Следящие системы

Предположим, что у вас есть объектив или вогнутое зеркало. Вы направили его на Солнце и увидели на экране изображение солнечного диска. Это изображение не стоит на месте, а довольно быстро движется по экрану и через несколько секунд уходит с него. Вы получили прекрасную возможность убедиться в том, что наша Земля вращается и довольно быстро. Следовательно, чтобы иметь возможность удержать Солнце на экране. Вам надо поворачивать телескоп за Солнцем, компенсируя суточное вращение Земли. Существует много видов монтировок телескопов. Основное назначение монтировки - обеспечить попадание света от небесного объекта на оптический элемент, строящий изображение, т. е. на объектив в случае рефрактора или на вогнутое зеркало в случае рефлектора. Так как Земля наша вращается вокруг оси, направленной на Полюс Мира, и делает один оборот за 24 часа, то, чтобы падающий пучок света от небесного объекта был неподвижен относительно основного оптического элемента телескопа, этот элемент (или какой-то другой, посылающий на него свет) также должен вращаться вокруг оси, параллельной оси вращения Земли. Поэтому основной элемент монтировки телескопа - полярная ось, направленная на Полюс Мира. Поскольку высота Полюса над горизонтом - это широта данного места, для выставления оси телескопа надо знать широту места установки телескопа. На рис. 5 схематично показана типичная монтировка для телескопа - рефрактора. Она называется параллактической или экваториальной установкой. На штативе (или колонне) при помощи подшипников укреплена полярная ось, направленная на Полюс Мира. Перпендикулярно к ней, также на подшипниках, крепится ось склонения. Она параллельна плоскости небесного экватора. Перпендикулярно к оси склонений закреплена труба телескопа. Вращением вокруг этих двух осей (полярной и склонения) можно направить трубу телескопа на объект наблюдений в любую точку неба. Для наблюдения за объектом надо скрепить трубу с осью склонения и равномерно вращать ее вокруг полярной оси. Для этого обычно используют часовой механизм - механический или электрический. Телескоп на такой монтировке пригоден для наблюдений любых объектов, как Солнца и планет, так и звезд, Луны и т. д.

Рис. 5. Параллактическая установка телескопа

При наблюдениях Солнца нам не надо направлять телескоп в любую точку неба. Солнце бывает только в полосе ±23,5000 от небесного экватора. Поэтому специально для солнечных телескопов используется еще один вид монтировки - целостатная установка. Ось вращения целостатного зеркала лежит в его плоскости и направлена на Полюс Мира. Скорость вращения целостатного зеркала в 2 раза меньше, чем скорость вращения Земли^*. Остальные элементы телескопа размещаются неподвижно на отдельных подставках. На рис. 6 показана схема солнечного телескопа с целостатной установкой, включающей 2 плоских зеркала-целостатное и дополнительное. Свет от Солнца падает на целостатное зеркало и в виде неподвижного пучка отражается на дополнительное зеркало. Оно направляет пучок на основной оптический элемент телескопа, в данном случае на объектив, строящий изображение Солнца в фокальной плоскости. Поскольку склонение Солнца (угловое расстояние его от небесного экватора) меняется в течение года от +23,5° в момент летнего солнцестояния до -23,5° через полгода (в зимнее солнцестояние), солнечный свет будет падать на целостатное зеркало под разными углами. Следовательно, и отраженный пучок будет менять свое направление в зависимости от времени года. Чтобы этот пучок всегда попадал на дополнительное зеркало, надо иметь возможность менять относительное расположение целостата и дополнительного зеркала. Наиболее простое решение - смещение дополнительного зеркала вдоль оси объектива, как это показано на рис. 7. Летом (см. слева), когда Солнце поднимается высоко над горизонтом, расстояние а от целостата до дополнительного зеркала большое. Зимой же, когда Солнце не поднимается высоко, расстояние (b) между зеркалами значительно меньше.

^* (Предоставим возможность читателям самим разобраться, почему это так.)

Рис. 6. Схема солнечного телескопа с целостатной установкой: ц - целостат, д - дополнительное зеркало, о - объектив, э - экран

Рис. 7. Взаимное расположение целостата и дополнительного зеркала (слева - летом, справа - зимой). Вид сбоку. Обозначения те же, что рис. 6

Поскольку дополнительное зеркало находится к югу от целостата, тень от дополнительного зеркала или его подставки временами может попадать на целостат, особенно зимой, когда Солнце не поднимается высоко. Этой ситуации можно избежать, если предусмотреть возможность перемещения целостата по линии запад-восток. Надо иметь в виду, что при этом перемещении направление оси вращения целостата должно оставаться неизменным на Полюс Мира. В противном случае нельзя получить неподвижный отраженный от целостатного зеркала пучок. Удобно установить одну направляющую для смещения целостата строго в направлении запад - восток, а вторую для дополнительного зеркала в направлении север-юг. На рис. 8 показано, как будут располагаться отдельные элементы телескопа в этом случае. Целостат и дополнительное зеркало могут перемещаться по двойным рельсам.

Рис. 8. Возможные положения целостата и дополнительного зеркала. Вид сверху. Обозначения см. рис. 6