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02 太陽 

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3.望遠鏡を使った黒点の投影

2.太陽の投影に戻る

 

(1)朝日や夕日に見える黒点の観察に戻る

 

(2)回折とその回避

@1枚の鏡の限界

  2.の太陽の投影のところで、太陽の像の周囲がぼやけて、太陽が鮮明に投影できなかったのを思い出してください。その原因と回避方法についてまとめたのがこのページです。

  投影された像がぼける現象がわかりやすく説明されているのが、ウイキペディアの小絞りボケのページです。そのページでは焦点距離を口径で除した口径比はF=32でも画像がぼけて不鮮明になることが示されていますが、 2.の太陽の投影で使用しているピンホールや、手鏡を使った投影装置ではF=250前後ですので、像はかなりぼやけて不鮮明になっています。

 

image017

既にみていただいた改善方法は

(a) 鏡面を光学平面鏡にして表面で反射させ

(b) 鏡を凹面鏡にすることと

image018

(c) 曲率のあっていないところの反射を絞りで防ぎ、

(d) その凹面鏡の曲率を変えて焦点をスクリーン上に合わせることです

この方法でかなり像の輪郭はきれいになりますので、木漏れ日でも観察できる日食の観察に使用するのには十分すぎるくらいなのですが、黒点は大きなものでも太陽の直径の数十分の一、小さなものでは百分の一以下しかないため、黒点を投影することはできません。

 

 

AFを小さくして回折の影響をへらす

D = 口径 = 鏡やレンズの直径

f = 鏡やレンズの焦点距離

F = 口径比 とすると

F = f / D です

このFの値を下げるためには、口径Dを大きくするか、焦点距離fを小さくするかです。

ちなみに、すばる望遠鏡の口径は8.2m光学平面鏡投影装置80倍以上もあります。焦点距離は15m光学平面鏡投影装置3/5程度です。光学平面鏡の口径は10cm=0.1mほどですので、

Fsubaru = 15m/8.2m = 1.829

Fheimen = 25m/0.1m = 250

452.5倍違います

そこで、まずは「焦点距離の短いレンズで口径の大きいもので投影してみましょう。」と言いたいのですが、これは、すでに(1)太陽は危険で実験済です。ボール紙は燃えました。

ではと、絞りをつかうことにします。

image019

しかし、絞りで絞り込めば、口径が小さくなり、Fは再び増えてしまいます。

 

 

B減光フィルター

 そこで、登場するのが減光フィルターです。

image020image021

減光フィルターには色々なものがありますが、黒点の撮影や目視観察に一般的に

使用するのはND neutral density フィルターです。

   neutral = 中立 = どの色(光の波長)の光も同じだけ

   dencity = 濃さ = 暗くするフィルターです。

NDフィルターには、色々な濃さのものがあります。

一般用は

   ND21/2ND41/4ND81/8ND161/16

    ND1001/100 ND/10001/1000

太陽にはこれでも、まだまだ通用しません。

太陽用は

   ND-D4 が 1/10 = 1/10,000

    ND-D5 が 1/10 = 1/100,000

です。しかし、1枚だけでは、まだ、まだです

太陽用1枚と一般用14枚を組み合わせて、空の状態にあわせ

  1/100,0001/10,000,000

位に減光して目視観察したり撮影したりしています。

 

image022

凹面鏡1枚、凸面鏡1枚で焦点距離を延長

マクストフ・カセグレン式反射望遠鏡 

D=110mm  f=1,035mm  F=9.4

D5(1/100,000)  ISO=400  T=1/750

太陽の像の直径は約9.3mmです

黒点は何とか写っています

image023

凸レンズ1群のみ (2枚で1) 屈折望遠鏡

D=70mm  f=700mm  F=10

D5(1/100,000)×ND8(1/8)×ND4(1/4)

  = ND(1/3,200,000)

太陽の像の直径は約6.3mmです。

image024

 

写真ですので

このように、トリミングして拡大して黒点の様子を見ることができます。しかし、直径6.3mmの太陽を直接目で見ても、黒点があるのかどうかよくわかりません。

image025

こんな感じです。

この直接焦点あるいは直焦点direct focusという投影方法の限界はここにあります。

 

結論

太陽を大きくして投影するには、焦点距離fを長くしなくてはならない。

焦点距離fを長くすれば、口径比Fが大きくなって回折で像がぼやける。

そこで、口径を大きくしていくと、すばる望遠鏡のように大きくて重いものが必要になる。

焦点距離を縮めると、太陽の像も縮むため、黒点は見えない。

公式は

    F = f / D

Fの値が2030でぼやけ始め、250では、日食は見えるが、黒点は見えない。

 

これを解決するのには、大きな技術革新(拡大投影)が必要でした。

 

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