Обзоры астрооборудования. Оптика для наблюдений Солнца в диапазоне Н-альфа. Часть 1

Не секрет, что практически каждый из нас желает собственными глазами взглянуть на наше дневное светило «вооружённым взглядом» и увидеть на диске не только привычные пятна, факельные поля и грануляцию, наблюдение которых вобщем-то не представляет сейчас ни технической, ни экономической сложности. Но человеку всегда мало достигнутого, он хочет большего – протуберанцы, солнечные вспышки, детали хромосферы-вот она, мечта каждого. Есть один очень простой способ увидеть протуберанцы, простой до гениальности – полное солнечное затмение. К сожалению, оно происходит несколько реже, чем хотелось бы. Но научно-технический прогресс не стоит на месте, и то, что раньше было возможно лишь в мечтах, сегодня становится реальностью.

Остались в прошлом гигантские солнечные телескопы, спектрогелиоскопы и коронографы Лио. Вернее, стали уделом обсерваторий, ведь их потенциал по-прежнему весьма высок. Но для простого любителя в настоящее время имеется немало (впрочем, и немного одновременно) возможностей увидеть все эти явления собственными глазами. Основное препятствие для широкого внедрения техники подобного рода в ряды любителей наблюдения Солнца – её высокая стоимость. Речь идёт о как минимум полутра десятках тысяч рублей (в ценах начала 2008 года). Стоит ли возможность собственными глазами увидеть то, что кроме вас доступно еще, быть может, нескольким тысячам человек на земле – решать, конечно же, Вам.

Итак, в настоящий момент на рынке астрооборудования представлены изделия нескольких фирм (на российском астрорынке выбор несколько скуднее, и ограничивается, пожалуй, лишь изделиями фирмы Coronado, некоторое время назад купленой фирмой Meade Instruments) – Baader Planetarium GmbH, Coronado, DayStar Filters, Lumicon International, Solarscope Ltd, Thousand Oaks optical , и Lunt Solar Systems (последняя – новый игрок на рынке На-систем, появившийся в связи с проблемами у Meade). При этом некоторые производители, например Lumicon, уже сняли с производства свои На-фильтры, но их пока ещё возможно купить на вторичном рынке. Связано это, вероятно, с тем, что массовая продукция Meade – Coronado PST- стоит меньше, а функционально показывает больше, чем вышеупомянутые На-фильтры. Однако продолжает выпускать подобные изделия фирма ThousandOaks Optical, так что фактически существующие сейчас устройства для наблюдений Солнца в узком диапазоне можно разделить на 2 типа. Первый тип представляет собой некий набор фильтров, устанавливаемый пользователем на уже имеющийся у него телескоп, второй тип представляет собой уже готовый телескоп (как правило – рефрактор) с На-фильтрами, интегрированными в конструкцию. У обоих типов устройств есть свои плюсы и минусы, о которых мы по-возможности поговорим ниже.

Немного теории

Для наблюдения многочисленных явлений, происходящих на Солнце, нам потребуется выделить из всего солнечного излучения узкую спектральную полосу с центром на 656,28 нм, тоесть на длине волны ионизированного водорода H-альфа. При этом необходимо одновременно выполнить две задачи – ослабить видимое и невидимое излучение Солнца до безопасных значений (при этом постаравшись не потерять излучение нужного нам диапазона), и получить как можно более узкую полосу спектра, шириной не более (а лучше менее) 1,5 ангстрем (0,15 нм). Кроме того, желательно иметь воможность подвижки максимума пропускания в некоторых пределах, для наблюдения явлений, происходящих вне центральной полосы диапазона Н-альфа. Протуберанцы доступны для наблюдений при использовании более широкополосных фильтров (как правило 1-1,5 А), для наблюдений же деталей хромосферы потребуются фильтры с полосой пропускания менее 1А. (Заметим в скобках, что приписки-великая вещь, и получить качественное изображение тонких хромосферных деталей, используя фильтр с маркировкой 1A” гораздо сложнее, чем при использовании фильтра с маркировкой 0,7A”, к примеру). Естественно, с ростом ширины полосы пропускания стоимость изделия стремительно падает. Тем не менее фильтры, даже изначально позиционируемые производителем, как “prominence system”, тоесть фильтры для наблюдения протуберанцев, с полосой пропускания 0,9-1,5 ангстрем по-прежнему нельзя назвать дешёвми и легко доступными.

Что в них видно

Древнеримские греки и прочие индусы в своё время применяли очень хороший метод доказательства. Они говорили «Смотри». Ваш покорный слуга решил пойти теми же тропами и беззастенчиво украл нижеследующие картинки с сайта компании DayStar Filters, ибо они наиболее правдиво отражают реальность.

• Вид с использованием фильтра с полосой пропускания около 1 ангстрема (в данном случае – 0,8А). Такие фильтры дают высококонтрастное изображение протуберанцев.
• Вид с использованием фильтра с полосой пропускания 0,7-0,8 А. Снова видны протуберанцы и в особо удачных случаях некоторые детали хромосферы в районе лимба.
• 0,6А. Ещё более высокий контраст хромосферных деталей, практически такой же, как и у протуберанцев
• 0,5А. То же, что 0,6 А, но ещё лучше. Больше возможностей наблюдения деталей не только на лимбе, но и на солнечном диске
• 0,3-0,4А.. Финал-апофеоз. Наивысший контраст тонких хромосферных деталей по всей поверхности.

Как они устроены

Как правило, все фильтры выполнены по одинаковой схеме, по крайней мере в идеологическом смысле. Сначала – блок уменьшения излучения Солнца, следом за ним – узкополосный фильтр той или иной конструкции. Конструкций не так уж много, но их техническое исполнение зависит от производителя. В случае использования интерференционных фильтров потребуется еще блокирующий фильтр, отсекающий паразитные линии и пропускающий именно требуемую для наблюдений линию На.

Фильтры для наблюдения протуберанцев обычно состоят из двух частей. Первая часть (так называемый Energy rejection filter) представляющая собой красный светофильтр из оптического стекла диаметром 50-100 мм, устанавливается перед объективом телескопа. Этот же светофильтр используется для отсечения инфракрасной и ультрафиолетовой составляющих солнечного излучения, но тут необходимо отметить, что разные производители по-разному подходят к этой проблеме. Теоретически, чем меньше УФ и ИК излучения попадёт на узкополосный фильтр, тем легче ему будет работать, ведь полоса пропускания (и её ширина, и местоположение максимума) критичны к температурным условиям. Сам же узкополосный фильтр устанавливается в окулярную часть телескопа и представляет собой, как правило, стеклянную поверхность, покрытую многослойным диэлектрическим покрытием. Нужно заметить, что такая конструкция хорошо работает в паралельном световом пучке, но в телескопе, естественно, пучок этот сходящийся. Поэтому для нормальной работы таких фильтров требуется уменьшение относительного отверстия телескопа до величин порядка f/20 и менее. Именно этому требованию призваны служить небольшие размеры объективной части фильтра. В случае, когда требуемое относительное отверстие получить не удаётся, можно рекомендовать использование линз Барлоу до окулярной части На-фильтра. (Снова в скобках заметим, что и на системах с относительным отверстием порядка f/10 протуберанцы будут видны, но, уменьшая это число, мы повышаем качество получаемой картинки.). Так же существует возможность некоторого заклона окулярного фильтра относительно оптической оси. Эта функция нужна для более точной настройки максимума пропускания фильтра на диапазон На, а так же даёт некоторую возможность для наблюдения явлений, смещённых относительно На-диапазона вследствие доплеровского эффекта.

Для наблюдений же тонких хромосферных деталей нам потребуется существенно более узкополосный фильтр, технология его изготовления отличается от технологии изготовления фильтров для наблюдения протуберанцев, а вот технология использования остаётся прежней – 2 части фильтра, объективная и окулярная, требование малого относительного отверстия по-прежнему сохраняется.

Правда в данном случае у покупателя уже есть больший выбор, чем в случае фильтра для наблюдения протуберанцев. Есть как минимум два (третий-особняком, мы рассмотрим его ниже, когда поговорим о Coronado PST, да и вообще о Коронадовской продукции) способа, или, если хотите, метода. Оба они имеют в основе своей использование в окулярной части эталона Фабри-Перро и узкополосного блокирующего фильтра. Эталон Фабри-Перро очень чувствителен к температурным режимам работы, отчего производители изготавливают целую конструкцию-термостат для поддержания необходимых температурных пределов (обычно в районе 37 градусов Цельсия). Естественно это накладывает некоторые ограничения на применение, как минимум необходим источник электроэнергии для работы термостата. Кроме того, наличие термостата не всегда даёт возможность установить систему заклона, и перенастройка диапазона занимает весьма длительное время. Однако только таким методом можно получить действительно узкую полосу пропускания фильтра в целом. Недостатки данного метода очевидны. Это прежде всего, необходимость источника электроэнергии. Да и стоимость таких фильтров очень высока. Связано это с тем, что кварцевые заготовки для эталона проходят строжайший отбор, что не может не увеличить итоговой стоимости эталона и всего фильтра. Производители подобной продукции разработали ещё один вид конструкции фильтра. В нём используется менее дорогая кварцевая заготовка, диапазон рабочих температур несколько расширен, что позволяет отказаться от термостатов и обрудовать систему заклона эталона (а это увеличивает оперативность точной подстройки). Недостатком этой конструкции можно назвать более пологие края полосы пропускания, по сравнению с предыдущим вариантом. Своим путём пошли конструкторы Coronado, отказавшиеся от использования эталона в сходящемся пучке, и разместившие его перед объективом телескопа. Таким образом им удалось обойти требование на значения относительного отверстия порядка f/30. Объективная часть такого фильтра состоит из первичного фильтра, отсекающего УФ и ИК диапазоны и часть диапазона видимого света, фактически это уже знакомый нам Еnergy rejection filter . Следом за ним (в том же корпусе) размещён полноапертурный эталон Фабри-Перро, оборудованый системой заклона. И вся эта конструкция крепится на объектив телескопа. Выпускаются фильтры разного диаметра, от 40 до 90 мм. Как уже было сказано выше, для успешной работы фильтров на основе эталона дополнительно требуется блокирующий фильтр. Его, как правило, размещают в блоке диагонального зеркала. Диаметр блокирующего фильтра различен для различных телескопов и варьирует от 5 до 15 мм. Эта величина зависит от фокусного расстояния телескопа, с кторым используется На-фильтр. Чем больше фокусное расстояние, тем больше требуется диаметр блокирующего фильтра.

Отличительной чертой Коронадовских фильтров следует назвать наличие небольшого центрального экранирования. Просто особенность конструкции, обойти которую разработчикам не удалось. Зато это вполне удалось британцам из Solarscope Ltd, правда они пока ограничены диаметрами. В настоящее время изготавливаются три типоразмера фильтров– 50,60 и 70 мм. Но рекорд габаритов На-фильтров в настоящее время принадлежит компании Lunt Solar Systems . Фирма эта новая, но персонажи в ней всё те же. Фактически это те же люди, которые в своё время создавали Coronado, работали в нём и после его поглощения корпорацией Meade, и лишь в конце 2007-го года вышли из её состава и организовали что-то своё. Это “своё” начинается с 50 мм фильтров, далее по возрастанию 60, 75, 100 и 160 мм, ведутся работы и по созданию 200-мм системы. Фильтры также лишены центрального экранирования, как и продукция Solarscope, идеологически все трое одинаковы (что впрочем вполне может подразумевать разные технологии, патентную чистоту и так далее до бесконечности), точно так же все трое выпускают как На-системы, так и готовые солнечные телескопы разных диаметров.

Важнейшая особенность данных На-фильтров – это широкая полоса пропускания – около 0,7-0,8 ангстрем. Но конструкторы и тут нашли выход из сложившейся ситуации. Правда этот выход получился довольно дорогим. Речь идёт о применении двух фильтров подряд, что позволяет сузить полосу пропускания до 0,5 ангстрем. Естественно на пути конструкторов встречались разные затруднения, которые побеждены разными способами в разных случаях, но так или иначе, потребитель имеет возможность наблюдения тонких хромосферных деталей без всяких ограничений в виде использования термостатов и малых относительных отверстий. Единственное ограничение – толщина кошелька.