Teleskop Dobsona - Dobsonian telescope

Teleskop Dobsona wystawiony w Stellafane na początku lat 80.

Teleskop Dobsonian jest Altazimuth montowane teleskopu Newtona projekt spopularyzowany przez Johna Dobsona w 1965 roku i przypisuje się znacznie zwiększenie wielkości teleskopów dostępnych dla astronomów amatorów . Teleskopy Dobsona charakteryzowały się uproszczoną konstrukcją mechaniczną, która była łatwa do wyprodukowania z łatwo dostępnych komponentów, aby stworzyć duży, przenośny i tani teleskop. Projekt jest zoptymalizowany do obserwacji słabych obiektów głębokiego nieba, takich jak mgławice i galaktyki . Ten rodzaj obserwacji wymaga dużej średnicy obiektywu (tj. mocy zbierania światła ) o stosunkowo krótkiej ogniskowej i możliwości przenoszenia do mniej zanieczyszczonych miejsc.

Dobsoni mają być czymś, co powszechnie nazywa się „jasnym wiadrem” działającym przy małym powiększeniu , a zatem projekt pomija cechy spotykane w innych teleskopach amatorskich, takie jak śledzenie równikowe . Dobsoni są popularne w społeczności zajmującej się budową teleskopów amatorskich , gdzie projekt był pionierem i nadal ewoluuje. Wielu komercyjnych producentów teleskopów również sprzedaje teleskopy oparte na tej konstrukcji. Termin Dobsona jest obecnie używany dla szeregu odbłyśników newtonowskich o dużej aperturze, które wykorzystują niektóre z podstawowych cech konstrukcyjnych Dobsona, niezależnie od materiałów, z których zostały zbudowane.

Pochodzenie i projekt

Trudno zaklasyfikować Teleskop Dobsona do jednego wynalazku. W dziedzinie teleskopów amatorskich większość, jeśli nie wszystkie, z jego cech konstrukcyjnych wykorzystywano już wcześniej. John Dobson, uznawany za wynalazcę tego projektu w 1965 roku, zauważył, że:

„Przez setki lat wojny toczyły się za pomocą armat na wierzchowcach „Dobsonów”.

Dobson zidentyfikował charakterystyczne cechy tego projektu jako lekkie lustra obiektywowe wykonane ze szkła typu iluminator oraz mocowania wykonane ze sklejki , listew teflonowych i innych tanich materiałów. Ponieważ zbudował te teleskopy jako pomoc w jego zamiłowaniu do instruktażowej astronomii chodnikowej , wolał nazwać ten projekt „teleskopem chodnikowym”. Dobson połączył wszystkie te innowacje w projekcie skoncentrowanym na jednym celu: zbudowaniu bardzo dużego, niedrogiego, łatwego w użyciu przenośnego teleskopu, który mógłby przybliżyć masom astronomię głębokiego nieba .

Innowacje projektowe Dobsona

Dwóch kolejnych amatorów zbudowało Dobsona w Stellafane

Konstrukcja Dobsona pozwala budowniczym o minimalnych umiejętnościach na zrobienie bardzo dużego teleskopu ze zwykłych przedmiotów. Dobson zoptymalizował projekt pod kątem obserwacji słabych obiektów, takich jak gromady gwiazd , mgławice i galaktyki (co astronomowie amatorzy nazywają obiektami głębokiego nieba ). Te ciemne obiekty wymagają dużego lustra obiektywowego, zdolnego do zbierania dużej ilości światła. Ponieważ obserwacje „ głębokiego nieba ” często wymagają podróży do ciemnych miejsc z dala od świateł miejskich, konstrukcja ta zyskuje na tym, że jest bardziej kompaktowa, przenośna i wytrzymała niż standardowe duże teleskopy Newtona z minionych czasów, które zazwyczaj wykorzystywały masywne niemieckie montaże równikowe . Teleskopy Johna Dobsona połączyły kilka innowacji, aby spełnić te kryteria, w tym:

  • Nietradycyjny montaż azymutalny : Zamiast standardowego montażu z łożyskami osiowymi, Dobson zdecydował się na bardzo stabilną konstrukcję, która była prosta w budowie i miała mniej ograniczeń mechanicznych, gdy była używana z dużymi i ciężkimi teleskopami. Zmodyfikował klasyczny montaż widełkowy w wolnostojącą trzyczęściową konstrukcję, która utrzymuje teleskop stabilnie na siedmiu dyskretnych punktach podparcia i pozwala na łatwe i bezpieczne przestawianie dużego i ciężkiego teleskopu.
    • Klasyczny montaż Dobsona (patrz rys. 1) składa się z płaskiej poziomej platformy „podziemnej” (rys. 1, czarnej), do której przymocowane są trzy z siedmiu wsporników (rys. 1, dolna żółta). Na tych trzech podporach spoczywa konstrukcja skrzynkowa zwana „rocker box” (rys.1, kolor ciemnoniebieski). Luźna śruba środkowa (rys. 1, ciemnozielona) utrzymuje skrzynkę wahacza wyśrodkowaną i umożliwia jej obracanie się nad płytą podłogową. Na przeciwległych bokach wahacza wycięte są półkoliste wgłębienia z górnej krawędzi każdej ściany (kołyska jest otwarta od góry i od tyłu). Każde zagłębienie posiada szeroko rozstawioną parę podpór zainstalowanych w wycięciu (rys.1, góra żółta). Zespół tubusu optycznego teleskopu (OTA, rys.1, jasnoniebieski) ma dwa duże okrągłe czopy (lub szyny w kształcie łuku dla większych teleskopów) zamocowane po lewej i prawej stronie (rys.1, czerwony). Ich wspólna oś przecina środek ciężkości teleskopu OTA. Czopy (powszechnie znane jako łożyska wysokościowe) spoczywają na wspomnianych czterech wspornikach w górnych wycięciach w skrzynce wahacza. Aby podnieść teleskop (wysokość), wystarczy podnieść tubę, a czopy przesuną się na czterech podporach. Aby przesunąć teleskop w lewo lub w prawo (azymut), popchnij lub pociągnij górną krawędź OTA (niektóre mają dedykowany uchwyt), tak aby obrotowa skrzynka kołyskowa przesuwała się po trzech wspornikach płyty naziemnej.
      Rys.1 Schematy montażu Dob
    • Części klasycznego montażu Dobsona są zazwyczaj wykonane ze sklejki i innych tanich materiałów, które są sklejane, skręcane, a nawet przybijane. W przeciwieństwie do innych typów mocowań do teleskopów nie są wymagane żadne precyzyjnie obrobione części mechaniczne. Aby zapewnić płynne ruchy ślizgowe, w siedmiu wspornikach zastosowano małe bloki teflonowe (PTFE). Ich wielkość powierzchni można dokładnie obliczyć dla konkretnej wagi OTA. Aby poprawić gładkość i stabilne trzymanie pozycji, spód skrzynki wahacza jest zwykle pokryty mikroteksturą Formica . Czopy wysokościowe często mają dużą średnicę i mogą być również pokryte teksturowanym materiałem. W przypadku większych teleskopów zamiast okrągłych czopów można użyć półokrągłych kawałków drewna lub szyn w kształcie łuku.
    • Zastosowanie teflonu na materiale teksturowanym łączy się z wytwarzanymi grawitacyjnie siłami klinowania, aby stworzyć wyjątkową płynną akcję, przechodząc od stabilnego kamienia do płynnego ruchu iz powrotem. Dzięki temu mechanizm zaciskowy nie jest potrzebny, aby zapobiec niezamierzonemu ruchowi teleskopu, w przeciwieństwie do większości innych mocowań teleskopu. Stabilność klasycznego Dobsona jest niezrównana, ponieważ teleskop w rzeczywistości nie obraca się w dwóch osiach, jak inne mocowania, lecz statycznie stoi na siedmiu solidnych blokach (aż zostanie przesunięty do nowej pozycji). Dopiero później wynaleziony montaż Ball-Scope może konkurować ze stabilną gładkością Dobsona.
  • Cienkie lustra : Zamiast kosztownych półfabrykatów luster Pyrex o standardowych proporcjach grubości 1:6 (1 cm grubości na każde 6 cm średnicy), aby nie wyginały się i nie zwisały z kształtu pod własnym ciężarem, Dobson użył luster wykonanych z szkło z nadwyżek iluminatorów okrętowych zwykle o proporcjach grubości 1:16. Ponieważ konstrukcja teleskopu ma montaż azymutalny, lustro musi być podtrzymywane tylko w prostej komórce z podkładem z wykładziny wewnętrznej/zewnętrznej, aby równomiernie utrzymać ciężar znacznie cieńszego lustra.
  • Rury konstrukcyjne : Dobson zastąpił tradycyjną tubę teleskopową z aluminium lub włókna szklanego grubymi tubami papierowymi, używanymi w budownictwie do wylewania betonowych kolumn. „Sonotubes”, wiodąca marka zatrudniona przez Dobsona, są tańsze niż dostępne na rynku tuby teleskopowe i są dostępne w szerokiej gamie rozmiarów. W celu ochrony przed wilgocią rury były zwykle malowane lub powlekane tworzywem sztucznym. Sonotubes są uważane za bardziej wytrzymałe niż rury aluminiowe lub z włókna szklanego, które mogą wgniatać lub pękać w wyniku uderzeń podczas transportu. Dodatkową zaletą jest to, że są stabilne termicznie i nieprzewodzące, co minimalizuje niepożądane prądy konwekcyjne w ścieżce światła spowodowane manipulowaniem zespołem rur.
  • Kwadratowe „ lustrzane pudełko ” : Dobson często używał pudełka ze sklejki na podstawę lampy i obudowę lustra, do której wkładano Sonotube. Dało to sztywną płaską powierzchnię do mocowania wsporników lustra i ułatwiło mocowanie czopów.

Konstrukcja teleskopów Dobsona ewoluowała przez lata (patrz § Konstrukcje pochodne ), ale większość komercyjnych lub amatorskich teleskopów Dobsona podąża za wieloma lub większością koncepcji projektowych i cech wymienionych powyżej.

Charakterystyka

Konstrukcja Dobsona ma następujące cechy:

  • Montaż azymutalny : Montaż teleskopu paralaktycznego z napędem zegarowym został pominięty w projekcie. Montaże paralaktyczne wydają się być masywne (mniej przenośne), drogie, skomplikowane i mają cechy ustawiania okularu teleskopów Newtona w bardzo trudno dostępnych pozycjach. Montaże azymutalne zmniejszają rozmiar, wagę i koszt całego teleskopu i utrzymują okular w stosunkowo łatwo dostępnej pozycji z boku teleskopu. Konstrukcja montażu azymutalnego stosowana w konstrukcjach Dobsona również zwiększa prostotę i przenośność; nie ma dodatkowej masy ani potrzeby transportu przeciwwag, elementów napędu lub statywów/postumentów. Przygotowanie do twardych rurek polega po prostu na umieszczeniu uchwytu na ziemi i ustawieniu na nim rury. Ciężar montażu azymutalnego w stylu Dobsona jest rozłożony na dużych, prostych powierzchniach nośnych, dzięki czemu teleskop może poruszać się płynnie pod naciskiem palca z minimalnym luzem.
Montaż azymutalny ma swoje ograniczenia. Nienapędzane teleskopy montowane na azymutach muszą być „popychane” co kilka minut wzdłuż obu osi, aby skompensować obrót Ziemi, aby utrzymać obiekt w zasięgu wzroku (w przeciwieństwie do jednej osi w przypadku niesterowanych montaży paralaktycznych). trudniejsze przy większych powiększeniach. Montaż azymutalny nie pozwala na użycie konwencjonalnych kół nastawczych, aby pomóc w nakierowaniu teleskopu na współrzędne znanych obiektów. Znane są z tego, że trudno je wycelować w obiekty w pobliżu zenitu , głównie dlatego, że potrzebny jest duży ruch osi azymutu, aby przesunąć teleskop nawet o niewielką wartość. Montaże azymutalne również nie nadają się do astrofotografii .
  • Duża średnica obiektywu w porównaniu do masy/kosztu
    • Niski stosunek masy do rozmiaru obiektywu : Struktura konstrukcji Dobsona mierzona objętością i wagą jest stosunkowo minimalna dla dowolnej średnicy obiektywu w porównaniu z innymi konstrukcjami.
    • Niski stosunek kosztów do wielkości obiektywu : Z perspektywy kosztów użytkownik zazwyczaj uzyskuje większą średnicę obiektywu na jednostkę kosztu dzięki konstrukcji Dobsona.
  • Dobry teleskop „Głębokie niebo” : konstrukcja Dobsona o zmaksymalizowanej średnicy obiektywu w połączeniu z przenośnością sprawia, że ​​projekt jest idealny do obserwacji słabych gromad gwiazd, mgławic i galaktyk (obiekty głębokiego nieba). Ponieważ obiekty te są stosunkowo duże, są obserwowane przy małych powiększeniach, które nie wymagają montażu sterowanego zegarem.
  • Problemy z wyważeniem : Projekty, w których tubus teleskopu jest zamocowany w stosunku do jego namiaru wysokości, mogą zostać wytrącone z równowagi przez dodanie lub odjęcie sprzętu, takiego jak kamery, lunety celownicze lub nawet niezwykle ciężkie okulary . Większość teleskopów Dobsona ma wystarczające tarcie w łożyskach, aby wytrzymać umiarkowaną nierównowagę; jednak to tarcie może również utrudniać dokładne ustawienie teleskopu. Aby skorygować taki brak równowagi, przeciwwagi są czasami zaczepiane lub przykręcane z tyłu obudowy lustra.

Projekty pochodne

Zmodyfikowany Dobson z 1983 roku, który charakteryzuje się składaną, otwartą rurą ze zintegrowaną powierzchnią nośną i bardzo kompaktowym mocowaniem typu „rocker box”.
Dwa Dobsona, które łączą w sobie rurę kratownicową, kompaktową skrzynkę kołyskową, łożyska o dużym promieniu wysokości i składaną konstrukcję.

Od samego początku producenci teleskopów modyfikują konstrukcję Dobsona, aby dopasować ją do swoich potrzeb. Oryginalny projekt odpowiadał potrzebom i dostępnym dostawom jednej osoby – Johna Dobsona. Inni ludzie wymyślili warianty, które pasują do ich własnych potrzeb, możliwości i dostępu do części. Doprowadziło to do znacznej różnorodności w projektowaniu „Dobsonów”.

Składane zespoły rurowe

Zespoły rurowe o „klasycznej” konstrukcji wymagałyby do transportu dużej furgonetki. Projektanci zaczęli wymyślać rozbieralne lub składane warianty, które można było przywieźć na miejsce małym SUV-em , hatchbackiem , a nawet sedanem . Ta innowacja umożliwiła społeczności astronomii amatorskiej dostęp do jeszcze większych apertur.

Rura kratownicowa

Wiele projektów łączy w sobie zalety lekkiej rury kratownicowej i składanej konstrukcji. Składane Dobsoni „rurka kratownicowa” pojawiły się w społeczności zajmującej się budową teleskopów amatorskich już w 1982 roku i pozwoliły na rozbicie zespołu tuby optycznej, największego elementu. Jak sama nazwa wskazuje, „rurka” tego projektu składa się w rzeczywistości z górnego „zespołu klatkowego”, który zawiera zwierciadło wtórne i wyciąg ogniskujący, utrzymywane na miejscu przez kilka sztywnych biegunów nad „pudełkiem lustra”, w którym znajduje się lustro obiektywu. . Tyczki są utrzymywane na miejscu za pomocą szybkorozłączalnych zacisków, które pozwalają na łatwe rozłożenie całego teleskopu na mniejsze elementy, ułatwiając ich transport pojazdem lub innym środkiem do miejsca obserwacji. Te konstrukcje rur kratownicowych są czasami błędnie nazywane kratownicami Serrurier , ale ponieważ główna kratownica nie jest zbudowana z przeciwległych kratownic lustrzanych, spełnia tylko jedną funkcję tego projektu, tj. utrzymuje optykę równolegle.

Modyfikacje montażu azymutalnego (rocker box)

Głównym atrybutem zamontować Dobsonian jest to, że przypomina konfigurację „laweta” z „skrzynki zaworowej” składający się z poziomej czop stylu osi wysokościach i szerokim poparciem osi azymutu, zarówno do użytku podejmowania materiałów takich jak plastik, Formica, i Teflon, aby osiągnąć płynne działanie. Wiele pochodnych konstrukcji montażowych zachowało tę podstawową formę, jednocześnie mocno modyfikując materiały i konfigurację.

Kompaktowe uchwyty typu „rocker box”

Wiele projektów ma zwiększoną przenośność dzięki zmniejszeniu mocowania azymutalnego (skrzyni wahacza) do małej platformy obrotowej. Łożysko z czopem wysokościowym w tych konstrukcjach ma duży promień, w przybliżeniu równy lub większy niż promień zwierciadła obiektywu, przymocowany do zespołu rurowego lub zintegrowany z nim, co obniża ogólny profil mocowania. Zaletą tego jest to, że zmniejsza całkowitą wagę teleskopu, a wyważenie teleskopu staje się mniej czułe na zmiany obciążenia tuby teleskopu spowodowane użyciem cięższych okularów lub dodaniem kamer itp.

Pokonywanie ograniczeń montażu azymutalnego

Od późnych lat 90-tych wiele innowacji w projektowaniu montażu i elektronice, wprowadzonych przez amatorskich producentów teleskopów i producentów komercyjnych, pozwoliło użytkownikom przezwyciężyć niektóre ograniczenia montażu azymutalnego w stylu Dobsona.

  • Cyfrowe kręgi nastawcze : Wynalezienie opartych na mikroprocesorach cyfrowych kręgów nastawczych umożliwiło zamontowanie lub doposażenie dowolnego teleskopu montowanego na azymutach w możliwość dokładnego wyświetlania współrzędnych kierunku teleskopu. Systemy te nie tylko zapewniają użytkownikowi cyfrowy odczyt rektascensji (RA) i deklinacji (dec.), ale także współpracują z urządzeniami cyfrowymi, takimi jak laptopy , tablety i smartfony, korzystając z oprogramowania do obliczania i tworzenia wykresów efemeryd na żywo w planetarium. podać aktualną graficzną reprezentację miejsca, w którym skierowany jest teleskop, umożliwiając użytkownikowi szybkie znalezienie obiektu.
  • Platforma równikowa : Korzystanie z platform równikowych (takich jak platforma Poncet ) zamontowanych pod montażem azymutalnym dało użytkownikom ograniczone możliwości śledzenia równikowego do prac wizualnych i astrofotograficznych . Takie platformy mogą zawierać napęd zegarowy w celu ułatwienia śledzenia, a dzięki starannemu wyrównaniu biegunowemu podłukowemu, precyzyjne obrazowanie CCD jest całkowicie możliwe. Obserwatorium Roesera w Luksemburgu (kod obserwatorium MPC 163) dostarczyło setkipomiarów astrometrycznych do Centrum Minor Planet przy użyciu zbudowanego w domu 20-calowego dobsona na platformie równikowej.

Adaptacje komercyjne

Komercyjnie produkowany dobson 10"
Komercyjnie zbudowany na zamówienie 16-calowy kratownicowy Dobson

Pierwotnym zamiarem projektu Dobsona było zapewnienie niedrogiego, prostego i wytrzymałego instrumentu o dużej aperturze przy niskich kosztach. Te same atrybuty ułatwiają ich masową produkcję. Jedną z pierwszych firm, które zaoferowały komercyjnie teleskopy Dobsona, była nieistniejąca już firma Coulter Optical (obecnie część Murnaghan Instruments). W latach 80. pomogli spopularyzować projekt modelami „Odyssey” o różnych rozmiarach, z rurkami wykonanymi z Sonotube i zgodnymi z oryginalną koncepcją prostoty Dobsona. W latach 90. Meade Instruments , Orion Telescopes i inni producenci zaczęli wprowadzać zmodernizowane modele Dobsona. Te importowane masowo produkowane lunety zawierały takie drobiazgi, jak metalowe tuby i bardziej wyrafinowany sprzęt, i nadal są bardzo przystępne cenowo.

Od lat 90. coraz popularniejsze stają się Dobsona produkowane przy użyciu konstrukcji kratownicowej. Pierwsza komercyjna kratownica Dobsonian została wypuszczona na rynek przez Obsession Telescopes w 1989 roku. Późniejsi amerykańscy producenci to StarStructure, Webster Telescopes, AstroSystems, Teeter's Telescopes, Hubble Optics, Waite Research i New Moon Telescopes. Te niskonakładowe konstrukcje oferują wysokiej jakości lustra obiektywowe, wysokiej jakości materiały i niestandardowe wykonanie, a także opcjonalne, sterowane komputerowo systemy GoTo . Niektórzy produkują również „ultra-lekkie” modele, które oferują większą przenośność.

W XXI wieku modele kratownicowe Dobsona są również masowo produkowane przez Meade, Orion, Explore Scientific i inne. Produkowane głównie w Chinach, oferują dobrą jakość i wartość, a jednocześnie są znacznie tańsze niż opisane powyżej lunety premium. W 2017 roku Sky-Watcher wprowadził swoją linię dużych modeli Stargate.

Komercyjne Dobsoni z litą rurą zazwyczaj mają maksymalny otwór 12 cali (305 mm) ze względu na rozmiar rury. Dobsony kratownicowe o wymiarach od 305 do 457 mm (12 do 18 cali) są najbardziej popularnymi rozmiarami, ponieważ oferują znaczną aperturę, a mimo to mogą być łatwo ustawione przez jedną osobę. Kilku producentów oferuje modele z aperturą 24 cale (610 mm) i większą. Dobsonowie kratownicowi to największe dostępne obecnie na rynku teleskopy. Masywny 36-calowy (914 mm) model hybrydowy z New Moon Telescopes został zaprezentowany na Northeast Astronomy Forum 2018. W 2019 roku w New Jersey zainstalowano ogromną 50-calową (1270 mm) aperturę składaną w Newtonian z kanadyjskiej firmy Optiques Fullum.

Wpływ Dobsona na astronomię amatorską

Projekt Dobsona uważany jest za rewolucyjny ze względu na rozmiary teleskopów, które udostępnił astronomom amatorom. Nieodłączna prostota i duża apertura projektu zaczęły przyciągać zainteresowanie w latach 70., ponieważ oferowały zalety niedrogich dużych instrumentów, które można było przenosić w miejsca pod ciemnym niebem i na gwiezdne imprezy z tyłu małego samochodu i ustawiać w ciągu kilku minut.

Rezultatem była proliferacja większych teleskopów, które byłyby drogie w budowie lub zakupie i nieporęczne w obsłudze przy użyciu „tradycyjnych” metod konstrukcyjnych. Podczas gdy 8-calowy teleskop Newtona byłby uważany za duży w latach 70. XX wieku, dziś 16-calowe systemy są powszechne, a ogromne 32-calowe systemy nie są wcale takie rzadkie.

W połączeniu z innymi ulepszeniami sprzętu obserwacyjnego, takimi jak wąskoprzepustowe filtry optyczne , ulepszone okulary oraz cyfrowa fotografia widzialna i podczerwona , duże apertury Dobsona znacznie zwiększyły liczbę obserwowanych obiektów, a także ilość szczegółów w każdym z nich. obserwowany obiekt. Podczas gdy astronom amator z lat 70. i 80. zazwyczaj nie eksplorował zbyt wiele poza obiektami Messiera i jaśniejszymi obiektami NGC . Częściowo dzięki Dobsonianie, współczesna astronomia amatorska rutynowo obserwuje słabe obiekty wymienione w niejasnych katalogach, takich jak IC , Abell , Kohoutek , Minkowski i inne uważane niegdyś za podręczniki tylko dla zawodowych astronomów.

Po zamontowaniu na równikowej platformy trudności przy użyciu Dobsonian krótkiego ekspozycji (≲ 1 h) Astrophotography zostaną zażegnane. To otworzyło pole astrometrii asteroid o wysokiej precyzji (i odkrycia) dla amatorów, którzy chcą przekazać pozycje mniejszych planet do Centrum Minor Planet . Umożliwia także wyszukiwanie nowych, słabych obiektów, takich jak novae / supernowe w lokalnych galaktyk i komet (dla sprawozdania do centralne biuro telegramów astronomicznych ).

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Zewnętrzne linki