Как найти объект на небе

Тот, кто неоднократно наблюдал объекты дальнего космоса, знает, как порою трудно нацелить телескоп в нужную точку неба. Особенно тяжело искать слабые туманности, находящиеся на пределе возможностей применяемого телескопа. В этом случае нужна стопроцентная уверенность, что искомый объект находится в поле зрения окуляра. Иногда любитель бывает настолько разочарован безуспешными попытками найти нужный объект, что начинает сомневаться в своих возможностях. Нужно сказать, что основная часть наблюдательного времени (которого всегда не хватает) зачастую тратится на поиски, а не на изучение объекта. Решив для себя эту проблему, любитель сможет резко повысить эффективность своих наблюдений.

Обычно в руководствах для любителей астрономии для поиска слабых объектов рекомендуется использовать часовые круги телескопа. Практика показывает, что для небольших переносных телескопов часовые круги практически бесполезны. Во-первых, диаметры часовых кругов выбирают чаще всего такие же, как и диаметр объектива телескопа. Например, у классического "Мицара" диаметры кругов составляют 110 мм. Цена одного деления круга на полярной оси составляет пять "часовых" минут, что в угловой мере соответствует 75' (рис. 1). Это соответствует двум диаметрам лунного диска. Естественно, такая точность наведения неудовлетворительна — она должна быть, как минимум, в пять раз лучше. Деления на шкале круга в темноте не видны и требуют подсветки. Во-вторых, часовые круги работают надёжно только тогда, когда полярная ось телескопа направлена точно на полюс мира. В противном случае объект уйдёт вверх или вниз по склонению. Установка полярной оси в полевых условиях может занять не один час. В-третьих, непосредственное наведение телескопа по прямому восхождению требует знания звёздного времени на текущий момент. Небесная сфера вращается со скоростью 15'/мин, поэтому наведение с помощью часового круга должно осуществляться достаточно быстро. Обычно любители, изготавливающие монтировки немецкого типа, обязательно делают к ним часовые круги. Однако на вопрос "Как часто вы их используете"? — только пожимают плечами.

Для полноценного использования часовых кругов необходимо:

· Увеличить, если позволяет конструкция, диаметр часовых кругов. Цена деления круга прямого восхождения должна составлять не более 1 мин, круга склонений — 15'.

· Сверху, над указателем, от которого ведётся отсчёт, необходимо установить подсветку. Лучше всего для этого подходит красный светодиод, питаемый от батарейки. Для повышения точности отсчёта возле указателя можно поместить сильную лупу так, как это сделано в теодолите.

· Использовать метод "относительных углов". Суть метода состоит в следующем. Как можно ближе к искомому объекту находим достаточно яркую звезду, отождествление которой не вызывает трудностей. Заранее вычисляем разность координат звезды и объекта по прямому восхождению и склонению. Переводим эту разницу соответственно в количество делений шкалы координатного круга. Наводим телескоп на звезду и фиксируем оси тормозами. На координатных кругах выставляем значение "0". С помощью ключей тонких движений последовательно поворачиваем оси, отсчитывая необходимое количество делений с учётом направления. Чтобы не путаться, на координатном круге стрелкой можно нарисовать положительное направление отсчёта. Преимущество такого использования часовых кругов состоит в том, что из-за малых углов поворота неточность установки полярной оси почти не сказывается на результате. Кроме того, нет необходимости определять звёздное время.

Например, нам необходимо найти галактику М74 (α₂₀₀₀ = 01^h36.7^m δ₂₀₀₀ = +15°47'). По звёздной карте или с помощью программы-планетария находим ближайшую к галактике яркую звезду. Это η Рыб (3,7^m) с координатами (α₂₀₀₀ = 01^h31.5^m δ₂₀₀₀ = +15°21'). Разница координат составляет: -5 ^m (75') по прямому восхождению (против хода движения небесной сферы) и +26' (к северу) по склонению. При цене деления круга прямых восхождений в 2^m (30') соответствующую ось нужно повернуть на два с половиной деления влево и ось склонений почти на одно деление вверх.

Если телескоп оборудован ключами тонких движений, можно видоизменить данный метод, отказавшись вообще от координатных кругов. Найденную разницу в координатах переводим в количество оборотов (или полуоборотов) маховичков тонких движений по соответствующим осям. Для этого нам необходимо знать, на какой угол поворачивается ось телескопа за один оборот маховичка. Проще всего эту величину определить практически, подсчитывая количество оборотов маховичков (раздельно по каждой оси) при повороте телескопа на определённый угол. Например, чтобы повернуть ось склонений на 5°, потребовалось сделать 20 оборотов винта тонких движений. Значит, один оборот маховичка соответствует 15-ти угловым минутам. Можно определить эту величину по звёздам. Для оси склонений выбираем две звезды с примерно одинаковым прямым восхождением, например α и β Большой Медведицы. Эти звёзды находятся на угловом расстоянии 5°22'. Чтобы повысить точность измерений, нужно применить большое увеличение, в окуляр нужно вставить крест нитей. В дальнейшем, для удобства отсчёта оборотов маховичков, к ним приклеиваются бумажные полоски-указатели, делаются выступы (впадины) по диаметру и т.д.

Телескопы с диаметром объектива более 100 мм комплектуются искателями. Искатель чаще всего представляет собой простейшую астрономическую трубу-рефрактор с диаметром объектива 30÷50 мм и увеличением 6÷10^× соответственно. Основное преимущество искателя заключается в большом поле зрения, которое обычно составляет 8÷5°. В качестве искателя можно использовать подзорную трубу или монокуляр, особенно удобны панкратические трубы, позволяющие изменять в определённых пределах увеличение и, соответственно, поле зрения. В окуляр искателя встраивают крест нитей, облегчающий проверку соосности телескопа и искателя. Перед началом наблюдений искатель юстируется, т.е. оптическая ось искателя выставляется строго параллельно главной оптической оси телескопа. Для этого какой-либо объект (лучше использовать земные объекты, так как они не движутся) приводится в центр поля зрения сильного окуляра телескопа. Затем с помощью упорных винтов корректируем положения искателя, располагая его так, чтобы искомый объект оказался в центре креста нитей.

С помощью искателя удобно находить достаточно яркие объекты (рассеянные скопления, отдельные звёзды), положение которых хорошо известно наблюдателю. Искатель надёжно работает и в том случае, если рядом со слабым объектом находится "знакомая" звезда или группа звёзд. Допустим, нам нужно найти планетарную туманность NGC 246 (10^m, 3,8') в созвездии Кита. По звёздному атласу видно, что внутри "брюха" Кита", образованного яркими звёздами η, ι и β Cet, находятся две звёздочки 5^m, хорошо видимые в искатель. Это φ₁и φ₂ Кита, с которыми NGC 246 образует равносторонний треугольник. Наводим искатель на воображаемую вершину равностороннего треугольника и туманность появляется в поле зрения телескопа (рис. 2). Чаще всего искатели дают перевёрнутое изображение, как и телескоп, поэтому для удобства ориентирования по звёздной карте её нужно перевернуть на 180°. Искатель с прямым изображением (подзорная труба) всё же удобнее для непосредственного ориентирования по звёздам. Труднее всего работать с искателем, если он оборудован зенитной призмой, дающей неконгруэнтное (зеркальное) изображение. Некоторые программы-планетарии позволяют распечатывать зеркальные карты неба, если подобную карту достать не удалось, можно воспользоваться обычной, рассматриваемой на просвет или перевернуть (отобразить) карту в графическом редакторе.

С помощью искателя удобно наводить телескоп методом "выбранного направления". Например, известно, что шаровое скопление М3 находится примерно посередине между альфой Волопаса и альфой Гончих Псов. Двигаясь вдоль воображаемой линии между этими звёздами, мы обязательно увидим это скопление. Однако угловое расстояние между a Воо и a CVn составляет 26°, поэтому удержать выбранное направление нелегко. С помощью искателя можно потренироваться в перемещениях трубы в нужном направлении, а потом пройти тот же маршрут, глядя не в искатель, а в телескоп. Конечно, таким способом обнаруживаются только объекты, который резко отличается от фона. Найти таким образом компактную планетарную туманность или тесную двойную звезду практически невозможно.

Для быстрого поиска относительно ярких и протяжённых объектов (к таким относится большая часть каталога Мессье) вместо искателя можно применить остро сфокусированный источник света. Световой искатель можно изготовить самостоятельно на основе галогенной лампы. Лампу необходимо поместить в корпус, а для получения параллельного пучка света применить конденсор — две плоско выпуклые линзы. Если небо достаточно тёмное, то мы без труда увидим световой луч, упирающийся в небосвод. Недостатком такого устройства является большое энергопотребление, светорассеивание и значительная ширина пучка. Гораздо лучшим вариантом является "green laser pointer" — специальная лазерная астроуказка мощностью 5¸20 mW. Кроме удобства и быстроты наведения такая указка обладает ещё одним преимуществом — наглядностью. Упрощённой разновидностью светового указателя являются недорогие и простые по конструкции искатели типа "Red dot", в таком искателе создаётся изображение красной точки на фоне неба. Точка получается проекцией изображения светодиода на специальное стекло, глядя в искатель, мы видим точку уже не на стекле, а на небе. К недостаткам такого типа искателей можно отнести "однократность" увеличения и недоступность более слабых звёзд, чем те, которые видны невооружённым глазом.

Если объект не виден в искатель, а рядом нет чётких ориентиров, нужно использовать поисковые карты. Поисковые карты особенно необходимы в том случае, когда телескоп установлен, например, на монтировке добсона и не оборудован часовыми кругами и ключами тонких движений. В этом случае желательно иметь достаточно подробный звёздный атлас, например "Uranometria 2000" или "Millenium Star Atlas". Ещё лучше сделать подробную поисковую карту для конкретного объекта с помощью программы-планетария, например "StarCalc", "Deep-sqy 2000", "MegaStar", "Cartes du Сiel" и др. Электронные атласы хороши ещё и тем, что позволяют изменять параметры карты: масштаб (поле зрения), количество и тип отображаемых объектов, предельную величину видимых звёзд и т.д. Желательно, чтобы на поисковой карте наиболее слабые звёзды соответствовали проницающей силе применяемого телескопа. Например, при наблюдениях в 150-мм телескоп с увеличением 60^× проницающая сила телескопа составляет 12,5^m, для составления поисковой карты будет достаточно звёздного каталога TYCHO.

`Небесная сфера постоянно вращается, поэтому поисковую карту нужно будет сориентировать на текущий момент времени. Для этого карта должна содержать, как минимум, две опорные звезды, идентификация которых на небе не вызовет затруднений. Воображаемая линия, проведённая через эти звёзды должна быть параллельна аналогичной линии на карте. Перед наблюдениями на поисковой карте выбираем опорный объект (звезду или астеризм) и маршрут, двигаясь по которому будем двигаться от звезды к искомому объекту.* При составлении маршрута желательно определить близлежащие астеризмы, которые будут служить промежуточными ориентирами. Этот метод носит название "звёздных скачков" или "от звезды к звезде".

Для удобства маршрут наносится на карту (рис 4, 5). Поле зрения окуляра в масштабе карты изображено кругами соответствующего диаметра. Метод несколько упрощается, если ориентироваться не по звёздам, а с помощью известного нам поперечника поля зрения окуляра ("пошаговый метод"). Сначала телескоп перемещается на необходимое количество полей зрения по прямому восхождению, а затем по склонению. Количество "шагов" рассчитывается заранее по звёздной карте.

Рассмотрим конкретный пример: допустим, мы желаем отыскать галактику NGC 891 (10^m, 13×3') в созвездии Андромеды используя телескоп "Мицар" с окуляром Кельнера, дающим увеличение 54^×. Проницающая сила телескопа в этом случае составляет ≈12^m, поле зрения 1°. По звёздной карте видно, что ближайшей яркой звездой к NGC 891 является γ And (2,2^m). Если мы используем "пошаговый метод", то нам нужно будет переместить трубу телескопа на пять полей зрения по прямому восхождению от γ And к востоку (то есть повернуть полярную ось влево). Но надёжнее всё-таки будет изготовить поисковую карту.

Для ориентирования звёздой карты берём направление на β And или близлежащую звезду 60 And (5^m). Наводим телескоп на бетту Андромеды и, последовательно отыскивая астеризмы 1¸6, перемещаемся к искомой галактике (рис 4).

Данный способ даёт практически 100 %-й успех. При наблюдениях на пределе возможностей телескопа очень важно знать, что телескоп наведён в нужную точку, чтобы не тратить бесцельно время на сканирование "подозрительной" области неба, в надежде, что объект появится в поле зрения. Иногда только длительное всматривание в нужную точку неба позволяет "выловить" предельно слабый объект и только поисковая карта даёт наблюдателю полную уверенность в действиях.

Автор этой статьи потратил безрезультатно почти два часа, пытаясь "сходу" выделить планетарные туманности NGC 40 и NGC 6543 среди звёзд. После распечатки поисковых карт, переходя от звезды к звезде, на отыскание каждой туманности потребовалось около пяти мин. Поисковые карты дают максимальный эффект при поиске объектов, которые не видны в искатель. Данный способ хорош ещё и тем, что применим для любых типов монтировок, в том числе азимутальных, не требуется точная ориентация полярной оси, не нужны координаты объекта и т. д. При поиске компактных объектов, для идентификации которых нужно большое увеличение, иногда приходится использовать две поисковые карты: мелкомасштабную для отождествления опорных звёзд и крупномасштабную для непосредственного поиска объекта. Недостаток метода в том, что необходимо постоянно сверяться с картой, это создаёт неудобства и требует освещения, которое снижает чувствительность глаза, а иногда и разрушает ночную адаптацию сетчатки. Минимальный вред для ночного зрения даёт тёмно-красный фонарик.

Отдельной темой является поиск объектов на дневном небе.* Именно при такой задаче координатные круги более-менее эффективны, поскольку другие способы не дадут результата. Метод относительных углов для повышения точности наведения можно использовать и здесь, за точку отсчёта (если нет других ориентиров, например Луны) придётся взять Солнце. При этом необходимо соблюдать все соответствующие меры предосторожности. Возможен и другой вариант при дневных наблюдениях: с помощью программы-планетария заблаговременно делаем таблицу, в которой будут указаны высота и азимут объекта на предполагаемое время наблюдений, с интервалом, скажем, две минуты. Для отсчёта азимутов и высоты азимутальную монтировку придётся снабдить указателями отсчёта и координатными кругами, которые можно распечатать на плотной бумаге. На практике это выглядит так: азимутальная монтировка как можно точнее ориентируется по сторонам горизонта, так, чтобы отсчёт "0" совпадал с направлением на север, из таблицы на текущий момент выбираем значения азимута и высоты и поворачиваем соответствующие оси на необходимый угол.

Большие удобства любителям предоставляет электроника. За рубежом широкое распространение получили компьютеризированные системы звёздной навигации применяемые в телескопах фирмы "Meade", "Сelestron" и др. Ориентация системы производится по двум ярким (опорным) звёздам. Достаточно лишь ввести дату, время и место наблюдения и телескоп сам повернётся в сторону первой опорной звезды. Наблюдателю остается лишь подкорректировать в случае необходимости правильность наведения. В базе данных системы содержатся сведения о десятках тысяч небулярных объектов. Для наведения телескопа достаточно только выбрать нужный объект из списка. По желанию пользователя в базу данных можно добавить и другие объекты. В комплекте с 80-мм телескопом такая система стоит обычно 400¸600 $. Наиболее "продвинутые" системы наведения вообще не требуют участия наблюдателя: они связываются с навигационным спутником системы GPS и самостоятельно узнают свои координаты и местное время.

Если приобретённый телескоп не компьютеризирован, можно установить на него систему управления отдельно. Примером может служить микрокомпьютер "Магеллан" (цена примерно 200 $), предназначенный для автоматизации телескопов с любым типом монтиров ки. База данных этого устройства содержит 15.000 объектов и 200 может добавить сам наблюдатель. "Магеллан" связан со специальными датчиками (энкодерами), регистрирующими угол поворота осей телескопа. Поворачивая трубу телескопа, наблюдатель на дисплее микрокомпьютера видит координаты той точки небесной сферы, в которую в данный момент нацелен телескоп. Перед наблюдениями телескоп последовательно наводится на две опорные звезды, выбранные из памяти микрокомпьютера. Точность наведения у "Магеллана" составляет пять угловых минут, что вполне достаточно для любительских телескопов. Если на осях телескопа имеются микродвигатели, управляющие движением осей, то "Магеллан" (теоретически) может не только определять текущие координаты, но и управлять поворотом осей. На практике возникают проблемы с адаптированием системы управления двигателями под "Магеллан" или аналогичный микрокомпьютер, связанные с периодическими ошибками, люфтами и т.д.

Аналогичную систему можно создать самостоятельно, если в распоряжении имеется компьютер и энкодеры. В наше время даже КПК обладают достаточно широкими возможностями, например программа "Planetarium" для Palm может управлять телескопом. Правда, для этого необходимо, чтобы система управления телескопом имела интерфейс LX-2000 или аналог. Энкодеры можно изготовить из оптической компьютерной мыши. Из корпуса мыши вынимаются датчики угла поворота и крепятся на корпусах полярной и экваториальной оси. Вращение осей передаётся на датчик с помощью хорошо натянутого резинового пассика или более жёсткой сцепки. Датчики подключаются к одному из портов компьютера, их показания будут отражаться, например, в программе-планетарии. Дальнейшая задача будет заключаться в том, чтобы согласовать видимое перемещение указателя мыши на экране с реальным перемещением трубы телескопа в пространстве. Это наиболее сложная часть работы, возможно, придётся написать соответствующий драйвер мыши. Здесь открываются широкие возможности для творчества любителей, и, в принципе, каждый может компьютеризировать свой телескоп по-своему.

Эта статья (с изменениями) была опубликована на украинском языке в журнале

"Наше небо" № 4 за 2003 г.

* Астеризмом называется небольшая группа звёзд, которые образуют характерную

фигуру.

* Днём (если есть такая необходимость) наблюдают яркие планеты, обычно Меркурий и Венеру, соединения планет, покрытия планет Луной и т.д.