Как сделать из лупы телескоп. Как самостоятельно сделать качественный и мощный телескоп из обычных очковых линз своими руками. Правила подбора линз для очков при изготовлении телескопа в домашних условиях. Чем отличается мощный телескоп

Эта статья предназначена для тех астрономов-любителей, которые уже наигрались с биноклем и телескопом-рефрактором, рассмотрели фазы Венеры, кольца Сатурна и спутники Юпитера, и хотят чего-то менее скучного и более потрясающего. Например, в 1000 крат с огромным объективом. Сделать такое на одних линзах невозможно: дают так называемую хроматическую аберрацию, которая проявляется в виде радужных ореолов вокруг объектов, тем более сильных, чем сильнее увеличение телескопа.

Поэтому встаёт задача собрать самодельный телескоп-рефлектор, то есть телескоп на зеркалах. В его простейшей форме он состоит из двух зеркал (объектива и диагонального) и одной линзы-окуляра.

Где достать

Главное зеркало-объектив телескопа-рефлектора — самая важная и ответственная его часть. И она же — самая сложная в изготовлении. Найти готовое зеркало такого типа практически невозможно.

Хотя есть один способ: можно сделать такое из вогнутой или выпукло-вогнутой линзы. Найдите вогнутую или выпукло-вогнутую линзу самого большого размера, какого только сможете найти. Важно, чтобы фокусное расстояние было как можно выше, а, значит, вогнутость как можно меньше: от слишком мощных вогнутых линз требуется не сферическая, а параболическая форма, а это уже совсем другой дефицит, который никак не сымпровизируешь.

Самый надёжный расчёт — это найти плосковогнутую диаметром в 10-12 см и оптической силой в 1 диоптрию. Поищите её в оптических магазинах. Самодельный телескоп в 1000 крат, таким образом, не получится, но кое-что сделать с таким можно.

Серебрение с помощью химии

Затем надо заняться серебрением, чтобы получить зеркало. Приготовьте раствор, который называется реактивом Толленса. Для того чтобы приготовить этот реактив, нужны: нитрат серебра (ляпис), едкий натр (каустическая сода) и раствор аммиака.

В комплект к этому реактиву ещё понадобится формалин (раствор формальдегида). На 10 мл воды растворите 1 г нитрата серебра, на другие 10 мл воды — 1 г едкого натра. Смешайте эти растворы, должен выпасть белый осадок. Приливайте раствор аммиака, пока осадок не растворится. Этот раствор и есть реактив Толленса.

Чтобы использовать его для серебрения, следует налить его в вогнутую часть, предварительно тщательно очищенную от любых загрязнений. Если очень слабовыраженная вогнутость, следует сделать по её краю барьерчик из воска или пластилина.

Налив реактив, следует начинать частыми каплями добавлять в него формалин. Вскоре образуется плёнка серебра, и она превратится в вогнутое зеркало. Имейте в виду, что реактив Толленса не хранится долго, использовать его надо сразу после того, как он приготовлен.

Есть и способы изготовить вогнутую поверхность самостоятельно, в первую очередь — вышлифовывание на стеклянных кругах вогнутой поверхности. Однако эти способы слишком сложны, и не рекомендованы к использованию начинающими.

Таким же способом, как и вогнутое, следует изготовить диагональное зеркало. Оно должно быть идеально прямым; для его изготовления подойдёт плоская сторона любой плосковыпуклой или плосковогнутой.

Сборка телескопа

Теперь можете начинать собирать самодельный . Вам понадобится труба, длиной точно в фокусное расстояние (если Вы использовали для изготовления плосковогнутую линзу в 1 диоптрию, то возьмите трубу длиной в 100 см, +0,5- 1 см поправки на толщину).

Труба должна быть открытой с одного конца и закрытой с другого, и изнутри выкрашенная самой чёрной краской, что только сможете найти. Диаметр трубы должен быть в 1,25 раза больше диаметра зеркала-рефрактора, если Вы использовали для изготовления линзу диаметром в 100 мм, возьмите трубу диаметром в 125 мм.

В донце трубы, точно по центру, закрепите зеркало-объектив. Чтобы это удобно было делать, донце лучше предусмотреть съёмное. Крепить объектив к донцу можно, к примеру, суперклеем.

Сделайте отверстие ближе к открытому концу трубы. Чтобы высчитать нужное положение для отверстия, отсчитайте от открытого конца трубы её радиус. Там и должен располагаться центр отверстия. В этом отверстии будет укреплён окуляр (перпендикулярно трубе).

Оно должно висеть на оптической оси под углом в 45 градусов. Если угол выдержан правильно, то при взгляде в окуляр Вы будете видеть изображение. Если с первого раза не получится, поэкспериментируйте с углом.

Наблюдение звезд и других астрономических тел на небосклоне – процесс очень занимательный. Планеты Солнечной системы, спутники, созвездия, «падающие звезды» – все это лишь маленькая часть необозримой и до конца непознанной Вселенной. Наиболее хорошо видна Луна – ближайшее к нам космическое тело, если не считать созданные человеком искусственные спутники Земли. Однако даже Луну детально рассмотреть невооруженным глазом довольно непросто. Для этой цели человечеством изобретено специальное устройство – телескоп, который позволяет «приблизить» наблюдаемый объект и изучить его более подробно. Давайте попробуем разобраться, как можно своими руками сделать простейший телескоп.

Все оптические телескопы можно разделить на две группы: телескопы рефракторы, в которых используются линзы, преломляющие и тем самым собирающие свет, и телескопы-рефлекторы, в которых в качестве такого элемента используются зеркала. Своими руками проще сделать телескоп-рефрактор, так как для этого нужны собирающие линзы, которые найти нетрудно в отличие от специальных собирающих зеркал. Изготовлением такого телескопа с 50-кратным увеличением мы и займемся, для чего нам потребуется: плотная бумага (ватман), картон, черная краска, клей и две собирающие линзы.

Сначала разберемся в устройстве простейшего телескопа-рефрактора. Главная его часть – объектив – двояковыпуклая линза, находящаяся в передней части телескопа и собирающая излучение. Основными его характеристиками являются: диаметр объектива (апертура) , чем больше апертура, тем больше телескоп собирает излучения, то есть больше его разрешающая способность, и, как следствие, можно использовать большие увеличения; фокусное расстояние объектива . Другая важная часть телескопа – окуляр. Увеличение телескопа рассчитывается как величина, равная отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра ¸ и выражается в кратах:

.

Кроме того существует такое понятие как максимальное полезное увеличение телескопа, которое равно удвоенному значению диаметра объектива , выраженного в миллиметрах. Делать телескоп с бόльшим увеличением не имеет смысла, так как новых деталей, скорее всего, увидеть не удастся, а общая яркость изображения существенно снизится. Таким образом, если нужно сделать телескоп с 50-кратным увеличением, то диаметр объектива должен быть не меньше 25 мм. Но небольшой диаметр уменьшает разрешающую способность, поэтому для 50-кратного телескопа целесообразно использовать объектив диаметром 60 мм.

Минимальное значение полезного увеличения телескопа определяется диаметром его окуляра , который не должен превышать диаметр полностью раскрывшегося зрачка глаза наблюдателя, иначе не весь собранный телескопом свет попадет в глаз и будет потерян. Максимальный диаметр зрачка глаза наблюдателя обычно составляет 5-7 мм, поэтому минимальное полезное увеличение составляет 10 крат (апертура, умноженная на 0,15).

Приступаем непосредственно к изготовлению телескопа. Сделать телескоп из ватмана больших размеров не получится, так как ватман не обладает достаточной жесткостью, что приведет к проблемам с настройкой телескопа. Оптимальный размер составляет примерно около 1м. Следовательно, фокусное расстояние объектива тоже должно быть около 1м, что соответствует оптической силе +1дптр. Для объектива нужно сделать из ватмана трубу длиной 60-65 см и диаметром, соответствующим диаметру линзы объектива (6 см). Внутреннюю часть трубы следует перед склеиванием покрасить в черный цвет, чтобы в окуляр не попадало лишнее излучение. Линзу в трубе объектива можно закрепить при помощи двух вырезанных из картона ободков с зубчиками.

Для окуляра нужно сделать трубу длиной 50-55 см. Соединение между собой труб объектива и окуляра также осуществляется при помощи картонных ободков, позволяющих трубе окуляра двигаться относительно трубы объектива с применением небольшого усилия. Чтобы обеспечить 50-кратное увеличение телескопа, линза окуляра должна иметь фокусное расстояние 2-3 см.

Получившийся телескоп обладает одним недостатком – он дает перевернутое изображение. Чтобы это исправить, потребуется еще одна собирающая линза, имеющая такое же фокусное расстояние, что и линза окуляра. Дополнительную линзу нужно установить в трубу окуляра.

При изготовлении телескопа также следует учитывать, что у телескопов с большим увеличением сильнее проявляются различные дифракционные явления, что значительно ухудшает видимость. Подобное увеличение обычно используется для наблюдения деталей дисков планет и Луны, а также при наблюдении двойных звезд. Поэтому для снижения этого эффекта нужна диафрагма (черная пластина с отверстием диаметра 2 – 3 см), которая размещается в том месте, где лучи от объектива сходятся в фокусе. После этого усовершенствования изображение станет менее ярким, но более четким.

По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:

Какими должны быть основные параметры телескопа, имеющего 100-кратное увеличение?

Вам вдруг захотелось своими руками сделать подзорную трубу? Ничего странного. Да, в наше время нетрудно купить почти любой оптический прибор, и не так дорого. Но иногда на человека нападает жажда творчества: хочется разобраться, на каких законах природы основан принцип действия какого-либо прибора, хочется от и до самому сконструировать подобный прибор и испытать радость творчества.

Подзорная труба своими руками

Итак, вы приступаете к делу. Прежде всего вы узнаете, что простейшая подзорная труба состоит из двух двояковыпуклых линз – объектива и окуляра, и что увеличение подзорной трубы получается по формуле K = F / f (отношение фокусных расстояний объектива (F) и окуляра (f)).

Вооружившись этими познаниями, вы идёте копаться в коробках с разным хламом, на чердаке, в гараже, в сарае и т. д. с четко обозначенной целью – найти побольше разных линз. Это могут быть стекла от очков (желательно круглые), часовые лупы, линзы от старых фотоаппаратов и т. д. Набрав запас линз, приступаете к измерениям. Вам нужно подобрать объектив с фокусным расстоянием F побольше и окуляр с фокусным расстоянием f поменьше.

Измерить фокусное расстояние очень просто. Линза направляется на какой-либо источник света (лампочка в комнате, фонарь на улице, солнце в небе или просто освещенное окно), за линзой располагается белый экран (можно лист бумаги, но картон лучше) и передвигается относительно линзы до тех пор, пока на нем не получится резкое изображение наблюдаемого источника света (перевернутое и уменьшенное).

После этого остается измерить линейкой расстояние от линзы до экрана. Это и есть фокусное расстояние. В одиночку вы вряд ли справитесь с описанной процедурой измерения – вам будет не хватать третьей руки. Придется позвать на помощь ассистента.

Подобрав объектив и окуляр, вы приступаете к конструированию оптической системы для увеличения изображения. Берете в одну руку объектив, в другую – окуляр и сквозь обе линзы рассматриваете какой-нибудь удаленный предмет (только не солнце – запросто можно остаться без глаза!). Взаимным перемещением объектива и окуляра (стараясь, чтобы их оси оставались на одной линии) добиваетесь четкого изображения.

Получится увеличенное изображение, но все еще перевернутое. То, что вы сейчас держите в руках, стараясь сохранять достигнутое взаимное положение линз, и есть искомая оптическая система. Осталось только зафиксировать эту систему, например, поместив внутри трубы. Это и будет подзорная труба.

Но не надо торопиться со сборкой. Сделав подзорную трубу, вас не устроит изображение «вверх ногами». Эта проблема решается просто с помощью оборачивающей системы, получаемой добавлением одной или двух линз, идентичных окуляру.

Оборачивающую систему с одной соосной дополнительной линзой получите, поместив ее на расстоянии примерно 2f от окуляра (расстояние определяется подбором).

Интересно отметить, что при этом варианте оборачивающей системы удается получать бóльшее увеличение, плавно отдаляя дополнительную линзу от окуляра. Впрочем, сильного увеличения получить не удастся, если у вас не очень качественный объектив (например, стекло от очков). Мешает явление так называемой «хроматической аберрации», когда изображение окрашивается в радужные оттенки.

Эту проблему в «покупной» оптике решают, составляя объектив из нескольких линз с разными коэффициентами преломления. Но вас эти подробности не волнуют: ваша задача – разобраться в принципиальной схеме прибора и построить по этой схеме простейшую действующую модель (не потратив ни копейки).

Оборачивающую систему с двумя соосными дополнительными линзами получите, расположив их так, чтобы окуляр и эти две линзы отстояли друг от друга на одинаковых расстояниях f.

Теперь вы представляете себе схему подзорной трубы и знаете фокусные расстояния линз, поэтому приступаете к сборке оптического прибора. Самое простое – скрутить трубы (тубусы) из листов ватмана, закрепив их резинками «для денег», а линзы внутри трубок закрепить пластилином. Трубы изнутри надо покрасить матовой черной краской, чтобы не было внешней засветки.

Получилось вроде бы нечто примитивное, но как нулевой вариант очень удобное: легко переделать, что-то поменять. Когда этот нулевой вариант есть, его можно совершенствовать как угодно долго (хотя бы заменить ватман на более приличный материал).

Попробуем сделать телескоп. Для того чтобы самому сделать несложный, но вполне работоспособный телескоп, необходимы ватман, черная тушь, канцелярский клей или клейстер и две оптические линзы. Мы представляем варианты телескопа с увеличением в тридцать, пятьдесят и сто раз. Они отличаются только длиной в развернутом виде и линзами объектива.

Для начала лучше всего сделать телескоп с увеличением в 50 раз.
Из подходящего листа ватмана сверните трубу длиной 60 - 65 см. Диаметр должен быть немного больше диаметра линзы объектива - около 6 см, если вы используете стандартную очковую линзу. Разверните лист и зачерните тушью ту часть листа, которая станет внутренней поверхностью телескопа.

В противном случае лучи, попавшие в трубу не от объекта наблюдения, многократно переотразившись, попадут в линзу окуляра и завуалируют изображение.
После того как внутренняя поверхность зачернена, можно свернуть и склеить трубу. Линзу объектива в +1 диоптрию (ее вы найдете в магазине "Оптика") закрепите в торце трубы так, как это показано на рисунке - с помощью двух картонных ободков с бумажными зубчиками.

Вторая труба с линзой окуляра 2 должна с небольшим усилием, но достаточно свободно передвигаться в первой.
Линзу для окуляра вы скорее всего найдете в отделе фототоваров или извлечете из сломанного "насовсем" бинокля. Подбирать линзу следует так: направьте на нее свет от удаленного источника, например солнечный луч, и следите за тем, где они соберутся в фокус. Расстояние от линзы до фокуса называется фокусным расстоянием данной линзы (f). Для наших целей окуляр должен иметь f=3-4 см. Как правило, такие линзы имеют небольшой диаметр, поэтому и крепление линзы окуляра несколько отличается от крепления объектива.

Сверните из картона трубку длиной 6 - 7 см с таким диаметром, чтобы подобранная вами линза плотно в нее входила. Если она снабжена широким металлическим ободком, то не выпадает из трубки и не нуждается в дополнительном креплении по краям.
Трубка с линзой 2 укрепляется внутри значительно более широкой трубы телескопа с помощью двух картонных кругов с отверстиями посередине и зубчиков из менее плотной бумаги.

30 мм. То же, плюс спутники Юпитера Европа, Ио, Каллисто и Ганимед. При очень удачном стечении обстоятельств – спутник Титан Сатурна. Полосы на диске Юпитера. Планета Нептун – в виде звезды.

40 мм. Разделяется двойная звезда Кастор – Альфа Близнецов. Хорошо видна Большая Туманность Ориона и рассеянные звездные скопления в созвездиях Персея, Возничего, Большого Пса и Рака.

80 мм. Видны тени от спутников Юпитера при прохождении их перед диском планеты. В кольцевой туманности M57 заметен темный провал в центре. Несколько спутников Сатурна. Щель Кассини в кольце Сатурна.

100 мм. Видны спутник Ригеля – Альфы Ориона – и Полярной Звезды – Альфы Малой Медведицы.

120 мм. Спутник Сатурна Энцелад. Детали на диске Марса во время противостояний – моря и полярные шапки из углекислоты.

150 мм. Двойственность Эпсилона Волопаса. Деление шарового скопления M13 на отдельные звёзды.

200 мм. Деление Энке в кольце Сатурна – несколько концентрических колец, разделенных промежутками. Спирали в Туманности Андромеды.

250 мм. Плутон. Спутники Урана.
300 и более. Туманность Конская Голова. Спутник Сириуса. Галактики в деталях. Центральная звезда в кольцевой туманности М57. Шаровое звёздное скопление в галактике М31.

И так подводим итоги - для того, чтобы построить простой телескоп-рефрактор, нужны всего две собирающие линзы - длиннофокусная (с малой оптической силой) - для объектива и короткофокусная (сильная лупа) для окуляра.

Их следует искать на блошиных и радиорынках, в магазинах очковой оптики на худой конец.
Первая линза - объектив телескопа, если навести ее без всего остального на какой-нибудь удаленный предмет, создаст его перевернутое изображение за собой, на расстоянии, примерно равном своему фокусному расстоянию. Это изображение можно увидеть на матовом стекле или бумажке или, без всякого стекла, просто встав за линзой на расстоянии, больше фокусного, и смотря в направлении линзы.

Обратите внимание, что в последнем случае глаз придется аккомодировать не "на бесконечность", как при рассмотрении линии горизонта, а как для рассмотрения некоего материального объекта, находящегося от глаза на том же расстоянии, что и плоскость изображения. Вы увидите увеличенное перевернутое изображение удаленного предмета, при этом коэффициент увеличения будет равен фокусному расстоянию линзы в см, деленному на 25 - расстояние наилучшего зрения человеческого глаза. Если фокусное расстояние линзы будет меньше 25 см, то изображение получится уменьшенным. Простейший телескоп, в принципе, готов!
Теперь будем его усовершенствовать. Сначала с оптической стороны. Для того, чтобы получить большое увеличение при небольшом фокусном расстоянии объектива применяют окуляр, или лупу. Полученное первой линзой - объективом изображение рассматривают не невооруженным глазом с расстояния наилучшего зрения, а через окуляр с меньшего расстояния, примерно равного фокусному расстоянию окуляра. В этом случае увеличение телескопа будет равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра. .
Теперь с механической стороны. Для того, чтобы все это хозяйство не держать в руках, берем две трубки, одна из которых вдвигается в другую, или делаем их из бумаги и ПВА, черним изнутри активированным углем или начинкой от батарейки с ПВА (баллончик с черной матовой краской тоже подойдет), и крепим на конце одной трубки объектив, на конце другой окуляр. После этого вдвигаем одну трубку в другую, так чтобы видеть четкое изображение удаленных предметов. Труба готова!!!
Существенные моменты: объектив - очковое стекло, конденсорная линза или ахроматическая склейка с фокусным расстоянием 40 - 100 см. Диаметр входного отверстия телескопа 20 - 30 мм, если склейка (объектив от какого-то оптического прибора), то можно больше. Если диаметр будет больше приведенных значений, то изображение может получиться неконтрастным. Для ограничения диаметра делаем диафрагму - вырезаем картонный круг диаметром, равным внешнему диаметру объектива, в нем по центру вырезаем круглое отверстие диаметром 20 - 30 мм. Ставим диафрагму вплотную к объективу перед или за ним.
Увеличение такого телескопа 20 - 50 крат.

Линзы объектива и окуляра должны быть установлены в трубу как можно более соосно. Объектив обязательно должен быть стеклянным. Что видно: в 28 мм 40 крат за городом видны звезды до 9-й величины, кольцо Сатурна и просвет между ним и диском, спутники и две темных полосы на Юпитере (они кажутся скорее оранжевыми), фаза Марса, когда он был 6 секунд диаметром, кратеры на Луне, пятна на Солнце (только при проекции окуляром, глазом не смотреть!!!).

Вывод такой - по различимости деталей это изделие, если собрано хорошо, превзойдет и 8-кратный бинокль.

На всякий случай напоминаем - очковая линза +1 дптр имеет фокусное расттояние 1 метр и она вполне достаточна для такого простейшего телескопа. Не стоит следовать расхожим рекомендациям и изготавливать объектив из пары одинаковых линз +0.5 дптр (вогнутостями друг к другу). Это схема "Перископ", которая имеет какие-то преимущества только на полях в 30-50 градусов, что не актуально для телескопов с их полями в пол-градуса.

Телескоп незаслуженно считают сложным в использовании и производстве прибором. Это нормальное отношение к приборам, которые кажутся непонятными. Но уверяем – сделать его своими руками реально. Даже за пару часов.

Сделаем телескоп с увеличением от 30 до 100 раз. Существует всего три варианта телескопов в таком диапазоне, и они одинаковы, за отличием линз и длины трубы.

Потребуется:

1. Ватман.
2. Клей.
3. Краска или тушь.
4. Оптическая линза 2 шт.

Самый простой телескоп для новичков на 50-кратное увеличение. С него и начнем.

Делаем объектив

Сворачиваем ватман в трубу 65 сантиметров. Диаметр трубы должен быть ненамного больше линзы объектива. Если линза очковая, диаметр трубы не превысит шести сантиметров. Внутреннюю сторону листа закрасьте в черный цвет.

Теперь лист следует закрепить клеем. Линзу крепим внутри трубы при помощи зазубренного картона, как показано ниже.

1. Линза от объектива.
2. Линза от окуляра.
3. Крепление.
4. Крепление для трубки линз.
5. Доп. линза.
6. Диафрагма.

Делаем окуляр

Для окуляра подойдет линза из бинокля. Фокусное расстояние не превысит 4 сантиметра. Проверить это можно простым способом. Подставьте линзу под посторонний источник света (хоть Солнце) и спроецируйте свет на лист. Нужно сделать такое расстояние, чтобы проходящие сквозь линзу лучи собирались в маленькую точку, это и будет фокусным расстоянием.

Сверните лист в бумажную трубку таким образом, чтобы линза плотно в него села. Потом эта трубка крепится в трубе большего диаметра,при помощи зазубренных картонных кругов.

Все, телескоп готов. У него есть один недостаток – предметы в нем будут отражаться перевернутыми. Чтобы этого избежать в трубу окуляра надо добавить еще одну четырёхсантиметровую линзу.

Телескоп с тридцатикратным увеличением делается так же, заодно добавляется линза в пару диоптрий и длина увеличивается до семидесяти сантиметров.

Стократное увеличение отличается от тридцатикратного только линзой на две пол диоптрии больше и длиной в два метра. Луну через такой телескоп вы будете видеть как на ладони, а Марс и Венера покажутся размером с горошину.

Такая длина и малый размер объектива могут вызывать радужную окраску , которую можно убрать при помощи диафрагмы , установленной в месте фокуса. Это снизит яркость изображения, но радужной окраски, называемой дифракцией, не будет.

Помните, что двухметровый телескоп под тяжестью линз может изогнуться , то есть ему нужны деревянные подпорки .

Вот вы и создали телескоп, который разожжёт любовь к астрономии у любого.