостатком)

Рефлектор, он же зеркальный телескоп. Был создан Ньютоном как решение проблем тогдашних линзовых телескопов. Несмотря на наличие других зеркальных схем, именно схема Ньютона крайне популярна сейчас.
Достоинства:

1. Отсутствие аберраций, отличное качество изображения.
2. Самый дешевый миллиметр апертуры — с ростом апертуры рефлекторов всё больше относительно других схем.
3. Небольшое время термостабилизации, которое, однако, увеличивается с размерами телескопа.

Недостатки:

1. Вторичное зеркало с держателями «съедает» часть апертуры. Растяжки держателя дают характерные «лучики» звезд на астрофото.
2. Открытая труба. Со временем зеркало загрязняется пылью.
3. Необходимость юстировки. После перевозки юстировка рефлектора может сбиться, и её нужно будет восстанавливать. К счастью, с опытом это дело нескольких минут.

Катадиоптрик, он же зеркально-линзовый телескоп. Появились в 20 веке. Кстати, вместе с именами Галилея и Ньютона схемы телескопа увековечили отечественного астронома Максутова, изобретателя одной из популярных схем зеркально-линзовых телескопов — схемы Максутова-Кассегрена.
Достоинства:

1. Компактность. Самые короткие телескопы.
2. Закрытая труба предохраняет зеркало от пыли.
3. Отсутствие аберраций.

Недостатки

1. Менее контрастное изображение из-за зоны центрального экранирования, апертура работает не полностью.
2. Самый дорогой миллиметр апертуры.
3. Большое время термостабилизации.

Монтировки

Монтировка — это переходник между телескопом и штативом. От неё зависит, насколько удобно вам будет наблюдать, сколько тяжестей с собой таскать, и насколько сильно будет трястись телескоп при наблюдениях.
По принципиальному устройству монтировки делятся на альт-азимутальные и экваториальные.


Альт-азимутальная монтировка имеет две оси — азимут и высоту, отсюда и название. Она игнорирует тот факт, что ось вращения Земли находится под углом к горизонту.
Достоинства:

1. Простая, легкая, грузоподъемная.
2. Не нужна дополнительная подготовка к наблюдениям.

Недостатки:

1. Объект надо сопровождать по двум осям.
2. Объект медленно поворачивается в поле зрения, это усложняет астрофотографию.
3. Как правило непригодна для наблюдения области зенита.

Чуть в стороне стоит альт-азимутальная монтировка Добсона, подробнее о ней будет ниже.



Экваториальная, она же немецкая, монтировка имеет третью, дополнительную, ось, за счет чего её можно установить параллельно оси вращения Земли.
Достоинства:

1. Объект просто сопровождать вручную, даже на бюджетных монтировках есть место для крепления простого моторчика, который очень облегчает сопровождение объекта.
2. Нет проблем с доступностью зенита.
3. Поле зрения остаётся неподвижным, это хорошо для астрофото.

Недостатки:

1. Монтировка более сложная и тяжелая, в состав входит весьма тяжелый противовес.
2. Монтировка требует дополнительных операций перед началом наблюдений и после них.

Также монтировка может быть моторизованной и компьютеризованной.

• В самом простом варианте экваториальная монтировка оснащается аналоговым или цифровым мотором для сопровождения объекта. Наведение осуществляется вручную.
• Более сложный вариант — это приводы на обе оси монтировки, позволяющие наводить телескоп на объект с пульта (при наличии порта с ноутбука с соответствующим ПО) и сопровождать его автоматически.
• Самый сложный вариант — компьютеризованная монтировка со своей базой объектов, способная самостоятельно наводиться на объект и сопровождать его. Самые продвинутые монтировки могут оснащаться GPS/ГЛОНАСС и компасом для полностью автоматической подготовки к наблюдениям.

Автоматизация очень упрощает жизнь, но нужно иметь в виду, что это дополнительные деньги, которые в случае ограниченного бюджета можно потратить на более мощный телескоп.

Меры предосторожности

Какие ошибки можно совершить при выборе телескопа?
Покупка телескопа в гипермаркете. Сейчас много специализированных магазинов с филиалами в крупных городах и доставкой по России. Не стоит рисковать, покупая телескоп неизвестного производителя с неизвестным качеством.
Слишком жадничать. Рефракторы с апертурой не больше 60 мм, рефлекторы не больше 76 мм и катадиоптрики не больше 80 мм не являются серьезными инструментами, как правило, они на очень хлипких монтировках, и если совсем швах с деньгами, лучше подкопить на нормальный инструмент или переключиться на бинокли.
Ньютоны с корректором. Существуют модели рефлекторов Ньютона с корректором в узле фокусера. Они короче обычных Ньютонов, но добавляют искажения.
Короткофокусные рефракторы-ахроматы. Как и в предыдущем случае, за уменьшение размеров заплатили качеством изображения. У таких телескопов сильнее хроматизм.

Логика выбора

Если вы четко представляете свои желания и ограничения, то выбор не будет очень сложным. Есть несколько типичных сценариев, которые можно упомянуть.

Балконные визуальные наблюдения в городе

Для наблюдения на балконе важна компактность телескопа. Поэтому при ограниченном бюджете более предпочтительными становятся рефракторы на азимутальной монтировке — у рефрактора бОльшая часть трубы будет торчать наружу, а с азимутальной монтировкой проще обращаться. Если денег много, то можно задуматься о катадиоптрике на моторизованной монтировке. В любом случае, не стоит сильно гнаться за апертурой, 100-150 мм для города вполне достаточно. Впрочем, подобные советы являются рекомендательными, я вполне успешно эксплуатирую на балконе рефлектор на экваториальной монтировке, потому что при выборе телескопа мне хотелось бОльшую апертуру без хроматизма в условиях ограниченного бюджета, и была запланирована покупка привода для монтировки.

Наблюдения на даче/за городом

В случае, если нет проблем с местом под телескоп и его транспортировкой, то, при наличии бюджета, можно задуматься о большой апертуре. Большая апертура за вменяемую цену — это рефлектор Ньютона. Также, большая апертура требует дорогой, тяжелой и сложной классической монтировки. Поэтому была разработана монтировка Добсона, в которой отсутствует тренога, а телескоп крепится на «табуретку»-лафет:


Обратите внимание на то, что труба складная — это повышает мобильность. Есть не-складные модели, дешевле.
Подобная конструкция позволяет производить телескопы очень большой апертуры 400 мм и выше. Такой телескоп высотой с человека.

Заключение

На Хабре ещё писали про аренду телескопного времени, это может кого-то заинтересовать как альтернатива. Есть сайт с трансляциями интересных астрономических событий, там показываются данные с телескопов с комментариями на английском языке.
Астрофото — это отдельная большая тема, со своими требованиями, я ей не интересовался, поэтому кроме самой базовой информации писать не стал.
Рекомендую самый большой российский Астрофорум, там есть раздел «Посоветуйте телескоп».
В качестве источника для картинок использовались фотографии arm_ann, отличного ресурса RealSky и ресурса «Два стрельца».
КДПВ — Астрофест 2014.

P.S. Окуляры и прочее остались за бортом, чтобы статья не получилась слишком длинной. Если есть желание, будет продолжение с рассказом об окулярах, что я докупал, и т.п.

Источник: habrahabr.ru/post/224023/