Вселенная полна чудес и головокружительных пейзажей. Но их нелегко увидеть и тем более запечатлеть без специального оборудования и профильных знаний. Астрофотографию без сомнений можно признать самой сложной областью любительской астрономии: недостаточно найти подходящий телескоп и камеру, необходимо также представлять карту звездного неба, находить объекты, фокусироваться, фотографировать и обрабатывать полученные изображения. Энтузиасты по всему миру объединяются, делятся друг с другом опытом, создают учебные пособия, организуют курсы – всячески стремятся сделать астрофотографию доступнее и проще. А есть и те, кто берётся за разработку нового оборудования и запускает продвинутые астрофотографические девайсы в широкие массы. Стартап Vespera от компании Vaonis – ярчайший пример проекта подобного рода. Он был запущен и успешно реализован на краудфандинговой платформе Kickstarter осенью 2020 года и сразу же получил награду за инновации на Международной выставке потребительских технологий (CES 2021). На данный момент это самая компактная и мощная исследовательская станция, доступная любителям.

Vespera сочетает в себе функции телескопа, камеры и специального компьютера, контролирующего процесс съемки и обработки изображений.

В качестве оптической системы здесь выбран апохроматический телескоп-рефрактор с четырьмя линзами. Такая конструкция позволяет существенно снизить хроматические и сферические аберрации (искажения) и добиться максимальной резкости изображения. При этом рефрактор не нуждается в дополнительной настройке и специальном уходе за линзами, а путешествие в багажнике машины не может ему навредить.

Апертура (диаметр) 50 мм и фокусное расстояние (длина) 200 мм делают возможными наблюдения не только Солнечной системы, но и объектов дальнего космоса: звёздных скоплений, галактик и туманностей.

Базируется телескоп на альт-азимутальной монтировке (опорно-поворотная часть конструкции). Это позволяет учитывать вращение Земли, что особенно важно для астрофотографии, и направлять телескоп в нужную область неба, используя как вертикальную, так и горизонтальную ось вращения. 

За качество фотографий в Vespera отвечает высокочувствительный CMOS-сенсор Sony, разработанный для экстремально низкой освещённости. Световые загрязнения городов, от которых так сложно спрятаться в нашем веке, с этим сенсором совершенно не страшны. 

Алгоритм обработки изображений создан на базе знаменитого микрокомпьютера Raspberry Pi. Он выполняет несколько миллионов задач между моментом, когда объектив фотографирует звёздный свет, и моментом, когда готовое изображение появляется на мобильном устройстве. Микрокомпьютер сам делает необходимое количество снимков, а затем сравнивает и совмещает их для получения максимально яркого и чёткого изображения. На выходе получаются профессиональные астрофотографии разрешением 1920x1080 Пикс и возможностью сохранения в форматах JPG, TIFF или Fits. Вот несколько примеров фотографий, сделанных с Vespera:

Луна в деталях

Туманность Ореона

Планетарная туманность М27

Проект Vaonis очень прост в использовании: нужно установить специальное приложение Singularity на телефон, поставить штатив-трипод и нажать кнопку включения на корпусе. Устройство оживет и самостоятельно подготовится к работе: синхронизируется с мобильным приложением, проведёт автоматическую калибровку, используя GPS телефона и встроенную технологию распознавания звездного поля. 

Затем, с помощью Singularity можно выбрать объект для наблюдения (в каталоге приложения их доступно более двухсот). Vespera автоматически отследит цель, компенсируя вращение Земли, и произведёт автофокусировку. Настройки будут постоянно обновляться и корректироваться с учётом времени и температуры воздуха. 

Ещё приложение может давать персональные рекомендации по наблюдениям в соответствии с местоположением и астрономическим календарем.

Специально для странников команда Vaonis постаралась сделать очень лёгкое и компактное устройство. Vespera весит всего 5 кг и прекрасно помещается в рюкзак. Такую станцию можно брать с собой повсюду и иметь возможность приступить к исследованиям в любой момент.

Аккумулятор здесь достаточно ёмкий, в среднем заряд держится четыре часа. Но при наличии розетки или внешнего аккумулятора Vespera может работать вечно. 

Перед нами интеллектуальный телескоп с практичным дизайном и расширенными функциями, впечатляющее сочетание стиля и инноваций.

В марте 2022 года Vespera вышел на большой рынок. Его можно приобрести за 1499€ на сайте компании. Стоит отметить, что это уже второй проект Vaonis, начиналось всё с разработки телескопа Stellina, выпущенного в 2018 году. Это были те же революционные идеи, совмещение функций телескопа, камеры и виртуальной станции в одном устройстве. Но сборка оказалась очень дорогой, а габариты слишком большими для транспортировки. Создатели хотели развить идею простоты и лёгкости, удешевить сборку, чтобы астрономия стала доступна ещё большему числу людей. Так и появилась Vespera. Кто знает, какие еще девайсы можно будет собрать в будущем? Хочется верить, что исследования космоса станут еще дешевле и проще.

Подробнее о любительской астрономии и способах познания Вселенной вы можете прочесть на нашем сайте. Для отважных мейкеров мы даже подготовили руководство по сборке телескопа-рефлектора. Его, конечно, с собой на прогулку не возьмёшь и в багажник машины не положишь, но для личной обсерватории прекрасно подходит.

Доводилось ли вам уже заниматься астрофотографией? Вдохновила ли вас Vespera с её оригинальными идеями? Пишите нам, будем рады вашему мнению.

Всем чистого вам неба и успешных наблюдений!

Мы продолжаем строить телескоп-рефлектор и делиться с вами руководством по его сборке. В прошлый раз мы уделили внимание оптике инструмента и описали процесс изготовления параболического зеркала. Если оно у вас в руках, значит вы на полпути к победе. Сегодня мы расскажем, как завершить начатое и получить высококачественный инструмент для исследований Вселенной.

Шаг 1: выбор монтировки.

Телескопы хороши тем, что их конструкция почти полностью зависит от вас и ваших предпочтений. Есть только несколько правил, о которых следует помнить, приступая к строительству.

Во-первых, кривизна основного зеркала диктует нам фокусное расстояние (длину трубы). В случае, если вы изготовили оптику самостоятельно, вы можете определить фокусное расстояние по формуле f = D x  R/2, где D – это диаметр телескопа, а R – радиус кривизны, который можно узнать с помощью специального измерительного инструмента (индикатора часового типа). В случае покупки готового зеркала, обращайте внимание на его описание, производители должны указывать диаметр и фокусное расстояние.

У нашего зеркала f = 950 мм – именно таким должно быть расстояние до точки, в которой отражённые лучи соберутся и сформируют чёткое изображение.

Рис. 1 

Однако мы не можем поймать картинку своими глазами. Если мы встанем напротив зеркала, мы просто заблокируем свет, исходящий от звёзд. Следовательно, нам нужен посредник – вторичное зеркало, также называемое эллиптическим. Мы должны установить его под углом 45 градусов, чтобы оно принимало свет от основного зеркала и направляло в нашу сторону. 

Отсюда следует второе правило: расстояние между вторичным зеркалом и нашим глазом зависит от размера фокусировочного узла (специальное устройство для управления резкостью изображения). Соотношение прямо пропорционально: чем больше фокусер, тем больше расстояние от него до зеркала и размер самого зеркала.

Если все эти нюансы кажутся вам сложными и запутанными, не спешите опускать руки. К счастью, существует удобный сайт Newt for the Web, позволяющий поиграть со всеми характеристиками и оптимизировать дизайн вашего телескопа. Пример файла с параметрами смотрите во вложениях.

Последнее, что нужно решить – для каких целей используется телескоп. Для визуальных наблюдений достаточно монтировки Добсона (альт-азимутальной) и небольшого эллиптического зеркала. Но если вы решили заняться астрофотографией, то вам понадобится экваториальная монтировка, (компенсирует погрешности, вызываемые вращением Земли) с двухдюймовым фокусером и большим вторичным зеркалом (предотвращают виньетирование изображений).

Астрофотография в кругу астрономов-любителей менее популярна, чем простые наблюдения, поэтому данная статью мы посвятили сборке рефлектора с монтировкой Добсона, спроектированной с помощью ресурса Stellafane. 

 

Шаг 2: Материалы и инструменты

1) Основное зеркало (параболическое).

2) Вторичное зеркало (эллиптическое). 

3) Фокусировочный узел с посадочным диаметром 1,25" (эта характеристика обычно измеряется в дюймах).

4) Окуляр диаметра 1,25" (должна быть полная совместимость с фокусером). Широкоугольный окуляр, как правило, тяжелее и дороже, но он даст вам ощущение, что вы «парите в космосе», а простой окуляр покажет небо так, будто вы смотрите в подзорную трубу.

5) Деревянные доски. Они должны быть на несколько дюймов длиннее, чем фокусное расстояние основного зеркала. Обратитесь к размерам, приведенным в Newt for the web.

6) Фанера. 

7) Настольная пила.

8) Фрезерный станок.

9) Ручной рубанок.

10) Шлифовальная бумага различной зернистости.

11) Ленточная пила / лобзик.

12) Лазерный резак.

13) Набор фрез «птичий клюв».

14) Токарный станок.

15) Винты с потайной головкой, нейлоновые винты, пружины и тефлоновые прокладки.

16) Силиконовый клей.

Рис. 2. 

Рис. 3

 

Шаг 3: Предварительная сборка

Для начала берём лазерный резак и вырезаем трафареты из фанеры (смотрите во вложениях формы «перегородки» и «зеркальная камера»).

Рис.4

Затем нужно вырезать 16 досок равного размера, чтобы собрать из них трубу. В нашем случае ширина досок равна 5 см, но вы обязательно сверяйтесь с вашим собственным дизайном, который рассчитали в первом пункте. 

Используя фрезерный станок со сверлом «птичий клюв», обработайте одну сторону каждой доски. Так получатся специальные отверстия для соединения досок друг с другом.

Чтобы собрать трубу, используйте две полосы малярного скотча для фиксации всех досок вместе. Вы можете использовать по одной перегородке на концах трубы, так как это предварительная сборка.

Рис. 5

 

Шаг 4: Перегородки и доски

Теперь, когда вы убедились, что все доски подходят друг к другу и имеют правильные размеры, вы можете разобрать конструкцию и начать приклеивать перегородки к одной из досок. 

Рис. 6

Приклейте доски на каждую вторую сторону перегородок, как на рисунке 6. Это обеспечит минимальную устойчивость конструкции. А затем, используя рубанок и наждачную бумагу, установите остальные доски так, чтобы они идеально прилегали друг к другу.

Рис. 7

Шаг 5: установка фокусера

Чтобы установить фокусер, первым делом нужно рассчитать его положение. С помощью программы Newt for the Web найдите расстояние между оптической осью фокусера и концом трубы. Как только вы его найдёте, используйте пилу, чтобы просверлить отверстие. Оно должно быть чуть большего размера, чем диаметр вашего окуляра. 

Рис. 8

Используйте винты, чтобы прикрепить фокусировочный узел к корпусу телескопа, как на рисунке 9.

Рис. 9

Шаг 6: Зеркальная камера

Теперь нужно построить зеркальную камеру, в которой будет располагаться основное зеркало. Она будет состоять из 3 опорных точек, этого вполне достаточно для веса нашего зеркала. Если вы используете толстую фанеру, то хватит и одного слоя. Но, если фанера тонкая, то лучше сделать несколько трафаретов и склеить их между собой. 

Рис. 10

Рис. 11

Рис. 12

Камеру нужно покрасить в черный цвет, чтобы избежать нежелательных отражений внутри трубы.

Рис. 13

Шаг 7: Опоры для вторичного зеркала

Хорошей опорой для эллиптического зеркала послужит кусок дерева. Он должен быть чуть меньше, чем короткая ось зеркала. Можно взять брусок и изготовить на токарном станке необходимый штифт, после чего просверлить центр и закрутить резьбовую шпильку.

Рис. 14 

Рис. 15

Рис. 16

Теперь срежьте часть штифта под углом 45 градусов и приклейте на нее зеркало с помощью силиконового клея. Обязательно оставьте зазор между деревом и стеклом, чтобы избежать напряжения, и позвольте клею высохнуть в течение как минимум одних суток. 

Рис. 17

Рис. 18

Шаг 9: «Паук» и установка вторичного зеркала

«Пауком» в телескопостроении называют держатель для вторичного зеркала. Чаще всего это конструкция с четырьмя или тремя лопастями, в центр которой крепится отражатель. Но в телескопах с небольшим диаметром (до 300 мм) можно использовать более простой вариант – изогнутую лопасть. 

Для этого создаём еще одну опору, которая будет регулируемой (на рисунке 17 слева). Далее нужно взять 30-сантиметровую линейку из нержавеющей стали и просто согнуть. В центр получившейся дуги мы крепим зеркало с помощью опоры и винтов, а концы линейки прикручиваем к корпусу телескопа (смотрите рисунок 19).

Рис. 19

Покрасьте опоры и все части «паука» черной сатиновой краской, чтобы предотвратить нежелательные отражения.

Шаг 8: Проверка оптической системы.

Настало время проверить оптическую систему телескопа на ее пригодность. Если вы следовали рассчётам, сделанным в первом пункте, то у вас не должно быть никаких неприятных сюрпризов. 

Рис. 20

Начните с ориентации эллиптического зеркала на фокусер. Убедитесь, что оно отцентрировано, то есть располагается прямо на оптической оси фокусера. Если оно расположено слишком высоко/низко, перемещайте его, пока не увидите изображение основного зеркала прямо по центру, как на рисунке 21.

Рис. 21

Теперь нужно разобраться с фокусом. У закрытой трубы есть недостаток: крайне сложно и неразумно менять её длину после того, как она уже собрана. А мы помним, что длина напрямую связана с фокусным расстоянием телескопа. Следовательно, исправить какие-то проблемы можно лишь посредством передвижения зеркальной камеры вдоль трубы, тем самым увеличивая или уменьшая фокусное расстояние. Поэтому вплоть до этого момента мы не прикручивали камеру к корпусу. 

Если у вас не получается сфокусироваться на звезде с помощью окуляра, скорее всего придётся передвинуть камеру с основным зеркалом чуть ближе или чуть дальше. После того как вы найдёте нужное фокусное расстояние, закрепите камеру винтами, как на рисунке 22.

Рис. 22

Шаг 9: Держатель трубы (качалка)

Теперь нужно сделать систему, которая будет фиксировать телескоп, но при этом допускать движения. Таким образом, можно будет смещать центр тяжести трубы.

Рис. 23

Для этого вырезаем из дерева или толстой фанеры необходимые детали (смотрите «держатель трубы» во вложениях). Используйте клей и дюбели, чтобы собрать всё вместе. 

Рис. 24

Рис. 25

Шаг 10: Коробка для качалки

Коробку можно разработать также с использованием рекомендаций Stellafane. 

Сделать её можно из дерева. Для плавности движений используйте тефлоновые прокладки. 

Рис. 26

Боковые стороны установите на круглое основание из фанеры толщиной 2-3 см, как на рисунке 27. На каждой стороне можно вырезать ручки для удобства транспортировки.

Рис. 27

Чтобы иметь возможность вращать прибор слева направо, необходимо добавить вертикальную ось. Это называется азимутальным подшипником.

Основание сделайте из фанеры и установите на три хоккейные шайбы (это уменьшит вибрацию). Потом сделайте центральный стержень и три тефлоновые прокладки над ножками (рисунок 28).

Рис. 28

Шаг 11: Готовый телескоп

Можно считать, что телескоп готов, осталось только всё соединить. Чтобы правильно разместить трубу в держателе, необходимо определить центр её тяжести. Для этого просто положите трубу с качалкой на стол и аккуратно попытайтесь сместить к краю до тех пор, пока она не начнёт падать.

Затем установите корпус телескопа на коробку и полюбуйтесь проделанной работой.

Рис. 29

Рис. 30

Здесь завершается наш DIY проект и начинаются космические приключения.

Желаем вам успехов в этом нелёгком, но чертовски интересном деле. Задавайте вопросы и делитесь своими проектами с нами.

И пусть небо будет чистым!

Вложения:

Перегородки

Зеркальная камера

Держатель трубы

Параметры

 

Звёзды всегда завораживали человека. В попытке понять и объяснить окружающий мир, наши предки создали множество наук, но именно наука о звёздах заняла в сознании человека особое место. Даже сейчас астрономия зачастую воспринимается как элитарное занятие, предназначенное для тех немногих, кто готов посвятить ей всю жизнь. Возможностей для карьеры в этой области немного, для получения должности начального уровня требуются годы обучения и подготовки. Даже докторская степень не является гарантией успеха – не все выпускники астрономических факультетов попадают в обсерватории и становятся исследователями.

Если вам интересен космос, но астрономическое образование получить не удалось, не расстраивайтесь. Астрономия имеет традицию любительской практики, доступной каждому!
У желающих есть возможность не только наслаждаться красотой космоса, но и совершать открытия. Каждый год в астрономический реестр вносятся новые кометы, туманности, сверхновые и экзопланеты, обнаруженные любителями. Вот несколько ярких примеров:
– первая межзвездная комета 2I/Borisov, обнаруженная Геннадием Борисовым в 2019 году с помощью телескопа собственной разработки;
– 42 экзопланеты, обнаруженные сообществом Planet Hunters («Охотники за планетами») за один лишь 2012 год;
– фотография сверхновой, сделанная Виктором Бусо в 2016 году.

Комета Борисова

Сверхновая Бусо. Запечатлеть такое явление – большая удача для учёного

В этой статье мы кратко расскажем об основных направлениях любительской астрономии и проектах, доступных для реализации абсолютно всем.

Оптические телескопы

В 1609 году Галилео Галилей использовал зрительную трубу голландского изобретателя Иоанна Липперсгея для астрономических целей. С тех пор изготовление телескопов стало развивающейся дисциплиной. Многие астрономы после Галилея мастерили свои собственные инструменты из необходимости, но появление любителей в этой области, кажется, стало заметным лишь в XX веке.

До появления современных телескопов массового производства цена даже скромного инструмента часто была не по карману начинающему астроному-любителю. Строительство собственного телескопа было единственным экономичным способом получить подходящий для наблюдений инструмент. Многие опубликованные работы пробудили интерес к телескопостроению, например, книга 1920 года "Телескоп любителя" ирландского изобретателя У. Ф. А. Эллисона.
В США 1920-х годов статьи в научно-популярных журналах астрономической тематики способствовали росту интереса к этому хобби. С 1933 по 1990 год в журнале Sky & Telescope регулярно выходила колонка «Gleanings for ATMs» («Находки для изготовителей телескопов»). Развитие оптики, появление искусственных спутников и «космическая гонка» также значительно повлияли на распространение телескопостроения.

16-дюймовый телескоп-рефлектор

Сейчас купить готовый инструмент в магазине стало куда доступнее, чем раньше. Но традиция «сделай сам» прочно закрепилась в сердцах энтузиастов. Ведь лучше астрономического открытия может быть лишь открытие, сделанное самодельным телескопом!

Выделяют всего три типа конструкции телескопов.
1) Рефракторы, принцип работы которых заключается в преломлении света системой линз.
2) Рефлекторы, использующие зеркало в качестве светособирающего элемента.
3) Зеркально-линзовые (катадиоптрические), использующие в своей конструкции как отражающие, так и преломляющие элементы.

Наиболее популярным вариантом для астрономов-любителей является рефлектор, прозванный еще в прошлом веке «телескопом бедняка». Его преимуществом является простая конструкция и возможность получать максимальный размер изображения при минимальных затратах.
Телескоп-рефлектор с апертурой (диаметром) 15 или 20 см является стандартным стартовым проектом, который можно построить самостоятельно по инструкциям и чертежам, найденным в Интернете.

Конечно, больше всего размер и конструкция телескопа зависят от целей астронома. Наблюдать можно за разными объектами: планеты, Солнце, Луна, кометы и астероиды, туманности и объекты дальнего космоса. Кому-то достаточно наблюдений за Луной, а кого-то интересует свет других галактик. Чем дальше хотите видеть, тем больше должен быть диаметр вашего телескопа.
Выбор всегда за вами.

Радиоастрономия

Исследования космоса в радиоволнах не так популярны среди астрономов-любителей, как описанные выше оптические наблюдения. В телескоп хочется смотреть глазом, а не греть уши монотонным шипением радиоприёмника.
Но радиоастрономия в настоящее время занимает лидирующие позиции в изучении космоса. Дело в том, что все объекты Вселенной излучают электромагнитные волны широкого спектра. Оптические телескопы способны уловить лишь малую часть этого излучения, как и наши глаза. Не случайно только с появлением радиотелескопов человеку стали доступны для изучения квазары, пульсары, нейтронные звёзды и черные дыры – очень мощные источники энергий, зафиксировать которые оптическим телескопом просто невозможно.

Шкала электромагнитных волн

На шкале выше хорошо видно, насколько мала область видимого света по сравнению с информацией, поступающей на Землю в диапазоне радиоволн.

Еще одним преимуществом FM-астрономии является то, что длина волны в радиодиапазоне значительно больше, чем в диапазоне видимого света. Это значит, что радиоизлучение может спокойно проходить сквозь космическую пыль и атмосферу Земли, позволяя астрономам проводить исследования в любое время суток и почти при любых погодных условиях (только не в грозу).

Спутниковые антенны

Войти в мир радиоастрономии можно, собрав свой собственный радиотелескоп (купить всё равно не получится). Инструкций по его сборке в интернете достаточно, хотя практика и не такая популярная. Во многом потому, что антенны ранее были нужны исключительно для телевещания и стоили дорого, никому бы и в голову не пришло препарировать такой аппарат, чтобы послушать звёзды. Сейчас, с появлением интернета и уходом ТВ на задний план, можно позволить себе воспользоваться старой спутниковой тарелкой в научных целях.

Работа за компьютером

Фотографии галактик из каталога звёздного неба

В последние годы астрономия стала игрой больших данных, как никакая другая наука. Обсерватории ежедневно генерируют огромные массивы данных, фиксируя ночное небо во всех спектральных диапазонах. Анализ полученной информации – очень трудоёмкий процесс. Поэтому в помощь всему астрономическому сообществу были созданы проекты «гражданской науки», позволяющие любому человеку с доступом в интернет внести свой вклад в астрономию.

Galaxy Zoo – один из самых известных проектов такого рода. Добровольцев просят классифицировать изображения галактик в соответствии с их формой и другими отличительными особенностями. Многие из этих галактик никогда раньше не были видны человеческому глазу, поскольку все они были сняты и обработаны машинами автоматически.
Уже классифицировано более миллиона галактик, и проект привел к нескольким открытиям, сделанным любителями, включая галактику Hanny's Voorwerp, обнаруженную голландским школьным учителем, и Green Pea Galaxies – новый тип галактик, зафиксированный многими добровольцами.
Принять участие в проекте очень просто. Достаточно зайти на сайт, зарегистрироваться и начать классифицировать галактики. Проект включает в себя дискуссионный форум, где можно пообщаться с единомышленниками и поделиться изображениями наиболее интересных объектов.

Второй подобный проект  – Zooniverse. Это сайт, на котором размещено множество программ из различных областей науки, в том числе из астрономии. Одни проекты фокусируются на обнаружении сверхновых, другие анализируют фотографии Марса в поисках признаков древних рек и морей, третьи ищут свидетельства существования девятой планеты на краю Солнечной системы.
И это далеко не всё!
Алгоритм здесь тот же. Зайти на сайт, зарегистрироваться и приступить к исследованиям.

Фотография Марса

Пожалуй, самый интересный проект астрономии «на удалёнке» – DIY Planet Search.
Это проект Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского университетов, который даёт участникам возможность управлять телескопами в сети роботизированного оборудования и искать экзопланеты транзитным методом. Кратко метод можно описать так: когда планета проходит перед звездой-хозяином, она блокирует небольшое количество света звезды; обнаружение этих изменений света (транзитов) и есть суть метода.
Телескопы проекта, расположенные в обсерватории Аризоны, разработаны таким образом, что ими можно управлять дистанционно через простой интерфейс веб-браузера из любой точки мира.
Участники проекта регистрируются на сайте, учатся управлять телескопами, а затем используют их для того, чтобы делать снимки и измерять транзиты экзопланет.
На сайте имеется простое в использовании программное обеспечение для обработки изображений, чтобы наблюдатели могли улучшать, анализировать и раскрашивать свои снимки так же, как это делают в настоящих обсерваториях.

Сравнение размеров Земли и других экзопланет

Как видите, способов почувствовать себя астрономом достаточно. А некоторые из них вы можете опробовать сразу же после прочтения этой статьи.
Доводилось ли вам уже заниматься астрономическими исследованиями? Какие направления DIY астрономии вам ближе? Поделитесь своим мнением с нами. И успехов вам в будущих исследованиях!