Science Academy - kritický způsob myšlení a praktické aplikace přírodovědných a technických poznatků v reálném životě reg.č. CZ.1.07/2.3.00/45.0040
Metodika práce s astronomickými přístroji 3 Vybíráme astronomický dalekohled Toužíte po astronomickém dalekohledu? Pak si přečtěte následující řádky. Dozvíte se, jaké jsou mezi jednotlivými typy dalekohledů rozdíly, v čem spočívají jejich výhody či nevýhody a na jaká pozorování je lze použít. Jedním z hlavních kritérií, podle kterého se budete při výběru dalekohledu řídit, bude bezesporu jeho pořizovací cena. Nemějte ale obavy! V současnosti není kvalitní astronomický dalekohled s objektivem o průměru kolem 15 centimetrů dražší než průměrný notebook. Pokud ovšem s dalekohledem nemáte žádné zkušenosti, vyplatí se držet se zpočátku při zemi, otestovat si jeden, dva levnější přístroje a teprve na základě získaných zkušeností zakoupit dražší přístroj. Dříve, než přikročíte k výběru samotného dalekohledu, je dobré si promyslet, co všechno od něj vlastně očekáváte. Budete jej pravidelně převážet v autě nebo vynášet na balkón či zahradu? Pak je potřeba zohlednit jeho rozměry i hmotnost. Nevystačíte si s jednoduchým dobsonem a lákají vás spíše náročnější přístroje na motorizovaných ekvatoreálních montážích? Zamyslete se nad potřebou elektrického napájení. Jaká pozorování vlastně máte v plánu? Jestliže už teď víte, že se na nebe podíváte pouze několikrát do roka a ještě z centra přesvětleného města, dobře si rozmyslete, zda je nezbytné hnát se za drahými a velkými přístroji. Nezapomeňte také na to, že každé pozorování vyžaduje určitou přípravu i čas. Mnozí majitelé velkých dalekohledů nakonec stejně pozorují s menšími a lehčími přístroji. Proč? Jednoduše proto, že s jejich přípravou před pozorováním mají méně práce. Mezi amatérskými astronomy jsou rozšířené zejména zrcadlové dalekohledy. Důvod je jednoduchý. Zatímco kvalitní zrcadlový dalekohled s objektivem o průměru 20 centimetrů pořídíte za patnáct tisíc korun, cena špičkového čočkového dalekohledu se stejně velkým objektivem bude nejméně desetkrát vyšší. Na vině je především tzv. barevná vada, kterou čočkové dalekohledy trpí. Lze ji sice potlačit použitím objektivů, jež jsou složeny z několika samostatných čoček, jenže právě tato skutečnost výrobu čočkových dalekohledů nesmírně prodražuje. 1
Zrcadlové objektivy nejen že nemají barevnou vadu, ale navíc jsou vyráběny z jednoho bloku skla, který je vybroušen pouze z jedné strany. Díky tomu jsou náklady na jejich výrobu mnohonásobně nižší. Pro svou jednoduchou konstrukci je nejběžnějším zrcadlovým dalekohledem newton na Dobsonově azimutální montáži, tedy tzv. dobson. Ve specializovaných astronomických prodejnách lze běžně zakoupit dobsony o průměrech primárního zrcadla od 15 do 40 centimetrů. Někteří z nadšenců ale používají dokonce ještě větší přístroje.
Newtonův dalekohled na Dobsonově montáži patří mezi nejdostupnější amatérské přístroje.
Chcete-li „za málo peněz hodně muziky“, určitě zvolte Dobsonův dalekohled s průměrem objektivu kolem 20 a více centimetrů. Existuje nepřeberné množství variant, které se liší zejména podobou a konstrukcí tubusu. Jestliže nepotřebujete skladný dalekohled, je dobré zůstat u plného tubusu, který optiku dalekohledu lépe chrání před prachem i rozptýleným okolním světlem. Pokud ovšem budete cestovat za tmou, nebo bydlíte v malém bytě, oceníte spíše skládací (tzv. teleskopický) dobson. V tomto provedení je tubus tvořen pouze několika duralovými trubicemi, které lze demontovat, popřípadě zasunout do sebe. Tím se zmenší velikost dalekohledu až o třetinu. Hlavní nevýhodou těchto přístrojů je ale menší odolnost vůči prachu a rozptýlenému světlu z okolí. Někteří uživatelé proto při pozorovaní zakrývají tubus černou, neprůsvitnou látkou.
2
Dobsony s teleskopickým tubusem lze snadno složit a pohodlně převážet např. v autě.
Pro někoho může být nevýhodou Newtonova dalekohledu umístění okulárového výtahu, který je na boku tubusu. Zvláště začátečníci mají zpočátku problém dalekohled namířit na požadovaný objekt. Stačí ale jedna či dvě pozorovací noci a na práci s newtonem si rychle zvyknete. Pokud by se tak nestalo, nezbude vám nic jiného, než vyzkoušet čočkové nebo katadioptrické dalekohledy s okulárovým výtahem umístěným na konci tubusu. Zatímco u čočkových přístrojů je tubus vždy plný a z obou stran uzavřený optikou, u katadioptrických dalekohledů lze narazit na obě varianty tubusu. Pravdou však je, že katadioptry s uzavřeným tubusem jsou výrazně rozšířenější. Na první pohled by se mohlo zdát, že je uzavřený tubus pouze výhodou, protože se do dalekohledu méně práší (u čočkových a katadioptrických dalekohledů je tubus uzavřen optikou dokonce z obou stran, takže se prach do přístroje nedostane téměř vůbec). Zdání ale klame. Problém spočívá v tom, že se dalekohledy s uzavřeným tubusem mnohem pomaleji temperují. Temperací dalekohledu rozumíme vyrovnávání teploty dalekohledu (včetně teploty vzduchu uvnitř tubusu) s teplotou vzduchu v okolí přístroje. Pokud k vytemperování nedojde, bude mít obraz zprostředkovaný dalekohledem mizernou kvalitu. Teplý vzduch unikající z tubusu se totiž projeví zhoršením tzv. seeingu (anglické slovo seeing označuje v astronomické hantýrce neklid pozemské atmosféry způsobující nahodilé rozmazávání pozorovaného obrazu). 3
Dokonalá temperace je problematická např. v zimě, kdy dalekohled přenášíme z vyhřáté místnosti do prostředí s teplotou pod bodem mrazu. Zatímco z otevřených tubusů teplý vzduch snadno unikne a dalekohled tak brzy dosáhne teploty okolí, u uzavřených čočkových a katadioptrických dalekohledů se tubus temperuje mnohem pomaleji. Zatímco běžný newton s objektivem o průměru kolem 20 centimetrů zvládne vytemperování i v zimě za dvacet až třicet minut, čočkovému nebo katadioptrickému dalekohledu s uzavřeným tubusem to bude trvat třikrát až pětkrát déle. Některé větší dalekohledy proto bývají vybaveny malými větráčky, které výměnu vzduchu v tubusu výrazně urychlují. Existují ale i mnohem jednodušší řešení. Víte, že budete v noci pozorovat a temperance vám zabere mnoho času? V tom případě umístěte dalekohled před pozorováním například na balkón či zahradu s dostatečným předstihem několika hodin. Katadioptrické dalekohledy ale mají i výhody, např. skladnost. Ve srovnání s Newtonovým či čočkovým dalekohledem o stejných parametrech objektivu má totiž tubus katadioptrů poloviční délku. Tyto přístroje se tudíž velmi snadno převážejí v autech a patří mezi výborné cestovní přístroje.
Katadioptrické dalekohledy jsou ideální cestovní přístroje. Ty s průměrem objektivu do 150 mm dokonce pohodlně zabalíte i do příručního zavazadla.
Pokud chcete oblohu pozorovat pouze očima, neuděláte chybu s žádným z uvedených přístrojů. Jestliže bude optika dokonale vybroušena a bude vyrobena z kvalitních materiálů, poskytne každý typ dalekohledu brilantní obraz. Jen u katadioptrických dalekohledů vždy počítejte s tím, že mají ve srovnání s refraktory a newtony poněkud omezené zorné pole. I s tímto problémem se ale lze vypořádat použitím vhodných okulárů. Výběr dalekohledu je vždy otázkou mnoha kompromisů, a i když existují skupiny pozorovatelů, jež jsou schopny vyzdvihovat tu či onu konstrukci až do nebes, mějte na paměti, že univerzální dalekohled zkrátka neexistuje. 4
Pokud rádi pozorujete méně nápadné objekty vzdáleného vesmíru, vyplatí se vám přístroj s co největším průměrem objektivu. Jestliže často pozorujete úhlově velké objekty, například otevřené hvězdokupy, oceníte zase dalekohled s velkým zorným polem, např. newton nebo refraktor. Naopak pozorovatelé Měsíce či planet mohou používat dalekohledy o menších průměrech, protože světla je dostatek (i když je potřeba myslet i na to, že rozlišovací schopnost a množství viditelných detailů opět roste s průměrem objektivu). V tomto směru jsou vhodné dalekohledy, jejichž objektivy mají menší světelnost a perfektní kresbu ve středu zorného pole. Tedy například kvalitní refraktory nebo dalekohledy typu Schmidt-Cassegrain či Maksutov-Cassegrain. To však neznamená, že byste s těmito přístroji nemohli pozorovat také jiné objekty! Nezapomeňte, že zvětšení či velikost zorného pole vždy závisí na zvoleném okuláru.
Kupujeme dalekohled V následujícím textu se podíváme na to, jak postupovat při samotném nákupu dalekohledu. K radosti všech pozorovatelů hvězdného nebe se český trh s astronomickou technikou v uplynulé dekádě velmi čile rozrůstal. Především v rámci internetových e-shopů. Nákup v těchto obchodech však skrývá jistá úskalí, zejména pokud vybíráte svůj první dalekohled a jestliže zatím nemáte s dalekohledy žádné zkušenosti. To, co vypadá velkolepě na obrázku, totiž může přinést i zklamání. Při nákupu optiky zkrátka dvojnásob platí, že není dobré kupovat „zajíce v pytli“. Příčin je přitom hned několik. V prvé řadě nejste schopni si ověřit kvalitu optiky a mechanického zpracování dalekohledu, popř. jeho montáže a dalších komponent. V popiscích prodejce je málokdy uvedeno, které díly jsou plastové, a které naopak z kovu. Z propagačních fotografií se také nedozvíte nic o tom, zda je dostatečně tuhé a přitom plynulé ostření okulárového výtahu či zda je montáž dalekohledu skutečně stabilní a neroztřese se při každém doteku. Určité riziko spočívá i v přecenění rozměrů, respektive hmotnosti zvoleného přístroje. Pokud to bude jen trochu možné, vždy se snažte prohlédnout si dalekohled na vlastní oči.
Řadu cenných informací naleznete napsánu přímo na dalekohledu. Renomovaní výrobci např. uvádějí parametry objektivu na jeho objímce.
5
Rozhodně přitom nejde o to, že by se vás prodejci pokoušeli napálit. Problém spočívá spíše v tom, že u levnějších dalekohledů s cenou do deseti tisíc korun existují velké rozdíly v kvalitě zpracování a některé přístroje náleží spíše do kategorie hraček. Jak danou situaci řešit? Nejlépe návštěvnou kamenné prodejny, kde si můžete dalekohled důkladně otestovat. I v České republice naleznete několik renomovaných astronomických e-shopů, které kamennou prodejnou disponují. Další možností je požádat o pomoc některou z hvězdáren ve vašem okolí a pokusit se zjistit, zda náhodou nedisponuje přístrojem, o nějž máte zájem. Vynikající příležitostí jsou také setkání amatérských astronomů, kde se to různými typy dalekohledů jenom hemží. A na co se tedy zaměřit při nákupu? Začněte tím, že prověříte použité materiály. Už letmým dotekem mnohdy poznáte, který díl je kovový či plastový. Kov by přitom neměl chybět všude tam, kde jsou různé namáhané převody, osy či upínací prvky. Plastová rosnice či krytka objektivu samozřejmě nevadí, plastový vachrlatý stativ už ale ano. Zaměřte se také na uchycení tubusu k montáži dalekohledu. Existují dvě základní řešení. V prvním případě je tubus uchycen v tzv. kruzích, které jsou spojeny lištou, jež se upíná do montáže. Druhým řešením je pak lišta přišroubovaná přímo k tubusu. Pokud jsou všechny části kovové a dostatečně tuhé, je to v pořádku. Jestliže je lišta plastová a snadno se prohýbá, buďte na pozoru. Zkontrolovat byste měli i okulárový výtah. Ani ten by neměl být z plastu, nýbrž z kovu, s dostatečně jemným a přitom plynulým chodem (při zaostřování by měl výtah zůstat ve zvolené pozici, aniž byste jej zajistili dotažením nějakého šroubku).
Zvýšenou pozornost věnujte zejména zpracování jemné mechaniky, například ostření na okulárovém výtahu.
6
Pokud si nejste svým výběrem jistí, požádejte o pomoc prodejce. U čočkových dalekohledů by vám měl být schopen sdělit, jaký mají objektiv (achromatický, apochromatický, achromatický s ED členem apod.) či z jakého typu skla (BaK-4 vs. BK-7) jsou vyrobeny jednotlivé optické prvky. Jestliže se požadovanou informaci nedozvíte, koupi si dobře rozmyslete. Stejně tak by měl mít prodejce povědomí o tom, jaký materiál byl použit na tubus dalekohledu (plast, kov, kompozitní materiály). Vždy se rovněž vyplatí zkusit se přes dalekohled podívat. Nejlépe na objekt vzdálený pár desítek metrů. Je přitom jedno, zda půjde o anténu na střeše či nějakou ceduli. Důležité je, abyste měli volný výhled a nedívali se např. přes zavřené okno. Zkontrolujte si, zda jste schopni dalekohled jemně zaostřit a u čočkových přístrojů prověřte i míru barevné vady s ohledem na typ objektivu. Užitečné recenze astronomické techniky naleznete například na webových stránkách Astronomického fóra: http://www.astro-forum.cz. Na stejném místě rovněž dohledáte i informace o setkáních astronomů amatérů, kde si lze různé typy přístrojů podrobně prohlédnout. Odborné testy astronomické optiky je možné dohledat také na stránkách Přístrojové a optické sekce České astronomické společnosti: http://posec.astro.cz.
Vybíráme astronomickou montáž Už víte, jaký dalekohled si pořídíte? Pak jste ušli jen půl cesty. Ještě vás totiž čeká výběr správné montáže. Tu byste samozřejmě měli otestovat se stejnou pečlivostí jako celý přístroj. Sebelepší dalekohled nikdy nevyužijete naplno, pokud nebude umístěn na dobré a účelné astronomické montáži. Současné montáže mohou být nesmírně jednoduché, ale mohou také skrývat špičkovou elektronikou. Je to však vůbec k něčemu? Pro všechny astronomické montáže platí jedno důležité pravidlo – musí být dostatečně tuhé, stabilní a jejich nosnost musí odpovídat připojenému dalekohledu. Pokud nejsou tyto podmínky splněny, bude pozorování spíše utrpením. V lepším případě se bude dalekohled „pouze“ neustále chvět, v tom horším bude hrozit jeho převrácení či nenadálé překlopení. Výběr montáže se řídí stejnými zásadami, jako výběr dalekohledu. Čím méně plastových dílů montáž obsahuje, tím lépe. Výrazně se totiž zvyšuje její životnost. V tomto směru jsou nejrizikovějšími součástkami ty, které se pohybují nebo jsou silně namáhány. Například ložiska os, ozubená soukolí či šnekové převody. Zatímco do tubusu dalekohledu můžete obvykle nahlédnout, do útrob mnoha montáží se bohužel nepodíváte… V takovém případě je vhodné pokusit se dohledat chybějící dokumentaci na internetu nebo se poohlédnout po recenzích od jiných pozorovatelů. Každá montáž má výrobcem udanou tzv. nosnost, která říká, jakou maximální hmotnost může mít přístroj, který je schopna unést. Před výběrem byste tudíž měli mít jasno, jak těžký dalekohled (včetně příslušenství) na ni umístíte. Nezapomeňte také na to, že záleží na celkové délce dalekohledu. Čím delší dalekohled, tím snáze podléhá tubus otřesům a chvění. Vždy je proto prozíravé, pořídit si montáž s nosností alespoň o pár kilogramů vyšší, než je hmotnost dalekohledu. Ostatně, nikdy nevíte, jaké další příslušenství si k dalekohledu časem dokoupíte, některé okuláry přitom mohou vážit i více než jeden kilogram. 7
Pohyb montáže v obou osách musí být dostatečně plynulý a hladký. Pokud cítíte, že jsou v ložiscích či jiných mechanických součástech tzv. vůle, koupi dobře zvažte. To co na první pohled vypadá pouze jako drobná nepřesnost při otáčení montáže, se při pozorování projeví mnohem výrazněji. Každá osa by měla být opatřena také tzv. aretací, která umožňuje zamezit dalšímu otáčení kolem této osy dotáhnutím určitého ovládacího prvku, zpravidla nějakého snadno rozpoznatelného šroubku.
Refraktor na jednoduché azimutální montáži s hliníkovými stojnami. Jsou-li pohyby v obou osách plynulé, je radost s takovým přístrojem pozorovat.
Klasická astronomická montáž je vždy složena ze dvou základních částí, tzv. hlavy (obsahuje mechanické převody, osy, ložiska) a nosného sloupku či stativu, který hlavu nese. Sloupky se používají zejména u montáží, jež jsou umístěny na trvalém stanovišti, např. v kopuli či pozorovatelně. U dalekohledů, které se často přenášejí, jsou mnohem častější trojnožky. Mají dostatečnou stabilitu a zároveň umožňují složení do malých rozměrů. V současnosti jsou tyto trojnohé stativy vyráběny zejména z hliníku či oceli, méně pak ze dřeva. Nohy stativu, jež se označují jako tzv. stojny, musí být dostatečně tuhé a nesmí příliš pružit. Mnoho pozorovatelů dává přednost montážím, které jsou, co se ovládání týče, maximálně jednoduché. Do této kategorie spadá většina azimutálních montáží, přičemž prim hraje Dobsonova montáž, s níž se setkáváme zejména v případě newtonových dalekohledů. Výhodou azimutální konstrukce je snadné a intuitivní ovládání, nevýhodou pak posunování dalekohledu v obou osách současně. Tento typ montáží lze doporučit zejména vizuálním pozorovatelům, kteří rádi rychle „skáčou“ z objektu na objekt bez nějakého složitého nastavování montáže či povolování aretací. 8
Pozor na montáže přikládané k levnějším (začátečnickým) astronomickým dalekohledům. Zatímco dalekohled má s ohledem na cenu mnohdy rozumnou kvalitu, montáže jsou často odbyté a obsahují až přespříliš měkkých plastových dílů.
Pozorovatelé, kteří lpí na větším pohodlí, popřípadě s dalekohledem i fotografují hvězdné nebe, mají v oblibě spíše ekvatoreální montáže. Jejich výhodou je velmi přesný chod (odpadá pohyb v deklinační ose), nevýhodou pak náročnější ovládání. Před pozorováním je totiž nezbytné montáž přesně ustavit tak, aby její polární osa směřovala na nebeský pól. Za tímto účelem jsou lepší polární montáže vybaveny malým dalekohledem v polární ose, který ustavení montáže velice usnadňuje, neboť slouží k rychlému a přesnému nalezení nebeského pólu. Pozorovatel nejdříve dalekohled namíří na Polárku, která se nachází v těsné blízkosti nebeského pólu a následně montáž doustaví prostřednictvím jemného posouvání hlavy montáže. Azimutální i ekvatoreální montáže bývají vybaveny také tzv. jemnými pohyby. Jejich otáčením se dalekohled pozvolna posunuje ve zvolené ose. To je praktické zejména tehdy, když pozorujete objekty při velkých zvětšeních. V takovém případě je totiž zorné pole dalekohledu malé a objekt z něj velmi rychle „uteče“. Pomocí jemných pohybů lze pohyb pozorovaného objektu kompenzovat a objekt tak neustále držet ve středu zorného pole. U dražších montáží zajišťují automatické sledování pozorovaného objektu elektrické motorky umístěné v osách. Zatímco dříve byly elektrickými pohony vybaveny téměř výhradně ekvatoreální montáže, dnes je můžeme nalézt dokonce i u azimutálních montáží včetně Dobsonovy konstrukce. Vždy je přitom výhodou, pokud můžete montáž ovládat i bez zdroje elektrického proudu.
9
Katadioptrický dalekohled na ekvatoreální montáži vybavené elektrickými pohony v obou osách a digitálním ovladačem.
Montáže s elektrickými pohony mají řadu výhod. Především se nemusíte soustředit na neustále posunování tubusu a můžete se o to více věnovat pozorování. V tomto případě jsou navíc jemné pohyby vyřešeny digitálním ovládáním, které je s montáží spojeno kabelem. Díky tomu se nemusíte montáže vůbec dotýkat, takže obraz méně trpí chvěním. To však není vše. Existují i montáže, které jsou schopny objekty na nebi samy aktivně vyhledávat. Tyto tzv. naváděné montáže obsahují důmyslnou elektroniku, která snímá pohyb dalekohledu v obou osách. Před pozorováním stačí do montáže vložit čas a souřadnice pozorovacího stanoviště, následně dalekohled zacílit na jeden či několik nápadných nebeských objektů a montáž je připravena. (dokonalejší verze naváděných dalekohledů jsou navíc vybaveny přijímačem GPS signálu, takže nemusíte znát dokonce ani čas a souřadnice). Pak už jen stačí pomocí digitálního ovládače vybírat objekty, které chcete sledovat a dalekohled se na ně sám namíří. I ty nejlevnější přístroje přitom mají v paměti uloženy tisíce či desetitisíce objektů.
10
Katadioptrický dalekohled na automatizované azimutální montáži s GPS.
Moderní montáže také můžete propojit s počítačem či některým z počítačových planetárií (kabelem či bezdrátově, třeba pomocí bluetooth modulu). Dalekohled lze poté ovládat i prostřednictvím notebooku, tabletu či chytrého telefonu. Nevýhodou ovšem je vyšší pořizovací cena a také závislost na elektrické energii. I když působí naváděné montáže lákavě, začínajícím pozorovatelům lze doporučit spíše Dobsonovu montáž (nebo nějaký jiný typ azimutální montáže), se kterým se naučí objekty sami vyhledávat a stanou se tak skutečnými znalci hvězdného nebe.
Obrazové materiály: www.skywatcher.com, www.zhumell.com, www.celestron.com, www.astroshop.eu, www.united-optics.com, www.williamoptics.com, www.vixenoptics.com
11
