Механика телескопов

Как бы ни был совершенен телескоп сам по себе, без штатива или установки работать с ним невозможно. Даже подзорную трубу стараются на что-нибудь опереть— дрожание рук сильно мешает наблюдениям.

Первые телескопы имели азимутальные штативы, которые позволяли поворачиваться трубе телескопа вокруг двух взаимно перпендикулярных осей — горизонтальной и вертикальной. Такими азимутальными установками пользовались и Гевелий, и Гершель и даже Росс, причем, как, вероятно, помнит читатель, подвижность по азимуту россовского левиафана была весьма ограниченной. Простота азимутальной установки, к сожалению, сочетается и с ее главным недостатком: так как у небесных светил, обладающих кажущимся суточным движением, непрерывно меняются и азимут и высота над горизонтом, телескоп на азимутальной установке все время приходится поворачивать вокруг двух ее осей, что для больших инструментов до последнего времени считалось очень неудобным.

Если вертикальную ось азимутальной установки сделать параллельной земной оси, то есть, иначе говоря, направить ее на Полярную звезду (или, точнее, на полюс мира), азимутальная установка превращается в параллактическую (рис. 26). В этом случае во время наблюдений приходится вращать инструмент лишь вокруг одной «полярной» оси — все небесные светила ведь движутся на небе параллельно небесному экватору. Это главное и очень важное преимущество параллактической или экваториальной установки сделало ее очень популярной — даже самые небольшие телескопы ныне снабжены параллактическим штативом.

Есть несколько разновидностей параллактических установок. В монтировке немецкого типа (рис. 26, а) на разных концах «оси склонений», перпендикулярной к полярной оси, уравновешены труба телескопа и противовес. Кстати сказать, все мало-мальски крупные телескопы снабжены искателем или гидом — небольшим рефрактором, укрепленным параллельно главной трубе. Гид играет роль придела — при небольшом увеличении и значительном поле зрения в него при начале наблюдений легче «поймать» светило.

Рис. 26. Типы установок (штативов) телескопов: немецкий (а), английский (б), американский (в).

В немецкой монтировке полярная ось закреплена на двух подшипниках, а наклон ее к плоскости горизонта в точности равен широте места. Как на полярной оси, так и на оси склонений, закреплены специальные градуированные круги, по которым можно отсчитывать координаты наблюдаемого светила — его склонение и часовой угол. Все крупнейшие рефракторы мира, начиная с 40-дюймового Йеркского, имеют немецкую монтировку.

В монтировке английского типа (рис. 26, б) полярная ось телескопа опирается концами на две колонны, что придает ей дополнительную устойчивость. Иногда полярную ось заменяют четырехугольной рамой, внутри которой оказывается и телескоп. В этом варианте противовес не нужен, что облегчает конструкцию. Именно такой установкой обладает 100-дюймовый рефлектор обсерватории Маунт Вилсон.

Если в английской установке убрать северную, более высокую колонну и соответствующий подшипник, получаем «вилочную» американскую монтировку (рис. 26, в). С ней можно наблюдать области неба, близкие к Полярной звезде, чего английская «рамочная» монтировка не позволяет. На модернизированной монтировке английского типа укреплен 200-дюймовый рефлектор обсерватории Маунт Паломар.

В современных крупных телескопах часто пользуются так называемой системой куде (от французского слова «coude», что означает «коленчатый»). В этом случае полярная ось телескопа делается полой и в нее с помощью дополнительного зеркала внутри телескопа отражаются лучи, идущие от объектива (линзы или зеркала). Окулярная же часть, укрепленная на нижнем конце полярной оси, при наблюдениях остается неподвижной.

Еще Роберт Гук, знаменитый современник Ньютона, предложил использовать в установках телескопов часовой механизм, который вел бы трубу телескопа вслед за движущимся светилом. Эта идея нашла себе самое широкое применение — ныне лишь небольшие, переносные телескопы не имеют часовых механизмов.

Поначалу часовые механизмы были пружинными или гиревыми, требующими частого завода. Позже, в XX веке начали применять электромоторы со сложной системой регуляторов хода, Точность и плавность движения современных телескопов должны быть очень высокими.

Заметим, что монтировки крупных телескопов имеют столь внушительные размеры, что астроному приходится при наблюдениях пользоваться лестницами, специальными лифтами и даже подъемным полом.

Пока телескопы были небольшими, для них не устраивали особых помещений — наблюдения велись в окна или с балконов. Так, например, наблюдали первые петербургские астрономы. Специальные астрономические обсерватории (Парижская и Гринвичская), возникшие в XVII веке, как и обсерватория Тихо Браге, внешне напоминали скорее загородные замки, чем научные учреждения. Гигантские рефлекторы Гершеля и Росса фактически находились под открытым небом.

Лишь во второй половине прошлого века появились обсерватории современного типа — круглые здания с вращающимся куполом. В этом куполе имеется люк, прикрытый специальными створками, которые раздвигают во время наблюдений. Этот самый распространенный тип обсерваторий сегодня является почти повсеместным. Лишь для небольших телескопов иногда устраивают павильоны иного типа (например, с отодвигающейся крышей).

Разумеется, вся механическая часть сооружений должна быть надежной — различные моторы и иные устройства обеспечивают плавное, почти бесшумное движение купола и его створок.