Förstå teleskop

Ursprungligen publicerad på Scott Andersons webbplats: Science for People 2004

Introduktion

De viktigaste målen med denna artikel är att förklara hur teleskop fungerar, vilka huvudtyper och kategorier som är och hur du bäst kan välja ett teleskop för dig själv eller en spirande ung astronom i din mitt. Vi ska titta på några grundläggande principer, de viktigaste typerna av optiska system, monteringar, tillverkningar och naturligtvis vad du faktiskt kan se och göra med ett visst teleskop.

Jag tror att det är viktigt att påpeka några saker från början: medan astronomi kan vara en avslappnad hobby, tenderar det inte att vara det. Det skapar snabbt passion, och när astro-geeks träffas förstärker passionen sig själv. Planeterna, stjärnor, kluster, nebulosor och rymden i sig är djupa saker, en upplevelse som väntar på att hända. När det händer med dig ska du vara beredd på att ditt liv och ditt dagliga perspektiv förändras av kosmos allmänna natur. När du helt förstår den fysiska skalan hos stjärnorna och galaxerna, och den roll som ljus (alias "elektromagnetisk strålning") spelar i vår förståelse, kommer du att förändras.

När du har erfarenhet av att veta att en individuell foton reste från solen i flera timmar (med ljusets hastighet), slog en iskristall i Saturns ringar och reflekterade sedan tillbaka i flera timmar och passerade genom ditt teleskop systemet, genom okularet och på näthinnan, kommer du verkligen bli förfärlig. Du har precis upplevt "primärkällans" uppfattning, inte ett fotografi på webben eller TV, utan den verkliga affären.

När detta fel biter dig kan du behöva rådgivning för att förhindra att du säljer allt du äger för att få ett större teleskop. Du har blivit varnad.

Regler för engagemang

Innan vi tittar på utrustningen och principerna i detalj finns det några utbredda myter som behöver förtydligas och korrigeras. Det här är några regler du bör följa:

· Köp inte ett "varuhus" -teleskop: medan priset kan tyckas rätt, och bilderna på lådan ser ut tvingande, är små teleskop som finns i butikerna av konstant dålig kvalitet. De optiska komponenterna är ofta plastiska, fästena är vaggiga och omöjliga att peka, och det finns ingen "uppgraderingsväg" eller möjlighet att lägga till tillbehör.

· Det handlar inte om förstoring: förstoring är den mest överhypade aspekten som används för att locka oinformerade köpare. Det är faktiskt en av de minst viktiga aspekterna, och är något du kontrollerar baserat på ditt val av okular. Din mest använda förstoring är en okraftig okular med ett brett synfält. Förstoring förstorar inte bara objektet utan också teleskopets vibrationer, dess optiska brister och jordens rotation (vilket gör spårningen svår). Mycket viktigare än förstoring är ljusinsamlande kraft. Detta är ett mått på hur många fotoner din omfattning samlar in och hur många som gör det till näthinnan. Ju större diametern för det primära optiska elementet (linsen eller spegeln) för teleskopet, desto mer ljusuppsamlingskraft har det och desto svagare föremål kommer du att kunna se. Mer om det senare. Slutligen är upplösningen av ditt teleskop också viktigare än förstoring. Upplösning är ett mått på ditt optiska systems förmåga att urskilja och separera funktioner som är nära varandra, till exempel att dela dubbelstjärnor eller se detaljer i Jupiters remmar. Även om teoretisk upplösning bestäms av diametern på ditt primära optiska element (lins eller spegel), visar det sig att atmosfären och till och med ditt eget öga kan vara mycket viktigare. Mer om det senare också.

· Datorpunktion är inte nödvändig: under de senaste åren har avancerade fästen med GPS och dators pek- och spårningssystem åldrats. Dessa system ökar kostnaden för teleskopet avsevärt och tillför inte mycket värde för nybörjare. De kan faktiskt vara skadliga. En del av belöningen med denna hobby är att utveckla en intim relation med himlen - lära sig konstellationerna, enskilda stjärnor och deras namn, planetenes rörelse och platserna för många intressanta djuphimmelobjekt. För teknik-junkies med bärbara datorer, sportprogramvara för observationsplanering, kan datorpunkningsfästena vara roliga. Men anser det inte som ett kritiskt köpbeslut för ett första teleskop.

· Om du bara är nyfiken: Kör inte ut och köp ett teleskop. Det finns många sätt att bli mer bekant med hobbyen, inklusive "observationssessioner" för lokala observationsorgan, lokala stjärnfester som astronomiklubbar har tagit på sig och vänner-vänner som redan kan vara nedsänkta i hobbyen. Kolla in dessa resurser och webben innan du bestämmer dig om du ska spendera hundratals dollar för att få ett teleskop.

Optiska system

Teleskop fungerar genom att fokusera ljus från avlägsna objekt för att bilda en bild. En okular förstorar sedan den bilden för ditt öga. Det finns två huvudsakliga sätt att bilda en bild: bryta ljus genom en lins eller reflektera ljus från en spegel. Vissa optiska system använder en kombination av dessa metoder.

Refraktorer använder en lins för att fokusera ljus in i en bild, och är typiskt de långa, tunna rören som de flesta tänker på när de föreställer sig ett teleskop.

En enkel lins fokuserar parallella ljusstrålar (kommer från, i huvudsak,

Reflektorer använder en konkav spegel för att fokusera ljus.

Catadioptrics använder en kombination av linser och speglar för att bilda en bild.

Det finns en mängd olika typer av katadioptrier som kommer att täckas senare.

begrepp

Innan vi tittar på olika typer av refraktorer och reflektorer finns det några användbara begrepp som hjälper till att förstå den allmänna förståelsen:

· Brännvidd: avståndet från den primära linsen eller spegeln till fokusplanet.

· Bländare: ett fint ord för primärdiametern.

· Focal Ratio: förhållandet mellan brännvidden dividerat med den primära öppningen. Om du känner till kameralinser vet du om F / 2.8, F / 4, F / 11, etc. Dessa är brännvärdiga förhållanden, som i kameralinser ändras genom att justera "F-stop". F-stop är en justerbar iris i linsen som ändrar bländaren (medan brännvidden är konstant). Låga F-förhållanden kallas ”snabb”, medan stora F-förhållanden är ”långsam”. Detta är ett mått på mängden ljus som träffar filmen (eller ditt öga) jämfört med brännvidden.

· Effektiv brännvidd: för sammansatta optiska system (med ett aktivt sekundärt element) är den effektiva brännvidden för det optiska systemet vanligtvis mycket större än primärens brännvidd. Detta beror på att sekundärens krökning har en multiplikationseffekt på den primära, en typ av optisk “spakarm”, så att du kan anpassa ett optiskt system med lång brännvidd i ett mycket kortare rör. Detta är en viktig fördel med sammansatta optiska system som den populära Schmidt-Cassigrain.

· Förstoring: förstoringen bestäms genom att dela brännviddens primära (eller den effektiva brännvidden) med okularens brännvidd.

· Synfält: det finns två sätt att överväga synfältet (FOV). Den faktiska FOV är vinkelmätningen av lappen av himlen du kan se i okularet. Den uppenbara FOV är vinkelmätningen av fältet som ditt öga ser i okularet. Ett faktiskt synfält kan vara ½ av en grad vid låg effekt, medan det synbara fältet kan vara 50 grader. Ett annat sätt att beräkna förstoring är att dela upp den uppenbara FOV med den faktiska FOV. Detta resulterar i exakt samma antal som brännviddsmetoden som beskrivs ovan. Medan uppenbara FOVs lätt kan erhållas från specifikationerna för en given okular, är den faktiska FOV svårare att komma med. De flesta beräknar förstoringen baserat på brännvidd och beräknar sedan den faktiska FOV-enheten genom att ta den uppenbara FOV-enheten och dela den med förstoringen. För en uppenbar FOV på 50 grader vid 100X är det faktiska fältet ½ grad (ungefär storleken på månen).

· Kollimation: kollimering avser anpassningen av det övergripande optiska systemet, se till att saker är riktade i linje, och att ljuset bildar ett idealiskt fokus. Bra kollimation är avgörande för att få bra bilder i okularet. Olika teleskopkonstruktioner har olika styrkor och svagheter med avseende på kollimation.

Typer av refraktorer

Du kanske undrar, "Varför finns det olika typer av eldfällar?" Anledningen är på grund av ett optiskt fenomen som kallas "kromatisk avvikelse".

"Kromatisk" betyder "färg", och avvikelsen beror på att ljus, genom att passera genom vissa medier som glas, genomgår "spridning". Dispersion är ett mått på hur olika våglängder för ljus bryts med olika mängder. Den klassiska effekten av spridning är handlingen av ett prisma eller kristall som skapar regnbågar på väggen. När de olika våglängderna för ljus bryts med olika mängder sprids det (vita) ljuset och bildar regnbågen.

Tyvärr påverkar detta fenomen också linser i teleskop. De tidigaste teleskopen, som användes av Galileo, Cassini och liknande, var enkla linssystem med ett element som led av kromatisk avvikelse. Problemet är att blått ljus kommer att fokusera på en plats (avstånd från det primära), medan rött ljus kommer till ett fokus på en annan plats. Resultatet är att om du fokuserar ett objekt på det blå fokuset kommer det att ha en röd "gloria" runt sig. Det enda sättet som man känt vid tiden för att minska detta problem är att göra teleskopets brännvidd mycket lång, kanske F / 30 eller F / 60. Det teleskop som Cassini använde när han upptäckte Cassinis division i Saturns ringar var över 60 fot långt!

På 1700-talet utnyttjade Chester Moor Hall det faktum att olika typer av glas har olika spridningsmängder, mätt med deras brytningsindex. Han kombinerade två linselement, ett av flintglas och ett annat av krona, för att skapa den första "akromatiska" linsen. Achromatic betyder "utan färg". Genom att använda två typer av glas med olika brytningsindex och ha fyra ytkrökningar för att manipulera, producerade han en stor förbättring av refraktorns optiska prestanda. De behövde inte längre vara massivt långa instrument, och efterföljande utveckling genom århundradena förfinade tekniken och prestandan ytterligare.

Även om akromaten reducerade falsk färg i bilden, eliminerade den inte helt. Designen kan föra samman de röda och blåa fokusplanen, men de andra färgerna i spektrumet är fortfarande något ur fokus. Nu är problemet lila / gula glosor. Återigen hjälper dramatiskt att göra f-förhållandet långt (som F / 15 eller så). Men det är fortfarande ett långt "långsamt" instrument. Till och med en 3 ”F / 15 achromat har ett rör som är runt 50” långt.

Under de senaste decennierna har forskare skapat exotiska nya typer av glas som har extra låg spridning. Dessa glasögon, gemensamt känd som ”ED”, minskar kraftigt falsk färg. Fluorit (som faktiskt är en kristall) har praktiskt taget ingen spridning och används i stor utsträckning i små till medelstora instrument, dock till mycket stora kostnader. Slutligen finns nu avancerad optik som använder tre eller flera element. Dessa system ger den optiska formgivaren större frihet, har 6 ytor att manipulera, samt eventuellt tre brytningsindex. Resultatet är att fler våglängder för ljus kan bringas till samma fokus, vilket nästan helt eliminerar falsk färg. Dessa grupper av linssystem är kända som "apokromater", vilket betyder "utan färg, och vi menar det verkligen den här gången". Den korta handen för apokromatiska linser är ”APO”. Genom att bryta teleskopkonstruktioner med APO: er kan man nu uppnå låga fokalförhållanden (F / 5 till F / 8) med utmärkt optisk prestanda och ingen falsk färg; dock vara beredd att spendera 5 till 10 gånger den mängd pengar som skulle köpa achromat med samma diameter.

I allmänhet inkluderar vissa fördelar med refraktorn en "sluten rör" -konstruktion, vilket hjälper till att minimera konvektionsströmmar (vilket kan försämra bilder), och erbjuder ett system som sällan behöver justering. Packa upp den, sätt upp den så är du redo att gå.

Typer av reflektorer

Den huvudsakliga fördelen med den reflekterande teleskopkonstruktionen är att den inte lider av falsk färg - en spegel är i själva verket akromatisk. Men om du tittar på diagrammet ovan för reflektorn, kommer du att notera att fokusplanet är direkt framför primärspegeln. Om du placerar ett okular där (och ditt huvud) kommer det att störa det inkommande ljuset.

Den första användbara designen för en reflektor, och fortfarande mest populär, uppfanns av Sir Isaac Newton, nu kallad "Newtonian" -reflektorn. Newton placerade en liten, platt spegel i en 45-graders vinkel för att avböja ljuskonen på sidan av det optiska röret, vilket gjorde att okularet och observatören kunde förbli utanför den optiska vägen. Den sekundära diagonala spegeln stör fortfarande det inkommande ljuset, men endast minimalt.

Sir William Herschel konstruerade flera stora reflektorer som använde tekniken för "off-Axel" -fokusplan, det vill säga att leda ljuskonen från den primära till en sida där okularet och observatören kunde fungera utan att störa det inkommande ljuset. Denna teknik fungerar, men bara för långa f-förhållanden, som vi kommer att se om en minut.

Det största och mest berömda av Herschels teleskop var ett reflekterande teleskop med en primärspegel på 49 1⁄2 tum (1,26 m) och en brännvidd på 40 fot (12 m).

Medan spegeln erövrade färgproblemet har den några intressanta egna problem. Att fokusera parallella ljusstrålar på ett fokusplan kräver en parabolisk form på den primära spegeln. Det visar sig att parabol är ganska svåra att generera, jämfört med hur lätt det är att skapa en sfär. Ren sfärisk optik lider av fenomenen "sfärisk aberration", i grund och botten, en suddig bild av bilderna i fokusplanet eftersom de inte är parabol. Men om f-förhållandet för systemet är tillräckligt långt (mer än cirka F / 11), är skillnaden mellan formen på sfären och parabolen mindre än en bråkdel av ljusets våglängd. Herschel byggde instrument med lång brännvidd som kunde dra fördel av den enkla genereringen av sfärer och använda off-axel-konstruktionen för att observera. Tyvärr innebar detta att hans teleskop var ganska enorma, och han tillbringade många timmar med att observera på en 40 fot stege.

Flera uppfinnar skapade ytterligare "sammansatta" reflektorer, som använde en sekundär för att leda ljuset tillbaka genom ett hål i den primära spegeln. Några av dessa typer är gregoriansk, Cassegrain, Dall-Kirkham och Ritchey-Cretchien. Alla dessa är vikta optiska system, där det sekundära spelar en viktig roll för att skapa långa effektiva brännviddar, och skiljer sig huvudsakligen av de typer av krökning som används i det primära och det sekundära. Vissa av dessa mönster är fortfarande gynnade för professionella observationsinstrument, men mycket få är tillgängliga kommersiellt för amatörastronomen idag.

Närvaron av en sekundär spegel är en viktig aspekt av Newtonians, och faktiskt nästan alla reflektorer och katadioptriska mönster. Först hindrar sekundären själv en liten del av den tillgängliga bländaren. För det andra måste något hålla sekundären på plats. I rena reflekterande utföranden utförs detta vanligtvis med tunna metallskivor i ett kors, kallat en "spindel". Dessa är gjorda så tunna som möjligt för att minimera hinder. I katadioptriska konstruktioner är den sekundära monterad på korrigeringsplatsen, och det är därför ingen spindel involverad. Den lilla förlusten av ljusuppsamlingskraft i dessa mönster är nästan ingen konsekvens eftersom tum-för-tum, reflektorer är billigare än refraktorer, och du har råd att köpa ett något större instrument. En effekt som kallas ”diffraktion” är emellertid viktigare än den lindringande kraftproblemen. Diffraktion orsakas när ljus passerar nära kanter på saker på väg till det primära, vilket får dem att böjas och ändra riktning något. Dessutom orsakar sekundärer och spindlar spridda ljus - ljus som kommer in från off-axeln (dvs inte en del av den himmellapp som du tittar på), och studsar av strukturerna och in i och runt det optiska systemet. Resultatet av diffraktion och spridning är en liten kontrastförlust - bakgrundshimlen är inte så "svart" som den skulle vara i samma storlek refraktor (av lika optisk kvalitet). Inte att oroa dig - det krävs en mycket erfaren observatör att till och med märka skillnaden, och sedan märks det bara under idealiska omständigheter.

Typer av katadioptrier

Ett av problemen med ren reflekterande optiska konstruktioner är sfärisk avvikelse, som noterats ovan. Katadioptrikens designmål är att dra nytta av den enkla genereringen av sfärisk optik, men fixa problemet med sfärisk aberration med en korrigeringsplatta - en lins, subtilt krökt (och därför generera minimal kromatisk aberration), för att korrigera problemet.

Det finns två populära mönster som når detta mål: Schmidt-Cassegrain och Maksutov. Schmidt-Cassegrains (eller ”SCs”) är kanske den mest populära typen av sammansatt teleskop idag. De ryska tillverkarna har emellertid under de senaste åren gjort betydande intrång med olika ”Mak” -konstruktioner, inklusive vikta optiska system och en Newtonian-variant - ”Mak-Newt”.

Det vackra med den vikta Mak-designen är att alla ytor är sfäriska, och den sekundära formas genom att bara aluminisera en fläck på korridorns baksida. Den har en lång effektiv brännvidd i ett mycket litet paket och är en föredragen design för planetobservationer. Mak-Newt kan uppnå ganska snabba fokalförhållanden (F / 5 eller F / 6) med hjälp av sfärisk optik utan behovet av (för hand) optisk figurering som behövs för parabol. Schmidt-Cassigrain har på liknande sätt Newtonian-variant, vilket gör den till en Schmidt-Newtonian. Dessa har vanligtvis snabba fokusförhållanden runt F / 4, vilket gör dem idealiska för astrografi - stor bländare och bred synfält.

Slutligen resulterar båda Mak-konstruktionerna i stängda rör, vilket minimerar konvektionsströmmar och dammsamling på primärerna.

Typer av okular

Det finns fler okularmönster än det finns teleskopdesign. Det viktigaste att tänka på är att okularen är hälften av ditt optiska system. Vissa okular kostar lika mycket som ett litet teleskop, och i allmänhet är de värda det. De senaste två decennierna har man upplevt uppkomsten av en mängd avancerade okularkonstruktioner med många element och exotiska glas. Det finns många överväganden att göra när du väljer en lämplig design för ditt teleskop, dina användningsområden och din budget.

Det finns tre huvudformatstandarder för teleskop-okular: 0,956 ”, 1,25” och 2 ”. Dessa hänvisar till okularens tunndiametrar och typen av fokuserare som de passar in i. Det minsta formatet 0,965 ”finns oftast på asiatiska importerade nybörjarteleskop som finns i detaljhandelskedjor. Dessa är vanligtvis av låg kvalitet, och när det är dags att uppgradera ditt system har du turen. Köp inte ett teleskop i varuhus !. De andra två formaten är det föredragna systemet som används idag av de flesta amatörastronomer världen över. De flesta mellanliggande eller avancerade teleskop kommer med en 2-tums fokuserare och en enkel adapter som också accepterar 1,25 ”okular. Om du räknar med att få ett teleskop i blygsam storlek och ta det till mörka himmel för att observera nebulosor och kluster, kommer du att vilja ha några av de bättre 2-okularerna, och du bör se till att du får en 2 ”-fokuserare.

Okular är konstruerade av linser, och därför har vi samma fråga om kromatisk avvikelse som vi hade när det gäller refraktorn. Okulardesign har utvecklats under århundraden i takt med de övergripande framstegen inom optik och glas. Moderna okularmönster använder achromater (”dubletter”) och mer avancerade mönster (med ”tripletter” och mer) tillsammans med ED-glas för att maximera deras prestanda.

En av de ursprungliga optiska mönstren kom från Christian Huygens på 1700-talet som använde två enkla (icke-akromatiska) linser. Senare använde Kellneren en dublett och en enkel lins. Denna design är fortfarande populär i billiga nybörjarteleskop. Den ortoskopiska var en populär design under 1900-talet och är fortfarande gynnad av hårda kärnplansobservatörer. På senare tid har Plossils fått fördel på grund av något större synlig synfält.

Under de senaste två decennierna har tillverkare introducerat ett brett utbud av nya mönster, varav de flesta försöker maximera det synliga synfältet (vilket också ökar det faktiska fältet för Visa vid en given förstoring). Okular innan detta begränsades till 45 eller 50 grader uppenbar FOV.

Den första och främsta av dessa är "Nagler" (designad av Al Nagler från TeleVue), som också kallas "Space-Walk" okularet. Det ger en uppenbar FOV på över 82 grader, vilket ger en känsla av nedsänkning. FOV är faktiskt större än vad ditt öga kan ta in under någon blick. Resultatet är att du faktiskt måste "titta runt" för att se allt i fältet. Många andra tillverkare har producerat liknande, mycket breda fältsögon på bara de senaste fem åren som varierar från 60 grader till 75 grader i uppenbar FOV. Många av dessa erbjuder ett utmärkt värde och ger en mycket bättre upplevelse för tillfälliga observatörer än de avancerade designen som levereras med de flesta nybörjare teleskoper (där känslan är som att titta genom ett rörpappersrör).

Ett slutligt övervägande i valet av okular är "ögonlindring". Ögonlättnad hänvisar till avståndet ditt öga måste vara från linsen på okularet för att kunna se hela uppenbara FOV. En av nackdelarna med mönster som Kellner och Orthoscopic är begränsad ögonavlastning, ibland så liten som 5 mm. Detta stör inte vanligtvis människor med normalt syn eller de som bara är synskådade eller siktade, eftersom de kan ta bort sina glasögon och använda teleskopet för att fokusera perfekt för sin syn. Men för vissa personer med astigmatism kan deras glasögon inte enkelt tas bort, och detta introducerar behovet av att tillgodose det extra avstånd som krävs av deras glasögon och ändå låta dem se hela fältet. Vanligtvis är ögonavlastning på mer än 16 mm tillräcklig för de flesta glasögonbärare. Många av de nya, breda fältkonstruktionerna har en ögonavlastning på 20 mm eller mer. Återigen är okularen hälften av ditt optiska system. Se till att du matchar ditt val av okular med den totala kvaliteten på din optik och dina behov som en individuell observatör.

Populära teleskopdesigner

Achromatiska brytare är populära inom området F / 9 till F / 15, med öppningar från 2 ”till 5” till rimlig kostnad. Det finns flera snabba achromater (F / 5) som erbjuds som "riktfält" -teleskop eftersom de ger breda synfält med låg effekt, perfekt för att svepa Vintergatan. Dessa mönster kommer att visa betydande falsk färg på månen och ljusa planeter, men detta kommer inte att märkas på djupa himmelobjekt. För att få både snabboptik och ingen falsk färg måste du gå med en APO-design till betydande kostnader. APO: er finns från utvalda tillverkare (ofta med långa väntelistor) i design från F / 5 till F / 8, i öppningar från 70 mm till 5 ”eller 6”. De större är mycket dyra (mer än 10 000 dollar) och är domänen för de verkliga fanatikerna i hobbyen.

De populära Newtonian-designen sträcker sig från riktfält 4,5 ”F / 4 till det klassiska 6” F / 8, förmodligen det mest populära startteleskopet. Större reflektorer (8 "F / 6, 10" F / 5 och så vidare) får stor popularitet på grund av den låga kostnaden och portabiliteten för "Dobsonian" -fästet (mer om det senare) och ökande tillgänglighet från många tillverkare, inklusive kit-erbjudanden. Stora Newtonians tenderar att ha snabbare f-förhållanden för att hålla rörlängden under kontroll. Mak-Newts finns mest i F / 6-sortimentet.

Schmidt-Cassegrain är förmodligen den mest populära designen med mer avancerade amatörer - den vördefulla 8 ”F / 10 SC har varit en klassiker i tre decennier. De flesta SC: er är F / 10, även om vissa F / 6.3 är på marknaden. Problemet med snabba SC: er är att sekundären måste vara betydligt större och hindra 30% eller mer. Sammantaget är F / 10-designen idealisk för en allmän blandning av djuphimmel iakttagande såväl som planetariska och månar.

De framtida Maksutovs är vanligtvis inom området F / 10 till F / 15, vilket gör dem något långsamma optiska system som tenderar att inte vara idealiska för expansiva Vintergatan och djuphimmel. De är emellertid idealiska system för observationer av planetariska och månar och konkurrerar med mycket dyrare APO: er av samma bländare.

fästen

Teleskopfästet är definitivt lika viktigt, om inte viktigare, än det optiska systemet. Den bästa optiken är värdelös om du inte kan hålla dem stadiga, peka dem exakt och göra finjustering i pekningen utan att ångra vibrationer eller motreaktion. Det finns en mängd monteringskonstruktioner, vissa optimerade för portabilitet, medan andra är optimerade för motoriserad och datoriserad spårning. Det finns två grundläggande kategorier för monteringsdesign: alti-azimut och ekvatorial.

Alti-azimut

Alti-azimutfästen har två rörelseaxlar: upp och ner (alti) och sida till sida (azimut). Ett typiskt kamerastativhuvud är ett slags alti-azimutfäste. Många små refraktorer på marknaden använder sig av denna design, och det har fördelar med att vara bekvämt för markvis och himmelskådning. Det kanske viktigaste alti-azimutfästet är ”Dobsonian”, som nästan uteslutande används för medelstora till stora Newtonska reflektorer.

John Dobson är en legendarisk figur i San Francisco Sidewalk Astronomer community. För tjugo år sedan sökte John en teleskopkonstruktion som var mycket bärbar och erbjöd förmågan att ta ut ganska stora instrument (12 ”till 20” öppningar) till allmänheten, bokstavligen på trottoarerna i San Francisco. Hans design och konstruktionstekniker skapade en revolution inom amatörastronomi. "Big Dobs" är nu en av de mest populära teleskopkonstruktionerna som ses på stjärnfester över hela världen. De flesta teleskopförsäljare erbjuder idag en rad Dobsonian-mönster. Innan detta betraktades till och med en 10-tums reflektor på ett ekvatorialfäste som ett "observatorium" -instrument - du skulle i allmänhet inte flytta den på grund av det tunga fästet.

Generellt sett är alti-azimutdesign mindre och lättare än ekvatorfästen som ger samma stabilitetsnivå. För att spåra föremål när jorden roterar kräver emellertid rörelse på två monteringsaxlar istället för bara en som för ekvatorialkonstruktioner. Med tillkomsten av datorkontroll erbjuder många leverantörer nu alti-azimutfästen som kan spåra stjärnorna, med vissa varningar. Ett tvåaxlat fäste lider av "fältrotation" under långa perioder av spårning, vilket innebär att denna design inte är lämplig för astrofotografering.

Ekvatorial

Ekvatorialfästen har också två axlar, men en av axlarna (den "polära" axeln) är i linje med jordens rotationsaxel. Den andra axeln kallas "deklineringsaxeln" och är vinkelrätt mot den polära axeln. Den viktigaste fördelen med detta tillvägagångssätt är att fästet kan spåra föremål på himlen genom att bara rotera den polära axeln, förenkla spårningen och undvika problemet med fältrotation. Ekvatoriella fästen är ganska obligatoriska för astrofotografering och bildbehandling. Ekvatorialfästen måste också ”anpassas” till jordens polära axel när de är installerade, vilket gör deras användning något mindre bekvämt än alti-azimut-mönster.

Det finns flera typer av ekvatoriella fästen:

· Tyska ekvatorial: den mest populära designen för små till medelstora omfång, som ger stor stabilitet, men kräver motvikter för att balansera teleskopet runt polaraxeln.

· Gaffelmonteringar: populär design för Schmidt-Cassegrains, med gaffelens bas polära axel, och gafflarnas armar är deklinerande. Inga motvikter behövs. Gaffeldesign kan fungera bra, men är vanligtvis stora jämfört med teleskopet; små gaffelkonstruktioner lider av vibrationer och böjning. Gaffeldesignen har svårt att peka nära den nordliga himmelpolen.

· Äggulafästen: liknar gaffeldesignen, men gafflarna fortsätter förbi teleskopet och sammanfogas ovanför teleskopet i ett andra polärt lager, vilket ger förbättrad stabilitet över gaffeln, men resulterar i en ganska massiv struktur. Yolk-design användes i många av världens stora observatorier på 1800- och 1900-talet.

· Hästsko monteras: en variant av äggulafästet, men använder ett mycket stort polärlager med en U-formad öppning i den övre änden, vilket gör att teleskopröret kan peka mot den nordliga himmelpolen. Detta är designen som används på Hale 200 ”-teleskopet vid Mt. Palomar.

Viktiga överväganden för fästen

Som sagt är teleskopets fäste en kritisk del av det övergripande systemet. När du väljer ett teleskop spelar monteringsöverväganden en viktig roll i din förmåga och villighet att använda det och styr slutligen vilka typer av aktiviteter du kan göra (t.ex. astrofotografering etc.). Nedan är några av de viktigaste övervägandena du bör göra.

· Bärbarhet: förutsatt att du inte har ett observatorium i trädgården, kommer du att flytta och transportera ditt teleskop ut till en observationsplats. Om du har mörka himlar med minimal ljusföroreningar där du bor, kan det bara innebära att du flyttar teleskopet från garderoben eller garaget till trädgården. Om du har en väsentlig ljusförorening, vill du ta din räckvidd till en plats med mörk himmel, helst på en bergstopp någonstans. Detta innebär att du transporterar utrymmet i din bil. Ett stort, tungt fäste kan göra detta till ett jobb. Dessutom, om astrofotografering inte är ett huvudövervägande, är det kanske inte värt ansträngningen att installera och justera ett ekvatoriskt fäste.

· Stabilitet: monteringens stabilitet mäts av den mängd vibrationer som teleskopet upplever när "nudged", vid fokusering, byte av okular eller när en liten bris blåser. Den tid det tar dessa vibrationer att dämpa ut bör vara ungefär 1 sekund. Dobsonianfästen har generellt utmärkt stabilitet. Tyska ekvatorialer och gaffelfästelement, när de är korrekt dimensionerade till teleskopet, uppvisar också god stabilitet, även om de tenderar att väga mer än själva teleskopet med en betydande marginal.

· Peka och spåra: för att verkligen njuta av observationen måste teleskopet vara lätt att peka och rikta, och fästet bör låta dig noggrant spåra objektet du observerar, antingen genom att skjuta teleskopet, med hjälp av manuella långsamma kontroller, eller med en spårningsmotor (en "klockenhet"). Ju högre förstoringen du använder (till exempel för planetobservationer eller delning av dubbelstjärnor), desto mer kritiskt är spårbeteendet hos monteringen. Backlash är ett bra mått på fästets spårningsförmåga: när du skjuter eller flyttar instrumentet en liten bit, stannar det kvar där du siktade det, eller rör det sig något tillbaka? Återfall kan vara ett frustrerande beteende hos ett fäste, och betyder vanligtvis att fästet antingen är dåligt tillverkat eller är för litet för det teleskop du har monterat.

Det är svårt att få en känsla för uppförande från en katalog eller webbplats. Om du kan, gå till en teleskopbutik (det finns inte så många) eller en avancerad kameraförsäljare som bär stora märkes teleskop för en beröring och känsla. Dessutom finns det många resurser, anslagstavlor och recensioner av utrustning som finns tillgänglig på webben och i astronomitidningar. Kanske den bästa formen för forskning är att delta i ett lokalt stjärnefest som hålls av din stadsdel astronomiklubb där du kan se olika teleskop, prata med sina ägare och ha möjlighet att observera genom dem. Hjälp med att hitta dessa resurser finns i ett senare avsnitt.

Finder Scopes

Finder-omfång är små teleskoper eller pekdon som är fästade på ditt teleskops huvudrör för att hjälpa till att hitta föremål som är för svaga för att se med blotta ögat (dvs nästan alla). Synfältet för ditt teleskop är i allmänhet ganska litet, ungefär en eller två diametrar av månen, beroende på din okular och förstoring. Generellt använder du en okular med brett fält med låg effekt först för att hitta ett objekt (till och med ljusa objekt) och sedan byta okular till högre förstoringar som passar för det givna objektet.

Historiskt sett var finderomfattningar alltid små brytande teleskop, liknande en kikare, som erbjuder ett brett synfält (5 grader eller så) vid låg effekt (5X eller 8X). Under det senaste decenniet uppstod en ny strategi för att peka med hjälp av lysdioder för att skapa "red-dot finders" eller upplysta retikelprojektionssystem som projicerar en punkt eller rutnät mot himlen utan förstoring. Detta tillvägagångssätt är mycket populärt eftersom det övervinner flera användningssvårigheter i traditionella finderomfattningar.

Traditionella finder-scopes är svåra att använda av två huvudsakliga skäl: bilden i finder-räckvidden är vanligtvis omvänd, vilket gör det svårt att korrelera den blotta ögat (eller stjärnkarta) i stjärnmönstret med vad som ses i finder, och vilket också gör det svårt att göra justeringar vänster / höger / upp / ner. Dessutom kan det ibland vara utmanande att hitta ögat på finnerns okular, eftersom det är ganska nära huvudteleskopröret, och i många riktningar kommer du att anstränga din hals i besvärliga positioner. Även om det är sant att med praktiken kan orienteringsproblemet mildras, och det är också möjligt att köpa korrekt bildsökare (till högre kostnad), har juryen i det astronomiska samhället tydligt talat - projektionssökare är lättare att använda och mycket billigare.

filter

Den sista delen av det optiska systemet att förstå är användningen av filter. Det finns en mängd olika filtertyper som används för olika observationsbehov. Filter är små skivor monterade i aluminiumceller som gängas in i standardformat med okularformer (ytterligare ett skäl för att få okularet 1,25 ”och 2” och inte ett teleskop för varuhus!). Filter faller inom dessa huvudkategorier:

· Färgfilter: röda, gula, blå och gröna filter är användbara för att få fram detaljer och funktioner på planeter som Mars, Jupiter och Saturnus.

· Neutrala täthetsfilter: mest användbar för att observera månen. Månen är riktigt ljus, särskilt när dina ögon är mörkanpassade. Ett typiskt filter med neutral densitet klipper ut 70% av månens ljus, vilket gör att du kan se detaljer om kratrar och bergskedjor med mindre ögons obehag.

· Ljusföroreningsfilter: ljusföroreningar är ett genomgripande problem, men det finns sätt att mildra dess effekt på din observerande njutning. Vissa samhällen kräver gatuljus av kvicksilver-natriumånga (särskilt nära professionella observatorier) eftersom dessa typer av ljus avger ljus vid bara en eller två diskreta våglängder av ljus. Således är det lätt att tillverka ett filter som bara eliminerar de våglängderna och gör att resten av ljuset kan passera till näthinnan. Mer generellt finns både bredbands- och smalbands-ljusföroreningsfilter tillgängliga från stora leverantörer som hjälper väsentligt i det allmänna fallet med ett lättförorenat metroområde.

· Nebulafilter: om ditt fokus är på djupa himmelobjekt och nebulosa, finns andra typer av filter tillgängliga som förbättrar de specifika utsläppslinjerna för dessa objekt. Mest känt är OIII-filtret (Oxygen-3) tillgängligt från Lumicon. Detta filter eliminerar nästan allt ljus vid andra våglängder andra än syreutsläppslinjerna som genereras av många interstellära nebulosor. Den stora nebulosan i Orion (M42) och slöjen nebulosan i Cygnus får en helt ny aspekt när man tittar genom ett OIII-filter. Andra filter i denna kategori inkluderar H-beta-filtret (idealiskt för Horsehead-nebulosan) och olika andra mer allmänt "Deep Sky" -filter som förbättrar kontrasten och får fram svaga detaljer i många objekt, inklusive kulformiga kluster, planetnebulor, och galaxer.

Observation

Hur man observerar: Den viktigaste aspekten av en kvalitetsobservationssession är mörk himmel. När du har upplevt riktigt mörka himmelobservationer, att se Vintergatan visas som stormmoln (tills du tittar noga) kommer du aldrig mer att klaga på att ladda upp fordonet och köra kanske en eller två timmar för att komma till en bra plats. Planeterna och månen kan i allmänhet observeras framgångsrikt från nästan var som helst, men de flesta himmelstenar kräver utmärkta observationsförhållanden.

Även om du bara koncentrerar dig på månen och planeterna, måste ditt teleskop ställas in på en mörk plats för att minimera bortfallet, reflekterat ljus som kommer in i ditt teleskop. Undvik gatuljus, grannens halogener och stäng av alla utomhus- / inomhusbelysningar du kan.

Det är viktigt att du tänker på dina egna ögons mörka anpassning. Visuell lila, en kemikalie som ansvarar för att öka ögonens skärpa i svagt ljus, tar 15–30 minuter att utvecklas, men kan elimineras omedelbart med en bra dos starkt ljus. Det betyder ytterligare 15–30 minuter anpassningstid. Förutom att undvika starka ljus använder astronomer ficklampor med djupt röda filter för att hjälpa till att navigera i sina omgivningar, se startdiagram, kontrollera deras fäste, byta okular och så vidare. Rött ljus förstör inte visuellt lila som vitt ljus gör. Många leverantörer säljer ficklampor med rött ljus för observation, men en enkel bit röd cellofan över en liten ficklampa fungerar bra.

I avsaknad av ett datorpunktigt teleskop (och även om du har ett), få ​​ett stjärnstabell av kvalitet och lära dig konstellationerna. Detta kommer att göra det rikligt klart vilka föremål som är planeter och vilka bara är ljusa stjärnor. Det kommer också att öka din förmåga att hitta intressanta objekt med hjälp av metoden "star hopping". Till exempel är supernovaresten som kallas Crab Nebula bara en smidgen bort till norr från vänsterhornet i Taurus the Bull. Att känna till konstellationerna är nyckeln till att låsa upp det stora utbudet av underverk som finns tillgängliga för dig och ditt teleskop.

Slutligen, bekanta dig med tekniken för att använda ”avvisad vision”. Den mänskliga näthinnan består av olika sensorer som kallas "kottar" och "stavar". Mitt i din vision, fovea, består huvudsakligen av stavar som är mest känsliga för starkt, färgat ljus. Periferin av din vision domineras av kottar, som är mer känsliga för låga ljusnivåer, med mindre färgdiskriminering. Avvisad syn koncentrerar ljuset från okularet till den mer känsliga delen av näthinnan och resulterar i en förmåga att urskilja svagare föremål och större detaljer.

Vad man bör observera: en grundlig behandling av objekternas typer och platser på himlen är långt utanför denna artikel. Men en kort introduktion kommer att vara till hjälp för att navigera i de olika resurserna som hjälper dig att hitta dessa spektakulära föremål.

Månen och planeterna är ganska uppenbara föremål, när du väl vet konstellationerna och börjar förstå planetenas rörelse i "ekliptiken" (planet för vårt solsystem) och himmelens utveckling när årstiderna passerar. Svårare är de tusentals djupa himmelobjekt - kluster, nebula, galaxer och så vidare. Se min följeslagare Medium artikel om Observing the Deep Sky.

På 1700- och 1800-talet tillbringade en kometjägare med namnet Charles Messier natt efter natt på att leta efter himlen efter nya kometer. Han stötte på svaga fläckar som inte rörde sig från natt till natt, och så var inte kometer. För att underlätta och för att undvika förvirring konstruerade han en katalog över dessa svaga fläckar. Medan han upptäckte en handfull kometer under sitt liv, är han nu berömd och bäst ihågkommen för sin katalog över över 100 djupa himmelobjekt. Dessa objekt har nu sin mest använda beteckning som kommer från Messier-katalogen. "M1" är Crab Nebula, "M42" är den stora Orion nebula, "M31" är Andromeda-galaxen, etc. Finder-kort och böcker om Messier-objekt finns tillgängliga från många utgivare och rekommenderas starkt om du har en blygsam teleskop och mörk himmel tillgänglighet. Dessutom samlar en ny "Caldwell" -katalog ytterligare 100 eller så föremål som har samma ljusstyrka som M-objekten men som förbises av Messier. Dessa är idealiska utgångsplatser för den början djuphimmelobservatören.

I början av hälften av 1900-talet konstruerade professionella astronomer den nya galaktiska katalogen, eller "NGC". Det finns ungefär 10 000 objekt i denna katalog, varav de flesta är tillgängliga med blygsamma amatörsteleskop i mörka himlar. Det finns flera observationsguider som betonar det mest spektakulära av dessa, och ett högkvalitativt stjärndiagram visar tusentals NGC-objekt.

När du förstår det stora utbudet av föremål där uppe, från galaxklyngarna i Coma Berency och Leo, till utsläppsnebulan i Skytten, till utbudet av kulakluster (som den fantastiska M13 i Hercules) och planetnebulan (som M57, " ringnebulan ”i Lyra), kommer du att inse att varje himmellapp har fantastiska sevärdheter, om du vet hur du hittar dem.

Imaging

Precis som i det observerade avsnittet är en behandling av avbildning, astrofotografering och video-astronomi långt utanför denna artikel. Det är dock viktigt att förstå några av grunderna inom detta område för att hjälpa dig att fatta ett välgrundat beslut om vilken typ av teleskop och monteringssystem som passar dig.

Den enklaste formen för astrofotografering är att fånga "stjärnspår". Ställ in en kamera med en typisk lins på ett stativ, peka den mot ett stjärnfält och exponera filmen i 10 till 100 minuter. När jorden roterar lämnar stjärnorna "spår" på filmen som visar himmelens rotation. Dessa kan ha mycket vackra färger, och särskilt om de pekar mot Polaris (”nordstjärnan”) som visar hur hela himlen roterar runt den.

Författarens primära astrofotograferingsuppsättning avbildad på Glacier Point, Yosemite. På det tyska ekvatorialfästet Losmandy G11 sitter den mindre refraktorn på vänster sida för styrning och en 8

Det finns nu flera typer av metoder för att avbilda astronomiska objekt, tack vare tillkomsten av CCD, digitala kameror och videokameror och fortsatta framsteg inom filmtekniker. I något av dessa fall krävs en ekvatorialfäste för korrekt spårning. I själva verket använder de bästa astrofoton som tagits idag en ekvatorialfäste flera gånger mer massiv och stabil än vad som skulle krävas för enkel visuell observation. Denna metod hänför sig till behovet av stabilitet, vindmotstånd, spårningsnoggrannhet och minimerade vibrationer. Vanligtvis kräver god astroavbildning också någon form av styrmekanism, vilket ofta betyder användning av ett andra styromfång på samma fäste. Även om din fäste har en klockenhet är den inte perfekt. Kontinuerliga korrigeringar krävs under en lång exponering för att se till att objektet stannar i mitten av fältet, till en noggrannhet som är nära upplösningsgränsen för teleskopet som används. Det finns både manuella vägledningssätt och CCD-auto guider som kommer in i detta scenario. För filmmetoder kan "lång exponering" betyda 10 minuter till mer än en timme. Utmärkt vägledning behövs under hela exponeringen. Detta är inte för svaghjärtade.

Piggy-back-fotografering är betydligt enklare och kan ge utmärkta resultat. Tanken är att montera en vanlig kamera med en medellång eller bredfältlins på baksidan av ett teleskop. Du använder teleskopet (med ett speciellt upplyst retikulär styrande okular) för att spåra en "guidestjärna" i fältet. Samtidigt tar kameran en 5 till 15 minuters exponering av en stor lapp med himmel i en snabb inställning, F / 4 eller bättre. Detta tillvägagångssätt är idealiskt för vista bilder av Vintergatan eller andra stjärnfält.

Nedan finns några bilder tagna med en 35mm Olympus OM-1 (en gång en föredragen kamera bland astrofotografer, men denna och film förflyttas vanligtvis av CCD, särskilt bland de mer seriösa hobbyister) med exponeringar som sträcker sig från 25 minuter till 80 minuter på ganska standard Fuji ASA 400-film.

Övre vänster: M42, Den stora nebulosan i Orion; Övre höger, Skyttstjärnan (gris); Nedre vänster: Pleiaderna och reflektionsnebulan; Nedre höger, M8, lagunen i Skytten.

Mer avancerade bildtekniker inkluderar hyper-sensibiliserande film för att öka dess ljuskänslighet, med hjälp av sofistikerade astro-CCD-kameror och auto guider, och utföra ett brett utbud av efterbehandlingstekniker (som "stapling" och "mosaikinriktning") på digitala bilder.

Om du gillar bildbehandling, är en teknofil och har tålamod kan området med astroavbildning vara för dig. Många amatörbildtagare ger idag resultat som konkurrerar med prestationerna hos professionella observatorier för bara några decennier sedan. En snabb sökning på webben kommer att ge dussintals webbplatser och fotografer.

tillverkare

Med den senaste tidens ökade popularitet inom astronomi finns det nu fler teleskopstillverkare och detaljhandlare än någonsin tidigare. Det bästa sättet att ta reda på vem de är är att gå ner till ditt lokala högkvalitativa magasinställ och plocka upp en kopia av Sky och Telescope eller Astronomy magasiner. Därifrån hjälper webben dig att få mer detaljerad information om deras erbjudanden.

Det finns två stora tillverkare som har dominerat marknaden under de senaste två decennierna: Meade Instruments och Celestron. Var och en har flera linjer med teleskoperbjudanden i designkategorierna refractor, Dobsonian och Schmidt-Cassegrain, tillsammans med andra specialdesign. Var och en har också omfattande okularuppsättningar, elektronikalternativ, foto- och CCD-tillbehör och mycket mer. Se www.celestron.com och www.meade.com. Båda fungerar via återförsäljarnätverk, och prissättningen fastställs av tillverkaren. Förvänta dig inte att förhandla eller få en särskild affär än närbilder och sekunder.

Nära på de två stora klackarna ligger Orion-teleskop och kikare. De importerar och återmärker flera linjer med teleskop, tillsammans med återförsäljning av utvalda andra märken. Orion webbplats (www.telescope.com) är full av information om hur teleskop fungerar och vilken typ av teleskop som passar dina behov och budget. Orion är förmodligen den bästa källan för ett brett urval av högkvalitativa teleskop. Det är också en bra källa för tillbehör, som okular, filter, fodral, stjärnatlasser, monteringstillbehör och mer. Registrera dig för katalogen på deras webbplats - den är också full av användbar, allmänt information.

Televue är en leverantör av refraktorer av mycket hög kvalitet (APO) och premium okular ("Naglers" och "Panoptics"). Takahashi tillverkar världsberömda APO-refraktorer. I Amerika har Astro-Physics producerat kanske den högsta kvaliteten, mest eftertraktade APO-brytare; de har vanligtvis en 2-årig väntelista, och deras teleskop har verkligen uppskattat i värde på begagnad marknaden under det senaste decenniet.

Författaren och en vän anordnade den primära spegeln på sitt 20

Obsession Telescopes var den första och fortfarande högst rankade producenten av stora stora Dobsonians. Storlekarna sträcker sig från 15 ”till 25”. Var beredd att få en släpvagn för att flytta ett av dessa teleskop till mörka himlar.

Resurser

Webben är full av astronomiska resurser, från tillverkarens webbplatser till publicister, annonser och meddelandeforum. Många enskilda astronomer underhåller webbplatser som visar deras astrofotografering, observerar rapporter, tips och tekniker för utrustning etc. En omfattande lista skulle vara många sidor. Det bästa alternativet är att börja med Google och söka på olika termer, till exempel "observationsmetoder för teleskop", "teleskoprecensioner", "amatörsteleskoptillverkning" osv. Sök också på "astronomiklubbar" för att hitta en i din område.

Två webbplatser är värda att nämna exakt. Den första är Sky & Telescope-webbplatsen som är full av bra information om att i allmänhet observera, vad som är uppe i himlen just nu, och tidigare utvärderingar av utrustning. Den andra är Astromart, en annons för webbplatser för astronomi. Teleskop av hög kvalitet sliter inte riktigt eller har många problem på grund av användning, och de är vanligtvis omsorgsfullt omhändertagna. Du kanske vill överväga att få ett begagnat instrument, särskilt om säljaren är i ditt område och du kan kolla in det personligen. Denna metod fungerar också bra för att få tillbehör som okular, filter, fodral, etc. Astromart har också diskussionsforum där det senaste talet om utrustning och tekniker är rikligt.

Orion Telescopes and Binoculars är en stor teleskophandlare av både sina egna varumärken och andra tillverkare. De har allt från nybörjare till några mycket avancerade omfång och tillbehör. Deras webbplats, och särskilt deras katalog, är fylld med förklarande resurser som diskuterar optiska och mekaniska principer för teleskop och tillbehör.

Nästa?

Om du inte redan har gjort det, ta dig dit och gör några observationer med vänner eller en lokal astronomiklubb. Amatörastronomer är en otrolig gäng, och ges chansen, kommer i allmänhet att berätta mer om ett givet ämne än du kan ta upp i ett sammanträde. Därefter informerar du dig själv om tidningskällor, webbsökningar och webbplatser och ett besök i bokhandeln. Om du tycker att du verkligen har felet, bestäm sedan dina parametrar och begränsningar för att begränsa dina teleskopval när det gäller storlek, design och budget. Om det är allt för mycket arbete, och du bara vill få ett teleskop igår, gå till Orion och köpa den vördefulla 6 ”F / 8 Dobsonian.

Happy Star Trails!