Астрономия для начинающих

Прежде чем переходить к описанию систем и устройства телескопов сначала немного поговорим о терминологии, чтобы в дальнейшем не возникало вопросов при изучении этих астрономических приборов. Итак, начнем…
Каким бы странным человеку незнакомому с астрономией это не показалось, но в телескопах главное не увеличение, а диаметр входного отверстия (апертуры), через которое свет попадает в прибор. Чем больше апертура телескопа, тем больше он соберет света и тем более слабые объекты в него удастся рассмотреть. Измеряется в мм. Обозначается D.
Следующий параметр телескопа — фокусное расстояние.

Фокусное расстояние (F) — расстояние, на котором линзы объектива или главное зеркало телескопа строят изображение наблюдаемых объектов. Измеряется также в мм. Окуляры, как приборы состоящие из линз, тоже имеют свое фокусное расстояние (f). Увеличение телескопа можно посчитать разделив фокусное расстояние телескопа на фокусное расстояние используемого окуляра. Таким образом, меняя окуляры, можно получать разные увеличения. Но их цифра не может быть бесконечной. Верхний предел увеличений для каждого телескопа тоже ограничен. Как показывает практика, он равен в среднем удвоенному диаметру телескопа. Т.е. если у нас телескоп диаметром 150мм, то максимальное увеличение, которое можно получить на нем равно где-то тремстам кратам — 300х. Если ставить большие увеличения, качество картинки будет существенно ухудшаться.

Еще один термин — относительное отверстие. Относительное отверстие — это отношение диаметра объектива к его фокусному расстоянию. Оно записывается так 1/4 или 1/9. Чем меньше это число, тем длинее труба нашего телескопа (больше фокусное расстояние). Как узнать звезды какой величины на пределе могут быть видны в наш телескоп? А для этого нам пригодится парочка несложных формул — Предельная звездная величина m = 2 + 5 lg D , где D — диаметр телескопа в мм. Предельное разрешение телескопа (т.е. когда две звезды еще не сливаются в одну точку) равно r = 140 / D , где D выражено в мм. Эти формулы справедливы только для идеальных условий наблюдения в безлунную ночь при прекрасной атмосфере. В реальности ситуация с этими параметрами хуже.

Теперь перейдем к изучению систем телескопов. За всю историю астрономии было изобретено большое количество оптических схем телескопов. Все они делятся на три основных типа — Линзовые телескопы (рефракторы). У них объективом служит линза или система линз. Зеркальные телескопы (рефлекторы). У этих телескопов поступающий в трубу свет улавливает сперва главное зеркало. Зеркально-линзовые телескопы (катадиоптрические). В них используются и те и другие оптические элементы, чтобы нивелировать недостатки обеих предыдущих систем. Все системы не являются идеальными, у каждой есть свои плюсы и минусы. Схема основных систем телескопов —

Разберем устройство телескопа. На следующей иллюстрации указаны все детали небольшого любительского прибора —

Про сменные окуляры мы уже слышали. Для удобства наблюдений в околозенитной области в телескопах-рефракторах, а также зеркально-линзовых приборах часто используют зенитные призмы или зеркала. В них ход лучей изменяется на девяносто градусов и наблюдателю становится комфортнее при проведении наблюдений (не придется задирать голову или лезть под телескоп 🙂 ). У каждого более-менее подходящего телескопа имеется искатель. Это отдельный небольшой линзовый прибор с маленьким увеличением — и, соответственно, с большим полем зрения. (Чем больше увеличение прибора — тем меньше поле зрения). Это позволяет с удобством наводиться в нужную область неба, а затем рассматривать ее в сам телескоп, применяя большие увеличения. Естественно, что перед наблюдениями нужно с помощью винтов, которыми зажата труба искателя, настроить ее так, чтобы она была соосна самому телескопу. Это, кстати, удобнее делать по яркой звезде или планете. Ручки точной доводки служат для подстройки наведения на объект. Фиксаторы движений по осям служат для того, чтобы зафиксировать наш телескоп в выбранном положении. При начале наведения фиксаторы (тормоза) отпускаются и осуществляется поворот телескопа в нужном направлении. Затем положение телескопа фиксируется с помощью этих тормозов, а потом, глядя в окуляр, делается точная подводка телескопа на объект с помощью ручек точной доводки. Вся совокупность деталей, на которых крепится телескоп и с помощью которых осуществляется его поворот, называется монтировкой. Монтировки бывают двух видов — азимутальные и экваториальные. Азимутальные монтировки вращаются вокруг двух осей, одна из которых параллельна горизонту, а другая, соответственно, перпендикулярна к первой. Т.е. вращение осуществляется вокруг осей — по азимуту и высоте над горизонтом. Азимутальные монтировки более компактные и удобны для использования при наблюдении земных объектов. Основная астрономическая монтировка называется экваториальной. Она удобна при слежении за небесными объектами, а также при наведении на них по небесным координатам. С ней удобно компенсировать вращение Земли, что особенно заметно при больших увеличениях (не забываем, что Земля наша вращается и картина неба непрерывно двигается в течении ночи). Если к экваториальной монтировке подключить простейший моторчик, работающий со звездной скоростью, то вращение Земли будет постоянно компенсироваться. Т.е. наблюдателю не нужно будет постоянно корректировать объект с помощью ручек точных движений. На экваториальной монтировке, чтобы компенсировать движение неба в течении ночи, нужно подкручивать ручку только по одной из осей. В азимутальной же монтировке постоянно приходится подправлять телескоп по обеим осям, что не всегда удобно. Рассмотрим устройство экваториальной монтировки по схеме —

В экваториальной монтировке одна из осей смотрит на полюс мира (в северном полушарии он расположен около Полярной звезды). Другая ось которая называется осью склонений, ей перпендикулярна. Соответственно, вращая телескоп вокруг каждой из осей, мы изменяем его положение в системе небесных координат. Чтобы компесировать суточное вращение Земли, достаточно поворачивать наш телескоп вокруг оси направленной на небесный полюс мира. Как настроить направление оси на полюс мира? Нужно найти Полярную звезду и повернуть прибор осью, которая перпендикулярна противовесам (Они необходимы для того, чтобы уравновесить вес трубы телескопа), в направлении Полярной. Высота небесного полюса мира, как мы помним, всегда постоянна и равна широте наблюдения. Чтобы подстроить эту ось по высоте достаточно один раз выставить широту на шкале широт с помощью соответствующих винтов. В дальнейшем эти винты можно уже не трогать (если, конечно, вы не переедите на жительство в другие края 🙂 ). Достаточно будет сориентировать ось, повернув монтировку по азимуту (параллельно горизонту), так чтобы она смотрела на Полярную. Можно сделать это по компасу, но точнее сделать это по Полярной. Если у нас имеется более-менее серьезная монтировка, то для более точного наведения на небесный полюс мира у нее имеется встроенный в соответствующую ось искатель полюса. В нем на фоне изображения будут видны соответствующие метки, с помощью которых можно уточнить положение полюса мира относительно Полярной звезды (помним, что Полярная звезда расположена совсем рядом с полюсом мира, но не точно на нем!). По картине, которую мы видим в окуляр телескопа… Так как у всех людей зрение разное, то для получения хорошего изображения необходимо отфокусировать изображение. Это делается с помощью фокусера — пары круглых ручек на одной оси, расположенных перпендикулярно к окуляру. Вращая ручки фокусера вы двигаете окулярный узел вперед-назад до получения приемлемого изображения (т.е. более четкого). Для зеркально-линзовых приборов фокусировка осуществляется с помощью ручки двигающей главное зеркало. Искать ее следует с заднего торца трубы также неподалеку от окулярного узла.

Ну, и напоследок, пара советов для начинающих, впервые пользующихся телескопом…

Необходимые последовательности действий с телескопом, которые стоит запомнить… Настройка искателя. Следует подобрать какой-либо яркий объект на небе — яркую звезду или, лучше, планету. Наводим на нее телескоп, предварительно установив окуляр, дающий самое слабое увеличение (т.е. окуляр с самым большим фокусным расстоянием). Для быстрой первоначальной наводки на объект стоит смотреть вдоль трубы телескопа. Поймав в окуляр изображение нашей планеты или звезды, стопорим наш телескоп с помощью фиксаторов по осям, а затем центрируем объект в окуляре с помощью ручек точной доводки. Далее заглядываем в искатель. Крутя винты, фиксирующие трубу искателя, добиваемся того, чтобы в поле зрения искателя появилось и встало точно на перекрестие изображение нашего объекта. Если мы проводили операцию слишком долго (в первый раз бывает и такое), стоит снова глянуть в основной прибор и вернуть к центру нашу планету (звезду), которая вследствие вращения Земли (а для нас поворота всей картины неба) могла уйти в сторону. Затем снова смотрим изображение в искателе и поправляем винтами искателя погрешность установки (устанавливаем объект на перекрестие). Теперь наши искатель и телескоп соосны. В идеале, конечно, затем можно установить в телескоп окуляр с увеличением побольше (с меньшим фокусным расстоянием) и снова повторить все описанную процедуру — точность настройки нашего искателя существенно повысится. Но в первой приближении достаточно и одной операции. После этого можно наблюдать. Настраивать соосность телескопа и искателя достаточно один раз в начале наблюдений. Последовательность: наводимся в телескоп — смотрим и настраиваем искатель. переходим к наблюдениям… Наведение на объект. Отпускаем фиксаторы поворота по обеим осям (тормоза) и, свободно вращая трубу телескопа, поворачиваем ее в нужную нам сторону, приблизительно наводя ее в направлении объекта. Глядя в искатель, находим объект, поворачивая трубу руками, а затем зафиксировав ее тормозами (не забывайте!), с помощью ручек точной доводки приводим его изображение в центр перекрестия. Теперь, если у нас точно настроена соосность искателя и трубы телескопа, изображение объекта должно быть видно в окуляр телескопа. Заглядываем в окуляр и снова ручками точной доводки центрируем объект в поле зрения. Все! Можно любоваться нашим объектом и показывать его другим. Последовательность: наводимся в искатель — смотрим в телескоп. Суточное движение неба. Если у вас телескоп без привода (мотора), позволяющего компенсировать движение неба, нужно помнить, что через некоторое время объект «убежит» из поля зрения телескопа. Поэтому, если вы на некоторое время отвлеклись, то, скорее всего, заглянув в окуляр, вы ничего там не обнаружите. Если у вас экваториальная монтировка (с предвательно выставленным направлением на полюс мира), то достаточно повернуть ручку точной доводки по оси прямых восхождений на некоторый угол (а может и оборот), чтобы объект вернулся на «место». Если же у вас азимутальная монтировка, то тут чуть сложнее — придется крутить ручки по обеим осям, а если вы не знаете точно куда мог сместиться объект, то лучше заглянуть в искатель и вернуть объект на перекрестие, глядя уже в окуляр нашего искателя. Изображение в окуляре телескопа. Если вы навелись на объект и видите нечеткое изображение (или вообще ничего) — это совершенно не значит, что телескоп «плохой» или объекта нет в поле зрения. Не забывайте сфокусироваться! В холодную погоду следует подождать, чтобы телескоп принесенный из теплого помещения остыл. Потоки теплого воздуха сильно портят изображение. Чем больше телескоп, тем медленнее он остывает. Особенно важно это для систем с закрытой трубой — например, зеркально-линзовых приборов. Достаточно сильно портит изображение и атмосфера. Турбулентность атмосферы, дымка, а также засветка от фонарей мешают детально рассматривать объекты. И, наконец, следует помнить, что без специального фильтра надетого на передний конец трубы телескопа (объектив у рефрактора, открытую часть у рефлектора) ни в коем случае нельзя направлять телескоп на Солнце!!! Это чревато потерей зрения. Никакие закопченые стекла тоже не помогут. Также следует следить за детьми, чтобы они не повернули прибор без присмотра родителей на Солнце. Помните — для наблюдений Солнца существуют специальные фильтры (солнечные фильтры), которые пропускают ничтожно малую часть света от нашего светила, для комфортного наблюдения за ним.

Как выбрать телескоп, какой тип телескопа предпочесть, это отдельный разговор и мы затронем его как-нибудь в другом посте.

Чтобы четко определить положение объекта на небе нам нужно знать его небесные экваториальные координаты. Что же это такое? Попробуем объяснить «на пальцах»…

Посмотрим на рисунок —

Так как мы находимся в средних широтах северного полушария, то северный небесный полюс расположен у нас под некоторым углом к горизонту, а не прямо над головой (это называется в зените), как было бы, если бы мы находились на Северном полюсе земли. Следует запомнить, что высота небесного полюса над горизонтом равна широте вашего места наблюдения. Воображаемая линия, соединяющая Северный и Южный небесный полюса, называется ось мира. Окружность перпендикулярная оси мира носит название небесный экватор. Для наглядности можно считать ее проекцией земного экватора на небесную сферу — если бы мы находились в данный момент где-нибудь в теплых краях в районе экватора, небесный экватор был бы у нас в зените. Координата, отсчитываемая вдоль небесного экватора, обозначается греческой буквой альфа и носит название — Прямое восхождение. Она измеряется в часах, минутах и секундах. Соотношения такие же как и в обычных часах — полный круг 24 часа, в часе 60 минут, в минуте 60 секунд. Координата, которая измеряется по дуге перпендикулярно небесному экватору носит название — Склонение и обозначается буквой дельта. Она измеряется в градусах (от 0 на экваторе до 90 на полюсе), минутах и секундах дуги. Причем в северном полушарии (выше небесного экватора) значения склонения положительны, а ниже — южнее — отрицательны.
Прямое восхождение отсчитывается от точки с координатами 0 часов — точки весеннего равноденствия. В этой точке небесный экватор пересекается с линией вдоль которой Солнце движется по небу, называемой эклиптикой. Солнце бывает в этой точке в день весеннего равноденствия. Перемещаясь вдоль эклиптики наше светило по очереди находится в двенадцати известных зодиакальных созвездиях, а также в созвездии Змееносца. Еще раз оно пересекает небесный экватор в день осеннего равноденствия.
Теперь еще раз взглянем на рисунок. Дуга соединяющая точки севера и юга и проходящая через северный небесный полюс называется небесным меридианом. Все светила, восходя над горизонтом и постепенно перемещаясь по небу в течении ночи, пересекая небесный меридиан находятся в наивысшей точке над горизонтом — она называется кульминацией. Это самое удобное время для наблюдения объекта в течении ночи — он находится в южной стороне неба на максимальной высоте над горизонтом.
Кстати, если приглядеться к рисунку выше внимательнее, то станет понятно, что часть звезд в районе северного небесного полюса вообще не будет заходить за горизонт в течении ночи. Это так называемые незаходящие созвездия — околополярные созвездия. О них я и расскажу в следующей главе…

Звездное небо — это проекция бездны Вселенной на наш небосклон.

Фото из коллекции фоторабот Владимира Суворова.

Картина ночного неба издревле манит к себе человека своей завораживающей красотой и будит желание постичь весь ее смысл. Но как раз последнее-то до конца так и невозможно :). Давайте изучим хотя бы то, что удалось узнать нашим предкам и продолжает познаваться современниками. Чтобы стать в один ряд с ними, начнем распутывать звездный узор над головой…
Кто не знает Большой Медведицы? Наверняка вы что-то слышали и про Малую Медведицу… А красавец Орион, что величаво встает над нашим горизонтом зимой, опоясанный звездным мечом? Как и где найти их, а также другие созвездия и другие красоты нашего северного неба я буду рассказывать вам в этом и других постах серии Путеводителя по звездному небу.

Наши предки использовали знание картины звездного неба для ориентирования на местности, для вычисления наступления различных сезонов, для календарных расчетов. В особенности астрономические вычисления были важны при мореплавании. Даже сейчас в эпоху GPS-GLONASS навигации, астрономию изучают в мореходных училищах.
Уже в далеком прошлом люди заметили, что картину созвездий периодически меняют перемещающиеся тут и там яркие светила, которые назвали планетами (греч. — странник). В древности было известно пять ярких планет (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн) и Луна. Также стройную картину неба нарушают яркие кометы, появляющиеся на нашем небосклоне, яркие сверхновые и новые звезды.

Но это достаточно нечастые явления и они также достойны отдельного рассказа.
Как запомнить и распознать многочисленные фигуры созвездий? Такой вопрос новичок задает себе впервые взглянув на небо и взяв в руки звездную карту. Для этого существует много разных методов, приемов и правил. Мы будем рассматривать наиболее распространенные.
Все созвездия нашего северного неба можно условно разделить на пять групп. Первая — это околополярные созвездия, они являются незаходящими и видны круглый год. Вторая группа — созвездия зимнего неба — это те созвездия, что видны вечером в южной половине неба в зимние месяцы. Третья группа — весенние созвездия — вечерние созвездия весенних месяцев. Четвертая группа — созвездия, что видны летом и пятая — осенние созвездия. Есть также созвездия южного неба, что не видны в наших широтах, там тоже много очень интересных объектов.
Запомнив основные фигуры созвездий и их взаимное расположение вы сможете легко ориентироваться в картине звездного неба. Так как по небу также перемещаются и планеты, то как можно узнать их? Если вы видите за окном очень яркую звезду, будьте уверены — это в большинстве случаев — планета. Как это проверить? Очень просто. Ярких планет всего пять и расположение их, как правило, известно. Можно уточнить это с помощью астрономических календарей или многочисленных сейчас астрономических программ. Они есть под разные платформы (Windows, Android и т.д.) и я тоже хочу посвятить им отдельный пост.
Помимо планет на небе также появляется и перемещается меняя свои фазы Луна — наш естественный спутник. Ее спутать невозможно ни с чем.

Помимо того, что Луна сама очень благодарный объект для наблюдения (на ней видны многочисленные «моря», кратеры, борозды, «стены» и прочие разнообразные детали, для этого нужен отдельный рассказ и карта), она своим ярким светом засвечивает по меньшей мере ту часть неба где видна, и ночи близкие к полнолунию бывают малопригодны для наблюдений неярких объектов неба.
Кстати о блеске. Вы наверняка обратили внимание, что какие-то звезды ярче, какие-то слабее, такая же ситуация и с планетами. Последние, кроме того, меняют свою яркость со временем, по мере изменения положения в пространстве.
Блеск светила измеряется в звездных величинах и обозначается буквой m. По тому, какую яркость имеет объект, можно судить виден ли он глазом или, скажем, в бинокль или телескоп. Шкала звездных величин построена так, что с увеличением значения блеска яркость объекта падает. Она изменяется от самых ярких объектов — с отрицательными звездными величинами, через ноль — до самых слабых с положительными.

Самый яркий объект нашего неба, безусловно, это Солнце. Оно имеет блеск -26.7 звездной величины (-26.7). Далее идет наша соседка Луна (в полнолунии ее блеск до -12.7). Затем идут яркие планеты : Венера (-4.6), Юпитер (-2.9).
Самая яркая звезда земного неба Сириус — альфа Большого Пса имеет блеск -1.4 звездной величины. Еще одна из звезд нашего неба имеет отрицательную величину. Это Канопус — альфа Киля. Ее блеск равен -0.7 зв.величины. К сожалению Канопус, как и созвездие Киля, в котором он расположен, не виден в наших широтах, это созвездие южного неба. Двадцать самых ярких звезд небосклона имеют яркость от 0 до 1.25 звездной величины. Звезды входящие в контуры известных созвездий, как правило, имеют блеск от 2 до 3 звездной величины. Вообще же глазу доступны звезды до 6 звездной величины. Это не так уж и мало — в обоих полушариях Земли количество звезд доступных невооруженному глазу приблизительно около 6 тысяч. Но это в хороших условиях для наблюдения. В мегаполисах и их окрестностях количество звезд которые видны глазом существенно меньше. Вносят свои коррективы не только засветка, но и смог и пр. факторы урбанизации.
Биноклю теоретически доступны звезды до 9-10 звездных величин. Для наблюдения более слабых звезд уже нужен телескоп. Самые слабые объекты на сегодня доступные нашим приборам имеют блеск порядка тридцатой величины.
Теперь поговорим об обозначении звезд в созвездиях.
Все яркие звезды созвездия, как правило, обозначены греческими буквами по каталогу немецкого астронома Иоганна Байера (1603г.). Альфа, бета, гамма, дельта и т.д. в порядке убывания блеска. Не всегда этот порядок соблюден, так как в начале семнадцатого века еще не было возможности достаточно точно измерить блеск некоторых звезд, кроме того в случае равенства блеска Байер брал за основу их относительное положение, но в большинстве случаев это правило работает.

Также используются числовые обозначения по каталогу Джона Флемстида (1712-25гг), например, 37 Змееносца, 4 Малого Коня и т.п. Кроме того профессионалами используются каталоги Tycho, SAO, GSC и много других, для обозначения более слабых звезд.
Для обозначения звезд с переменным блеском — переменных звезд, используются латинские обозначения, например R Льва, R Треугольника, UV Кита или V335 Стрельца.

Ну что ж, начальные понятия мы с Вами рассмотрели. Далее мы узнаем о том, что такое небесные координаты.
продолжение следует…