AMATERSKA IZRADA TELESKOPA

DISK ZA ZRCALO - TEORIJA

Postupak brušenja pretvara komad stakla u jednu od najpreciznijih tvorevina koju ljudska ruka može izraditi, u plohu sa točnošću od nekoliko milijuntinki milimetra! Nanošenjem tankog metalnog sloja na nju ova površina postaje zrcalo koje ćemo ugraditi u naš teleskop. Sva staklena masa ispod zrcalne površine ima samo jednu jedinu ulogu: da služi kao nosač tankom metalnom sloju zrcala i da čuva njegov oblik neovisno o opterećenjima kojima je zrcalo u toku upotrebe izloženo. Ako je kučište zrcala dobro izrađeno, ta opterećenja potiću samo od vlastite težine zrcala. Kako za vrijeme promatranja teleskop mijenja svoj položaj, mijenja se i položaj zrcala prema smjeru sile teže pa se mijenja i opterećenje zrcala nastalo zbog same težine materijala od kojeg je ono izrađeno. Zato debljina materijala od kojeg je zrcalo izrađeno mora biti dovoljno velika da zrcalo pod djelovanjem vlastite težine ne promijeni primjetno svoj oblik. Isto naravno vrijedi i za opterećenja kojima je zrcalo izloženo prilikom brušenja i poliranja. Staro pravilo je da se za podlogu zrcala uzima stakleni disk čija debljina je jednaka 1/6 njegovog promjera. Iskustvo i teoretski račun deformacije zrcala pokazuju međutim da je moguće izraditi sasvim dobra zrcala i na dvostruko tanjim staklenim diskovima. Razlog ovog odstupanja je taj što je pravilo 1/6 izvedeno iz iskustava profesionalnih optičara koji za obradu stakla koriste strojeve. Opterećenja zrcala kod strojne obrade znatno su veća nego kod ručnog brušenja, pa zato optičari vole da je staklo nešto deblje.

Drugi razlog za ovo pravilo je da su davno izvedeni proračuni (pod davno mislimo stvarno davno, još u 19. stoljeću!) pokazali da je kod podupiranja zrcala u tri točke potrebna ova debljina stakla. Ovi računi nisu uzimali u obzir ovisnost potrebne debljine stakla o promjeru zrcala i obično su rađeni za staklene diskove promjera 150 do 200 mm, jer je većina amaterskih reflektora početkom stoljeća (20tog) kad su se amateri masovnije poceli baviti vlastitom izradom zrcala, bila ovog promjera. Nešto modernije i detaljnije proračune izvršio je poznati ruski optičar D. Maksutov. Najvažniji rezultati do kojih je došao sakupljeni su u slijedećoj tabeli.

Vidimo da prijelaz sa 3 na 6 točaka podupiranja značajno smanjuje potrebnu debljinu zrcala, dok prijelaz na još veći broj točaka više nema tako veliki uticaj. Na malim skicama sa strane prikazan je raspored točaka u kojima se zrcalo treba poduprijeti. Primijetimo za sada samo još da je moguće zrcalo staviti na elastičnu podlogu i tako ga poduprijeti po cijeloj njegovoj donjoj strani, što bi odgovaralo beskonačnom broju točaka podupiranja. Amateri vrlo često koriste ovu tehniku podupiranja svojih zrcala, dok profesionalni astronomi svoja (daleko veća) zrcala još uvijek podupiru na točno određenim mjestima, no to je već sasvim druga prića...

Ogibna slika zvijezde koju daje pravilno montirano zrcalo (treba nam vrlo veliko povećanje i izrazito mirna atmosfera!) potpuno je okrugla i sastoji se od svijetlog diska okruženog sa jednim do dva slaba prstena. Ako je zrcalo pretanko ili loše montirano dolazi do deformacija slike koje se odražavaju u promjenu izgleda difrakcione slike. Na slici desno je primjer deformacije koja nastaje kod podupiranja u tri točke.

Ovaj proračun uzima u obzir samo deformacije zrcala nastale zbog njegove vlastite težine. To znači da kučište zrcala mora biti tako izradeno da dodatno ne opterečuje zrcalo. Također, kod same izrade zrcala može doći do različitih mehaničkih opterećenja koja mogu izobličiti stakleni disk i onemogućiti postizanje potrebne točnosti zrcalne plohe. Zbog toga su proračunate debljine podloge za promjere ispod 100 mm premalene, pa je za zrcala manja od 100 mm preporučljivo koristiti staklo debljine 8 do 10 mm, neovisno o promjeru zrcala.

Minimalna debljina staklenog diska od kojeg se još može izraditi dobro zrcalo, ovisi i o iskustvu brusača. Iskusni amateri u stanju su raditi sa znatno tanjim diskovima od neiskusnih. Naprimjer, Bob Kestner, čovjek koji je izradio mnoštvo zrcala promjera 300 do 600 mm, preporučuje slijedeće minimalne debljine staklenih diskova, u ovom slučaju od Pyrex stakla:

Ove minimalne debljine preporučuju se ISKUSNIM amaterima, dakle onima koji su izradili nekoliko dobrih zrcala promjera 150 do 300 mm. Neiskusnima još uvijek preporučujemo da za svoje prvo zrcalo uzmu stakleni disk debljine 1/8 do 1/6 promjera.

Osim mehaničkih opterećenja zrcalo mijenja svoj oblik i zbog promjena temperature. Staklo se, kao i svaki drugi materijal, na toplini rasteže. Ovo rastezanje nije veliko, ali je dovoljno da izazove promjene oblika plohe zrcala kad ono nije svugdje iste temperature. Razlike u temperaturi pojedinih dijelova zrcala, naročito između površine i sredine, nastaju kad se temperatura okoline prebrzo mijenja, tako da se temperatura zrcala ne stigne izjednačiti sa temperaturom okoline. Tada unutar staklenog diska dolazi do razlika u temperaturi koje dovode do nejednakog toplinskog rastezanja pojedinih dijelova staklenog diska a time i do promjene oblika zrcalne plohe. Ova pojava može kod loše izrađenog teleskopa i kod naglih promjena temperature potpuno uništiti kvalitetu slike.

Promjene oblika zrcala koje nastaju zbog promjena temperature smanjuju se na dva načina: izradom zrcala iz stakla sa malim koeficientom toplotnog rastezanja i konstrukcijom cijevi teleskopa koja omogućava brzo izjednačavanje temperature instrumenta i okoline. Posebno je važno da se instrument ne iznosi iz tople prostorije u hladnu noć prije samog opažanja ili da preko dana ne bude izložen direktnom suncevom svjetlu. Najbolje je instrument sat-dva prije početka opažanja (ne prije zalaska Sunca) postaviti na njegovo mjesto. Ako je on montiran u kućici ili kupoli, odmah nakon zalaska Sunca treba je otvoriti da bi se do početka opažanja dobro provjetrila. Dobra cirkulacija zraka prilično ubrzava izjednačavanje temperature.

Što se tiće vrste stakla od kojeg se izrađuju zrcala, ona je kod nas određena cijenom i mogučnošću nabavke. Amateri u razvijenim zemljama koriste gotovo isključivo vatrostalno staklo poznato pod imenom Pyrex (Duran 50 i Tempax u Europi, Boral kod nas). Mnoga odlična zrcala izrađena su medutim i od običnog prozorskog stakla (i Mt. Wilson 2,5 m teleskop!!), kod čega su naročito popularni stari brodski prozori jer su pristupačne cijene i imaju potreban oblik i debljinu. Kod nas se nažalost i prozorsko staklo, a pogotovo brodski prozori, teško nabavlja. Najveća debljina prozorskog stakla koja se može naći u slobodnoj prodaji je 10 mm, a vrlo rijetko se naiđe na nešto deblje staklo (15 do 20 mm).

Staklo za izradu astronomskih zrcala obićno se lijeva ili preša u diskove potrebne debljine. Nakon lijevanja hladi se u posebnim pečima vrlo polagano kako bi se naprezanja u staklu nastala zbog hlađenja svela na najmanju moguću mjeru. Ovaj postupak traje nekoliko dana do nekoliko mjeseci, ovisno o debljini i vrsti stakla. Kod nas se nažalost ovako opušteno staklo ne moze lako nabaviti. I diskovi od Borala, ako uspijete doći do njih, i debelo prozorsko staklo hlade se znatno brže, pa nisu tako dobro opušteni kao stakla za astronomsku upotrebu. Srećom kako tehnologija napreduje i obično prozorsko staklo postaje sve kvalitetnije pa se može koristiti bez većih problema. isto vrijedi i za Boral staklo. Međutim može se dogoditi da su naprezanja u staklu tolika da od tako napregnutog komada stakla nije moguće izraditi dobro zrcalo. Ovo se obićno manifestira kod poliranja tako da se ploha nikako ne moze dobro korigirati i da se njen oblik mijenja i samim stajanjem. Imate li “sreću” da ste naišli na takav disk, nema vam druge nego zrcalo izraditi na drugom staklenom disku, a ovaj upotrijebiti za alat ili ga u nastupu bijesa opustiti bacanjem iz sve snage u najbliži stup.