Телескоп для наблюдения фотосферы и хромосферы Солнца - Солнцескоп.

 Уважаемые коллеги! Начиная с 2008 года многие любители используют для наблюдений Солнца солнечные телескопы системы Тал-Коронадо.  Эти приборы отличаются простотой конструкции, вполне приличным изображением и, что очень важно, доступностью при относительно скромном бюджете. Каждый любитель, имеющий в своем арсенале  Coronado PST и рефрактор с 2" фокусером может, потратив немного времени собрать себе достаточно мощный телескоп  для наблюдения хромосферных явлений.  В тоже время, несмотря на положительные характеристики,   система Тал-Коронадо (далее ТК) обладает некоторыми недостатками, основным и наиболее существенным из которых является небольшое поле зрения. Это является конструктивной особенностью системы с афокальной насадкой. Ниже приведены приблизительные значения углового поля зрения системы ТК, в зависимости от фокусного расстояния объектива рефрактора. Значения получены на линейке рефракторов Тал экспериментальным путем.
 

    Как видно из приведенной таблицы, чем больше фокусное расстояние рефрактора-афокальной насадки, тем меньше полезное поле зрения, а учитывая, что  для нормальной работы системы необходим рефрактор с F/D не менее 7,5, проблема с малым полем зрения системы кажется трудно решаемой. Наряду с малым полем зрения, ТК  хорошо зарекомендовавший себя как инструмент для наблюдения Солнца в линии Н-альфа, оказался не достаточно универсальным для любительских наблюдений, например, в линии СаК и 540 нм, и для подобных наблюдений  системе требуется модернизация.
 
Технические условия для будущего солнечного телескопа.

   Указанные недостатки привели к  предложению усовершенствовать систему ТК, причем модернизированный телескоп должен удовлетворять следующим требованиям :

     1.  Апертура 100 мм и более.       
     2.  Визуальное поле зрения  не менее 35 угловых минут.
     3.  Возможность  визуальных наблюдений в линиях Н-альфа и 540нм, фотографических наблюдений -  Н-а, СаК,
          540 нм.   
     4.  Оперативный переход от одной спектральной полосы к другой.
     5.  Использование только комплектных фильтров  Coronado Н-альфа и СаК.
     
  Предварительные расчеты и последующее моделирование показали, что для того, чтобы будущая система удовлетворяла выше приведенным требованиям ее эквивалентное фокусное расстояние должно быть  равно или менее 800 мм, что недостижимо в системе ТК при апертуре 100 мм, но при использовании редуктора фокуса, как оказалось,   вполне возможно. Это и было принято за рабочую гипотезу.  Поскольку в момент начала работ (февраль 2010 года), заказанный любителями на НПЗ  рефрактор Тал-100RU 100/750 еще не был в производстве, пришлось искать альтернативу. И благодаря любезности Владимира Иванова (фирма Дипскай) такой прибор нашелся, им оказался рефрактор DS 127/820 (фото.1а).
 

 Для обеспечения относительного фокуса рефрактора 7,5, последний был снабжен апертурной диафрагмой диаметром 110 мм. (фото 1б)   Прибор был собран по схеме Тал-Коронадо и отъюстирован по GMK коллиматору (фото 1в).  Первые испытания системы, проведенные в июле 2010 года показали, что предварительные расчеты, в основном, оказались верны и  визуальное поле зрения прибора с редуктором фокуса составляет около 45 угловых   минут при эквивалентном фокусе приблизительно 0,6 метра.

 
Расположение и крепление оптических элементов в фокусере прибора.
   Труба DS127 нашего солнечного телескопа, назовем его Солнцескопом (далее СК), сделана вполне прилично и в каких-то доработках не нуждается. Поэтому  дальнейшая работа над системой заключалась в модернизации существующих блоков фильтров от Coronado H-a и СаК с целью их быстрого монтажа-демонтажа на  фокусере СК.  Правда, предварительно, для этого  необходимо надежно и с хорошей точностью установить пару "гомаль-объектив Коронадо" в подвижном тубусе фокусера прибора. Поскольку тубус штатного, реечного фокусера телескопа DS127/820 тонкостенный и позволяет осуществить только гладкую посадку, применение резьбового соединение пары "гомаль-объектив" не представляется возможным.  В этом случае было решено полностью заменить  "родной" фокусер на 2" Крейфорд производства НПЗ. Для нормальной установки фокусера НПЗ    на трубу DS,  был  изготовлен дюралевый фланец-переходник (см. фото 2а) .

В тубусе фокусера НПЗ  нарезана резьба М52Х1 и с помощью переходника М46Х1 на М52х1 объектив Coronado c гомалью был установлен в тубус.(фото 2б) Несмотря на  то, что фокусер НПЗ достаточно быстро демонтируется с трубы СК было решено для оперативного перехода от наблюдений в одной спектральной линии к другой , не демонтировать гомаль и объектив Коронадо в  случае наблюдений в полосе 540нм, т.е не зависимо от спектральной полосы, в которой проводится наблюдение в ходе лучей Солнцескопа, всегда находятся гомаль и объектив Коронадо Н-альфа.  Конечно сразу возникает вопрос на сколько сильно влияют оптические элементы, предназначенные  для полосы пропускания Н-а,  на качество изображения к более коротковолновой части спектра.  Ответом на него могут послужить результаты тестовых съемок  на рефракторе Тал-100R c установленными на нем гомалью и объективом Коронадо Н-альфа. Некоторые результаты этой работы  представлены на фото 3.
 

Как видно из приведенных фотографий,  наличие "солнечной оптики" в ходе лучей рефрактора "серьезно" не сказывается на качестве изображения. Можно отметить некоторое повышение хроматизма при съемке в видимом диапазоне, но, поскольку, наблюдения в этой области спектра будут ограничены только полосой 540 нм, этим хроматизмом можно абсолютно пренебречь.
 

Примечание.  При визуальных и фотографических наблюдениях в полосе 540нм НЕОБХОДИМО устанавливать апертурный солнечный фильтр заслуживающего доверия изготовителя. Будьте внимательны и не используйте случайных и подозрительных фильтров!
 

  Редуктор фокуса и блоки фильтров.

  Для уменьшения фокусного расстояния  и, как следствие, увеличения поля зрения оптической системы СК предусмотрено применение редуктора фокуса (РФ). Этот элемент изготовлен на основе оптического блока серийно выпускаемого НПЗ редуктора фокуса для Тал-200К, но для монтажа оптического блока в оправу с последующим размещением его  между тримминг-фильтром и блокирующим фильтром Коронадо (фото 4), диаметр этого блока пришлось уменьшить на 1 мм, только после этого его можно было  поместить в подходящую оправу  (см. фото 4б).

Световой диаметр блокирующего фильтра в РST  составляет 5 мм, в тоже время размер стекла самого фильтра представляет собой квадрат в плане 6,3х6,3 мм, поэтому вполне возможно увеличить полезный диаметр фильтра развернув центральное отверстие до диаметра 5,8-5,9 мм, что будет только чуть-чуть меньше линейного поля зрения системы при использовании редуктора фокуса.  В первоначальном варианте  блока Н-альфа фильтров, предполагалось избавиться от "черной коробки" Коронадо  и отдать предпочтение более легкому (по весу) варианту этого узла см.  фото 4а. Подобный вариант позволяет освободить СК от почти 1 кг "лишнего" веса. Но увы ... реальность оказалась более суровой и при испытании облегченного блока Н-а с редуктором фокуса, при эквивалентном фокусе системы примерно 0,6 метра, изображение полного Солнца было малоконтрастным с плохо выраженными деталями хромосферы и вдобавок "украшено" бледным ложным Солнцем. Таким образом пришлось вернуться к классическому варианту - к "черной коробке" (фото 4в). В этом случае никаких выше отмеченных дефектов изображения не наблюдалось. Солнышко в "полный рост" выглядело четким, контрастным, с множеством отлично выраженных деталей.   Для блока  СаК использовались штатные фильтры фильтры  PST Coronado CaK, причем первые же пробные снимки преподнесли не приятный сюрприз в виде весьма значительного виньетирования углов кадра камеры DMK 31AU (размер матрицы  5,5х4,9 мм).  При более внимательном осмотре оказалось, что конструкторы прибора расположили блокирующий фильтр в окулярном тубусе на месте, отмеченном стрелкой 1 см. фото 4в, причем оправа фильтра ограничивало его световое окно до диаметра 5 мм. После демонтажа данного фильтра из оправы оказалось, что его диаметр целых 10 мм и естественно, что  расточкой оправы можно солидно увеличить рабочий диаметр фильтра, что и было сделано.  Также положение этого, уже 8 мм фильтра в тубусе было изменено и он был закреплен в точке 2. Таким образом виньетирование углов кадра практически исчезло.   Наиболее простая  в изготовлении насадка для наблюдения фотосферы Солнца в линии 540нм. Ее основой служит фильтр Colar Continuum фирмы Baader Planetarium (фото 5), а механика собирается из стандартных узлов (фото 4в), в данном случае 2 разгонные втулки, переходник 2"на 1,25" и юстируемая диагональ 1,25". Все производства НПЗ
 

 Испытание Солнцескопа.

    Испытание Солнцескопа проводилось на двух экземплярах , основное отличие этих приборов  состояло в разных моделях телескопов-рефракторов в качестве афокальной насадки. Как уже указывалось выше,  этими телескопами- рефракторами являлись ахромат фирмы Дипскай DS 127/820 и ахромат фирмы НПЗ - Тал100RU.    Обе трубы продемонстрировали весьма приличное визуальное изображение в линиях Н-а и 540нм в диапазоне увеличений от 20 до 200 крат, причем на увеличениях около  200х изображение в линии Н-альфа выглядит несколько хуже по контрасту и четкости нежели в линии 540 нм. Возможно это  связано с влиянием эталона Фабри-Перро.  Мне представляется для обоих Солнцескопов  наиболее информативным максимальное увеличение  ~150х для наблюдений в линии Н-а и 200-220х в линии 540 нм, конечно при более лучшем состоянии атмосферы эти цифры могут несколько возрасти, поскольку рекомендации были даны исходя их среднестатистического качества атмосферы около 3 баллов по шкале Койпенхойера. (фото6). 
 

При использовании редуктора фокуса, весь солнечный диск можно наблюдать полностью при увеличениях чуть выше 60х. Качество изображения, демонстрируемое обоими СК при съемке на камеру DMK 31AU c размером матрицы 5,5х4,9 мм в линиях водорода и 540нм, можно считать хорошим при крайне незначительном виньетировании углов кадра, даже при минимальном эквивалентном фокусе СК ~0,6метра (фото7)
 

Одновременно тестовые съемки показали, что размер матрицы камеры DMK 31 является вполне оптимальным  для данных Солнцескопов и дальнейшее увеличение ее размеров и светового диаметра блокирующего фильтра представляется малоперспективным.  При изменении конструктива блока фильтров СаК PST  наибольший интерес представлял вопрос о возможном ухудшении контраста линии кальция.  Для проверки этого предположения была проведена пробная съемка протуберанцев в линии СаК. Как видно из приведенной фотографии (фото 8)  протуберанцы в этой линии видны достаточно  отчетливо.   Поэтому, думаю, можно сделать вывод, что блок фильтров СаК Солнцескопа работает вполне корректно.

Заключение.

      Итак, основная работа закончена и  система для наблюдений Солнца на основе рефракторов-ахроматов DS 127/820 и Тал-100RU сделана и испытана. Для любителей солнечных наблюдений, очевидно, определенный интерес представляет сравнение этих двух моделей в системе "Солнцескоп". Вынужден разочаровать уважаемых коллег, поскольку сомневаюсь в заметных преимуществах какой-то трубы над другой и особой разницы между двумя этими  Солнцескопами, по качеству изображения, отметить не могу. Правда, все же, разрешите порекомендовать ЛА при выборе рефрактора-ахромата в качестве афокальной насадки между DS 127/820 и Тал-100RU, для создания солнечного телескопа,  учитывать конструктивные особенности этих труб. Например, для простой "стыковки" Coronado PST с Тал-100RU не потребуется никаких переделок, а в случае с DS 127/820 возможно потребуется замена фокусера. В тоже время DS 127 имеет апертуру на 27 мм большую, что может пригодиться любителю при использовании этой трубы для наблюдения других объектов. Опять-таки Тал-100RU меньше по габаритам (фото9)  и весу нежели DS 127. 4кг против 6, возможно будут играть роль при создании переносного Солнцескопа.  Возможно эти напоминания вам помогут.
 

 Поскольку Солнцескоп построен и образовалась кучка разных необходимых для наблюдений узлов и деталюшек, для удобства их использования все это хозяйство было размещено в ящике для инструментов (фото10).

1. Футляр для апертурного фильтра AstroSolar Foto.     2. Апертурная диафрагма 110 мм.     3. Блок фильтров Н-альфа.     4. Блок Фильтров СаК.     5. Блок фильтров 540нм     6. Редуктор фокуса.     7. Переходники для астрокамеры

  В завершение приношу огромную благодарность Анатолию Агееву, Льву Парко, Александру Ланко, Владимиру Иванову, Дмитрию Маколкину и Алексею Рыбаку  за техническую помощь и советы при работе над Солнцескопом!
 

Алексей Прудников для сайта Два стрельца