Астрономия на любителя

Как правильно смотреть на небо. Как фотографировать астрономические объекты. Системы телескопов. Клубы любителей астрономии.

Представьте себе безоблачную ночь, когда вы находитесь вдали от городских огней и ощущаете, как величественная красота звездного неба захватывает вас. Каждая звезда — это своеобразное солнце, и многие из них могут быть гораздо больше и жарче нашего. У них тоже могут быть планеты, а на этих планетах возможно существование жизни. В таком состоянии, возможно, вы незаметно встречаетесь глазами с кем-то, кто также глядит в небо. Если вам когда-либо приходилось ощущать что-то подобное, вы поймете людей, для которых эти мгновения становятся смыслом жизни, и которые нередко тратят большие средства и усилия на астрономические наблюдения.

Немногие области знаний могут похвастаться такой преданностью как астрономия. Сейчас в мире насчитывается чуть более 10 тысяч астрономов-профессоров — столько же, сколько любителей астрономии лишь в России. Современная любительская астрономия превратилась в высокотехнологичное и престижное увлечение, в которое многие вкладывают значительные средства: покупают телескопы, создают обсерватории и отправляются в поисках редких астрономических явлений. Некоторые любительские устройства, например специальные ПЗС-матрицы для астрофотографии, могут соперничать с профессиональными по качеству.

Тем не менее, для того чтобы начать наблюдать за звездами, вовсе не обязательно иметь дорогую аппаратуру. На начальных этапах достаточно просто использовать невооруженный глаз. Возьмите обычную звездную карту и попытайтесь найти на звездном небе созвездия, проиллюстрированные на ней. Это может быть очень увлекательным занятием. По пути вы, вероятно, заметите метеоры — это мелкие частицы, которые сгорают в атмосфере при входе со скоростью десятки километров в секунду — быстрее любых космических кораблей. Особенно много метеоров можно наблюдать в районе 10-12 августа, когда Земля проходит сквозь метеорный поток Персеиды. В эти дни метеоры могут появляться буквально каждую минуту. Опытные астрономы легко определяют блеск, цвет, направление, скорость и длину следа метеора, а при правильной обработке данных возможно установить плотность метеорного потока и уточнить его орбиту вокруг Солнца. Таким образом, даже без телескопов, любители астрономии могут внести вклад в науку.

Однако, если ваше увлечение звездным небом перерастает в нечто большее, стоит подумать о приобретении инструмента. Для начала подойдет небольшая подзорная труба, но лучше, если это будет бинокль, например, с увеличением 10х50. С увеличением до большего значения поле зрения будет меньше, а изображение — неровным. Однако даже при использовании простого прибора лучше всего закрепить его на штативе.

Бинокль в значительной степени увеличивает количество видимых звезд. Внимательный наблюдатель сможет заметить десятки скоплений звезд, туманностей и галактик. На Луне четко видны крупные кратеры, на Венере — фазы, а на Юпитере — его спутники. Эти спутники, особенно, представляют интерес для начинающих астрономов. Ближайший из них, Ио, завершает полный оборот всего за 42,5 часа, поэтому каждый день можно наблюдать, как он сливается с диском Юпитера или удаляется от него. Другие спутники также перемещаются, хотя и медленнее. Чтобы подготовиться к наблюдениям, можно воспользоваться специальной программой JupSat95, которая показывает положение спутников в любое время.

1. Выберите вечер вблизи новолуния или последней четверти (например, между 7 и 17 июля этого года).
2. Найдите место вдали от источников света городского освещения.
3. Тепло оденьтесь — холодный воздух отвлекает от наблюдения.
4. Устройтесь удобно — лучше всего лечь на спину в спальном мешке. Наблюдать в положении с запрокинутой головой — не лучший вариант.
5. Прикройте фонарик красным светофильтром (можно сделать его из полиэтиленового пакета).
6. В компании можно использовать лазерную указку (лучше зеленого цвета) — она поможет вам указывать на звезды, освещая воздух.
7. Если вы носите очки, используйте линзы, полностью компенсирующие близорукость (такие линзы не подходят для повседневного использования).

Компьютер, а не телескоп

Да, именно компьютер станет вашим следующим необходимым инструментом. Без него вы не сможете эффективно узнать, что, где и когда можно наблюдать. На смену традиционным астрономическим календарям и таблицам с координатами Солнца, Луны, планет и других объектов пришли программы-планетарии, которые наглядно отображают расположение звезд на небе и позволяют отслеживать их движения во времени.

Пользуясь планетарием, очень удобно определять, когда планеты будут видимы. Настроив программу на нужную дату, вы можете изменять время, выбирая момент, когда планета будет находиться на максимальной высоте над горизонтом или сближаться с другими небесными телами. Кроме того, большинство подобных программ могут рассчитывать видимые положения астероидов и комет на небе. Для этого нужно найти параметры орбиты нужного космического объекта и ввести их в программу. У платных версий обычно есть служба поддержки, готовая предоставить такие данные для всех вновь открытых объектов.

Почти все планетарии способны показать гораздо больше объектов, чем могут видеть невооруженным глазом. В первую очередь, это так называемые объекты глубокого космоса (deep sky) — галаки, туманности, звездные скопления, которые можно наблюдать только с помощью бинокля или телескопа. Серьезные программы позволяют подключать базы данных с сотнями тысяч звезд. Например, каталог «Тихо», составленный на основе данных астрометрического спутника «Гиппарх», предоставляет необходимые данные для планирования телескопических наблюдений.

Системы телескопов
Главным параметром телескопа является диаметр объектива, от которого зависят разрешение (возможность видеть мелкие детали) и светосила (максимально доступная величина видимых звезд). Часто в магазинах вместо диаметра указывают увеличение, но оно зависит от выбранного окуляра, которые у большинства телескопов можно менять. По конструкции телескопы делятся на рефракторы (с линзовыми объективами), рефлекторы (с зеркальными) и катадиоптрические системы, которые объединяют оба типа.

Рефракторы. Замкнутая труба делает их надежнее, но с увеличением диаметра объектива он быстро становятся очень дорогими и увеличиваются в длине. Поэтому рефракторы с диаметром более 125 мм встречаются среди любителей довольно редко. В рефлекторах свет собирает вогнутое зеркало, расположенное в глубине трубы. Оно формирует изображение перед собой, и для того, чтобы не заслонить главное зеркало, собираемый свет ведется за пределы трубы.

В рефлекторе системы Ньютона это достигается с помощью диагонального зеркала. Окуляр устанавливается на верхнем конце трубы. В небольших (до 150 мм) телескопах системы Ньютона главное зеркало обычно имеет простую сферическую форму, что делает их доступными по цене. В рефлекторе Кассегрена выпуклое вторичное зеркало выводит свет наружу через отверстие в центре основного зеркала. У «кассегренов» короткая труба, что увеличивает удобство в использовании, но за это приходится расплачиваться более сложной оптикой: главное зеркало имеет форму параболоида, а вторичное — гиперболоида. Эти зеркала требуют ручной полировки, из-за чего такой телескоп становится дорогим. И у систем Ньютона, и у Кассегрена трубы остаются открытыми, поэтому с ними следует обращаться аккуратно, избегая попадания влаги и пыли.

В 1941 году выдающийся советский оптик Дмитрий Дмитриевич Максутов (1896-1964) разработал катадиоптрическую систему, которая объединила преимущества всех вышеперечисленных типов телескопов. Внешний вид телескопа Максутова похож на «кассегрен», но оба зеркала в нем являются сферическими, а возникающие из-за этого искажения компенсируются специально подобранным корректирующим мениском (выпукло-вогнутая линза) на переднем конце трубы. Оптика у «максутова» получается доступной, почти как у «ньютона», труба короткая, как у «кассегрена», и закрытая, как у рефрактора. Правда, создание мениска в домашних условиях очень сложно, но в производственных условиях это не составляет проблемы. На сегодняшний день телескопы системы Максутова (вместе с катадиоптрической системой Шмидта-Кассегрена) являются самыми популярными среди любителей астрономии во всем мире.

И все же — телескоп

С приобретением телескопа вы становится не просто кандидатом, а полноценным любителем астрономии. В советское время это было непросто — любителям приходилось собирать телескопы своими руками. Начиналось все с поиска толстого стекла для главного зеркала, где особенно ценились судовые иллюминаторы. Приходилось находить как минимум два — один становился зеркалом, а другой — инструментом для его шлифовки. Нелегко было достать и абразивные или полирующие порошки — они не поставлялись в свободную продажу. После успешного решения всех задач, любитель начинал долгий и кропотливый процесс шлифовки и полировки вогнутого главного зеркала, при этом его поверхность не должна была отклоняться от расчетных значений более чем на 0,04 микрона — 40 нанометров. Чтобы добиться такой точности, создавалася испытательная оптическая скамья. Подготовленное зеркало нужно было серебрить, что требовало наличия реактивов и знания химических процессов. И вот, наконец, зеркало готово! Но создание телескопа только начинается. Любителю предстояло создавать трубу и монтировку, устанавливать вторичное зеркало и окуляры, добавлять электропривод и адаптер для фотокамеры — все эти «мелочи» отнимали множество месяцев, если не лет. Из-за множества трудностей до конечной цели доходили лишь единицы, и чаще всего это были те, для кого создание научного инструмента было важнее, чем его использование. Так сформировалась особая «телескопостроительная» ветвь любительской астрономии. Нередко удачливые телескопостроители, едва опробовав новый инструмент, начинали создавать еще более совершенные телескопы.

В западных странах развитие астрономии началось аналогично, однако там мастера по созданию телескопов быстро начали предлагать услуги по индивидуальному заказу. С 1960-х по 1970-е годы возникли компании, которые сосредоточились на производстве телескопов для любителей и различных аксессуаров. Среди крупнейших брендов стоит отметить Meade и Celestron, которые первыми внедрили автоматическую систему наведения на небесные объекты, известную как GoTo. Пользователю достаточно установить телескоп на подставку, настроить его на пару ярких звезд, и система самостоятельно определяет координаты, позволяя в считанные мгновения найти желаемый объект в ночном небе из своей базы данных. Некоторые астрономы высказывают недовольство, что такая технология уменьшает атмосферу романтики наблюдений. Вместо того чтобы долго искать еле заметные туманности среди миллионов звезд, вы получаете их напрямую в поле зрения. Тем не менее, романтики всегда могут отключить систему GoTo, а многие любители именно благодаря ей начинают наблюдение за труднодоступными небесными телами вместо того, чтобы разглядывать их на экране своего компьютера.

Монтировки телескопов
Зачастую новички в астрономии недооценяют значение комфортного и надежного крепления для телескопов. Наблюдать за небом с неустойчивым инструментом — большая пытка. Для простых подзорных труб идеально подходит хороший фотоштатив, однако серьезные телескопы требуют специализированной монтировки, которая обеспечивает возможность вращения по двум осям, фиксирует положение и позволяет аккуратно корректировать направление при поиске объекта.

В азимутальной монтировке оси расположены вертикально и горизонтально, что упрощает конструкцию. Вместе с тем, чтобы следить за объектом в небе, пользователю нужно одновременно поворачивать телескоп по обеим осям. Компьютеры легко справляются с этой задачей, обеспечивая плавное движение изображения в поле зрения. Глазу это может быть незаметно, однако для астрофотографии необходим специальный деротатор, который компенсирует вращение картинки.

В экваториальной монтировке одна из осей (полярная) наклонена в соответствии с осью вращения Земли, а следовательно, и небесной сферы. Для слежения за объектом достаточно равномерно вращать телескоп вокруг этой оси. С этой задачей справляется небольшой электродвигатель, который жизненно необходим для астрофотографии, так как иначе звезды на снимках получаются смазанными всего за несколько мгновений. Самая простая экваториальная монтировка — немецкая, чаще всего ее используют для рефракторов и небольших моделей «ньютона», но ее недостаток — необходимость использования противовеса.

Вилочная монтировка может быть выполнена как в азимутальном, так и в экваториальном варианте. Она компактнее и надежнее немецкой, но подходит только для телескопов с короткой трубой, механизм которой можно разместить между «вилками». Обычно это катадиоптрические модели. Самые крупные любительские телескопы-«ньютоны» часто устанавливают на максимально простой азимутальный вилочный механизм, который подходит им, так как тяжелое главное зеркало смещает центр тяжести. Эти инструменты называют «добсонами» в честь известного американского телескопостроителя Джона Добсона.

Астроклубы

Современные компьютерные планетарии и самонаводящиеся телескопы заметно изменили облик любительской астрономии. Ранее это было редким увлечением, почитаемым лишь энтузиастами. В наши дни телескоп стал символом успеха и высокой степени интеллектуального интереса. Многие родители покупают его как полезный образовательный инструмент для ребенка. Однако возникает вопрос: как и что наблюдать в этом instrumentе. Если не подготовиться заранее, то этот великолепный прибор может использоваться всего лишь для наблюдения за окнами соседей.

На помощь приходят астрономические клубы, которые всегда готовы дать советы начинающим, причем многие опытные любители воспринимают это как свою миссию. Наиболее развито любительское движение в США, где клубы доступны в любом крупном городе. Россия же пока заметно отстает: например, в Санкт-Петербурге, известном своей традицией астрономических исследований, нет клуба любителей астрономии.

Во многих странах клубы активно занимаются популяризацией астрономии. В Америке, например, стала популярной традиция организации «стар-пати», на которых участники клуба предоставляют возможность желающим заглянуть в свои телескопы. Тем не менее, активные любители не хотят дожидаться, когда публика сама придет в клуб, и идут к ней навстречу. В 1968 году Джон Добсон, один из самых известных любителей телескопостроения, основал общество The Sidewalk Astronomers и начал проводить «ночи тротуарной астрономии». Телескопы выставляются в многолюдных местах, таких как перекрестки и входы в торговые центры, и прогуливающимся предлагается посмотреть на небо. Успех этого движения был поддержан многими астрономическими ассоциациями, и 19 мая 2007 года прошла первая международная «ночь тротуарной астрономии», целью которой было предоставить 1000 телескопов для общественного наблюдения.

В России самым масштабным и регулярным событием «стар-пати» является фестиваль «Астрофест», который проходит в Подмосковье в конце апреля. Он собирает более 600 участников, среди которых с каждым годом представляют до 80 телескопов. Также несколько раз проводился «Сибирский Астрофест» в Красноярске, а в прошлом году под Новосибирском состоялся форум «СибАстро».

Астрономические клубы интересны не только возможностью общения с единомышленниками. Часто они располагают инструментами и ресурсами, которые недоступны индивидуальным любителям: дорогостоящая техника, консультации экспертов и иногда время наблюдений на профессиональных инструментах. Наибольший российский астрономический клуб (www.astroclub.ru) существует в Москве с 1994 года и насчитывает около 60 участников. Члены клуба располагают множеством телескопов, станком для шлифовки зеркал, а в последних новостях клуба упоминается о приобретении дорогостоящей астрономической ПЗС-камеры для астрофотографии. В конце прошлого года поблизости от Звенигорода открылась клубная обсерватория с 10-дюймовым астрографом.

Заметим, это не единственная любительская обсерватория под Москвой. Наиболее впечатляющий пример — публичная обсерватория «Ка-Дар» в Домодедовском районе, где представлены несколько приборов, среди которых самый крупный — 14-дюймовый «шмидт-кассегрен» от компании Meade, которому могут позавидовать многие российские университеты. Но наиболее удивительным является открытая структура обсерватории, дающая возможность любому желающему по предварительной записи бесплатно наблюдать за астрономическими событиями.

Параллельно с просветительской деятельностью обсерватория «Ка-Дар» занимается и научными изысканиями. Одним из направлений является изучение космического мусора, который накапливается на геостационарной орбите. С момента «холодной войны» осталось много непригодных спутников, некоторые из них взрывались по завершении активного использования, чтобы избежать возможных утечек секретной информации. В настоящее время обломки оказывают значительное влияние на новые аппараты. Еще одно направление исследований — корректировка орбит спутников Урана. Поскольку к этому планете не направляются космические аппараты, NASA не выделяет на них ресурсы, что оставляет пространство для работы любителей. В этой обсерватории трудятся четверо астрономов-любителей, а построил обсерваторию на свои средства московский бизнесмен, который предпочитает оставаться в тени, но испытывает желание поддерживать связь с астрономической наукой.

Несмотря на кажущиеся парадоксы, любители действительно способны заметно помочь профессионалам. Небо полнится объектами, однако специалистов не хватает. Например, Американская ассоциация наблюдателей переменных звезд (AAVSO) с успехом занимается рутинными наблюдениями за изменениями блеска множества звезд. Сбор данных, необходимых для уточнения теории о строении и эволюции звезд, требует кропотливой работы. Неправильным будет загружать профессионалов подобными наблюдениями, тогда как любители занимаются этой деятельностью с радостью.

Поиск комет пользуется большим спросом среди любителей астрономии, ведь именно эти космические объекты получают названия в честь своих открывателей. Открытие всего одной новой кометы дает шанс навсегда оставить след в науке. Но для этого нужны отличные знания звездного неба, регулярные наблюдения и немного удачи. Астероиды, в основном, находятся астрономами, работающими с фототехникой — для этого нужно постоянно делать фотографии одних и тех же участков неба, а затем тщательно сопоставлять их, чтобы выявить медленно движущиеся объекты.

Еще одной увлекательной активностью является открытие сверхновых звезд в других галактиках. В одной галактике сверхновые вспыхивают примерно раз в столетие, но галактик много, и каждый год регистрируется несколько сотен таких событий. В этом случае поиск обычно осуществляется на основе фотографий. Шотландский любитель астрономии Том Боулс (Tom Boles) соорудил обсерваторию с тремя телескопами-роботами и уже открыл больше ста сверхновых. Тем не менее, некоторые любители считают, что автоматизация процесса угнетает романтику астрономических открытий. Австралийский священник Роберт Эванс (Robert Evans) долгое время занимается поиском сверхновых только с визуальным наблюдением — с помощью небольшого телескопа. На его счету более 45 открытий, и до 2003 года, когда его обошел Боулс, он был чемпионом среди любителей в этой области.

Тем не менее, последние события показывают, что быть таким независимым наблюдателем становится все сложнее. В скором времени автоматические телескопы начнут регулярно сканировать небесное пространство в поисках новых объектов. Однако любители уже нашли для себя новые увлекательные направления. Одно из таких направлений — поиск экзопланет у других звезд, которые обнаруживаются по характерному кратковременному снижению яркости звезды, когда планета проходит между ней и наблюдателем. Не каждая планета может быть найдена таким способом, ведь ее орбита должна быть направлена к Земле перпендикулярно, но звезд и любителей много, и этот метод уже приносит первые успехи.

1. Неподвижный фотоаппарат фиксирует все звезды, видимые невооруженным глазом, за 30 секунд. Потом звезды начинают смазываться.

• Камера, установленная на телескоп с автоматическим приводом, запечатлевает все звезды, которые можно увидеть в бинокль, за пять минут. В цифровых фотографиях не используются длительные выдержки: обычно делают несколько снимков и комбинируют их в PhotoShop для дальнейшей обработки.
• Когда окуляр телескопа снимается, он превращается в сверхдлиннофокусный объектив для зеркальной фотокамеры, которая устанавливается на задний конец через специальный кронштейн.
• Для съемки Луны и планет используются короткие выдержки, так как они прекрасно освещены солнечными лучами. Планеты часто фотографируют многократно, чтобы устранить влияние атмосферных колебаний.
• Съемка туманностей, галактик и звездных скоплений требует длительных выдержек и коррекции с помощью специально установленного устройства: либо наблюдатель, либо автоматическая система контролирует движение телескопа по звездному небесному полю и вносит нужные поправки.
• Солнце можно наблюдать и фотографировать исключительно через специальные фильтры.

Охотники за затмениями

Не все астрономические наблюдения возможно проводить из комфорта домашней обсерватории. Некоторые небесные явления могут быть замечены только в определенных местах на планете, среди них наиболее известны солнечные затмения. Обычно на Земле происходит 2-3 полных солнечных затмения в год, которые можно наблюдать исключительно в узкой полосе шириной около ста километров. Существуют специальные «охотники за затмениями», которые путешествуют по всему миру, запечатлевая такие события и открывая для себя экзотические уголки планеты. В поддержку таких путешествий московский астроклуб недавно открыл туристическое агентство под названием «Астротур».

Малоизвестные охотники за покрытиями звезд астероидами представляют собой своего рода затмения, но в этом случае не Луна заслоняет Солнце, а звезда скрывается за астероидом. Продолжительность такого явления колеблется от нескольких секунд до нескольких минут, и его можно заметить только при условии, что заранее известно, на какую звезду следует наводить телескоп. Указание точного времени начала и завершения покрытия, в сочетании с координатами наблюдателя, определяемыми с помощью GPS, позволяет значительно уточнить орбиту астероида, а иногда – даже установить его форму, если провести наблюдения из разных мест.

Тем не менее, большинству любителей астрономии не чуждо стремление внести вклад в науку. Для многих важен сам процесс наблюдения за небесными телами. Некоторые стремятся запечатлеть великолепные изображения — любительская астрофотография стала отдельным жанром технического искусства. Кроме того, существуют и теоретики, которые создают замечательные астрономические программы и предсказывают те самые явления, которые потом наблюдают другие. В этом они приближаются к профессиональным астрономам. Стоит отметить, что в последнее время наблюдается интересная тенденция — все больше профессионалов в уютные вечера становятся любителями астрономии. Вероятно, в мире высоких технологий, где астрономия стала компьютеризированной, им не хватает непосредственного контакта с Вселенной, ради которого они изначально выбрали эту профессию.