Лаб практ КСЕ часть 1 предварительный

но неудобно для наблюдения за астрономическими объектами, которые (в результате вращения Земли) перемещаются относительно нас по окружностям вокруг «оси мира» (направления на Полярную Звезду), то есть по горизонтали и по вертикали одновременно. На таких инструментах для того, чтобы удержать в поле зрения горизонтально перемещающийся объект, можно зафиксировать угол возвышения (в вертикальном направлении), после чего достаточно вертеть только одну ручку (горизонтальной наводки): а вот для того, чтобы удержать в поле зрения небесное тело, приходится синхронно работать двумя ручками – это очень неудобно.

Рис. 38. Окуляр К20, К9 и линза Барлоу для телескопа Veber70070 (слева направо)

Телескоп снабжен двумя сменными окулярами – К9 с фокусным расстоянием 9 мм и К20 с фокусным расстоянием 20 мм (см. рис. 38). С учетом того, что фокусное расстояние объектива равно 700 мм, получается увеличение или 700/20=35, или 700/9=77,5. Если этого увеличения не хватает, то можно воспользоваться линзой Барлоу (см. рис. 38). Это – рассеивающая линза, вставляемая между объективом и окуляром. Она как бы ослабляет объектив (то есть увеличивает его фокусное расстояние) и таким образом приводит к росту увеличения телескопа в три раза – в результате с окуляром К20 получается увеличение 105 (вместо 35), а с окуляром К9 – 232,5 (вместо 77,5). Какое увеличение когда применять – зависит от объекта и условий наблюдения. Конечно, большее увеличение вроде бы всегда лучше меньшего, но только на первый взгляд. С ростом увеличения неизбежно уменьшается поле зрения и резко возрастают проблемы и с наводкойтрубынаобъектнаблюдения,исудержаниемэтогообъектавполезрения.

ТелескопявляетсятрубойКеплера,нодаетпрямое(неперевернутое)изображение за счет использования диагональной призмы (призма Шмидта). Это приводит к коленообразной конструкции трубы, что очень удобно при

51

проведении наблюдений объектов, расположенных высоко над горизонтом инемешаетпринаблюдениилинии горизонта(«колено»вращаетсявокруг оси трубы и может быть отогнуто не вверх или вниз, а вбок).

Рис. 39. Телескоп Veber 70070

На рис. 39 приведено схематическое изображение телескопа. Цифрами обозначены:

1.Оптическая труба.

2.Диагональная призма (оборачивающая призма Шмидта).

3.Компас (для ориентации по магнитному азимуту).

4.Окуляр.

5.Винт крепления окуляра.

6.Держатель (для крепления зрительной трубы к треноге).

7.Платформа(соединеннаястреногойспомощьювинтов,позволяющих поворачивать трубу в вертикальном и горизонтальном направлении).

8.Винт закрепления зрительной трубы на платформе.

9.Колесо фокусировки (самая важная часть зрительной трубы: вращая этоколесо,Выбудетеизменятьрасстояниемеждуобъективомиокуляром и добиваться резкого изображения объекта наблюдения).

52

10.Ручка настройки монтировки (вращая эту ручку, Вы будете изменять угол возвышения трубы над горизонтом).

11.Одна из ног треноги.

12.Защитная крышка для объектива.

13.Лоток для окуляров и линзы Барлоу.

14.Фиксатор длины ног треноги.

15.Удлинение ноги треноги.

16.Держатель видоискателя.

17.Видоискатель (простая труба Галилея с увеличением около 4; служит для поиска объекта наблюдения и предварительной наводки зрительной трубы на него).

На рис. 40 приведена фотография телескопа. Отмечены органы управления, которыми Вы будете непосредственно пользоваться при выполнении лабораторной работы.

Рис. 40. Органы управления телескопа Veber 70070.A– винт фиксации азимута. Если этот винт ослаблен, то труба свободно поворачивается в горизонтальном направлении, если затянут – труба зафиксирована; B – винт фиксации угла возвышения. Если этот винт ослаблен, то труба свободно поворачивается в вертикальном направлении, если затянут – труба зафиксирована; C – ручка наводки на резкость

Порядок выполнения работы

В зависимости от ряда обстоятельств (время года, время суток, погода), вы будете наблюдать либо что-нибудь (по выбору преподавателя) на противоположном берегу Волги (он-то от нас никуда не денется), либо Луну или Солнце (очень интересно, но возможно только тогда, когда соответствующий объект виден за окном во время занятий, а это случается очень редко). В любомслучаето,начтовысмотрите,мыбудемназыватьобъектомнаблюдений.

53

При проведении наблюдений не следует прикасаться руками к стеклянным поверхностям (линзы) ни объектива, ни окуляра. Не следует также прижиматься глазом к окуляру: он рассчитан на то, что в него смотрят не «вплотную», а с некоторого (небольшого, конечно) расстояния. Если вы будете прижиматься к окуляру или прикасаться к телескопу во время наблюдения, он начнет качаться и объект наблюдения будет «скакать» по полю зрения (особенно при больших увеличениях).

Не следует (во избежание утомления глаз) слишком напрягать зрение – надо добиваться хорошей резкости при смотрении ненапряженным глазом за счет правильной фокусировки.

Если за окном виднеется Солнце, при проведении наблюдений следует проявлять крайнюю осторожность: не пользоваться видоискателем (на него у нас нет светофильтра) и пользоваться телескопом только со специальным солнечнымфильтром.НаводкутелескопанаСолнцеможетосуществлять

только лаборант или преподаватель! Не делайте это сами! Помните: в телескоп без хорошего светофильтра Солнце можно увидеть только два раза в жизни – один раз правым глазом и еще один раз – левым 1.

Сказанное относится не только к случаю, когда вы специально намереваетесь рассмотреть Солнце, но и к тому случаю, когда оно вообще есть на небе, хотя Вы смотрите и не на него – ведь попасть телескопом «на Солнце» можно и непреднамеренно, по неосторожности.

1.Ознакомьтесь с устройством телескопа. Попробуйте изменить наводку трубы в горизонтальном и вертикальном направлении.

2.Очень грубо (на глазок) наведите телескоп на объект наблюдения. Для этого ослабьте винт азимутальной наводки и поверните телескоп в нужном направлении. Затем затяните (не слишком сильно!) винт азимутальной наводки и с помощью ручки настройки монтировки установите нужный угол возвышения телескопа в вертикальной плоскости.

3.Отрегулируйте высоту треноги так, чтобы вам было удобно смотреть в телескоп.

4.Повторите наводку телескопа на объект наблюдения (см. п. 2) с большей точностью («прицелившись» в объект наблюдения по верхнему краю трубы).

у5. Повторите наводку телескопа еще более точно, воспользовавшись видоискателем. Добейтесь того, чтобы объект оказался на перекрестии видоискателя.

6.Проведите наблюдение с использованием окуляра К20. При необходимости подрегулируйте наводку телескопа так, чтобы объект наблюдения оказался в центре поля зрения. Если этого не сделать, торостувеличениятелескопа(исоответствующеесужениеполязрения) приведут к исчезновению объекта наблюдения из поля зрения.

1 Ожог сетчатки и последующее ее отслоение очень трудно лечится.

54

7.Проведите наблюдение с использованием окуляра К9. При необходимости подрегулируйте наводку телескопа так, чтобы объект наблюдения оказался в центре поля зрения.

8.Проведите наблюдение с использованием окуляра К20 и линзы Барлоу. При необходимости подрегулируйте наводку телескопа так, чтобы объект наблюдения оказался в центре поля зрения.

9.Проведите наблюдение с использованием окуляра К9 и линзы Барлоу. Позовите преподавателя и продемонстрируйте ему объект наблюдения.

10.Подумайте над следующими вопросами: Какое увеличение оказалось оптимальным? Почему? Какие факторы (в порядке убывания степени вредности) ограничивали возможности визуального наблюдения объекта?

Упражнение 2. Телескоп-рефлектор (зеркальный телескоп Ньютона) Описание установки

Цельупражнения–поработатьназеркальномтелескопеНьютона.Этот телескоп гораздо лучше и гораздо сложнее телескопа Veber 70070. Его при всем желании нельзя назвать зрительной трубой – это именно телескоп, хотя и не профессионального уровня. Называется он телескопом Ньютона потому, что этот телескоп очень похож на первый в мире телескоп-реф- лектор, который изготовил как раз Исаак Ньютон. Этот телескоп оказался очень удачен, и именно за это (а вовсе не за три закона механики) Ньютона когда-то и избрали в члены Королевского общества (это – британская академия наук). Параметры нашего телескопа приведены в таблице:

Фокусное расстояние зеркала	800 мм
Диаметр зеркала	203 мм
Монтировка	Экваториальная
Фокусное расстояние окуляров	25мм (PL25), 6,5 мм
	(PL6,5)
Изображение	Обратное
Дополнительное оборудование	Линза Барлоу (2х),
	окуляр прямого изобра-
	жения 1,5х, видоискатель
	6х30
Увеличение с окуляром PL25	32х
Увеличение с окуляром PL6,5	123х
Увеличение с окуляром PL25 и линзой Барлоу	64х
Увеличение с окуляром PL6,5 и линзой Барлоу	246х

55

	Увеличение с окуляром PL25 и окуляром прямого	48х
	изображения
	Увеличение с окуляром PL6,5 и окуляром прямого	185х
	изображения
	Увеличение с окуляром PL25 и линзой Барлоу и оку-	96х
	ляром прямого изображения
	УвеличениесокуляромPL6,5илинзойБарлоуиоку-	369х
	ляром прямого изображения

К этой таблице следует добавить некоторые комментарии. Зеркальный телескоп Ньютона предназначен, в первую очередь, именно для астрономических наблюдений. Поэтому в нем используется экваториальная монтировка. Это означает, что перед наблюдениями телескоп должен быть ориентирован по Полярной звезде. После этого основание телескопа оказывается расположено «горизонтально», но не по отношению к нашей земной горизонтали, а по отношению к плоскости мирового экватора, то есть к плоскости, перпендикулярной оси мира (направлению на Полярную Звезду). Теперь телескоп можно поворачивать «по горизонтали» и «по вертикали» относительно оси мира. Эта «горизонталь» называется прямым восхождением, а вертикаль – склонением. Это очень удобно для наблюдения за космическими объектами, видимое движение которых на 99,9% связано

свращением Земли вокруг своей оси и потому происходит по «небесной горизонтали» меняется только прямое восхождение, но не склонение. Поэтому для удержания объекта наблюдения в поле зрения приходится вертеть только одну ручку – ручку прямого восхождения, что очень удобно.

Разумеется, с помощью телескопа можно наблюдать и объекты на поверхности Земли. В этом случае обратное («перевернутое») изображение очень неудобно и следует дополнительно к обычным окулярам использовать окуляр прямого изображения, переворачивающий перевернутое телескопом изображение еще раз и делающий его нормальным. Кстати, этот окуляр обеспечивает дополнительное увеличение изображения в полтора раза. Ориентировать телескоп по Полярной Звезде в этом случае тоже не следует – можно просто выставить основание телескопа горизонтально. В этом случае прямое восхождение становится просто азимутом, а склонение – просто высотой объекта над горизонтом.

Телескоп снабжен двумя сменными окулярами (см. рис. 41) – PL25

сфокусным расстоянием 25 мм и PL6,5 с фокусным расстоянием 6,5 мм. С учетом того, что фокусное расстояние объектива равно 800 мм, получается увеличение или 800/25=32, или 800/6,5=123. Если этого увеличения не хватает, то можно воспользоваться линзой Барлоу. Это – рассеивающая линза, вставляемая между объективом и окуляром. Она как бы ослабляет

объектив (то есть увеличивает его фокусное расстояние) и таким образом

56

приводит к росту увеличения нашего телескопа в два раза – в результате сокуляромPL25получаетсяувеличение64(вместо32),асокуляромPL6,5– 246 (вместо 123). Какое увеличение когда применять – зависит от объекта иусловийнаблюдения.Конечно,большееувеличениевродебывсегдалучшеменьшего,нотольконапервыйвзгляд.Сростомувеличениянеизбежно уменьшается поле зрения и резко возрастают проблемы с наводкой трубы на объект наблюдения и с удержанием этого объекта в поле зрения.

Рис. 41. Труба прямого зрения, окуляр PL6.5, окуляр PL25 и линза Барлоу (слева направо)

Рис. 42. Общий вид телескопа Ньютона: 1 – окуляр; 2 – видоискатель; 3 –главное зеркало (снаружи его, разумеется, не видно); 4 – регулятор склонения

(это – «угол возвышения» в звездной системе координат); 5 – регулятор прямого восхождения (это – «азимут» в звездной системе координат)

57

Телескоп является трубой Кеплера и потому дает обратное (перевернутое) изображение. Если Вам нужно-таки прямое изображение – следует воспользоваться окуляром прямого зрения (см. рис. 41).

На рис. 42 и 43 приведено изображение телескопа Ньютона. Вам потребуются регуляторы склонения и прямого восхождения (для наводки на объект, см. рис. 42) и ручка наводки на резкость (см. рис. 43).

Рис. 43. Общий вид телескопа Ньютона: 1 – окуляр, 2 – видоискатель, 3 – ручка наводки на резкость

Порядок выполнения работы

В зависимости от ряда обстоятельств (время года, время суток, погода), вы будете наблюдать либо что-нибудь (по выбору преподавателя) на противоположном берегу Волги (он-то от нас никуда не денется), либо Луну или Солнце (очень интересно, но возможно только тогда, когда соответствующий объект виден за окном во время занятий, а это случается очень редко). В любом случае то, на что вы смотрите, мы будем называть объектом наблюдений.

При проведении наблюдений не следует прикасаться руками к стеклянным поверхностям (линзы) ни объектива, ни окуляра. Не следует также прижиматься глазом к окуляру: он рассчитан на то, что в него смотрят не «вплотную», а с некоторого (небольшого, конечно) расстояния. Если вы будете прижиматься к окуляру или прикасаться к телескопу во время наблюдения, он начнет качаться и объект наблюдения будет «скакать» по полю зрения (особенно при больших увеличениях).

58

Не следует (во избежание утомления глаз) слишком напрягать зрение – надо добиваться хорошей резкости при смотрении ненапряженным глазом за счет правильной фокусировки.

Если за окном виднеется Солнце, при проведении наблюдений следует проявлятькрайнююосторожность–непользоватьсявидоискателем(нанего у нас нет светофильтра) и пользоваться телескопом только со специальным солнечнымфильтром.НаводкутелескопанаСолнцеможетосуществлять

только лаборант или преподаватель! Не делайте это сами! Помните: в телескоп без хорошего светофильтра Солнце можно увидеть только два раза в жизни – один раз правым глазом и еще один раз – левым.

Сказанное относится не только к случаю, когда вы специально намереваетесь рассмотреть Солнце, но и к тому случаю, когда оно вообще есть на небе, хотя Вы смотрите и не на него – ведь попасть телескопом «на Солнце» можно и непреднамеренно, по неосторожности.

1.Регулировку этого телескопа и его наводку на объект наблюдения осуществляетлаборантилипреподаватель.Вашедело–менятьоку- лярыидобиватьсяправильнойфокусировки(резкогоизображения).

2.Проведите наблюдение с использованием окуляра PL25. При необходимости подрегулируйте наводку телескопа так, чтобы объект наблюдения оказался в центре поля зрения. Если этого не сделать, торостувеличениятелескопа(исоответствующеесужениеполязрения) приведут к исчезновению объекта наблюдения из поля зрения.

3.Проведите наблюдение с использованием окуляра PL6,5. При необходимости подрегулируйте наводку телескопа так, чтобы объект наблюдения оказался в центре поля зрения.

4.Проведите наблюдение с использованием окуляра PL25 и линзы Барлоу. При необходимости подрегулируйте наводку телескопа так, чтобы объект наблюдения оказался в центре поля зрения.

5.Проведите наблюдение с использованием окуляра PL6,5 и линзы Барлоу. Позовите преподавателя и продемонстрируйте ему объект наблюдения.

6.Подумайте над следующими вопросами: Какое увеличение оказалось оптимальным? Почему? Какие факторы (в порядке убывания степени вредности) ограничивали возможности визуального наблюдения объекта?

Контрольные вопросы

1.Сформулируйте четыре основных закона геометрической оптики.

2.Кто и когда установил законы геометрической оптики?

3.Кто такой Евклид? Каков его вклад в оптику?

59

4.Кто такой Птолемей? Каков его вклад в оптику?

5.Кто такой Снеллиус? Каков его вклад в оптику?

6.Кто такой Декарт? Каков его вклад в оптику?

7.Что такое линза? Когда появились первые линзы? Чем собирающая линза отличается от рассеивающей?

8.Ходлучейвсобирающейлинзе.Чтотакоефокус,главнаяоптическаяось?

9.Ходлучейврассеивающейлинзе.Чтотакоефокус,главнаяоптическаяось?

10.Когда и где появились первые зрительные трубы? Что такое объектив и что такое окуляр?

11.Кто изобрел первый телескоп?

12.Кто такой Галилей? Каков его вклад в оптику?

13.Как устроена труба Галилея? Как найти ее увеличение? Каковы ее достоинства и недостатки?

14.Кто такой Кеплер? Каков его вклад в оптику?

15.Как устроена труба Кеплера? Как найти ее увеличение? Каковы ее достоинства и недостатки?

16.Чтотакоетелескоп-рефрактор?Ктоизготовилпервыйтелескоп-рефрактор?

17.Чтотакоетелескоп-рефлектор?Ктоизготовилпервыйтелескоп-рефлектор?

18.Кто такой Ньютон? Каков его вклад в оптику?

19.Как Ньютон объяснял законы геометрической оптики?

20.Какой точки зрения на оптические явления придерживался Ньютон – волновой или корпускулярной?

21.Что такое предельный угол разрешения телескопа?

22.Какиефакторыограничиваютразрешающуюспособностьтелескопа?

23.Что такое сферические аберрации? Как с ними можно бороться?

24.Что такое хроматические аберрации? Как с ними можно бороться?

25.Что такое волновые аберрации? Как с ними можно бороться?

26.Что такое азимутальный угол?

27.Что такое полярный угол?

28.Что такое прямое восхождение?

29.Что такое склонение?

30.Что такое ось мира?

31.Чем отличается альт-азимутальная монтировка телескопа от экваториальной? Какая лучше?

32.Что такое оборачивающая призма? Как работает? Зачем используется?

33.Что такое линза Барлоу?

34.Кто открыл спутники Юпитера?

35.Кто открыл пятна на Солнце?

60