Hướng dẫn chế tạo kính thiên văn khúc xạ .

Tài liệu kỉ niệm 400 năm kính thiên văn - Hưởng ứng Năm
Thiên Văn Quốc Tế 2009.

Năm 2009 đã được thế giới
chọn là Năm Thiên Văn Quốc Tế để kỉ niệm 400 năm nhà bác học Galileo,
người đầu tiên sử dụng kính thiên văn khám phá bầu trời, làm thay đổi
nhận thức của loài người về thế giới quan.

Kính
thiên văn mà Galileo dùng để quan sát bầu trời là kính thiên văn
khúc xạ, có nguyên lý từ "ống
nhòm Hà Lan" được phát minh bởi Hans Lippershey, là loại kính dùng
các thấu kính để thay đổi đường truyền của ánh sáng, thông qua hiện
tượng khúc xạ, tạo ra ảnh khuyếch đại của vật thể ở xa.
Kính thiên
văn khúc xạ ngày nay được Kepler (1571-1630) cải tiến từ kính thiên văn
đầu tiên do Galileo (1564–1642) chế tạo, sử dụng một vật kính, là thấu
kính hội tụ và kế tiếp ảnh được phóng đại qua thị kính, cũng là một thấu
kính hội tụ, để quan sát.

Thấu kính hội tụ gom các tia sáng đi
qua nó tập trung lại vào một điểm nhỏ, khoảng cách từ điểm này đến thấu
kính gọi là tiêu cự.







Cấu tạo chung của kính khúc xạ cực kỳ đơn giản, chỉ gồm có 2 thấu
kính hội tụ đặt trên cùng 1 đường thẳng, 1 cái ở đằng trước đối diện với
vật thể được quan sát được gọi là vật kính có tiêu cự dài f1; cái ở
đằng sau là chỗ mà mắt ta trực tiếp ngắm vào gọi là thị kính có tiêu cự
ngắn f2.













Nắm được 2 con số f1 và f2 cho ta một số tính năng cơ bản của 1 KTV khi
quan sát các thiên thể ở xa , đó là:
+ Số
phóng đại của kính G=f1/f2 (lần)
+ Chiều dài giữa 2 kính d=f1+f2
đơn vị chiều dài

Kính viễn vọng khúc xạ có trở ngại
chính là sự tán sắc. Vì thủy tinh hay các vật liệu làm thấu kính có
chiết suất khác nhau cho các bước sóng khác nhau. Ví dụ, trong kính
thiên văn quang học hoạt động với cơ chế khúc xạ, điều này khiến hình
ảnh vật ở xa, ví dụ một vì sao hoặc một hành tinh, được bao quanh bởi
những vòng tròn có màu sắc khác nhau.

Chế tạo một kính thiên văn khúc xạ đơn giản
Vật liệu chủ yếu dùng để làm kính là ống nhựa PVC, vừa rẻ và nhẹ. Ngoài
ra cần thêm một số vật liệu khác như gỗ thanh để làm chân, 3 tấm gỗ nhỏ
để làm đế, một ít băng keo xốp hoặc bìa cứng, một vài con ốc…

Nguyên lý thực hiện rất đơn giản: chỉ cần làm cho vật kính và thị kính
nằm trên cùng một trục và có khoảng cách nhìn rõ theo lý thuyết giữa hai
thấu kính là f1 + f2. Để tinh chỉnh tìm khoảng nhìn rõ và do có thể
không biết chính xác được tiêu cự của các thấu kính nên cần làm khoảng
cách giữa 2 thấu kính thay đổi được trong khoảng f1 + f2

HAAC
xin giới thiệu cách lắp một kính thiên văn đơn giản: với vật kính là mắt
kính viễn (kính lão) và thị kính là kính lúp loại nhỏ.

1.
Tròng kính viễn 1 Diop làm vật kính: giá 15 – 20 nghìn, có bán ở các
tiệm kính mắt.
2. Kính lúp tiêu cự 2.5cm: giá 33-35 nghìn, có bán ở
các nhà sách như Minh Khai, Nghuyễn Văn Cừ…
3. Ống PVC phi 60mm
làm thân kính
4. Ống PVC phi 27mm làm ống thị kính
5. Ống PVC
phi 21mm: 3cm
6. Chuyển bậc 60-34 (hoặc 60-42): 1 cái
7. Đầu
nối ống 60mm: 1 cái
8. Giấy bìa rô-ki
9. Băng keo trong bản
nhỏ
10. Băng keo xốp
11. Băng keo hai mặt
...
1. Ống kính:













- Vật kính: sử dụng là kính mắt viễn 1 độ (f1 = 100
cm đường kính 6cm) giá khoảng 10 ngàn đồng. Có thể mua dễ dàng ở các
cửa hàng kính mắt. Lưu ý độ (diop) là nghịch đảo của tiêu cự ví dụ: 1 độ
kính sẽ có tiêu cự 100 cm, 2 độ tiêu cự là 50 cm.
- Thị kính: sử
dụng kính lúp gấp (còn gọi là kính soi vải) mua ở nhà sách (f2 khoảng
2cm đường kính hơn 1 cm) giá 30 ngàn đồng. Kính lúp thường có chất lượng
thấp và gây ra hiện tượng sắc sai, nên có thể thay bằng các thấu kính
trong các thiết bị quang học như: máy ảnh cũ, máy quay phim, kính hiển
vi…





- Phần ống chính của thân ống gồm 2 phần: đoạn Φ60 dài khoảng 90cm
và co giảm bậc từ Φ60 xuống 34 (hoặc 42) với mục đích để dễ dàng gắn ống
chỉnh tiêu cự vào.
- Một ống nối thẳng Φ60, dùng để giữ vật kính.
Ống chính Φ60 và băng keo xốp hoặc bìa cứng lót ở trong sẽ chặn và giữ
vật kính nằm ở giữa.
















- Ống chỉnh tiêu cự là ống Φ27, dài > 15cm, một đầu dán một
lớp băng keo để tránh ống bị tuột ra ngoài khi tinh chỉnh tiêu cự. Băng
keo xốp hai mặt (hoặc bìa cứng) quấn nhiều lớp trên ống Φ27 sao cho vừa
khít đầu Φ42 của co giảm, mặt trong cùng giữ nguyên lớp giấy trơn để ống
27 có thể tịnh tiến dễ dàng
trên lớp băng keo này.










Để thị kính lắp vào đảm bảo đồng trục với ống giữ thị kính, ta phải
làm thêm một bộ phận để chặn giữ thị kính (có tác dụng như gờ của đầu
nối vật kính). Đề làm bộ phận này, ta lấy mẫu ống 21mm đã chuẩn bị từ
trước và quấn băng keo trong lên để tăng đường kính ống đến khi nhét vừa
khít vào ống 27. Cho toàn bộ mẫu ống 21 đã quấn keo vào hẳn trong ống
27 sao cho đầu ống 21 nằm sâu cách miệng ống 27 khoảng 5mm, sau đó lắp
thị kính vào.
Hoặc có thể làm ống chặn này bằng bìa cứng hoặc băng
keo xốp, cần cuốn bìa cứng trong lòng ống 27 để vừa với thị kính như
trong hình.

Lưu ý: với các kích cỡ vật kính và thị kính
khác, cần thay đổi kích cỡ của ống cho phù hợp trên nguyên tắc đảm bảo
cho vật kính và thị kính đồng trục và thay đổi khoảng cách được trong
khoảng f1 + f2 để tìm vị trí nhìn rõ.

2. Chân đế:

Đế
giữ kính: Dùng ống Φ60, dài 200mm làm ống chính, sử dụng 1 nắp
đậy Φ60 gắn ở đầu dùng để bắt chặt vào đế gỗ giữ kính.
- Đế gỗ ghép
từ 3 miếng gỗ nhỏ bằng đinh:
+ 2 miếng dài làm bệ gắn kính, 2 bên có
2 đinh ốc cắm vào ống kính.
Lưu ý khi bắt vít thân ống vào giá dỡ
cần xác định trong tâm của ống kính. Quan sát vật ở rất xa với ống kính
chưa có giá đỡ, và chỉnh cho vật nhìn rõ. Sau đó xác định trong tâm của
ống kính bằng cách tìm vị trí ống kính cân bằng nhất giữa phần đầu và
phần dưới trên 1 điểm tựa.





+ 1 miếng ngắn làm đáy bắt ốc vào nắp PVC Φ60












Chân đế:- Dùng ống nối thẳng Φ42 (đủ dày), chẻ làm 6
miếng như sau để làm tai bắt vào chân gỗ và gắn 6 miếng này vào một đầu
ống Φ60 như sau:









3. Lắp ráp:

Sau khi hoàn tất các chi tiết, lắp ráp lại ta sẽ có môt kính khúc
xạ, với độ phóng đại G = f1/f2, nếu G >10 lần có thể nhìn được các
miệng hố trên mặt trăng, với G khoảng 30 lần tương đương với kính thiên
văn của Galieo có thể nhìn thấy dạng của các hành tinh như Thổ tinh và
Mộc tinh …

Kính khúc xạ với các thấu kính đơn có khuyết điểm bị
sắc sai, để giảm sắc sai của kính có thể dùng các tấm bìa khoét lỗ che
bớt vật kính. Dùng phương pháp này sắc sai sẽ giảm nhưng đồng thời sẽ
làm tối ảnh.

Rất khó khăn để chế tạo được một kính khúc xạ có
chất lượng tốt vì lệ thuộc vào chất lượng của thị kính và vật kính tìm
được. Hiện nay CLB Thiên văn nghiệp dư TP.HCM đã nghiên cứu chế tạo được
các kính thiên văn phản xạ có chất lượng cao hơn hẳn.Hướng
dẫn thêm về các làm kính và mẫu chân đế đơn giản hơn chỉ làm bằng ống
nước (tuy nhiên độ tiện dụng và ổn định không cao) xin
các bạn xem link bên dưới

[You must be registered and logged in to see this link.]











4.Câu hỏi thường gặp:

1- Tôi đã làm như hướng dẫn nhưng không
nhìn thấy gì cả?
Bạn cần xem lại đã mua đúng thông số của vật
kính chưa, cần chú ý qui đổi từ độ (diop, độ tụ) sang tiêu cự theo công
thức f=1/D với D là độ tụ.
Tính toán chiều dài kính cho hợp lý,
khi quan sát vật ở xa vô cùng như các thiên thể thì khoảng cách từ vật
kính đến thị kính là f1+f2.
Chú ý vật kính và thị kính phải đồng
trục. Ngoài ra ảnh kém còn do chất lượng của thị kính và vật kính tìm
được.
Với các vật liệu vietastro hướng dẫn nếu làm tốt thì bạn có
thể quan sát được rõ các miệng hố của Mặt trăng, với vật liệu tốt hơn có
thể nhìn được các đốm vệ tinh của Sao Mộc và dạng vành Sao Thổ


2- Ảnh nhìn được rất mờ?
Bạn
cần xem lại:
- Sự đồng trục của thị kính và vật kính
- Tinh
chỉnh khoảng cách từ vật kính đến thị kính để tìm khoảng nhìn rõ.
-
Đặt mắt hợp lý: khoảng nhìn cho ảnh đầy và rõ nhất là khi bạn đặt mắt
cách thị kính bằng tiêu cự của nó. Do đó cần di chuyển khoảng cách mắt
với thị kính để tìm khoảng rõ.
- Yếu tố khách quan: chất lượng thị
kính và vật kính.

3- Tại sao nhìn
cảnh vật rất rõ nhưng nhìn thiên văn lại rất mờ?
- Khoảng
cách để nhìn rõ từ vật kính đến thị kính sẽ dài hơn khi bạn nhìn vật ở
gần và tiến đến =f1+f2 khi nhìn vật xa vô cùng như trăng sao, đo đó bạn
cần làm ống thị kính thay đổi khoảng cách được với vật kính để tinh
chỉnh khoảng nhìn rõ. Ngoài ra cần có 1 chân đế vững chãi để tinh chỉnh
được khoảng các rõ nhất từ vật kính đến thị kính khi ngắm các thiên thể.
Bạn cần che bớt rìa vật kính khi quan sát thiên thể để giảm quang sai.

4- Tôi muốn có độ phóng đại cao nên đã
dùng thị kính có tiêu cự nhỏ nhưng tại sao ảnh lại càng tệ?

Bạn cần nhớ độ phóng đại hữu dụng của một
kính thiên văn tối đa vào khoảng 2 lần đường kính vật kính(mm).
Ví dụ đường kính vật kính là d=60mm thì độ phóng đại tối đa là 120 lần.
Với các vật kính là kính viễn thì để giảm sắc sai ta phải che vật kính
lại có khi chỉ còn khoảng dưới 20mm và như vậy độ phóng đại tối đa cho
ảnh tốt chỉ khoảng 30-40 lần.
Với vật kính là kính viễn đường kính
60mm f=1 mét (1 điop) thì chỉ nên dùng thị kính có tiêu cự nhỏ nhất
khoảng 3-2cm là hợp lý.
Ngoài yếu tố vật kính thì các thị kính đơn
có tiêu cự càng nhỏ lại làm tăng sắc sai, các thị kính ghép có giá rất
đắt. Tuy nhiên thị kính là các vật kính của kính hiển vi và các hệ thấu
kính của máy ảnh cho chất lượng khá tốt.

5- Với kính tự chế bằng kính viễn và kính lúp thì thông số nào là
hợp lý.
Vật kính có tiêu cự ngắn, bán kính cong của vật kính
càng lớn thì càng gây ra sắc sai nhiều. Như vậy dùng vật kính 1 điop
tiêu cự 1 m sẽ tốt hơn vật kính 2 diop tiêu cự 0.5m. Tuy nhiên khi tiêu
cự vật kính càng dài thì sẽ rất khó cho thị kính và vật kính đồng trục,
Vì thế thông số vật kính là kính viễn hay được lựa chọn nhất là 1 độ (
f=1m)

6- Tôi hỏi mua vật
kính nhưng người bán không biết tiêu cự là gì?
Người bán ở các
tiệm kính thuốc không hề biết khái niệm vật kính và tiêu cự
là gì cả, họ chỉ biết kính lão hay
kính viễn và thông số bao nhiêu độ mà thôi, do đó bạn cần lưu ý tự qui đổi từ tiêu cự bạn
cần sang độ và hỏi mua.
Lưu ý thêm chỉ nên mua loại bằng thủy tinh
giá rẻ khoảng 10-20 ngàn tùy nơi bán, không nên mua loại bằng nhựa mặc
dù rất đắt nhưng chất lượng không tốt hơn cho mục đích làm kính thiên
văn (rất dễ bị trầy xước).

Theo HAAC