Способы наблюдения Солнца в телескоп

Конструкция механики телескопа, технологические приемы и проч. ноу хау.

Способы наблюдения Солнца в телескоп

Сообщение Ernest » 18 июн 2012, 10:36

Есть два принципиально разных способа наблюдения Солнца в практике любительских астрономических наблюдений.

Континиум или солнечная фотосфера


Изображение
Это традиционный вид и способ наблюдения Солнца. Изображение Солнечного диска (точнее его фотосферы) наблюдают как оно есть в широком спектральном (его еще называют - визуальным) диапазоне. При этом обычно видны солнечные пятна, полутени, поры, гранулы (при апертуре >100 мм), светлая сеть факелов (ближе к краю диска), а если повезет, то вспышки в виде белых компактных пятен, тени пролетающих на фоне Солнца спутников, птиц и проч. Проблема в этих наблюдениях только в том, как ослабить яркость его поверхности настолько, чтобы сделать такие наблюдения безопасными для телескопа, фотоприемника и глаз наблюдателя. И тут есть три основных техники:

  • Проецирование
    Телескоп с подходящим (обычно среднефокусным) окуляром направляют на Солнце, а выходящее из окуляра изображение Солнца проецируют на затененный от прямых солнечных лучей белый экран (располагающийся по возможности более перпендикулярно к оси окуляра) примерно в полуметре от окуляра. Фокусировка осуществляется обычным образом (как и при наблюдении глазом) - можно при этом ориентироваться на резкость края солнечного диска, размер изображения диска Солнца D тем больше, чем больше расстояние L экрана от окуляра и чем больше увеличение окуляра Г: D, мм = L*Г/114. При проецировании затруднительно получение больших увеличений и соответственно предельного разрешения из-за небольшой яркости и невысокого контраста получаемого таким образом изображения. Чем лучше затенен экран и изображение на нем от прямых и рассеянных солнечных лучей, тем большие увеличения доступны и тем больше удается увидеть подробностей. Этот метод безопасен для глаз наблюдателя, но может быть причиной проблем для случайного прохожего, который захочет заглянуть в окуляр и получит от Солнца в глаз. Также возможны проблемы для оптики и механики телескопа. Так грязь, если она была на поверхностях линз окуляра, запекается в твердую корку, которую потом будет почти невозможно удалить. При небольшом промахе в наведении сфокусированное изображение Солнца поджаривает внутренние поверхности телескопа, оправ линз окуляра и фокусер. Сначала возгоняется и оседает на холодных поверхностях (в том числе объектива) смазка, потом краска, потом начинает гореть пластмасса, резина и так далее. Требуется известная осторожность - закрывайте объектив телескопа, пока не наблюдаете, производите наведение телескопа как можно быстрее (чтобы изображение Солнца внутри трубы не наделало беды), не допускайте наблюдений, когда проецируется только часть диска солнца, используйте для проекции окуляры не содержащие пластмассовых и резиновых деталей.
  • Фильтрация отражением
    Этот способ с появлением дешевых зеркальных пленок получил широкое распространение. Перед объективом телескопа в надежной (может быть самодельной) оправе устанавливается полноапертурный зеркальный фильтр (пленочный в случае бюджетного решения или стеклянный), который отражает примерно 99.999% света, пропуская 1/100000-ую часть падающего света. Далее все как обычно при визуальных наблюдениях в телескоп - окуляр, фокусировка и наблюдение глазом или фотографирование на фотокамеру. При фотографировании пропускание зеркального фильтра может быть чуть больше (порядка 1/5000). Иногда для использования фильтров меньших, чем апертура телескопа, размеров применяют крышку с субапертурным отверстием для фильтра. Достигаемое увеличение и разрешение ограничивает состояние атмосферы, качество оптики и фильтра (полимерные пленки в большей или меньшей степени снижают контраст из-за светорассеивания). В сочетании с таким полноапертурным зеркальным фильтром иногда используют вспомогательные окулярные цветные фильтры, для уменьшения эффекта от хроматических аберраций телескопа и атмосферной турбуленции. Этот метод безопасен для глаз наблюдателя и фотоприемника настолько насколько надежна оправа фильтра и ее крепление к объективу телескопа. Также безопасность определяется происхождением фильтра - случайная зеркальная пленка вполне может оказаться много более прозрачной в опасных ИК и УФ диапазонах, что при чудовищной яркости Солнца может привести к большему или меньшему повреждению глаза, особенно при длительных наблюдениях. Есть и другие вариации этой техники, в частности с использованием специальных призм.
  • Солнечный клин (solar wedge)
    Это особая разновидность фильтрации отражением. Ослабляющим солнечный свет элементом является специальная разновидность диагонального узла, в котором роль диагонального зеркала играет стеклянный клин (без зеркального покрытия и с углом между гранями примерно 10 градусов) получивший название клин Гершеля (Hershel wedge). Падающий от объектива на его рабочую плоскую грань свет частично (примерно 5%) отражается как от обычного диагонального зеркала и идет далее в сторону окуляра, а большей частью преломляется и проходит внутрь клина, затем опять преломляясь на выходном ребре выходит из диагонального узла (через специальное отверстие). Менее 5% света "застревает" в этой призме и идет на ее разогрев, и малой толикой на паразитную засветку. Солнечный клин ослабляет свет примерно в 20 раз и требует дополнения в виде темного окулярного фильтра, но при этом дает самую чистую картинку с минимальными артефактами.
  • Фильтрация поглощением
    Значительно менее распространенная, устаревшая техника. В чем-то это похоже на фильтрацию света отражением, только фильтр делается из плотного темного стекла - типа сварочного (только по-точнее). Иногда такой фильтр устанавливают перед окуляром в место, где плотность солнечного излучения имеет наивысшие значения и велик риск того, что фильтр неожиданно лопнет и вся сумма света провалится в глаз наблюдателя. Лучше избегать такой техники и использовать только фильтры установленные перед объективом.

Узкополосные наблюдения или солнечная хромосфера


Изображение
Солнечная хромосфера становится видна при спектральной фильтрации изображения солнца в какой-нибудь полосе поглощения солнечного спектра. Так получилось, что в таких полосах излучение фотосферы испытывает сильное поглощение, а хромосферные образования - напротив излучают довольно большой процент своего света. Наиболее популярна полоса поглощения водорода аш-альфа, но изредка используют и другие. Становятся видными протуберанцы (светлые на краю лимба или темные в виде волокон на солнечном диске), яркие активные области, спикулы, хромосферная сетка и т.п.

Хромосферные наблюдения стали доступны широкой массе любителей астрономии сравнительно недавно и большей частью благодаря группе инженеров из фирмы Coronado. Выброшенные ими на рынок бюджетные инструменты наблюдения солнечной хромосферы были построены вокруг такого относительно простого физического прибора как эталон Фабри-Пери (раньше он упоминался даже и в школьном курсе физики). Эталон Фабри-Перо это пара стеклянных (кварцевых) пластин разделенных тонким (менее одного миллиметра) плоскопараллельным воздушным промежутком. На те поверхности стеклянных пластин, которые обращены друг к другу нанесены частично прозрачные зеркальные покрытия. В результате многолучевой интерференции этот прибор пропускает гребенку узких (порядка ангстрема) спектральных интервалов, а остальные лучи отражает (все это похоже на работу просветляющих покрытий). Если этот эталон дополнить более грубым так называемым блокирующим фильтром (с полосой пропускания менее расстояния между соседними максимумами в пропускаемом эталоном спектре), то через такую стопку пройдет только один из узких максимумов, положение которого на спектре согласуется с аш-альфа или другой целевой полосой поглощения. Для тонкой подгонки положения полосы пропускания в солнечном спектре используют так называемый доплеровский корректор, который конструктивно выполняется в виде узла придающего небольшие наклоны эталону (или изменения давления воздуха между его пластинами, или микроскопические изменения толщины промежутка между пластинами).

Вид хромосферы Солнца много более эффектное, но при наблюдениях фотосферы достигается большее разрешение и контраст изображения.

Используется одна из следующих схем использования эталона.
  • Полноапертурная фильтрация
    Эталон ФБ в специальной оправе или адаптере устанавливается перед объективом обычного телескопа (и таким образом диаметр эталона ФП ограничивает апертуру телескпа), а блокирующий фильтр относительно небольшого размера (диаметр > f'об/114) перед окуляром. Часто схема дополняется ИК и УФ блокирующими фильтрами. УФ (ультра фиолетовый) для предохранения роговицы и сетчатки глаз. ИК (инфракрасный) еще и для того, чтобы не перегревался эталон ФП, так как в этом случае начинает плавать полоса пропускания или теплового хода толщины воздушного промежутка. Часто производители поставляют готовое (коробочное) решение по этой схеме - хромосферный телескоп, в котором в отличие от обычного телескопа оптимизируются под аш-альфа просветляющие покрытия и искатель. Но выпускаются и наборы эталона ФП + блокирующий фильтр для превращения обычного телескопа в хромосферный по этой схеме.
  • Субапертурная фильтрация
    Эталон ФБ - сердце и самая дорогая часть хромосферного телескопа. Чем он больше, тем дороже его производство. Получили популярность бюджетные решения основанные на субапертурных эталонах ФБ - чей размер меньше, чем апертура телескопа, в которые он устанавливается. Эталон устанавливается в телескоп где-то между объективом и окуляром там, где диаметр светового пучка меньше (вдвое и более раз), чем на объективе. Для того, чтобы лучи в световых пучках шли в эталоне параллельно друг-другу (условие узкополосной фильтрации эталоном ФП), перед эталоном устанавливается рассеивающая линзочка, а после него - собирающая, так что в целом оптическая сила такой сборки (отрицательная линза+эталон+собирающая линза) была нулевой. Блокирующий фильтр устанавливается в сходящемся пучке перед окуляром (чтобы максимально уменьшить его размеры - этот фильтр также довольно дорог). Это решение имеет известный дефект - неравномерность полосы пропускания по полю зрения: в центре и на краю они смещены относительно друг-друга. По этой схеме выполнен самый популярный хромосферный телескоп - PST от Коронадо. Но такого сорта фильтры (пакет эталона ФП с линзами до и после) выпускают и сами по себе для установки любителями в свои обычные телескопы, превращающие их в хромосферные. Чем больше отношение апертуры телескопа и светового размера эталона ФБ тем более неравномерна полоса пропускания по полю зрения.
  • Даблстакинг
    Дополнение одной и двух перечисленных схем вторым фильтром на основе эталона ФБ с чуть смещенной полосой пропускания. Суммарная полоса пропускания становится уже - детали хромосферы контрастнее и заметнее, но и яркость изображения уменьшается.
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
 
Сообщения: 9558
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1

Re: Способы наблюдения Солнца в телескоп

Сообщение Ernest » 06 май 2015, 15:06

Можно-ли с зеркальным или каким-то цветным фильтром наблюдать протуберанцы?



Нет!

Для наблюдений протуберанцев (одно из типичных проявлений солнечной хромосферы) требуется погасить солнечную фотосферу, которая ярче хромосферы в десятки тысяч раз. Применяя какие-то темные или зеркальные спектрально не избирательные фильтры есть возможность уменьшить яркость солнечной фотосферы (сделать ее яркость приемлемой для глаз), при этом одновременно во столько-же раз уменьшается и яркость хромосферы (вместе с ее протуберанцами). Так что соотношение яркости фотосферных образований и хромосферных останется по-прежнему в пользу фотосферы (с ее грануляцией, пятнами, тенями и полутенями, факелами...), на фоне которой по прежнему невозможно будет рассмотреть протуберанцы. Яркость фотосферы настолько велика, что даже те протуберанцы, которые выступают за лимб Солнца (то есть не проецируются прямо на его фотосферу), все равно невозможно зафиксировать из-за рассеивания солнечного света в земной атмосфере и на деталях телескопа.

Существуют только два способа* наблюдений протуберанцев вживую: (1) дождаться полного солнечного затмения и при помощи телескопа или даже просто бинокля понаблюдать в момент полной фазы те из протуберанцев, которые в этот момент окажутся на краю солнечного лимба незакрытыми диском Луны; (2) воспользоваться солнечным хромосферным телескопом, который гасит яркость фотосферы методом вырезания из спектра солнечного излучения очень узкого (менее 1 ангстрема) спектрального участка соответствующего какой-то сильной линии поглощения (обычно аш-альфа), в которой излучение фотосферы эффективно поглощается и переизлучается как раз хромосферой. Для этого надо приобрести или готовый телескоп от производителей вроде Coronado и Lunt Solar, или компоненты их систем фильтрации: ERF-фильтр, эталон Фабри-Перо с системой коррекции Доплер-эффекта и подгонки полосы пропускания, BF-фильтр для установки на ваш обычный телескоп.

*Фотографически протуберанцы наземными телескопами фиксируют также и при помощи других технологий
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
 
Сообщения: 9558
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1


Вернуться в Конструкция телескопа

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1