「ガリレオ望遠鏡の謎(ミステリー)」に挑む その6

今日は下り坂の天気予報・・・

でも昼を過ぎても良い天気。

ならば雨が降り出す前に!と、せっせと外作業をしていたら、頑張りすぎたのか植木の植え替え中に「ギクッ!」と腰を(かなり久々ですが)やってしまいました。

しばらくおとなしくしていたいと思います。

さて「ガリミス」の続きです。

シングルレンズの接眼で20倍のケプラー式とガリレオ式の望遠鏡を覗くと視界が圧倒的にケプラー式のほうが広く、ケプラー式の圧勝のような気がします。

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上は昨日掲載した写真を一つにまとめたものです。(左の広い視界がケプラー式、右の狭い視界がガリレオ式です。)

でも、しつこくガリレオ式を眺めていると面白いことに気づきます。

(前にも書いたのですが)ガリレオ式は眼を接眼レンズに近づけて固定した状態では見える範囲は上のようにとても狭いのですが、眼の位置を上下左右に振るとそれに応じて見えていなかった下上右左が見えるようになります。

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上の写真はスマホのカメラでカメラレンズを中心から少しずつ上にずらしながら写した写真を合成した物です。

少し眼の位置を動かしながらぐるりと見回すとはじめ見えていた視野円の上下左右に倍以上、つまり3~4倍くらいの視野角(面積は9~16倍)を良像範囲として見ることができ(写真で内側の円)、とりあえず見えるという範囲は5倍くらい(面積は25倍)の範囲を見渡すことができます。(写真では外側の円ですが、この範囲はケプラー式で一望できる視野角と大差ありません。)

この20倍のガリレオ式望遠鏡の視点固定での視界は月が半分しか見えないくらいのですが、視点を移動すれば月全体を充分に良像範囲として観察することができます。

ガリレオさんが実際に使っていた望遠鏡より倍くらい視界が広いのですが、ガリレオさんの望遠鏡でも視点移動により月全体をなんとか一度に見ることができるくらいの視野があったと推測できます。

ケプラー式の見え方は写真で見るととても良さそうなのですが、実はアイポイントがかなりシビアーで、少しでも眼の位置が悪いとブラックアウトしたり、視界が狭くなったりします。

ガリレオ式が接眼レンズに目を近づけてゆけば何がしか見えてくるのとはかなり違った、ちょっとよそよそしい見え方をします。

見えている像をよく見て行くと、ケプラー式の良像範囲は中心のごく一部のみで、周辺に外れるほどドンドンぼやけて行きます。

良く見える範囲はガリレオ式で見たときの視点固定で見える範囲の中くらいです。

ガリレオ式が視点移動をすればその3倍くらいの良像範囲があるのとは対照的です。

実際にこの2本の鏡筒で月を見てみました。

ケプラー式は月を中心に置くと、中心像は(低倍率の時と同じように)若干ガリレオ式より良い感じがするのですが、月の周囲には月の視直径の5分の1くらいの太さの青い色収差がぐるりととり巻き、月の周辺部はとても細かいところまで見えません。

一方、ガリレオ式は視点固定では月の半分くらいの範囲しか見えませんが、視点移動すれば望遠鏡を動かさなくても月全体を細かく観察することができました。

風景を眺めるだけならまだしも、天体観測をするためには良像範囲が広い方が有利です。

ガリレオさんがこの二つの方式を本当に試したかどうかは謎のままですが、私ならば迷わず天体観測にはガリレオ式を使うだろうと思います。

さてここまでは対物レンズに現代のアクロマートレンズを使用しています。

詳しい方が見れば、ガリレオ式に有利な設定のように思われる部分もあるかも知れません。

まあ望遠鏡(対物)は現代の物でもシングルレンズ接眼のケプラー式/ガリレオ式の同倍率の比較を大真面目にやった人もそう多くはないと思いますので、少しは参考になるのではないかと思います。

でもまだシングルレンズ対物での比較も予定していますのでお楽しみに。
(・・・って、そういう人はとても少ないとは思うのですが・・・)

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「ガリレオ望遠鏡の謎(ミステリー)」に挑む その5

昨日に続き今日も曇り空の一日でした。

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さて昨日に続き今日も「ガリミス」シリーズです。

昨日はガリレオさんが貴族向けに販売した望遠鏡がガリレオ式でなければいけなかった理由を解明しました。

確かに対物、接眼ともシングルレンズという制約の中では、低倍率ではガリレオ式が圧倒的に有利だったのですが、ガリレオさん自身が様々な観測に使用していた高倍率(15~30倍程度)の望遠鏡もガリレオ式だったのです。

ガリレオ式望遠鏡の欠点として「視野が狭い」というのが一番に揚げられることが多いです。

低倍率では問題にならなかった視野は倍率の二乗に比例して狭くなって行くのです。

ガリレオさんが観測に一番よく使ったと言われている15倍の望遠鏡の実視界は10分の1度ほどしかなかったと言われています。

10分の1度というのは月を見たとき、月の視直径の5分の1しか見えないことになります。

現代のケプラー式望遠鏡なら500倍くらいの倍率でもこのくらいの範囲が見えます。

でも500倍の倍率の望遠鏡だと天体を導入するだけでも職人芸レベルの技が必要で、なぜガリレオさんがそんな使いづらい物を使い続けたのか、なぜもっと広い視界の得られるケプラー式を使わなかったのかというのが今日の「謎(ミステリー)」です。

しつこいですがガリレオさんは実験科学の父と呼ばれる人で、とにかく実験をして証明できないと気が済まない人であったようです。

ガリレオさんはレンズを組合わせると遠くの物が大きく見える望遠鏡なる物が発明されたという噂を聞いただけで、自分で望遠鏡を作り上げた人です。

ケプラー式も試さなかった訳はないと私は思うのです。

というわけで低倍率の比較に続き、高倍率(20倍)の望遠鏡もケプラー式とガリレオ式も実際の望遠鏡で比較してみました。

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対物レンズは低倍率用と同じく口径50mmとし、焦点距離を低倍率用の2倍の600mmとしました。

私がお気に入りの望遠鏡でもあるスコープテックのラプトル50の鏡筒そのものですが、ガリレオ式では焦点位置がかなり内側になるので純正のままだとドロチューブ径が細いため口径食が起こるので、31.7mm対応の太ドロチューブに変更しています。(ケプラー式では口径食は発生しないので純正のまま使用します。)

接眼レンズはケプラー式の凸レンズ、ガリレオ式の凹レンズとも30mmとし、20倍の倍率が得られるようにしました。

月や木星、土星などをじっくり見比べたかったので、赤道儀の架台に載せています。

この望遠鏡で実際に風景を見ると・・・・

ケプラー式では

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ガリレオ式では

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「ガリレオ式、狭っ!!」という感じですね。

これでもガリレオさんが実際に使った物より口径が大きく、焦点距離も短いので2倍近く広い範囲が見えています。

ちょっとこの二つの望遠鏡を覗いただけでは、上の写真を見比べるのと同じく、ケプラー式の圧勝のような気がします。

でも、じっくり見比べていると「おやッ・・」と思い始め、だんだんガリレオさんの気持ちが分かってきて、ガリレイ式のほうがよいかも・・・と思えるようになってくるのです。

その「おやッ・・」とはどんなものなのか次回に解説したいと思います。

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「ガリレオ望遠鏡の謎(ミステリー)」に挑む その4

今日は1週間ぶりに終日曇り。

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火星と土星の観察が絶好期で、月も木星も良く見える日が続いていたので、さすがに少しホッとしています。

さて少し間が開いてしまいましたが「ガリミスに挑む」 の続きです。

これまでの3話で経緯、どんな機材を準備したかを書きましたが、今日は実際の見え味の比較です。

実験科学の父と呼ばれるガリレオさんが、現代では主流となっているケプラー式の光学系を使わず、ガリレオ式にこだわったのかを実際に望遠鏡を見比べてその謎に迫ろうというのが今回の企画です。

ガリレオさんは生涯に100台以上の望遠鏡を製作したと言われているのですが、それは彼の重要な資金源であったようです。

ガリレオさんには病気でお金の掛かる家族がいて、これを養うために良く見えると評判のガリレオ印の望遠鏡を貴族相手に売りさばいていたようなのです。

貴族(=素人)相手の商売ですから、それほど高倍率は必要なかったことでしょう。

倒立像(逆さまに)見えるケプラー式よりも正立像のガリレオ式のほうが受けが良かったと思います。

低倍率の望遠鏡を作るためには、対物レンズの焦点距離を短く、接眼レンズの焦点距離を長すれば良いわけです。

対物の焦点距離を300mm、接眼のそれを60mmで5倍くらいの仕様というのがわりと作りやすかったのではないかと考えて作ったのが下の機種です。

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口径50mm、焦点距離300mm(F6)のアクロマートレンズにそれぞれ焦点距離60mmの凸レンズ(上)、凹レンズ(下)を組み込んだ鏡筒です。

これで景色や星を見たらどうなるのか・・・・

対物の口径が大きすぎて、性能が良すぎることもあるのですが、この勝負は圧倒的にガリレオ式の勝ちです。

まず予想外だったのですが実視界がガリレオ式のほうが広いです。

またケプラー式は視野の3分の1程度しか良像範囲がなく、それを外れると像が乱れ、色収差も気になります。

中心像だけを見るとケプラー式のほうが色収差が少なく若干鋭い感じがして、ガリレオ式はわずかな色収差が視野全体にある感じがします。

ただケプラー式はこの倍率(5倍でアクロマートレンズ)でも良像範囲は月の視直径ほどしかありません。

ガリレオ式の場合、焦点距離が同じなら口径に比例して視野は狭くなるのですが、目の位置を上下左右に動かすと視点を固定していたときよりもさらに広い範囲を見渡すことができ、視点固定の時に消える範囲を外れても良像が得られます。

このくらいの倍率ですとシングルレンズの一般的な有効径である20mm位でも視点移動をすればケプラー式と同等の実視界と同等以上の良像範囲が得られるはずです。

また上の写真でお気づきかどうか、上の写真はどちらもほぼ無限遠にピントが合った状態の長さです。

光学系の理論上、ケプラー式は(対物の焦点距離+接眼の焦点距離)の長さの鏡筒が必要ですが、ガリレオ式は(対物の焦点距離-接眼の焦点距離+α)で済むのでとてもコンパクトになります。

素人さんの貴族相手に
・正立像であること
・十分な実視界と良像範囲
・取り扱いやすいコンパクト設計
という当時のレンズ製作技術では(ケプラー式に較べて)圧倒的に高性能なガリレオ式を売るというのはとても当然のことだったと推測できます。

以上、多少推測の部分もあります。

また実際に覗いた感じを感覚的にしか表現できない(うまく写真に撮ることができない)ので何ともわかりづらく申し訳ないです。

しばらくの間、実機をスタパでご覧頂けるよう展示したいと思います。

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今日も晴れ

今朝は雲が多くて、ここのところ好天が続いたのでいよいよ崩れるのかと思いきや、昼間は今年最高気温!

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ペンション連合会の会議で甲府に下りていたのですが、軽く30度越えでビックリでした。

今夜も良く晴れて、夏らしいわりと安定した気流状態となり、接近中の火星が良く見えました。

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土星も良く見えました。

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もちろん月も良く見えていました。

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毎日観測ができるのはありがたいのですが、その後処理が必要なので睡眠時間が少なくなってしまい、嬉しい悲鳴というかうめきが漏れます・・・・

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今日は木星と火星を撮りました

今日も良い天気。

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この時期これだけ好天が続くのは珍しく、ありがたいことです。

スタパ前の畑はマルチ(土を覆うビニールシート)が敷かれすっかり準備万端といった感じです。

さてゲストが少なく、今夜はわりと早い時刻に身体が空いたので木星の画像を撮ることができました。

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というより、ここのところ観察会が終わる時刻には木星が西の森に隠れてしまいなかなか撮れなかったのと、今日は観察会の前に大赤斑がちょうど良いところに居そうだということが分かっていたので、少し早めにドームを開けて撮影しました。

あまり気流が良くなかったのですが、なんとなく雰囲気は伝わる絵になったと思います。

そして火星も昨日より少し早い時刻に撮影することができました。

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そのおかげで昨日とは少し違った模様の見え方をしています。

火星の自転周期(一日)は地球より約40分長いので、毎日同じ時刻に火星を見ると火星面の経度にして約10度ズレた場所が見える事になります。

なので毎日同じ時刻に観察して火星面全部を見ようとすると1ヶ月以上の日にちが必要になります。

そんなことをしているうちに火星はドンドン遠ざかり観測がし辛くなったり、途中で「大黄雲」という嵐が起こって模様が見えなくなってしまったりと、なかなか全部の模様を見ることができないままシーズンが終わってしまうことが多いです。

天気が悪かったり、気流が悪かったりとなかなか条件の良い日も少ないので、火星は観察するのがなかなか難しい天体と言えます。

その難しさ故に火星人の存在が大まじめで語られるほどのことになったのかも知れません。

さてそして今夜も月を撮りました。

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満月を過ぎて右側にクレーターが見え始めました。

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今夜も火星を撮る

今日も気持ちのよい好天。

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今日は今年初めて半袖でマルスの散歩をしました。

いつもの年よりずいぶん早い気がします。

さて今夜は満月。

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厳密には明日(5/22)の午前6時14分が満月になりますが、明日の夜より今夜のほうが満月に近いので、より真円に近い月が今夜になります。

より真円に近いといえば、火星が明日「衝」となり、太陽-地球-火星が一直線に並びます。(厳密には今接近で一直線に一番近い状態になります。)

最接近は5月31日なのですが、より真円に近いのは最接近の31日より明日ということになります。

ということで週末ですが真円に近い火星を昨日に続き撮影しました。

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昨日より少し早い時刻に撮影できたので、昨日と少し違う部分の模様が見えます。

今日は左上にステラナビゲーター10でシミュレーションした火星の画像を加えました。

なんとなく同じ物を写しているということがわかると思います。

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月・火・土を撮る その2

今日の日中は何とも寝ぼけた天候でした。

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でも夜になってまずまずのお天気。

とはいえ満月が近く、少し霞んでいるので星は都会並みの見え方です。

こんな天気では明るい天体(=月と惑星)しか観測できないのですが、開き直ってその月と絶好期を迎えた火星と土星の撮影をしました。

まずは月。

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霞が掛かっているせいもあって、とても黄色く感じる月でした。

次に火星。

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前回よりもシーイングが少し良いのと拡大率を2倍にして撮影したのでだいぶそれらしくなりましたが、何とも寝ぼけた画像です。

そして土星。

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こちらも少し寝ぼけた画像ですが、それなりに写ってくれました。

以上をまとめて動画にしてみました。

お目汚しですが、お暇なときにでもご覧下さい。

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月の動画を編集してみた

スタパ近くの高原大橋周辺では藤の花が満開です。

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今日の昼間は雲の多い天候でしたが、夜には何とかく雲がが切れてくれて、月を見ることができました。

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さて昨晩は火星や土星の撮影をする合間に、月の動画も撮っていました。

ここのところ動画にはまっていて見返すとあまりにもベタで(変化がなくて)面白くないので、昨晩はいろいろな焦点距離で大きさの違う月を撮影して、それを見比べられるように動画を編集してみました。

・660mm(VixenED102SS)
・1320mm(660mm+バロー)
・2520mm(4000mm+0.63レデューサー)
・4000mm(LX200=40)
の4パターンで、いずれもオリンパスE-M10の直接焦点撮影ですので、35mm版換算では上記の2倍の焦点距離の画角に等しくなります。

焦点距離が長くなるに従いシーイングや風の影響を大きく受けることが分かりますね。

オマケで昨日アップした火星の画像の元動画です。

肉眼で見たときの雰囲気に近いのですが、肉眼ではもっと明るくてコントラストが低く模様はもっと薄く見えます。

でも細かいところはもう少し良く見えていたような気がします。

なかなか見たとおりには写らないのがもどかしいところです。

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月・火・土を撮る

今日も素晴らしく良い天気。

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爽やかな高原の一日が楽しめました。

さて夜も良い天気。

月が明るいので暗い星は見えませんが、シーイングはまあまあといったところ。

明るい月・惑星を撮ることにしました。

まずは月。

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今日も動画を撮って見ましたが、処理が間に合わないので紹介は明日以降に明日以降にします。

そして最接近がだいぶ近くなった火星。

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肉眼ではこんなにハッキリとは見えませんが、それでもなんとなく火星面上が一様な明るさでないのが分かります。

目の慣れた人が見ると、火星面上の大まかな模様を見分けることができます。

そして土星。

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何とも寝ぼけた写りですが、今日は肉眼ではもう少し良く見えました。

土星も火星も今年は南に低い位置で衝を迎えるので、観測条件の良い期間は意外と短いです。

どちらもスタパの観測室からはこの先8月中旬くらいまでが見頃となります。

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今夜も月の動画を

今日の天候はゆっくりと回復方向

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朝は雨でしたが、午後は曇りに。

そして夕刻にはもの凄い夕焼け・・・

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刻々と変化してゆく空の色はとても見応えがありました。

さてそして夜にはもの凄い透明度の晴れ。

残念ながら月齢11の明るい月があって暗い星は見えないのですが、星の色がよく分かるような気がするほどの透明度でした。

もう一つ残念なのは接近中の火星がキラキラちらついて見えるほど気流が悪く、月の拡大撮影や惑星観測にも向かない感じでした。

せめて月の全景を撮りましたが・・・・

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何枚か撮るうちに何とか使える画像がありましたが、解像度は今一つです。

それならば、いっそユラユラ揺れる様子を撮影してみようということで、ビクセンED102SSの直接焦点にE-M10を着けて動画を撮って見ました。

普通のシーイングであれば月の全景の状態でここまで揺れないのと、あえて西側の木立に差し掛かるところを撮影しましたので、木の影がユラユラ月の上を通って面白い動画になりました。

何か動きがないとせっかく動画で撮っても面白みがないですので、むしろ正解でした。

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