Нитяные микрометры

Принцип этого прибора был предложен Озу в XVIII в. Из-за трудностей технического исполнения практическая реализация этой идеи была осуществлена лишь в эпоху В. Струве в XIX в. До этого времени астрономы располагали только меридианными кругами для определения положений светил, но такие инструменты не были пригодны для измерения малых углов. По-настоящему полезные наблюдения двойных звезд начали выполняться всего полтора века назад.

Нитяной микрометр состоит из подвижной металлической рамки, перемещающейся по двум направляющим, которые образуют большие стороны прямоугольника. Рамка и направляющие лежат в одной плоскости и должны располагаться в фокальной плоскости телескопа. Посередине между сторонами подвижной рамки натянут крест из очень тонких нитей, еще одна очень тонкая нить натянута между направляющими так, что одна из нитей рамки ей точно параллельна. Рамка перемещается вдоль направляющих, ее положение фиксируется компаратором или микрометрическим винтом, заканчивающимся разделенным барабаном. Весь прибор вращается с малым трением вокруг оптической оси. Нити изготовляются из паутины или из нитей, выделяемых некоторыми видами гусениц. Промышленность выпускает з настоящее время нити из нейлона или кварца, не чувствительные к влажности и не подверженные старению, толщина этих нитей порядка 7 мкм. В некоторых новейших микрометрах винт служит только для перемещения рамки, положение которой фиксируется и измеряется электронным прибором, соединенным со счетчиком-указателем и с помощью печатающего устройства фиксирующим перемещения каретки в микронах.

Некоторые наблюдатели, например Жонкер, предпочитали микрометр с наклонными нитями. В нем подвижная рамка несет две нити, образующие малый угол друг с другом и пересекающиеся в центре рамки. Направляющие несут нить, перпендикулярную биссектрисе малого угла; измерение в этом случае состоит в удержании изображения звездной пары на фиксированной нити и в перемещении подвижной рамки до тех пор, пока нити, образующие угол, не совпадут с изображениями звезд. Эта операция повторяется с каждой стороны от вершины угла. Таким образом удается измерить одновременно и разделение компонентов, и позиционный угол.

Таков очень простой принцип нитяного микрометра. Однако его практическое воплощение весьма сложно, поскольку, с одной стороны, все нити должны лежать в одной плоскости, что недостижимо, а с другой — недопустим люфт в движении рамки и во вращении микрометрического винта.

Обычно нити устанавливают в одной плоскости путем тонкой регулировки наклона направляющих по отношению к плоскости подвижной рамки. Предел несовпадения плоскостей определяется глубиной поля зрения окуляра. С окуляром, имеющим фокусное расстояние 6 мм, допустимое значение составляет 50 мкм. Люфт рамки компенсируется упругими пластинками, мертвое время хода винта несущественно, когда измерения выполняются электронным устройством.

Видимость нитей в окуляре обеспечивается либо подсветкой поля зрения, либо подсветкой нитей. Для подсветки поля зрения объектив освещается лампой регулируемой яркости, расположенной недалеко от окуляра. Регулируемая подсветка нитей осуществляется с помощью слабого источника света, расположенного в плоскости нитей у края микрометра.

Позиционный угол измеряется путем визуальной оценки степени совпадения нити и прямой, соединяющей оба компонента. Обычно делается много отдельных измерений путем поворота микрометра вокруг оптической оси. Чтобы измерить разделение компонентов, нити ориентируют перпендикулярно прямой, соединяющей оба компонента, и наводят на каждый компонент. Затем снова наводят нити, вращая разделенный барабан. Разность отсчетов барабана пропорциональна разделению в секундах дуги.

Чтобы добиться высокой точности при измерениях с нитяным микрометром, необходимо соблюдать ряд предосторожностей. Напомним некоторые из них.

1. Установка нитей микрометра в фокальной плоскости телескопа. При этом исключаются два источника систематических ошибок: эффект параллакса, связанный с несовпадением изображения звезды и креста нитей, и ошибка в определении фокусного расстояния инструмента. Эти источники ошибок, особенно первый, в случае изображений, удаленных одно от другого, когда пара разделенная, весьма существенны и могут достигать 10 %. В наличии эффекта параллакса можно убедиться, рассматривая изображение около нити и слегка двигая головой. Если положение фокуса определено неправильно, что бывает достаточно часто в телескопах-искателях, то будет казаться, что звезда и нить меняют свое относительное положение. В этом случае нужно отфокусировать окуляр на нить, а затем навести микрометр на звездное изображение. Допустимый предел ошибки в определении положения фокуса в большом рефракторе составляет несколько десятых миллиметра.

2. Калибровка микрометрического винта. До последнего времени нитяные микрометры  были  снабжены микрометрическими винтами. Этот принцип не совсем логичен, поскольку микрометрический винт движет рамку и в то же время измеряет ее смещение, что неразумно, так как измерительный прибор не должен использоваться для целей, иных, чем измерение. Ошибки винта являются систематическими (износ резьбы), они зависят от используемой части винта (растяжение) и температуры.

Учет этих ошибок весьма сложен, он состоит в тщательном исследовании шага винта и переводе его в секунды дуги. Для начала можно получить очень хорошую оценку, разделив длину шага на фокусное расстояние, выраженное в тех же единицах. Таким образом найдем приближенное значение шага в радианах, затем, умножив на 206265,— в секундах дуги. Более точное определение шага выполняется путем многократных наблюдений пар с хорошо известным разделением или лучше измерением времени, которое затрачивает звезда, чтобы пересечь расстояние между двумя нитями, разделенными известным числом поворотов винта. Хорошие фотографии звездного поля, например Плеяд, позволяют определить фокусное расстояние и масштаб снимка.

Вместо микрометренного винта предпочтительнее использовать компаратор. В продаже имеются хорошие приборы, градуированные с шагом 10 мкм и позволяющие с легкостью делать отсчеты до 1 мкм. Рефракторы с апертурами 50 и 74 см обсерватории в Ницце снабжены помимо микрометренных винтов компараторами и электронными измерительными приборами. Кроме того, эти приборы могут легко сменяться, поскольку они расположены вне микрометра. Их применение исключает источники собственных ошибок винтов.

3. Подсветка нитей. Окуляры не являются полностью ахроматическими системами, фокусные расстояния для различных длин волн различаются, хотя и незначительно. Поэтому освещать нити нужно белым светом, в противном случае будет заметно различие в фокусных расстояниях между звездой и нитью; эта ошибка носит название аберрации увеличения. Она исключается в случае подсветки поля, но тогда становится трудно наблюдать слабые звезды.

Подсветка нитей является источником паразитного света. Он примешивается к свету на выходе из окуляра, причем не только к свету в выходном зрачке, но и во всем выходном отверстии окуляра. Нужно, следовательно, побеспокоиться, чтобы выходное отверстие окуляра несильно превосходило по размерам выходной зрачок, чтобы экранировать лишний свет. Это условие редко выполняется в окулярах, которые имеются в продаже.

4. Контроль параллельности нитей и линии, соединяющей звезды. При измерении позиционного угла прямая, соединяющая зрачки глаз, должна быть параллельна или перпендикулярна прямой, соединяющей светила. Это не всегда осуществимо, поскольку при некоторых углах положение головы оказывается очень неудобным. Некоторые наблюдатели используют призму полного внутреннего отражения, которая изменяет позиционный угол известным образом, но это связано с потерями света и усложнением монтировки окуляра. Такие призменные компенсаторы почти не используются.

5. Контроль биссектирования (деления изображения на две равные части). Принцип измерения состоит в делении изображения звезды на две равные части. Это довольно трудная операция из-за дрожания самого прибора или из-за атмосферных помех, способных вызывать смещения, . часто достигающие заметной доли измеряемых расстояний.

Во время измерения изображение должно удерживаться в одной и той же области поля зрения, лучше всего вблизи его центра, чтобы избежать ошибки, связанной с непараллельностью нитей. Биссектирование невозможно, если изображения неполностью разрешаются из-за дифракционных, явлений. Эти * трудности хорошо знакомы наблюдателям двойных звезд. Весьма затруднительно измерять разделение компонентов, когда атмосферная турбулентность совместно с дифракцией не позволяет видеть компоненты системы раздельно. Если влияние атмосферной турбулентности слабо, то можно получить хорошую оценку разделения по виду дифракционного диска, но такое измерение уже не будет микрометрическим.

Нитяной микрометр используется большинством наблюдателей, по крайней мере девятью из каждых десяти, поскольку его главное достоинство состоит в том, что непосредственно измеряется изображение, даваемое объективом. Но характер измерений на этих приборах не является объективным в отличие от современных приборов — звездных интерферометров и микрометров двойного изображения. Чтобы добиться с нитяными микрометрами хороших результатов, требуются годы практики, поскольку биссектирование изображения — операция, весьма тонкая. Измерение двойной звезды — это особый вид наблюдений, качество которых больше зависит от аккуратности наблюдателя, чем от мощности инструмента. По сравнению с фотографическими методами выигрыш в данном случае очевиден, так как измеряются изображения, структуру которых можно видеть, но нельзя сфотографировать.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: