Полные солнечные затмения так редки, а желание ежедневно наблюдать протуберанцы так велико, что за рубежом многие любители строят специальные телескопы-коронографы по схеме французского астронома Лио. Корона слишком слаба, чтобы ее наблюдать на этих любительских инструментах, но протуберанцы видны очень хорошо. К сожалению, у нас в стране любители практически не строят коронографы.
Яркость хромосферы и протуберанцев примерно равна 10 тыс. кд/м2, а яркость ореола вокруг Солнца в среднем около 1 млн. кд/м2, хотя она и меняется в очень больших пределах. Ясно, что просто заслонив рукой солнечный диск, протуберанцев не увидишь. Но есть благоприятное обстоятельство. Ореол рассеивает весь спектр солнечного света от 380,0 до 700,0 нм. Диапазон составляет 320,0 нм. Протуберанец же, как и вся хромосфера, светится в видимой части спектра только в четырех узких линиях водорода, из которых самая яркая На содержит примерно половину всей энергии излучения (рис. 146, а). Она самая яркая. Значит, если подобрать узкополосный светофильтр с полушириной пропускания, скажем, 1,0 нм, то яркость излучения протуберанца уменьшится вдвое, а ореола в 320,0 : 1,0=320 раз. Ореол ослабнет в 320 раз, а протуберанец только в 2 раза. Яркость протуберанца по отношению к ореолу возрастает в 160 раз. Видимая яркость протуберанца станет 5000 кд/м2, а ореола — 3000 кд/м2. Протуберанец будет хорошо заметен на фоне неба.
В дни с особо чистым небом ореол слабее, и можно применять фильтры с полушириной пропускания 10,0—15,0 нм. Если же полуширина полосы пропускания мала, как, например, у коронографа клуба им. Д. Д. Максутова 0,6 нм, то протуберанцы видны даже за кучевыми облаками, пока солнечный диск хоть немного просвечивает!
Простейшее устройство для наблюдений протуберанцев изображено на рис. 150, б. В фокусе окуляра устанавливается непрозрачный экран — искусственная луна.
Рис. 146. Протуберанец-телескоп по схеме коронографа Лио: а — спектры солнечного ореола, протуберанца и полоса пропускания интерференционного фильтра, б – окуляр для наблюдении протуберанцев, в—коронограф Лио; 1—объектив, 2 — диагональное зеркало, 3 — искусственная луна, 4 — линза поля, 5 — объектив переноса изображения, 6 — диафрагма, 7 — непрозрачный экранчик, 8 — интерференционный светофильтр, 9 — серый фильтр, 10 — черный бархат
Перед ним размещается интерференционный светофильтр с полушириной пропускания 5 нм или меньше. Диаметр искусственной луны получается умножением фокусного расстояния телескопа на тангенс видимого углового диаметра Солнца. Значение этого диаметра (точнее радиуса) можно взять в таблице «Физические эфемериды Солнца, Луны, Марса, Юпитера и Сатурна» в переменной части «Астрономического календаря». В декабре — январе диаметр равен 32'36", в марте и сентябре 32'19°, в июне — июле уменьшается до 31'30". Тангенсы этих углов равны 0,00948, 0,00940 и 0,00916. Для телескопа с фокусным расстоянием 2000 мм диаметры «зимней» и «летней» «луны» равны 19,0 мм и 18,3 мм. В действительности диаметры берут на 2 % больше, чтобы солнечный диск перекрывался с небольшим запасом. Тогда в нашем случае диаметры будут равны 19,4 и 18,7 мм. Для небольших телескопов можно остановиться на «зимнем» диаметре и обойтись одной искусственной луной.
Находясь в непосредственной близости от фокуса телескопа, интерференционный фильтр может перегреться и расслоится или даже лопнуть. Можно задиафрагмировать телескоп, но тогда снизится разрешающая способность телескопа. Можно перед объективом поместить отполированный с оптической точностью «черный» фильтр, но лучше перед интерференционным фильтром установить призму Гершеля (рис. 67, с), которая пропустит более 90 % света и только 7—8 % попадает на фильтр.
Описанный окуляр хорош для визуальных наблюдений, но не годится для фотографирования, так как в фокальной плоскости, где расположена «луна», нельзя разместить фотопластинку. Усложним конструкцию (рис. 146, в). За «луной» и полевой линзой на оптической оси установим дополнительную линзу или объектив, который переносит изображение и «луны» и протуберанцев в общую плоскость. Здесь устанавливается или фотопластинка или окуляр. Ясно, что этот объектив переноса изображения не что иное, как проекционный объектив окулярной камеры. Масштаб чаще всего выбирается ] : 1, но может быть и другим; например, у малого 80-миллиметрового коронографа клуба им. Д. Д. Максутова масштаб при переносе 1 : 3. Это вызвано малым масштабом изображения Солнца в фокусе школьного 80-миллиметрового рефрактора. При фокусном расстоянии 800 мм диаметр искусственной луны 7,4 мм. После переноса диаметр солнечного изображения и искусственной луны будет 22 мм. Это хороший диаметр для фотографирования на формате 24х36 мм. Одновременно относительное отверстие меняется с 1/10 до 1/30, а эквивалентное фокусное расстояние — до 2400 мм.
Для того, чтобы поле зрения было освещено равномерно, нужно, чтобы изображение объектива телескопа, построенное полевой линзой, лежало в непосредственной близости от объектива переноса. Для этого фокусное расстояние полевой линзы должно быть равно
f1 = f’ b / (f’ + b) ,
где f — фокусное расстояние объектива, а b — расстояние между полевой линзой и объективом переноса. С другой стороны, расстояние b определяется фокусным расстоянием объектива переноса и масштабом в эквивалентном фокусе,
f2 = m b / (m + 1) или b = (m + 1) f2 / m, где
где f2 — фокусное расстояние объектива переноса, а m — масштаб. Если он равен 1, то b вдвое больше фокусного расстояния.
В плоскости изображения объектива телескопа объективом переноса устанавливается диафрагма, назначение которой — срезать лучи дифракции на главном объективе, которые засвечивают изображение. Для этого диафрагма «прикрывается» и тем больше, чем выше нужен контраст изображения.
Чтобы снизить отражение света от стенок трубы, устанавливается серия диафрагм. Стенки трубы желательно покрыть нетвердеющим вязким лаком. На него оседает пыль. Часто, чтобы сократить общую длину коронографа, сразу за полевой линзой устанавливают две призмы, которые поворачивают ход лучей на 180° (рис. 147).
Так как наблюдения с коронографом ведутся в монохроматическом свете, то главный объектив коронографа может быть одиночной линзой. Чтобы свести к минимуму сферическую аберрацию, желательно, чтобы линза была близка к плосковыпуклой. Выпуклая ее сторона должна быть обращена к небу. Для снижения комы и астигматизма важно, чтобы применялись линзы с малыми относительными отверстиями. Таким образом вполне возможно весь коронограф сделать из одиночных линз. Особое внимание нужно уделить чистоте поверхностей главного объектива. Малейшая пыль или царапины при наблюдении Солнца дают огромное количество рассеянного света, который засвечивает не очень яркое и малоконтрастное изображение протуберанцев. Такой же чистой должна быть полевая линза, хотя требования к точности ее поверхностей невысоки. Объектив переноса должен быть достаточно точным, но пыль и мелкие дефекты на его поверхностях не слишком мешают. В результате отражений на обеих поверхностях в центре объектива получается яркий блик, видимый со стороны окуляра и засвечивающий изображение. Поэтому в центре диафрагмы около объектива переноса устанавливают небольшой непрозрачный экран, который перекрывает изображение этого блика в выходном зрачке.
В заключение несколько подробностей. Чтобы в выходном зрачке не собиралось слишком много света, нужно, чтобы он был сравнительно большим. Для этого b выбирается от 1/4f до 1/2f. Край искусственной луны должен быть без зазубрин и других дефектов, которые будут перенесены вместе с изображением протуберанцев в эквивалентную фокальную плоскость.
Рис. 147. 80-миллиметровый коронограф, построенный в клубе им. Д, Д. Максутова. Основой коронографа служит 80-миллиметровый школьный рефрактор, эквивалентное фокусное расстояние инструмента 2400 мм. Слева виден окуляр Эрфле с фокусным расстоянием 27 мм, который дает увеличение 90х и поле 43' (коронограф установлен на трубе 315-миллиметрового рефлектора)
Для этого «луну» можно отполировать на токарном станке с большой скоростью с помощью пасты ГОИ. Для того, чтобы «луна» не перегревалась, перед ней устанавливается диагональное зеркало, диаметр которого немного меньше диаметра «луны». Его качество неважно. Основная часть света отражается в сторону, в отверстие в стенке трубы. Там располагается световой лабиринт: под углом 45° устанавливается темно-серый светофильтр, сзади него — черный бархат. Отраженные 7—8 % света также улавливаются экраном из черного бархата.
Коронограф должен иметь два механизма фокусировки. Один из них перемещает искусственную луну (можно вместе с полевой линзой) вдоль оси для совмещения «луны» с изображением солнечного лимба. Второй механизм фокусирует суммарное изображение в эквивалентной фокальной плоскости.
________
*) О солнечных телескопах для наблюдений в белом свете см. [111, 56].
Предыдущий параграф |
Глава шестая |
Следующий параграф |