Mladen i Goran Hudec - Izrada teleskopa 4. dio

Teleskop je osnovni astronomski instrument kojega astronomi koriste kako bi upoznali i dokučili tajne svemira. Ako ga je Galileo mogao napraviti prije više od 400 godina, možete i vi. Evo i kako...

Calverov Schmidtov reflektorski teleskop. © Ljubaznošću: Armagh Observatory
Članak
0Komentari
Broj otvaranja4631

Inž. Mladen i Goran Hudec
Kosmoplov broj 10. - 15. studenoga 1969. godine


      Kraj šezdesetih i početak sedamdesetih godina dvadesetog stoljeća, ostat će zapamćen u svijetu astronomije, po jednome fantastičnom projektu, koji nikada prije i nikada kasnije nije ponovljen. Mladen i Goran Hudec pobudili su kod astronoma amatera pravu pomamu za izradom astronomskih instrumenata - teleskopa. Kako bismo ponovo oživjeli duh tih vremena i izvukli ga iz zaborava, odlučili smo na stranicama Zvjezdarnice napraviti reizdanje cijeloga serijala, u 13 nastavaka dakako, baš onako kako je to prije 44 godine išlo u časopisu Kosmoplov. Naravno, sve je osuvremenjeno kako i dolikuje 21. stoljeću i Internetu, no u samu srž, a to su tekstovi i ilustracije, nismo previše dirali. Oni zavrjeđuju ostati onakvi kakvi su i bili.

      Koliko to god zvučalo avanturistički, i dan danas postoje ljudi koji radije sami izrađuju svoje teleskope, nego da ih kupuju gotove. U opisima se nije ništa posebno promijenilo od tada pa se sve to može primijeniti i danas. Dokaz su i mnogobrojne teme na našem Astroforumu u kojima astronomi razmjenjuju iskustva upravo oko raznih izrada i modifikacija teleskopa i astronomske opreme. To znači samo jedno: duh i ideja koje su "posijali" Mladen i Goran, žive i dan danas! Nadam se da ćete uživati čitajući ovaj serijal, a u zadnjem, trinaestom dijelu, dat ćemo vam ga na poklon kompletnog u PDF formatu, kako biste mogli imati sve na jednome mjestu.

Već smo navikli da vam pišemo u nastavcima, nastojeći da svaki od tih nastavaka predstavlja neku manje-više zaokruženu cjelinu. U želji da vam što jednostavnije prikažemo proces izrade optike morali smo do sada izostaviti razgovor o optici. Na žalost, dalje bez toga ne ide. Nemojte se prestrašiti ako ovo prelazi vaše poznavanje geometrije, pa vam sve baš nije potpuno jasno! Isto tako neka izvine poznavaoci optike što ne dajemo detaljnija objašnjenja, ali smo se plašili da bi ovaj članak bio preopširan i radi toga ne dajemo za mnoge stvari detaljnija objašnjenja. Ipak prihvatite zaključke koji slijede iz te "teorije"!
Konkavno zrcalo

Teleskopom se promatraju predmeti koji su toliko daleko da zrake svijetla dolaze na zrcalo gotovo paralelno. Konkavno zrcalo "sabire" te zrake u jednu tačku - žarište. Ako je zrcalo, dio kugline plohe (lopte), dakle sferno zrcalo, onda žarišna daljina pojedinih zona, t.j. prstena oko središta zrcala, nije ista. Optičari to zovu sferna greška, a njena posljedica je da najmanja moguća slika zvijezde nije točka nego mali kružić na srednjoj žarišnoj daljini. Paralelne zrake može u jednoj točki skupiti samo konkavno zrcalo čiji je presjek parabola. Sferna greška je utoliko veća što je veći odnos promjera i njegove žarišne daljine. Taj odnos zovemo "svjetlosna moć" ili kraće "otvor", a fotografi ga zovu "blenda", na pr. 1:4,5 ili 1:8.
Obično se za manje teleskope (u odnosu na one Palomarske) odabire otvor oko 1:10, pa iz tablice vidimo da do tih granica može sferno zrcalo potpuno zadovoljiti. Nije baš ni parabolično zrcalo savršeno. Ono će perfektno sakupiti zrake koje dolaze u smjeru optičke ose zrcala, ali ne i one koje dolaze malo ukoso, pa dobivamo drugu grešku koju zovemo "koma". Slika zvijezde nije točka, nego ima odsjaj na jednoj strani (iz centra vidnog polja). I ovdje treba potražiti granicu do koje se ta greška ne primjećuje. Na okular treba staviti zaslon (blendu) koji ograničava vidno polje teleskopa kod najvećeg povećanja. Za srednje povećanje se vidno polje može dva do tri puta povećati. U tablici je vidno polje unutar kojeg nema ni traga "kome".
Da možete nešto zaključiti o veličini tog vidnog polja evo dva primjera. Mjesec ima promjer otprilike 30' (kutnih minuta) a disk Jupitera 20" pa iz toga možete zaključiti da "jake optike" t.j. veliki otvori paraboličnih zrcala daju razmjerno mala vidna polja. I ovo govori u prilog većih žarišnih daljina, odnosno manjih otvora.

Da vidimo koliko ima posla oko izrade paraboličnog zrcala. Ako želimo parabolično zrcalo, prvo ćemo ispolirati sferno zrcalo i nakon toga (kod naših "kalibara" do 20 cm promjera) poliranje nastavljamo na poseban način, tako da produbljujemo sredinu zrcala. O detaljima poslije, a za sada da vidimo koliko debeli sloj stakla moramo u sredini "izvaditi" tim dodatnim poliranjem. Na tablici je prikazana razlika između udubljenja sfernog i odgovarajućeg paraboličnog zrcala.
Dodatno udubljenje je izraženo u mikronima-tisućinkama milimetra, a morate znati da je jedan mikron veoma "veliki" ako ga želimo dodatnim poliranjem pravilno "izvaditi" iz zrcala, ali da je sa druge strane greška od desetinke mikrona (tolika je razlika između kugle i paraboloida kod manjeg zrcala sa otvorom 1:10) dovoljna da posve promjeni optička svojstva zrcala.
Opet ste na putu da se preplašite, ali nije vrag tako crn kako izgleda! veličine. Šta nam daje promjer zrcala kao objektiva teleskopa? Očigledno je da zrcalom većeg promjera sabiremo više svjetla i da ćemo sa većim zrcalom vidjeti zvijezde manjeg sjaja, dakle vidimo "dublje" u svemir.

Koliko? Prostim okom vidimo oko 3000 zvijezda na čitavom nebu, a one su prema sjaju svrstane u 6 veličina. One najslabije su kod toga šeste veličine. Najveći teleskop na svijetu vidi zvijezde 20-te veličine.
A gdje su naši, amaterski, teleskopi? Neka vam posluži tabela u kojoj su naznačeni promjer i njegov "domet" uz povoljne okolnosti promatranja. Nije na odmet i broj zvijezda do pojedinih veličina, jer će Vam to pokazati da teleskopi koje možemo sami izraditi nisu baš neozbiljni instrumenti i da spadaju u solidnu "artiljeriju". Fotografiranjem sa dužim ekspozicijama (astronomi imaju ekspozicije i do 10 sati) mogu se postići i dvije do tri zvjezdane veličine više.
Prije nego što počnemo sa optičkim probama, još malo geometrije! Budući da se polira na matrici koja je mekša od stakla, postoji mogućnost da površina matrice odstupa od idealne kugle. One će jače odnositi staklo (to se mjeri stotinkama mikrona) ili na rubu ili u sredini. Posljedica toga je da se dobiva ne sferno zrcalo nego eliptično, parabolično ili hiperbolično, ovisno od toga koliko smo i kako poliranjem deformirali sfernu plohu. Za sada da se sporazumijemo u nazivima. Poprečni elipsoid nastaje geometrijski rotacijom elipse oko kraće osi.

Optičke kontrole

Vrijeme je da se već objasne i te misteriozne optičke kontrole. Barem one koje možemo sami provesti razmjerno primitivnim sredstvima. Sferno zrcalo ima u svim svojim točkama istu zakrivljenost odnosno, jednostavnije rečeno, samo jedan centar zakrivljenosti. Ako bi u taj centar smjestili točku koja je izvor svjetla, tada bi se iz svih tačaka zrcala svjetlost vratila u tu točku. Zgodno ali nepraktično, jer mi to ne možemo vidjeti! Ali to je vidljivo ako samo malo zakrenemo zrcalo, jer će slika svijetle točke nastati malo postrance. Ako želimo da slika bude bez greške koju smo nazvali "koma", ekscentritet slike mora biti što manji, najbolje ne veći od nekoliko cm. Svijetlu točku ćemo morati detaljno proučavati tako da nam oko dođe iza nje. Treba, dakle, prvo načiniti zgodan izvor svijetla u obliku svijetle točke, ili kako je obično zovemo "umjetna zvijezda". To je izvor sa promjerom 2-3 desetinke milimetra, ali tako izrađen da mu se sa strane može prići okom na 2-3 cm. Na slici je "umjetna zvijezda" kakvu možete i sami izraditi iz malo šperploče, nekoliko daščica i par komadića stakla. Opis na slici je, vjerujemo, dovoljan, a sada da vam objasnimo funkcioniranje.
Svjetlo sijalice ulazi u tunel (eventualno pomoću kondenzora, pa je količina svjetla veća) i od kosog zrcala se odbija prema otvoru promjera 3-5 mm. U otvoru se nalazi komadić opalnog (mliječnog) stakla, a u najgorem slučaju komadić paus papira ili komadić običnog stakla koje smo matirali sa obje strane. Pred otvorom načinimo ili malu polugu sa otvorom u koji ubacimo "umjetnu zvijezdu", ili od tankog lima izrežemo "džep" u koji se po potrebi može ubaciti lim sa "zvijezdom". Svrha čitavog uređaja je da se na rupici dobije što manji, ali čim intenzivniji izvor difuznog svijetla.

Nit sijalice se ne smije vidjeti kroz otvor, pa zato umećemo mliječno staklo. Ako smo došli do jedne ili dvije leće sa kratkom žarišnom daljinom (mogu poslužiti i leće od baterijske džepne lampe), treba udaljenost leće od sijalice i od otvora sa opalnim staklom odabrati tako da se na otvoru sabire što više svjetla. Povoljno je koristiti auto sijalice od 40W, ali naravno uz odgovarajući transformator.

Ako ne umetnemo u tunel nikakav kondenzor, treba upotrijebiti sijalicu od 100W ali i tada koristimo vrlo mali dio svjetla. Čitavo kućište lampe treba iznutra oblijepiti staniolom; tako će se manje grijati a i nešto od reflektiranog svjetla će doći do otvora. Obična baterija ima preslabo svijetlo za ovakve probe.

Samu "zvijezdu" izradimo iz vrlo tankog lima kakav se na pr. nalazi na poklopcima "instant" kave ili od debljeg staniola. Izrežemo škarama 4-5 komadića lima 15x20 mm i na gumenoj podlozi ih sve zajedno probušimo vrhom igle. Jedan od limova će imati rupicu upravo onakvu kakva nam treba. Uostalom, probanjem ćete ustanoviti koji je najbolji.

Vašu "zvijezdu" možete isprobati prije nego što imate zrcalo i sa svakom sabirnom lećom koju stavite na dvostruku žarišnu udaljenost od zvijezde i potražite njenu sliku na istoj udaljenosti iza leće. Tako možete sve kontrole uvježbati i čak ustanoviti greške koje ima leća.

Osim zvijezde treba nam i "optički nož" i jedan okular. Optički nož načinimo običnim žiletom na staklu, tako da je njegova sredina oštrice na istoj visini kao i zvijezdu, najbolje oko 15-25 cm. Okular ćemo kasnije koristiti za teleskop; može to biti jači mikroskopski okular ili okular kakvog durbina. Obična sabirna leća nije dobra.

Optičke kontrole se moraju obaviti u potpunom mraku, jer je svijetlo koje dobivamo od zvijezde slabo i svako drugo svjetlo bi smetalo. Pri tome treba računati da nam je potreban prostor za dvostruku žarišnu daljinu zrcala, dakle za zrcalo sa F-150 cm barem 3 metra slobodnog prostora. Ako ne možete u prostoriju smjestiti dva stola tako da na jedan dođe zrcalo a na drugo zvijezda, upotrijebite dvije stolice. Nije baš komotno, ali ide.

U polumraku upalimo lampu, skinemo zvijezdu i na otprilike dvostruku žarišnu daljinu smjestimo zrcalo tako da na komadu papira desno od zvijezde uhvatimo sliku svijetlog otvora. Djelomično ispolirano zrcalo reflektira posve dovoljno svjetla i ne treba ga prethodno metalizirati. Pomicanjem zrcala napred ili natrag izoštrimo sliku, a tada točnije namjestimo zrcalo tako da slika otvora "zvijezde" bude na istoj visini sa otvorom i oko 5 cm daleko od njega.

Ugasite dodatno svjetlo i pokušajte sada uhvatiti okom tu sliku. Sa okom moramo doći u daljinu slike tj. u ono mjesto gdje se zrake odbijene od zrcala sijeku. Kada nam u oko dođu sve zrake koje se odbijaju od zrcala ono nam svijetli kao puni mjesec. Izmaknite se sada nekoliko cm u lijevo ili prema gore. Na površini zrcala se kao sumaglica ili kao sitne zvjezdice vide mjesta koja nisu dovoljno izpolirana. Na taj način pratimo do kraja proces poliranja a već u početku možemo vidjeti da li poliranje ide jednolično.

Smjestimo sada naš optički nož tako da slika otvora bude do pola na žiletu, umetnimo lim sa "zvijezdom" i zamračimo prostoriju. Kada uhvatimo sjecište zraka u oko (sada to ide malo teže) ponovo vidimo zrcalo jednoliko rasvijetljeno, ali nešto slabije nego prije. Možemo vrlo jednostavno ustanoviti da li se nož nalazi točno u daljini slike odnosno predviđenom žarištu. Pomičemo lagano nož u desno neposredno ispred oka. Kada nožem presiječemo zrake svjetla zrcalo se zatamni. Proučite malo crtež!
Ako siječemo zrake ispred prividnog žarišta, zatamniti će prvo lijeva strana zrcala, jer smo te zrake zaklonili. Obratno, ako je nož iza žarišta, zaklanjamo prvo zrake sa desne strane zrcala, pa nam sjena putuje preko zrcala suprotnu od smjera kojim pomičemo nož. Potražimo sada žarište, a to je ona daljina u kojoj se zrcalo odjednom zamrači a da pri tome ne možemo odrediti da li sjena dolazi s lijeva ili s desna! Možemo sada vrlo točno izmjeriti žarišnu daljinu. Ako su zvijezda i njena slika na potpuno istoj daljini od zrcala, tada je to dvostruka žarišna daljina. Ako te daljine nisu potpuno iste, ne smeta mnogo. Žarišna daljina je četvrtina zbroja daljine zvijezde i njene slike od zrcala, ukoliko ta razlika nije veća od desetak centimetara.

Sada možemo provesti Fuko-ovu probu polusjene. Vratimo se nožem u žarište i lagano s lijeva u desno pomičemo nož tako da ga postavimo točno na granicu kada počinje zamračivati zrcalo koje sada u polusjeni u odnosu na ono što vidimo bez noža. Idealno sferno zrcalo će biti potpuno jednoliko zasjenjeno. Treba zamisliti da na mjestu zrcala stoji ploča na pr. od gipsa i da na nju pada svijetlost s boka, gotovo paralelno sa samom površinom (s one strane na kojoj je "zvijezda"). Lagane polusjene djeluju kao ispupčenja ili udubljenja i, što je najinteresantnije, kod takve predstave vidimo razlike u odnosu na idealnu sfernu plohu zrcala (vidi sl. 9).
Proba sjene će izvanredno precizno pokazati greške u obliku prstena ili bilo kakve druge nepravilnosti (vidi sl. 12). Uzdužni elipsoid ima zasjenjenje na lijevoj polovini tj. kao da ima ispupčenje u sredini. Eliptična, parabolična i hiperbolična zrcala imaju zasjenjenje na desno od središta i djeluju kao da zrcalo ima udubljenje u sredini. Sjena je utoliko intenzivnija što se zrcalu jače razlikuje od sfernog, pa kod prekorigiranog - hiperboličnog imamo dojam duboke "rupe" u sredini.

Imamo još jednu kontrolu sa nožem koja je dosta osjetljiva. Ova je proba pouzdanija i lakše provodljiva. Da budemo iskreni, treba malo vježbe da se ustanovi lagana deformacija sferne plohe prema uzdužnom elipsoidu ili paraboloidu probom polusjene. Ova proba će vam, međutim, sigurno poći za rukom. Maknimo nož milimetar dva od žarišta prema zrcalu. Sada smo "unutar" fokusa i lagano pomičemo nož u desno. Sjena prati pomicanje noža; iako nije oštra, možemo vidjeti da li je ona okomita ili zakrivljena (vidi sl. 10). Ako je zrcalo u sredini jače udubljeno (elipsa, parabola ili hiperbola) sjena u početku izgleda kao srp a nakon toga prolazi kroz sredinu brže u desno od sjene na rubovima. Čim pređemo sredinu na gornjem i donjem rubu naglo zasjeni središnja zona zrcala. To je radi toga što sredina ima kraću žarišnu daljinu slike.
A šta je sa parabolom? Odnosno da postavimo pitanje točnije: kada ćemo znati da li zrcalo koje je udubljenije od sfernog ima oblik elipse, parabole ili hiperbole?

Već smo u početku rekli da za otvore do 1:10 uopće nema nikakve potrebe izrađivati parabolična zrcala. Ali često nam probe pokažu da smo sredinu jače ispolirali od rubova tj. da zrcalo nije više sferno nego da ima "rupu" u sredini. Ako nam se to desi u početku poliranja, treba odmah intervenirati i promijeniti način poliranja tako da zrcalo vratimo na sferni oblik. O takvim zahvatima idući puta, nije ni to strašno, al već smo, na užas urednika, za ovaj puta predugački.

Da vam samo objasnimo kako ćemo ustanoviti da li ie zrcalo zaista parabolično. Samo malo računice! Pred zrcalo namjestimo "blendu" iz kartona promjera kao zrcalo, sa izrezom prema slici 11. Srednji krug smatramo sfernim zrcalom i nađemo njegovo središte zakrivljenosti sa optičkim nožem. Zona paraboličnog zrcala koja je za dužinu "y" udaljena od središta ima veći polumjer zakrivljenosti. rugim riječima, prstenasta zona "y" mora sama za sebe sliku zvijezde formirati nešto dalje od centralne zone. Zaslon nam pomaže da izmjerimo položaj slike za pojedine zone.

To se radi tako da na plohu stola na kojoj stoji stalak s nožem pričvrstimo bijeli papir i nož pomičemo uzduž ravnala, tako da se pomiče paralelno. Na papiru zabilježimo položaj noža za fokus centralne zone. Daljina slike koju daje prstenasta zona na daljini 0,304 D od središta, određuje onaj položaj noža kod kojeg se istovremeno zatamne sva četiri izreza na prstenu, ako kao obično lagano pomičemo ili naginjemo nož u desno. Na isti način ćemo naći i položaj slike sa četiri izreza na rubu zrcala. Uz sliku 11. označeno je kolike su te razlike za parabolu. Ako su razlike manje, imamo posla sa elipsoidom, a ako su veće, sa hiperbolom. Ove se trebamo čuvati, jer "prekorigirano" zrcalo ponekad je tvrdoglavo i teško ga je popraviti i vratiti na paraboličan oblik.
Proba sa polusjenom vrlo je efikasna, naročito da nam pokaže nepravilnosti u procesu brušenja. Čest je slučaj da je na nekom mjestu matrica tvrđa od ostale plohe, ili da neki od kvadratića matrice ne dosiže do zrcala kada je ono inače priljubljeno uz matricu. Posljedica je da će pojedine zone zrcala biti manje ili više ispolirane od ostalih i da će se kod probe polusjene pojaviti prstenovi, ili će središte zrcala izgledati udubljeno ili ispupčeno. Sve se to može ispraviti bez većih poteškoća.

Za danas samo jedan recept za korekturu! Mekša matrica odnosi nešto više u sredini nego na kraju, ali je podatljivija i gotovo nikad neće prouzrokovati prstenaste greške. Ako smo kod proba primijetili da nam zrcalo ima prstenove, prekidamo rad na tvrdoj matrici i prelazimo na mekšu, i poliramo najviše pet minuta, te ponovo optički kontroliramo. Redovito će se desiti da su prstenovi blaži ili da su potpuno nestali, uz opasnost da istovremeno izdubimo zrcalo u sredini. Upotrebiti kraće poteze! Ako zrcalo nije dovoljno ispolirano formirajte ponovo tvrđu matricu i nastavite da polirate normalnim potezima uz kontrole svakih pet minuta. Naizmjeničnim poliranjem na tvrđoj i na mekšoj matrici moći ćete normalno završiti zrcalo. Prije svakog prelaza sa matrice na matricu, zagrijte matricu i počnite polirati dok je smola još topla.

Na kraju još jedna napomena!

Ne izlažete se baš prevelikom riziku ako kod otvora 1:8 polirate i bez optičkih kontrola, ukoliko je zrcalo bilo vrlo dobro izbrušeno! U 50% slučajeva dobiti ćete zadovoljavajući rezultat, možda ne baš kvalitetu "super prima", ali ipak podnošlijvu. Bojimo se da smo vas ovim današnjim nastavkom možda prestrašili. Ipak, ne možete sami brusiti objektiv, ako ne znate bar nešto optike, a i vrapci već pjevaju da nema solidnog proizvoda bez kontrole u toku proizvodnje. A optiku možete kontrolirati samo - optički!

Za idući puta vam radi toga pripremamo još nešto optičkih kontrola i nekoliko trikova u korekturama, a nakon toga ćemo početi sa slaganjem teleskopa. Još jedamput molimo sve zainteresirane da nam pošalju svoje zahtjeve u pogledu materijala za brušenje ili gotovih dijelova za teleskope. Od slijedećeg broja ćemo početi odgovarati i na vaša pitanja u vezi sa izradom teleskopa, kojih se sakupio već priličan broj.


Važna napomena!

Sve što ste ovdje pročitali, a tiče se cijena i načina nabave, danas više ne vrijedi. To znači da se materijali i dijelovi za izradu teleskopa ne mogu nabavljati putem Zvjezdarnice u Zagrebu ili bilo koje organizacije spomenute u tekstu. Isto tako ne vrijede niti cijene koje su navedene. Ta pravila vrijedila su u vrijeme kada su članci izlazili u Kosmoplovu ali danas više ne vrijede. Molimo vas da uvažite ovu napomenu.


Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!