Между тем, со всей определенностью можно сказать, что именно фокусировка изображения в астрофотографии представляется наиболее ответственным этапом при получении снимков высокого качества, и без специальных приемов в этом деле не обойтись — ведь допустимая ошибка в определении положения фокуса не превышает сотых долей миллиметра.
При фотографировании в главном фокусе телескопа с использованием стандартных фотоаппаратов обычно прибегают к одному из четырех методов наведения на резкость. Перечислим их в порядке возрастания эффективности:
1. Фокусировка глазом по изображению в видоискателе фотоаппарата. Точность этого метода может быть несколько повышена при использовании сменных фокуси-ровочных экранов, некоторые типы которых специально предназначены для работы с телеобъективами. Однако следует оговориться, что такая возможность предусмотрена только у дорогостоящих профессиональных фотоаппаратов зарубежного производства.
2. Использование устройства, позволяющего рассматривать изображение в видоискателе с большим увеличением (обычно, 2х—3х), что дает возможность более уверенно определить точное положение фокуса. Такие устройства ммут входить в состав стандартных принадлежностей некоторых моделей фотоаппаратов, однако его можно соорудить и собственными руками.
3. Метод проб и ошибок, заключающийся в получении серии изображений звезд при разных положениях фокусировочного винта, которые фиксируются на микрометрической шкале. После проявления фотопленки выбирается негатив, на котором диаметры звезд минимальны. Отсчет на микрометрической шкале, при котором был получен этот негатив и будет соответствовать наилучшей фокусировке (с поправкой на изменение температуры воздуха).
4. Использование специального устройства на основе ножа Фуко. Этот метод фокусировки на сегодняшний день является самым точным и универсальным при получении снимков звездных полей и туманных объектов. Именно он позволяет свести количество нерезких фотографий к возможному минимуму, тогда как результативность фокусировки по звездам с помощью видоискателя не превышает 10-20%.
Опуская подробное описание трех первых методов и отсылая читателей к книге Л. Л. Сикорука и М. Р. Шпольского "Любительская астрофотография" ("Наука", 1986 г.), в которой вопросы фокусировки освещены достаточно подробно, мы остановимся на четвертом методе, дополняющем в некоторых важных деталях авторов данной книги и обещающем настоящий прорыв в вашей практике астрофотографии.
Суть метода
Чтобы разобраться в том, как работает нож Фуко, вы можете провести в ближайшую ясную ночь простой эксперимент. Для этого вам понадобится ваш телескоп и кусочек непрозрачной (непроявленной) фотопленки, аккуратно срезанный край которой и будет выступать в качестве ножа. Пленку необходимо установить на подвижной части окулярного узла, с которого снят окуляр, расположив ее вблизи фокальной плоскости объектива.
Заглянув в телескоп, нацеленный на звезду 2-3-й величины, вы увидите световой диск — внефокальное изображение звезды. Теперь слегка покачайте трубу телескопа так, чтобы край пленки то закрывал, то вновь открывал путь для лучей света от звезды. По мере того, как кромка пленки будет срезать световой конус, вы будете видеть движущуюся тень, закрывающую изображение звезды (при этом направление движения тени будет зависеть от того, с какой стороны — перед фокусом или за фокусом находится пленка).
Продолжайте эксперимент, изменяя положение фокусировочного винта. Вы заметите, что чем ближе к фокальной плоскости объектива находится кромка ножа, тем быстрее проходит тень через изображение звезды. В положении точного фокуса вы уже не сможете определить, в каком направлении кромка ножа пересекает луч: световой диск будет мгновенно появляться и исчезать от самого незначительного движения. Разумеется, световой диск будет гаснуть целиком только в том случае, если оптика не имеет дефектов. Таким образом, этот метод позволит вам заодно проверить качество оптики приобретенного телескопа.
Если бы вы смогли сейчас в месте расположения ножа установить фотопленку, то получили бы идеально резкий снимок звезды. Вся хитрость заключается лишь в том, как осуществить эту замену с максимальной точностью.
Для этого чрезвычайно важно разобраться с тем, где располагается фотопленка внутри фотоаппарата. Открыв его заднюю крышку, вы увидите прямоугольное окно, закрытое шторками затвора. Выше и ниже окна находятся две пары направляющих, обеспечивающих поперечную фиксацию фотопленки в процессе перемотки. Пара внутренних направляющих находится ближе к объективу, чем пара внешних — расстояние между ними составляет приблизительно 0.25 мм.
Крышка камеры имеет подпружиненную прижимную пластину, которая ложится на внешние направляющие, когда камера закрыта. Именно по поверхности этой пластины, оставаясь между двумя внешними направляющими, и перемещается фотопленка. Большинство фотопленок, однако, имеют несколько меньшую толщину — всего около 0.18 мм. Из-за этого образуется зазор величиной в 0.07 мм между внутренними направляющими и передней, рабочей поверхностью пленки. Вблизи границ кадрового окна пленка слегка искривляется и действительно лежит на внутренних направляющих, но в остальных частях кадра она располагается чуть дальше от объектива.
Так, где же на самом деле в фотоаппарате лежит фокальная плоскость? Не на поверхности прижимной пластины, и не на поверхности внутренних направляющих. Она лежит впереди поверхности внешних направляющих (ближе к объективу) на величину толщины пленки. Это — чрезвычайно важная информация, которую необходимо учесть при изготовлении ножа Фуко.
Необходимые приспособления
Некоторые зарубежные компании разработали и серийно производят несколько различных моделей фокусировочных устройств, основанных на принципе действия ножа Фуко. На отечественном же рынке, к сожалению, подобная продукция еще не появилась (но, может быть, появится после публикации этой статьи?). Однако это не означает,, что вы не можете уже сейчас начать получать совершенные по резкости фотографии небесных объектов. Правда, для этого вам придется самостоятельно изготовить и научиться пользоваться двумя несложными вспомогательными устройствами.
Во-первых, найдите кусочек прозрачного пластика (плексигласа) толщиной около 3 мм и вырежьте из него квадратную пластинку размером приблизительно 44x44 мм. Затем, из непрозрачной непроявленной фотопленки вырежьте небольшой квадратный кусочек размером 10x10 мм или чуть больше. Желательно выбрать именно тот тип пленки (с той же толщиной) на которую вы собираетесь фотографировать.
Обратите внимание: одна кромка этого кусочка с помощью лезвия бритвы должна быть срезана под углом (как бы со снятой фаской; для этого во время резки лезвие следует держать под углом к пленке). Приклейте вырезанный кусочек на плексигласовую пластинку, расположив срезанный под углом край вблизи ее центра (постарайтесь сделать так, чтобы толщина слоя клея была как можно меньше — много меньше толщины пленки). При этом пленка приклеивается к пластинке своей узкой частью. Острый конец пленки будет в дальнейшем служить в качестве ножа Фуко.
Для изготовления второго приспособления вам понадобятся две короткие металлические или пластиковые трубки, подобранные таким образом, чтобы одна из них с ощутимым трением могла входить в другую. Внутренний диаметр большей трубки (назовем ее Трубка Б) должен быть достаточно большим, чтобы ее можно было бы установить вместо фотоаппарата на торцевую посадочную поверхность трубки главного фокуса телескопа или телеобъектива, к которой присоединяется ваш фотоаппарат. Лучше, однако, придумать приспособление, например, резьбовое, позволяющее жестко закреплять Трубку Б на окулярном узле, что избавит вас от необходимости держать ее в руке во время фокусировки. Трубка Б должна иметь набор винтов, необходимых для фиксации положения в ней меньшей трубки (Трубки А) после окончания настройки.
Отобранные трубки следует укоротить таким образом, чтобы их общая длина могла варьироваться (за счет углубления одной трубки в другой) в интервале от 40 до 50 мм. Для начала же установите их общую длину, равную 45 мм. После этого к торцу Трубки А при помощи силиконового клея (герметика) следует приклеить еще одну пластинку из плексигласа, аналогичную той, что вы уже сделали, но ее размеры могут быть несколько меньшими и соответствовать внешнему диаметру Трубки А. Эта пластинка должна быть установлена таким образом, чтобы кусочек пленки оказался внутри Трубки А. Теперь у вас все готово к началу испытаний.
Фокусировка
Для начала подведите в центр поля зрения вашего телескопа звезду приблизительно 2-й величины. Установите свой фотоаппарат (без пленки, с открытой задней крышкой) в рабочее положение для съемок в главном фокусе телескопа. Теперь положите на внешние направляющие кадрового окна изготовленную вами пластиковую пластинку с кусочком пленки, обращенным к объективу.
Приблизьте глаз к экрану и смотрите через срезанный под углом край пленки на свет звезды. Слегка покачайте трубу телескопа, пытаясь найти тень ножа Фуко, пересекающую световой диск. Вращением фокусировочного винта окулярного узла добейтесь того, чтобы диск звезды мгновенно исчезал и появлялся при покачивании телескопа. Острие кромки ножа сейчас находится точно в фокусе, в том самом месте, где должен находиться эмульсионный слой фотопленки.
Теперь очень осторожно снимите корпус фотоаппарата и, не сдвигая фокус телескопа, установите на его место свое второе приспособление. Ваша следующая задача состоит в том, чтобы вновь добиться мгновенного исчезновения звезды при покачивании телескопа, но теперь уже не за счет вращения фокусировочного винта, а путем плавного продольного перемещения Трубки А в Трубке Б. Как только вам это удалось, зажмите стопорные винты Трубки Б, зафиксировав положение Трубки А. Теперь вы держите в своих руках очень полезное устройство, которое позволит вам в любой момент проконтролировать положение фокуса в фотоаппарате, не вынимая для этого из него фотопленку.
Вполне возможно, что в результате всех этих манипуляций окулярный узел вашего телескопа все же немного сдвинулся. Поэтому не поленитесь повторить всю процедуру настройки с самого начала — это лучше, чем потом сожалеть об испорченной пленке и потраченном времени. Только после того, как вы дважды убедились, что при смене камеры на систему из двух трубок нож Фуко показывает идентичную картину, можно считать, что настройка успешно завершена.
В дальнейшем, при необходимости сфокусировать изображение перед началом съемок (при этом, в качестве "объектива" фотоаппарата может выступать любой другой телескоп или телеобъектив), вы поступаете следующим образом: на место фотокамеры устанавливается ваше фокусировочное приспособление из двух трубок и, глядя на нож Фуко, вы вновь добиваетесь того, чтобы изображение звезды мгновенно исчезало и появлялось при покачивании телескопа. После этого осторожно, не трогая фокуси-ровочный винт телескопа, снимаете трубку и устанавливаете на ее место заряженный пленкой фотоаппарат. Фотопленка будет находиться точно в фокусе.
Овладев однажды тонким искусством фокусировки, вы будете удивляться тому, как же до сих пор вы могли без этого обходиться. Ну, а к тем читателям, которые возьмутся за практическую реализацию описанных технических идей хотелось бы обратиться с просьбой поделиться своими впечатлениями о результативности применения представленных здесь устройств и присылать в редакцию предложения по дальнейшему совершенствованию методов фокусировки.
Фокусировка при фотографировании Луны и планет
Пожалуй единственным недостатком описанного в статье метода является невозможность его использования для фокусировки изображений Луны и планет при съемках с окулярной проекцией — нож Фуко "работает" только с точечными источниками света, какими являются звезды. Это означает, что перед проведением планетных фотосъемок вам нужно будет выполнить фокусировку по звезде, и лишь затем навести телескоп на планету. Однако при небольшом поле зрения характерном для метода окулярной проекции подобное перенацеливание телескопа может оказаться делом непростым.
При съемках с окулярной проекцией более рационально применять специальный метод фокусировки, в котором используется приспособление в виде картонной диафрагмы с двумя отверстиями, надеваемой на объектив телескопа. Эта диафрагма пропускает два узких пучка света, в результате чего изображение наблюдаемого объекта раздваивается вновь становясь "нормальным" только при правильном наведении на резкость.
К сожалению, при использовании этого метода в "чистом виде" сохраняется вероятность небольшой ошибки при приближении к положению фокуса, когда пара внефокальных изображений объекта сливается в одно. Однако метод может быть несколько усовершенствован владельцами тех телескопов, у которых фокусировочное устройство имеет микрометрическую шкалу отсчетов, а фокусировочный экран фотоаппарата снабжен сеткой вертикальных и горизонтальных линий (а еще лучше — и подсветкой).
В этом случае фокусировка Осуществляется следующим образом телескоп выводится из фокуса сначала в зафокальное, а потом — в предфокальное положение до тех пор, пока наблюдаемое в видоискателе фотоаппарата раздвоившееся изображение объекта не достигнет ближайшей к центру кадра пары линий В обоих случаях по шкале отсчетов определяется положение фокусировочного устройства. Очевидно, что точное положение фокуса будет находиться как раз посередине.
Чувствительность метода диафрагмы" может быть значительно повышена, если изображение на фокусировочном экране видоискателя фотоаппарата рассматривать с 3-10-кратным увеличением. Для этого за окуляром видоискателя устанавливается монокуляр или миниатюрный самодельный телескоп с приблизительно таким же увеличением. Если не хватает хода его фокусировочного винта, то за окуляром видоискателя можно установить промежуточную положительную линзу с оптической силой около +0.5—+2 диоптрии.
Карпов Сергей Васильевич — кандидат физ.-мат. наук, руководитель Красноярского астрономического клуба, старший научный сотрудник Института физики Сибирского отделения РАН.
