Строим астрограф
Фотографировать астрономические объекты можно с помощью различных устройств. Объективом фотоаппарата может служить окуляр телескопа - это так называемая окулярная фотографическая камера. Фотоаппарат с собственным объективом можно соединить с трубой телескопа так, чтобы оптические оси обоих приборов были параллельны друг другу. В этом случае телескоп играет роль гида. Астрофотографические наблюдения могут производиться с помощью любительских фотоаппаратов, установленных на специальные подставки.
Наконец, фотокамера может быть снабжена и собственной экваториальной установкой, оборудованной искателем (гидом).
Во всех этих вариантах устройство, которое применяется для астро-фотографирования, получило название астрографа.
Астрограф обычно укрепляется на экваториальной установке и при возможности оборудуется часовым механизмом для фотографических наблюдений с большой выдержкой. Гид в этом случае служит для непрерывного контроля за правильностью работы часового механизма.
Окулярная камера. Простейшая окулярная камера представляет собой светонепроницаемый прямоугольный деревянный ящик. В его задней стенке имеются вертикальные пазы (лучше всего металлические), в которые вдвигается кассета с фотопластинкой. Для того чтобы предотвратить проникновение света внутрь камеры, пазы рекомендуется оклеить полосками черного бархата. В пазах желательно сделать два отверстия с резьбой и, когда кассета вставлена, завернуть в них винты и прижать кассету. Это позволит всякий раз фиксировать кассету в одном и том же положении относительно камеры, что очень важно для получения резких снимков.
Переднюю стенку окулярной камеры надо сделать двойной: она должна состоять из двух параллельных дощечек - внешней и внутренней, отстоящих друг от друга на несколько сантиметров. В центре этих дощечек необходимо прорезать круглые отверстия с диаметром, равным диаметру окулярной трубки телескопа. Двойная стенка позволит более прочно и надежно закрепить камеру на окулярной трубке. Чтобы избежать проникновения внутрь постороннего света, отверстия на передних стенках желательно со всех сторон оклеить черным бархатом.
Окулярная камера
В качестве окулярной камеры можно использовать и любой фабричный аппарат, в том числе и малоформатную камеру. Для этого из аппарата надо вывинтить объектив, а для крепления камеры к телескопу изготовить переходный тубус. Одним концом, снабженным нарезкой, он должен ввинчиваться в фотоаппарат на место объектива, а другим крепиться к окулярной трубке. Фабричный аппарат удобен тем, что в нем имеется затвор, позволяющий точно отмеривать выдержку и фотографировать с короткими экспозициями, что особенно важно при фотографических наблюдениях Солнца. Подобная система дает возможность получать крупномасштабные фотографии Луны, Солнца и даже планет.
Фокусировка камеры будет осуществляться перемещением окулярной части телескопа. Желательно снабдить ее шкалой с делениями, чтобы знать, насколько она выдвинута.
Фотоаппарат, соединенный с телескопом. Если вы решили объединить фотоаппарат с вашим телескопом, то для этого можно самостоятельно изготовить так называемую широкоугольную фотографическую камеру, обладающую большим полем зрения. Такая камера может быть использована для фотографирования звездного неба и метеорных наблюдений. В принципе устройство такой камеры не отличается от окулярной, но она должна быть прочнее.
Сперва необходимо изготовить из дюралевого уголка (он продается в магазинах «Пионер» и «Юный техник») жесткий каркас, а затем обшить его со всех сторон (кроме задней) фанерой. Если не удастся достать дюралевый уголок, можно воспользоваться металлическими уголками из школьного «Конструктора». Размеры камеры определяются размерами кассеты и фокусным расстоянием объектива.
Широкоугольная камера
Приспособление для установки и крепления кассеты делается по тому же принципу, что и в окулярной камере. Конструкция же передней части несколько иная. В передней стенке прорезается круглое отверстие по размеру тубуса объектива, но сам объектив крепится не на передней стенке, а на прочной металлической пластинке, которая привинчивается винтами к металлическому каркасу параллельно передней стенке, с таким расчетом, чтобы путем вращения винтов можно было несколько изменять положение пластины, наклоняя ее относительно оптической оси.
Широкоугольную камеру необходимо надежно закрепить параллельно главной трубе телескопа, на таком расстоянии от нее, чтобы объективный конец телескопа не попадал в ее поле зрения. Устанавливать камеру надо на продолжении оси склонений.
При фотографировании звездного неба выдержка обычно довольно велика, и нет необходимости оборудовать камеру быстродействующим затвором. Вполне достаточно изготовить картонную крышку, которая надевается на объектив.
Подставка для астрофотографирования. Для фотографирования небесных явлений в принципе можно использовать и любой стандартный фотоаппарат, как кассетный, так и пленочный. Однако надо позаботиться о том, чтобы обеспечить надежную устойчивость аппарата, - во время фотографирования он должен быть абсолютно неподвижен.
Поэтому съемку, даже с короткими выдержками, нельзя производить с рук, не годится также и штативная головка или головка со струбцинкой, которой пользуются фотолюбители. Лучше всего изготовить для астрономического фотографирования специальную подставку, на которой можно было бы устанавливать фотокамеру. Конструкции ее могут быть самыми разнообразными, а принцип устройства состоит в следующем.
Основанием подставки служит достаточно прочная и ровная опорная доска. К ее заднему краю на петлях прикрепляется установочная доска, угол наклона которой можно изменять. Установочная доска должна надежно закрепляться в нужном положении с помощью приспособления, позволяющего без труда изменять угол наклона. В качестве подобного приспособления можно, например, использовать две полукруглые гребенки с прорезями, которые прибиваются по обоим краям опорной доски в ее передней части так, как это показано на рисунке. В соответствующие прорези гребенок вставляется деревянная рейка, на которую и опирается своим передним краем установочная доска. Прорези должны быть сделаны с таким расчетом, чтобы при перестановке опорной доски из одной прорези в другую, соседнюю, угол наклона установочной доски изменялся примерно на пять градусов. Чтобы обеспечить возможность плавного изменения наклона установочной доски в пределах этих пяти градусов, в передней части опорной доски, точно посредине, нужно установить регулировочный винт. Вращая его, можно приподнимать или опускать передний край опорной доски.
Подставка для фотографирования
В задней части наклонной доски укрепляется достаточно высокая планка, на которую во время съемки фотоаппарат опирается своей задней стенкой.
При фотографировании звездного неба навести аппарат на нужный участок небесной сферы с помощью оптического видоискателя фотокамеры обычно не удается - его оптика слишком слаба, чтобы в него можно было увидеть звезды. На снимке они получатся только благодаря накоплению света фотографической эмульсией при достаточно длительной выдержке.
Для наводки на небо вполне пригоден искатель из двух рамок, который имеется у некоторых фотокамер. На передней рамке надо натянуть две взаимно перпендикулярные нити так, чтобы точка их пересечения совпала с центром рамки. Если же у вашего аппарата такого искателя нет, то его легко можно сделать из полоски плотного картона. Полоску нужно изогнуть в виде прямоугольной коробочки без боковых стенок, как это показано на рисунке. Длина коробочки должна быть равна фокусному расстоянию объектива вашего фотоаппарата, а высота и ширина передней и задней стенок - превосходить высоту и ширину кадра на 4 см. В центре передней стенки надо очень аккуратно прорезать прямоугольное отверстие, равное размерам кадра, и параллельно его краям прикрепить две нити так, чтобы точка их пересечения совпадала с геометрическим центром этого отверстия. В центре задней стенки коробочки надо прорезать еще одно круглое отверстие диаметром 5-7 мм.
Искатель
Искатель готов. Осталось только сделать нехитрое приспособление для его крепления на подставке. Проще всего прикрепить к нижней пластинке искателя жестяную прямоугольную скобку с таким расчетом, чтобы ее можно было плотно надеть на опорную пластину, удерживающую фотоаппарат на установочной доске.
Разумеется, подобный искатель - приспособление не слишком точное, но осуществление приблизительной наводки на нужный участок неба он значительно облегчит.
С помощью фотоаппарата можно получать фотографические изображения звезд, звездных скоплений, туманностей и некоторых других космических объектов без телескопа. Но такие снимки требуют достаточно длительной выдержки - до нескольких десятков минут, поэтому фотокамера должна иметь собственную экваториальную установку, позволяющую плавно поворачивать ее вслед за суточным вращением небесной сферы.
Экваториальная установка. Экваториальную установку нетрудно изготовить самостоятельно. Ее основанием будет служить так называемый экваториальный столик. Чтобы придать всей конструкции хорошую устойчивость, его надо сделать из достаточно толстых досок. Подготовим три пластины. Две из них – А и Б - должны быть одинаковых размеров: ширина - 30 см, длина – 75 - 100 см. Третья пластина В должна иметь ту же ширину - 30 см, а ее длина определяется по формуле:
где ф - широта места наблюдения.
Концы пластин А и Б надо соединить между собой с помощью петель так, чтобы пластина Б могла поворачиваться относительно пластины А. К свободному концу пластины Б также с помощью петель присоединяется пластина В. Теперь положим нижнюю пластину А на ровную поверхность и, повернув на петлях пластину В, установим ее нижний край на пластину А таким образом, чтобы она составляла с ней прямой угол. Это положение надо зафиксировать опорной планкой, которая набивается на пластину А, как это показано на рисунке.
При таком взаимном расположении пластин угол между А и Б автоматически окажется равным широте места.
Подобная конструкция основания астрографа, или экваториального столика, удобна тем, что позволяет его легко складывать, переносить с места на место и быстро устанавливать в нужном положении.
Экваториальный столик
Для более точной установки экваториального столика в доску А надо врезать гайки и ввернуть в них достаточно толстые болты, которые будут служить ножками. Вворачивая или выворачивая эти болты, можно в небольших пределах корректировать положение доски-основания, а вместе с ней и всей установки.
Теперь приступим к изготовлению верхней подвижной части нашего астрографа. Ее конструкция повторяет конструкцию экваториального столика, но она несколько меньше. Размеры доски а: ширина - 30 см, длина - 45 см. Ширина двух других досок такая же - 30 см, а длина доски б - 45/cos(а), доски в - 45 • tg (а), где а = 90° - ф.
Собирается подвижная часть с помощью петель в принципе так же, как мы собирали экваториальный столик. При этом доска в удерживается в определенном положении на опорной доске а с помощью двух прибитых к этой доске планок, между которыми она вставляется. Таким образом, и подвижная часть астрографа может легко складываться.
Верхняя часть астрографа
В доску а вобьем изнутри большой прочный гвоздь так, чтобы он выступил наружу на 2-3 см. Гвоздь надо вбить на расстоянии 5-6 см от края доски а, который соединен петлями с доской б, на равных расстояниях от боковых сторон.
А в верхней доске Б экваториального столика просверлим отверстие диаметром, равным диаметру гвоздя. Это отверстие надо проделать на расстоянии 10 см от того края верхней доски, который соединяется петлями с доской В.
В это отверстие должен вставляться выступающий из доски а подвижной части конец гвоздя, который будет служить осью установки. Чтобы верхняя часть легко поворачивалась, надо соприкасающиеся поверхности экваториального столика хорошо отшлифовать, а непосредственно перед наблюдениями натереть их мылом.
Теперь нужно оборудовать астрограф гидом. Гид - это миниатюрный телескоп, который можно изготовить из очкового стекла с фокусным расстоянием 30-50 см и лупы по описанному выше способу. В окулярной трубочке гида, на расстоянии от окуляра, равном его фокусному расстоянию, надо между двух картонных колец укрепить круглую прозрачную стеклянную пластинку и в центре ее черной тушью на клею нанести маленькое пятнышко. Во время наблюдения гид наводится на какую-нибудь достаточно яркую звезду, расположенную вблизи небесного экватора, а черное пятнышко совмещается с выбранной звездой. В дальнейшем подвижную часть астрографа нужно поворачивать с таким расчетом, чтобы звезда оставалась закрытой контрольным пятнышком.
Астрограф в сборе (внизу видно поворотное устройство). Вверху - гид.
Можно укрепить гид на подвижной части так, как это показано на рисунке, или придумать какой-либо иной способ крепления. Гид должен свободно поворачиваться вокруг горизонтальной оси и закрепляться в нужном положении.
Последнее, что нам осталось, - изготовить приспособление для плавного вращения подвижной части нашего устройства. С этой целью к середине нижнего ребра доски а подвижной части прикрепляется шнурок - лучше всего капроновый. Он перебрасывается через блок, укрепленный у левого края верхней доски экваториального столика, как это показано на рисунке, и наматывается на ручку, установленную на подставке, прибитой к боковому ребру основания экваториального столика. Для блока и наматывающего устройства можно использовать детали из школьного « Конструктора».
Наматывая шнурок на ручку, мы заставим подвижную часть астрографа плавно поворачиваться против часовой стрелки вслед за суточным вращением небесной сферы.
В качестве наматывающего устройства можно использовать и механизм старого будильника. Для этого нужно извлечь из него заводную пружину, чтобы шестеренки могли свободно вращаться. Шнурок надо закрепить на оси одной из больших шестеренок. Если теперь вращать от руки одну из малых шестеренок, то большая шестеренка будет вращаться значительно медленнее и, натягивая шнурок, приведет во вращение подвижную часть астрографа. После нескольких тренировок вы научитесь выполнять подобную операцию с достаточной точностью, обеспечивающей хорошее качество фотографий.
При желании и умении можно оборудовать астрограф и настоящим часовым механизмом. О том, как это сделать, рассказано в журнале «Земля и Вселенная» № 1 за 1982 год.
Вообще при изготовлении астрографа необходимо проявить собственную творческую фантазию, чтобы сделать конструкцию более удобной. Например, обеспечить плавное вращение подвижной части относительно экваториального столика с помощью подшипника.