WSTĘP
Ciągle wraca pytanie co jest lepsze : parabola czy sfera?
Jeśli rozpatrywać pod względem optycznym, to nie ma znaczenia,
czy jest to parabola o dokładności 1/8l czy sfera 1/8l.
Natomiast o wiele łatwiej wykonać jest sferę i to jest podstawowy argument
dla tych, którzy chcieliby sami wykonać zwierciadło do swojego teleskopu.
Poniżej przedstawiam "tajniki" wykonania zwierciadła parabolicznego.
Czy będziecie chcieli wykonać sferę czy parabolę,
to już macie wszystkie materiały na mojej stronie,
aby
sami o tym zdecydować.
WYKONUJEMY ZWIERCIADŁO PARABOLICZNE
Jeśli jednak mimo wszystko zdecydowałeś się na wykonanie światłosilnego
teleskopu to już musisz nadać swojemu zwierciadłu kształt paraboliczny.
Poniżej przedstawię jak to można zrobić, ale uprzedzam, sprawa nie jest
prosta i łatwa. Największą trudnością jest wprawa we właściwej ocenie
tego co widać na nożu Foucault'a. Ale zaczynamy po kolei.
ETAP 1. FIGURYZACJA NA SFERĘ
Należy dokładnie wypolerowane zwierciadło sfiguryzować na sferę.
To opisałem w poprzednim rozdziale.
ETAP 2. PRZYGOTOWANIA DO POMIARÓW
Zwierciadło sferyczne skupia równoległą wiązkę światła (z nieskończoności)
w coraz to innym ognisku w miarę oddalania się od osi optycznej,
za to patrząc na nożu Foucaulta z punktu R = 2 x f czyli z promienia krzywizny,
obraz naszego punktu świetlnego będzie dokładnie w jednym punkcie bez względu
na wielkość zwierciadła. Ta cecha decyduje, że zwierciadło sferyczne łatwiej
wykonać.
Odwrotnie jest ze zwierciadłem parabolicznym. Wiązka równoległa światła
(z nieskończoności) skupiana jest w jednym punkcie zwanym ogniskiem,
natomiast patrząc na takie zwierciadło z bliska, z odległości R = 2 x f
widzimy, że w zależności od odległości od środka, ognisko danej strefy
zmienia się. Na rysunku zaznaczyłem tylko skrajną strefę,
aby nie zaciemniać istoty zagadnienia. Promień świetlny wychodzący
z promienia krzywizny nie wraca do punktu światła, tylko przecina oś
główną optyczną dalej od zwierciadła i im większa odległość od osi,
tym obraz powstanie dalej od punktu 2 x f.
W przypadku sfery wystarcza nam pomiar jakościowy zwierciadła,
natomiast w przypadku paraboli musimy już trochę się pobawić
w obliczenia i w bardziej skomplikowany pomiar zwierciadła.
Na początku musimy sobie przygotować kartoniki ze strefami, które umożliwią
nam pomiar ogniskowej tylko tej jednej konkretnej strefy. Takich stref
przygotowujemy pięć. Oznaczamy je : strefa "1", "2", "3", "4" i "5".
Ja używałem zwykle kartoników wyciętych z białego brystolu, ale następne
spróbuję zrobić z szarego, bo czarny będzie niewidoczny w ciemności
i może wpływać na ocenę jasności strefy, tak jak i zbyt biały.
Staramy się, aby szerokość stref była jednakowa.
Przykładowe strefy dla zwierciadła 150, 200 i 250 mm mogą być następujące :
Musimy postarać się o nóż Foucaulta, w którym domek z żaróweczką
(punktem świetlnym) będzie nieruchomy, a posuw żyletki wzdłuż osi optycznej
będzie mierzony. Można taki przyrząd wykonać samemu mocując żyletkę
na suwmiarce, bądź mocując do ruchomej części z żyletką czujnik zegarowy.
Ponieważ pomiary będziemy wykonywać z dokładnością do dziesiątych części
milimetra zatem stanowisko, na którym opierać się będzie zwierciadło musi
być bardzo stabilne - np. przykręcone śrubami do ściany.
Zwierciadło musi być oparte mocno i pewnie na stanowisku,
a przykładane kartoniki ze strefami nie mogą spowodować żadnego
poruszenia się zwierciadła. Tę czynność wykonujemy bardzo uważnie i ostrożnie.
Nóż Foucaulta także musi stać na solidnej podstawie.
ETAP 3. PARABOLIZACJA
Aby przejść ze sfery do paraboli należy polerować zwierciadło tak jak
normalnie na sferę, ale teraz wydłużamy ruchy zwierciadła do połowy
promienia. Już nie naciskamy na zwierciadło. Ono musi posuwać się
z równomiernym oporem, bez szarpania i "podskakiwania".
Aby tak było to trzeba przed figuryzacją dopasować matrycę do zwierciadła,
tak samo jak po każdej dłuższej przerwie w polerowaniu.
Przy takich ruchach zaczyna nam się odwracać brzeg i robić wgłębienie
w środku. Aby teraz skontrolować ile jeszcze musimy tak parabolizować
należy pomierzyć kształt zwierciadła.
ETAP 4. POMIAR ZWIERCIADŁA
Ustawiamy strefę centralną "1" i znajdujemy ognisko tej strefy.
Odczytujemy z czujnika lub suwmiarki położenie żyletki.
Zmieniamy kolejno strefy i dla każdej znajdujemy takie położenie
żyletki, aby przy wygaszaniu powrotnego światła cień żyletki
nie nachodził ani z góry, ani z dołu, tylko aby cała strefa
jednocześnie gasła. Tak samo jak przy figuryzacji na sferę.
Po skończonej serii pomiarów robimy wstępne obliczenia naszego
zwierciadła. Jak się w końcu przekonacie pojedyncza seria
nie jest zbytnio miarodajna, gdyż ustawienie noża w tym samym
miejscu dla tej samej strefy nie jest łatwe. Znalezienie
ogniska tej strefy jest bardzo subtelne, wiec należy wykonać
np. trzy serie pomiarów strefowych i do obliczeń wziąć średnie
wartości pomiarów strefowych.
Teraz można bawić się w wyliczanie dokładności wykonania
powierzchni parabolicznej. Upraszczając te obliczenia
wystarczy jeśli poszczególne różnice pomiędzy średnią
z pomiarów strefy, a obliczoną odchyłką są mniejsze od 0,2 mm.
Wtedy zwierciadło jest bardzo dobre. KONIEC PARABOLIZACJI.
Dotyczy to zwierciadeł o światłosile 1:7 - 1:10. Jeśli jednak chcesz
wykonać bardziej światłosilny teleskop, co zdecydowanie odradzam,
to te różnice muszą być nie więcej niż 0,1 mm.
W tym miejscu oceń sam, czy potrafisz z taką dokładnością pomierzyć
strefy swojego zwierciadła.
A co zrobić jeśli te pomiary różnią się bardziej niż 0,2 mm?
Wtedy należy dalej figuryzować. Analizujemy kształt aktualny
zwierciadła z wyliczoną parabolą graficznie.
Aby ułatwić Wam zbieranie danych i rysowanie wykresu
to napisałem odpowiedni programik w EXCELu.
Parabolizacja.xls
(arkusz zniknął z sieci, muszę go odszukać)
Tak wygląda działanie tego programu.
Wszystko robi się automatycznie i szybko. W tym przykładzie
powyżej, dane są dla fatalnego zwierciadła, aby lepiej było widać
o co chodzi.
Jeśli prawidłowo zinterpretujemy wykres to będziemy wiedzieli
jak dalej postępować.
Teraz jest właśnie najtrudniejszy etap figuryzacji. Właściwa ocena
stanu krzywizny zwierciadła i odpowiednia korekcja ruchów poruszania
zwierciadła po matrycy, tak aby usunąć dostrzeżone odstępstwa
od paraboli. Część sposobów opisałem w rozdziale dotyczącym figuryzacji
na sferę. Tutaj mamy sytuację często delikatną np. kiedy środek i brzeg
są dobre tylko na strefie "4" mamy wybrzuszenie. Jak spolerować
tylko ten pierścień nie ruszając pozostałych części zwierciadła?
Tutaj warto z tyłu zwierciadła narysować sobie cienkopisem kółka
w takich odległościach jak nasze strefy. Kiedy chcemy obniżyć tylko
III strefę to należy króciutkimi ruchami (1 cm) posuwać zwierciadło
nad matrycą tak, aby właśnie ta strefa znajdowała się nad brzegiem
matrycy. Jeśli ta strefa ma wgłębienie, a nie górkę to na matrycy
można podskrobać tę strefę i również malutkimi ruchami -
tym razem środek zwierciadła nad środkiem matrycy - polerować resztę,
a ta strefa będzie się najmniej polerować.
Kiedy już będziemy blisko naszego idealnego kształtu to zabawa
w figuryzację się wydłuża, gdyż sama korekta fizyczna trwa krótko,
1-2 kółka wokół matrycy - ok. 1 min, natomiast potem powtarzamy
pomiary i sprawdzamy co nam to dało. Muszę tu zaznaczyć, że jeśli
mamy zwierciadło ze zwykłego szkła to przy końcowej figuryzacji
przed każdą serią pomiarów musimy poczekać aż zwierciadło wystygnie.
Trwa to nieraz ponad godzinę. W lepszej sytuacji są Ci, którzy mają
zwierciadła borokrzemowe (w USA z PYREXu). Takie szkło ma mały
współczynnik rozszerzalności cieplnej i pomiary można przeprowadzać
prawie od razu po ruchach korekcyjnych. Często bywa tak, że dysponujemy
czasem tylko po południu (po pracy lub szkole) i wtedy na jeden dzień
przypada nam tylko jedna bądź dwie korekty. Taka figuryzacja w przypadku
osób nie wprawionych może ciągnąć się tygodniami. Wtedy często
w myślach pada pytanie : "dlaczego nie zrobiłem sfery? - już dawno
bym miał gotowe zwierciadło i świetne obrazy". A kiedy po naszej
długiej, mozolnej pracy nad parabolizacją zobaczymy komę i niezbyt ostre
obrazy planet to wtedy ogarnia nas wielka złość.
Aby Was nie pozbawiać do końca nadziei, to jednak dobrze wykonane
zwierciadło paraboliczne 1:7 - 1:9 daje pełną satysfakcję obserwacji nieba.
Ale nie jest to łatwo zrobić.
ZANIM ZACZNIESZ PARABOLIZOWAĆ
Zanim zaczniesz figuryzować najpierw przetestuj swój nóż Foucaulta
i samego siebie. Ustaw zwierciadło jak do pomiarów i przysłoń
zwierciadło strefą "4". Następnie zmierz jak najdokładniej ogniskową
tej strefy. Wynik, czyli odczyt z suwmiarki lub czujnika, zanotuj.
Teraz odkręć kilkanaście obrotów gałki z żyletką i spróbuj
ponownie ustawić żyletkę na ognisku tej strefy. Wynik zanotuj.
Ćwicz tak długo, aż większość odczytów będzie oscylowała w przedziale
+/- 0,2 mm, a może nawet lepiej?
Powodzenia.
RUTYNA
Jeśli wykonasz już wiele zwierciadeł parabolicznych, to wiedząc
jaka jest odchyłka skrajnej strefy możesz pokusić się
na pominięcie żmudnych pomiarów strefowych. Wtedy wiesz
mniej więcej jak powinno wyglądać całe paraboliczne zwierciadło
na nożu Foucault'a i mierząc tylko różnicę pomiędzy strefa centralną a skrajną
ryzykujesz, że reszta jest dobra. Niestety często to się tylko wydaje
i tylko pomiar strefowy zapewnia nam, że każda strefa "pasuje"
do naszej idealnej paraboli.
UWAGI OGÓLNE
U nas w PTMA robimy właśnie pomiary strefowe zwierciadeł
i daje to naprawdę znakomite efekty, ale jest to bardzo pracochłonne
i czasochłonne oraz wymaga bardzo dużej wprawy w pojedynczym
pomiarze ogniskowej danej strefy. Bardzo ważna jest także
wielkość i kształt samego punktu świetlnego noża Foucaulta.
Jeśli ten punkt nie będzie idealnie okrągły to wpłynie to na nasze pomiary !
Żaróweczkę warto zmatowić, aby światło wychodzące z tego punktu
było bardziej równomierne.
ZAKOŃCZENIE
W ten sposób dotarłem do końca tematu "Jak wykonać samemu zwierciadło"
zarówno sferyczne i paraboliczne. Czekałem ok. 20 lat na takie opracowanie
w języku polskim i dopiero sam musiałem to napisać.
Życzę Wam udanych teleskopów i obserwacji.
Jeśli to co napisałem pomoże Wam w tym, będę się tylko cieszył,
że ten czas, który na to poświęciłem nie pójdzie na marne.
Dajcie mi znać jeśli zainspirowałem Was do samodzielnego wykonania teleskopu.
Będzie mi lżej na duszy.
