Астрономические инструменты своими руками

Астрономические инструменты своими руками

САМОДЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ПО АСТРОНОМИИ

1. СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ В КЛАССЕ ( ДЕЙСТВУЮЩАЯ МОДЕЛЬ )

Одним из древних астрономических приборов являются солнечные часы. Солнечные часы хорошо известны очень многим, но видеть их в действии можно чрезвычайно редко. В школах существуют самодельные модели прибора, но находятся они обыкновенно в шкафу. Извлекают их для разовой демонстрации при объяснении соответствующего материала на уроке. Этого явно недостаточно. Солнечные часы, как и всякие часы, должны показывать время. При современной службе времени существуют другие, более точные и удобные способы отсчета времени, но в учебно-методических целях использовать солнечные часы, несомненно, полезно.

Сооружение горизонтальных или экваториальных солнечных часов на отдельной площадке во дворе школы не всегда возможно. Такие часы должны быть достаточно прочными, расположенными на отдельной площадке и ограждены небольшой изгородью. За подобными часами надо всегда следить, расчищать канавки делений или их подрисовывать, сметать снег в зимнее время и т. д.

Самыми простыми, легко изготовляемыми, всегда доступными обозрению являются вертикальные солнечные часы с циферблатом на полупрозрачном материале (матовое стекло, калька, папиросная бумага), подвешенные между рамами окна. Конечно, такие часы будут показывать время лишь тогда, когда окно и, следовательно, часы освещаются солнечными лучами (для установки солнечных часов лучшие окна те, которые обращены на юг).

Изготовляются часы следующим образом: на прямоугольном куске матового стекла (можно взять стекло для фотоаппарата 13X18; 18X24) или на листе кальки (хорошие результаты получаются с тонким белым листом бумаги), наклеенном на стекло прямоугольной формы, с размерами, соответствующими формату окон и расстоянию между рамами, наносят тушью деления (рис. 1). у -угол, образуемый делением с вертикалью, вычисляют по формуле

рис.1

где -широта места наблюдателя, t-время в часовой мере (при вычислениях преобразовать в градусную меру).

Параллельно краю циферблата, на расстоянии 1 см от него, проводятся линии. В промежутке между этими линиями и краями проставляются деления долей часа. Интервал лучше всего выбрать в 10 мин. Как видно из рисунка, взята только половина шкалы -от 6 до 18 час. Такой выбор позволяет при небольшой площади получить более крупные деления на циферблате. Солнце не может освещать окно дольше, чем 12 часов. Если Солнце освещает окно начиная с 12 час. дня до 20 и позже (что имеет место в весенне-летнее время особенно в северных широтах), то для циферблата надо взять другую часть шкалы -от 12 до 24 час. (рис. 2). Для раннего времени (утренние часы) можно взять часть шкалы от 0 до 12 час. Если матовая поверхность повернута к наблюдателю, то цифры часов пишутся по часовой стрелке начиная с правого края.

Рис. 2

Если матовая поверхность повернута к Солнцу, то цифры надо писать «зеркально» по направлению
слева -вниз -направо, чтобы на просвет они были видны прямо.

рис.3

Указателем времени служит тень, отбрасываемая треугольником, сделанным из жести или из миллиметрового листового железа.
В треугольнике( рис. 3 )угол ,
где -широта места. Расстояние АВ равно высоте циферблата солнечных часов.
Угол CAB делается прямым для широт, близких к полярному кругу.
Для южных широт его можно сделать несколько меньшим (на угол наименьшей высоты Солнца в зимнее время):

Такое уменьшение угла CAB не обязательно, но оно может оказаться необходимым при небольших расстояниях между рамами окон.

В треугольнике возле точек А и В оставляют при вырезывании выступы-держатели, с их помощью треугольник крепится к стеклу, как показано на рис 1. Острый угол СВА должен быть в точке, откуда расходятся деления, а линия АВ —на делении 12 час.

На стекло накладывается легкая деревянная рамка, при помощи которой часы крепятся посредине между рамами в верхней части окна. Предварительную установку производят по компасу, ориентируя плоскость треугольника в плоскости небесного меридиана. Окончательную установку и закрепление часов производят в местный полдень, точный момент наступления которого вычисляют заранее по формуле

где —уравнение времени, n—номер пояса, -долгота места от Гринвича.

В вычисленный момент треугольник не должен давать тени на матовом стекле. Перед установкой часов следует тщательно проверить с помощью прямоугольного треугольника перпендикулярность плоскости треугольника -указателя к плоскости матового стекла. При правильной установке часов линия треугольника СВ параллельна земной оси и направлена на полюс мира.

Для циферблата солнечных часов от 12 до 24 час. указатель делается из одного куска жести или листового железа в виде двух соединенных треугольников (рис. 4).

рис.4

AK определяется высотой циферблата; DBC—прямая линия;

Выступы в точках А и К расположены по обе стороны линии АК.
Общий вид вечерних солнечных часов дан на рис.2. Надо заметить,что солнечные часы всегда показывают истинное местное время.

Мы же живем по декретному времени. Поэтому возле солнечных часов надо повесить написанную большими цифрами постоянную поправку, которую надо всегда прибавлять к показаниям солнечных часов, чтобы получить декретное время. Для Москвы, например, такая поправка 29,5 мин. 30 мин.; для Запорожья -39,4 мин.40 мин. Поправка для своего города выписывается из школьного астрономического календаря либо вычисляется по формуле (поправка =) .

Бывает, что солнечные часы устанавливают не по местному времени, а по декретному (часы в таком случае показывают время с незначительной ошибкой), повернув их несколько вокруг вертикальной оси, проходящей в плоскости меридиана. На первый взгляд такая установка может показаться даже удобней -не надо пользоваться поправкой к часам. Следует предостеречь: подобные часы, хотя и показывают сравнительно «правильно» время, но методической ценности для уроков астрономии они не имеют.

При установке солнечных часов большого формата деления долей часа могут быть мельче, чем 10 мин. В таком случае, кроме указанной поправки, надо прибавить «уравнение времени, чтобы получить точное декретное время. Поправки на уравнение времени даются в учебнике астрономии для X класса Б. А. Воронцова-Вельяминова. Их можно показать на отдельном графике и повесить на стене рядом с часами.

Источник

Астрономические инструменты своими руками

Коротко приведем здесь, что можно увидеть в телескоп с той или иной апертурой.

30 мм. То же, плюс спутники Юпитера Европа, Ио, Каллисто и Ганимед. При очень удачном стечении обстоятельств – спутник Титан Сатурна. Полосы на диске Юпитера. Планета Нептун – в виде звезды.

40 мм. Разделяется двойная звезда Кастор – Альфа Близнецов. Хорошо видна Большая Туманность Ориона и рассеянные звездные скопления в созвездиях Персея, Возничего, Большого Пса и Рака.

60 мм. Разделяется четырехкратная звезда Эпсилон Лиры. Видна формация Прямая Стена в Море Облаков на Луне.

80 мм. Видны тени от спутников Юпитера при прохождении их перед диском планеты. В кольцевой туманности M57 заметен темный провал в центре. Несколько спутников Сатурна. Щель Кассини в кольце Сатурна.

100 мм. Видны спутник Ригеля – Альфы Ориона – и Полярной Звезды – Альфы Малой Медведицы.

120 мм. Спутник Сатурна Энцелад. Детали на диске Марса во время противостояний – моря и полярные шапки из углекислоты.

150 мм. Двойственность Эпсилона Волопаса. Деление шарового скопления M13 на отдельные звёзды.

200 мм. Деление Энке в кольце Сатурна – несколько концентрических колец, разделенных промежутками. Спирали в Туманности Андромеды.

250 мм. Плутон. Спутники Урана.
300 и более. Туманность Конская Голова. Спутник Сириуса. Галактики в деталях. Центральная звезда в кольцевой туманности М57. Шаровое звёздное скопление в галактике М31.

И так подводим итоги — для того, чтобы построить простой телескоп-рефрактор, нужны всего две собирающие линзы — длиннофокусная (с малой оптической силой) — для объектива и короткофокусная (сильная лупа) для окуляра.

Их следует искать на блошиных и радиорынках, в магазинах очковой оптики на худой конец.
Первая линза — объектив телескопа, если навести ее без всего остального на какой-нибудь удаленный предмет, создаст его перевернутое изображение за собой, на расстоянии, примерно равном своему фокусному расстоянию. Это изображение можно увидеть на матовом стекле или бумажке или, без всякого стекла, просто встав за линзой на расстоянии, больше фокусного, и смотря в направлении линзы.

Теперь с механической стороны. Для того, чтобы все это хозяйство не держать в руках, берем две трубки, одна из которых вдвигается в другую, или делаем их из бумаги и ПВА, черним изнутри активированным углем или начинкой от батарейки с ПВА (баллончик с черной матовой краской тоже подойдет), и крепим на конце одной трубки объектив, на конце другой окуляр. После этого вдвигаем одну трубку в другую, так чтобы видеть четкое изображение удаленных предметов. Труба готова.
Существенные моменты: объектив — очковое стекло, конденсорная линза или ахроматическая склейка с фокусным расстоянием 40 — 100 см. Диаметр входного отверстия телескопа 20 — 30 мм, если склейка (объектив от какого-то оптического прибора), то можно больше. Если диаметр будет больше приведенных значений, то изображение может получиться неконтрастным. Для ограничения диаметра делаем диафрагму — вырезаем картонный круг диаметром, равным внешнему диаметру объектива, в нем по центру вырезаем круглое отверстие диаметром 20 — 30 мм. Ставим диафрагму вплотную к объективу перед или за ним.
Увеличение такого телескопа 20 — 50 крат.

Линзы объектива и окуляра должны быть установлены в трубу как можно более соосно. Объектив обязательно должен быть стеклянным. Что видно: в 28 мм 40 крат за городом видны звезды до 9-й величины, кольцо Сатурна и просвет между ним и диском, спутники и две темных полосы на Юпитере (они кажутся скорее оранжевыми), фаза Марса, когда он был 6 секунд диаметром, кратеры на Луне, пятна на Солнце (только при проекции окуляром, глазом не смотреть. ).

Вывод такой — по различимости деталей это изделие, если собрано хорошо, превзойдет и 8-кратный бинокль.

На всякий случай напоминаем — очковая линза +1 дптр имеет фокусное расттояние 1 метр и она вполне достаточна для такого простейшего телескопа. Не стоит следовать расхожим рекомендациям и изготавливать объектив из пары одинаковых линз +0.5 дптр (вогнутостями друг к другу). Это схема «Перископ», которая имеет какие-то преимущества только на полях в 30-50 градусов, что не актуально для телескопов с их полями в пол-градуса.

Источник