Как безопасно наблюдать Солнце в телескоп

Мысль «а что будет, если просто посмотреть» возникает у всех, кто впервые вынес телескоп на улицу днем. Особенно если Солнце в дымке или невысоко над горизонтом: оно тусклое, глаза не слепит, и кажется, что на секундочку глянуть в окуляр можно.

Второй частый случай — в комплекте недорогого телескопа лежит маленький темный фильтр с резьбой и надписью Solar на оправе, который вкручивается в окуляр, и его принимают за штатное решение. Оба пути ведут к ожогу сетчатки, который не чувствуется в момент получения.

Солнце безопасно наблюдать в телескоп только через специальный фильтр, который установлен перед объективом и закрывает весь его диаметр. Такой фильтр называется апертурным: он гасит свет до того, как объектив успел его собрать и сконцентрировать. Фильтр, который вкручивается в окуляр, не используется никогда — его выбрасывают, не дожидаясь повода.

Вторая безопасная схема — проекция изображения Солнца на белый экран. Но эта схема работает только с телескопами-рефракторами небольшой апертуры, а также со зрительными трубами и биноклями. Третьего варианта нет: ни закопченное стекло, ни солнцезащитные очки, ни фотографические нейтральные фильтры в качестве защиты не годятся.

Можно ли смотреть на Солнце в телескоп без фильтра

Видимая звездная величина Солнца −26,7m, полной Луны −12,7m. Разница в 14 величин — это отношение яркости примерно в 400 000 раз. Глаз с этим не справляется и без всякой оптики; телескоп добавляет к этому два множителя.

Первый — сбор света. Объектив собирает поток пропорционально своей площади, то есть квадрату диаметра. Зрачок глаза днем сужается примерно до 2–3 мм, но возьмем даже ночные 7 мм: объектив диаметром 100 мм собирает в (100 ÷ 7)² ≈ 204 раза больше света. На Солнце трудно смотреть глазом? В 100-мм телескоп оно будет еще в 200 раз ярче!

В ясный день у поверхности Земли приходит около 1000 Вт на квадратный метр. Площадь объектива 100 мм — 0,0079 м², то есть в трубу входит примерно 8 Вт солнечной мощности. Для 200 мм это уже 31 Вт.

Второй множитель — концентрация. Объектив телескопа собирает солнечный свет в маленькое пятнышко, которое способно поджечь бумагу, если поднести ее близко к окуляру (но лучше этого не делать)! Окулярный фильтр находится в точке фокуса — там, где мощность солнечного света максимальна. Стекло прогревается неравномерно и лопается; трещина появляется мгновенно, и весь поток уходит в глаз раньше, чем сработает моргательный рефлекс. Отказ происходит без предупреждения, и не после часа работы, а когда придется.

Отдельная причина, по которой самодельная защита опаснее ее отсутствия: на сетчатке нет болевых рецепторов. Ожог не ощущается ни в момент получения, ни через минуту. Солнечная ретинопатия проявляется через несколько часов — центральное пятно, искажение линий, выпадение середины поля зрения — и восстанавливается частично или не восстанавливается вовсе. Темное стекло, которое хорошо гасит видимый свет, но пропускает инфракрасный, работает как ловушка: глазу комфортно, зрачок расширяется, и вся тепловая часть спектра беспрепятственно уходит на сетчатку. То же относится к красному Солнцу в дымке и у горизонта — глаза не слепит, а ИК-поток проходит.

Какой фильтр нужен для наблюдения Солнца

Апертурные фильтры бывают двух типов, и оба одинаково допустимы.

Пленка — полимерная основа с металлическим напылением, натягивается в самодельную или готовую оправу по диаметру трубы. Дает белое или слегка голубоватое Солнце, стоит дешево, при повреждении меняется целиком.

Стеклянный фильтр — оптическое стекло с напылением в жесткой оправе. Прочнее, дает привычный желто-оранжевый оттенок, требовательнее к качеству самого стекла.

Что проверяется у любого из них:

• Плотность фильтра (Optical Density) должна быть достаточна для визуальных наблюдений, а не фотографических. У визуальной пленки обычно OD=5, она пропускает примерно одну стотысячную долю света (0,001%). У фотографической пленки обычно OD=3,8, она пропускает гораздо больше света и рассчитана на фотокамеру. Для глаза фотографическая пленка не годится ни при каком увеличении, и ни на какое время наблюдений.
• Фильтр закрывает весь объектив и держится на трубе жестко. Не рукой, не резинкой, не скотчем на один угол. Ветер сдувает плохо закрепленную оправу ровно в тот момент, когда глаз у окуляра.
• Целостность проверяется перед каждым сеансом. Пленку смотрят на просвет на яркую лампу: точечные проколы и царапины до основы видны сразу. Пленка с проколами не заклеивается, а меняется полностью.
• Искатель снимается с телескопа или закрывается крышкой. Искатель — это самостоятельный телескоп, только меньшего диаметра, и через него также нельзя смотреть на Солнце. А наводить телескоп на Солнце без искателя очень просто — надо смотреть на тень, которую отбрасывает труба, и делать ее минимальной.

Есть еще два специализированных решения, о которых стоит упомянуть. Клин Гершеля ставится в фокусер и отводит подавляющую часть потока в поглотитель. Но этот аксессуар применяется только с рефракторами — в рефлекторе и зеркально-линзовом телескопе свет дважды или трижды проходит через трубу и перегревает вторичное зеркало или корректор.

Узкополосный водородный фильтр (так называемые H-альфа телескопы) – особая категория инструментов, показывающих потрясающие детали на диске и даже протуберанцы. Это совершенно отдельный класс инструментов, рассмотрение которого может стать предметом рассмотрения отдельной статьи. К сожалению, обычная труба с покупкой солнечного фильтра в Н-альфа телескоп не превращается.

Что не является солнечным фильтром

Вот список того, что НЕ может использоваться в качестве солнечного фильтра:

закопченное стекло; засвеченная фотопленка и рентгеновские снимки; компакт-диск и дискета; солнцезащитные очки, в том числе несколько пар сразу; поляризационные и нейтральные фотографические фильтры; темная пленка для тонировки; фольга от упаковки; сварочное стекло плотностью ниже 14; смотровые щели самодельных коробок из фольги.

Сварочный светофильтр 14-й плотности допустим для взгляда невооруженным глазом, но не как фильтр к телескопу: он не рассчитан на такую концентрацию и не имеет оправы, гарантирующей перекрытие всего пучка. Очки для наблюдения затмений по стандарту ISO 12312-2 предназначены только для глаза без оптики — приставлять их к окуляру нельзя, окуляр их прожжет.

Проекция на экран: когда она работает

Изображение из окуляра проецируется на белый экран, расположенный перпендикулярно оптический оси телескопа на расстоянии 30–50 см позади окуляра (этим расстоянием можно регулировать масштаб изображения – чем дольше, тем он больше). Смотрят на экран, в окуляр никто не заглядывает. Способ удобен для групповых наблюдений: диск видят одновременно несколько человек, пятна Солнце нем можно обвести карандашом и повторить назавтра, отслеживая вращение Солнца.

Ограничения при наблюдениях с проекцией:

• Только рефрактор с апертурой примерно до 80–100 мм, а лучше — задиафрагмированный крышкой объектив с открытым отверстием не более 50–60 мм. Рефлекторы и зеркально-линзовые телескопы для проекции не подходят: у них тепло скапливается внутри, вторичное зеркало или корректирующая пластина могут перегреться.
• Простой окуляр. Сложный многолинзовый окуляр со склейками может испортиться, если клей не выдержит высокой температуры.
• Сеансы должны быть не дольше нескольких минут с перерывом на остывание.
• Телескоп не оставляется без присмотра ни на минуту. Дети рядом с наведенной на Солнце трубой без фильтра — нехорошая предпосылка, которая может привести к травме.

Что видно на Солнце в телескопы разных диаметров

С апертурным фильтром доступны две вещи: пятна с их структурой и факельные поля у края диска. Разрешение считается по апертуре, а одна угловая секунда на Солнце соответствует примерно 725 км. В таблице приведено краткое описание того, что можно ожидать увидеть на Солнце в телескопы разных диаметров:

Прирост апертуры на Солнце окупается хуже, чем ночью, и вот почему. Днем земная поверхность хорошо прогрета, воздух над крышами, асфальтом и полем идет вверх струями, и дрожание изображения к полудню становится сильнее ночного. Телескоп с апертурой 250 мм упирается в этот предел почти всегда, со 100 мм — заметно реже. Отсюда практическое следствие: наблюдать лучше в первой половине дня, часов до одиннадцати, и уводить трубу от нагретых поверхностей — с балкона над асфальтом картинка будет заметно хуже, чем с газона.

Про увеличение: диск Солнца имеет угловой размер около 32′, то есть чуть больше половины градуса. Чтобы узнать поле зрения телескопа, надо поле зрения окуляра поделить на увеличение. В таблице приведены расчеты поля зрения телескопа при использовании стандартного окуляра с полем зрения 50 градусов:

Вывод: Для обзорных наблюдений можно ставить увеличения 40–60 крат, для детального разглядывания конкретной группы пятен ставим увеличение 100–150 крат, можно больше, если телескоп и атмосфера это позволяют.

Семь главных ошибок при наблюдении Солнца

1. Использовать окулярный фильтр из комплекта поставки. Логика «он же шел с телескопом, значит, рассчитан на него» здесь не работает: такие фильтры остаются в комплектах по инерции, и некоторые производители зачем-то продолжают комплектовать ими свои недорогие телескопы.

2. Забыть закрыть крышкой искатель. Труба телескопа защищена апертурным фильтром, но искатель продолжает смотреть на Солнце открытым объективом, и в него рефлекторно заглядывают при наведении.

3. Считать, что вечернее Солнце безопасно. Ослабление яркости у горизонта касается видимого света сильнее, чем инфракрасного. Отсутствие рези в глазах ничего не говорит о безопасности.

4. Использовать пленку фотографической плотности для визуальных наблюдений. Разница в маркировке в одну строчку, разница в пропускании света в 16 раз.

5. Заглянуть в окуляр на секундочку, проверить наводку». Ожог безболезненный, обратной связи нет, и субъективно ничего не происходит до вечера.

6. Делать проекцию рефлектором. Работает ровно до того момента, пока не поплывет крепление вторичного зеркала.

7. Оставить наведенный на Солнце телескоп без присмотра на время перерыва. При уходе от инструмента на объектив надевается крышка, даже если отлучиться надо всего на пару минут.

Короткие выводы

• Фильтр ставится перед объективом и закрывает всю апертуру. Окулярный солнечный фильтр не используется никогда.
• Плотность — для визуальных наблюдений OD=5 (пропускание 0,001%). Фотографическая плотность для глаз не годится.
• Пленка проверяется на просвет перед каждым сеансом, оправа крепится жестко, искатель закрывается.
• Проекция на экран — только с рефрактором до 80–100 мм, простой окуляр, сеансами по несколько минут.
• Наблюдать лучше утром: днем атмосфера дрожит сильнее, и апертура больше 200 мм преимущества не дает.
• Ожог сетчатки не чувствуется в момент получения. Все правила рассчитаны именно на это.

Во время частных фаз солнечного затмения все перечисленное действует без изменений: фильтр не снимается ни на секунду. Обстоятельства ближайшего затмения 12 августа — в отдельной подробной статье..