Мой самодельный гелиоскоп или как увидеть солнечные пятна

Мысль о том, чтобы рассмотреть Солнце поближе, посещает многих. Увеличенное изображение объектов дает нам телескоп или подзорная труба. Поднеся камеру смартфона к глазку окуляра, можно зафиксировать увеличенное изображение. Например, я сделал вот такой увеличенный снимок пейзажа (с опорой ЛЭП) с помощью камеры смартфона и подзорной трубы "Турист-3", установленной на штатив:
слева - увеличенное изображение, справа - обычное

При таком способе фотографирования сложно зафиксировать камеру смартфона в нужном положении, поэтому выпускаются даже специальные адаптеры для такого вида фотосъемки.

Но известный анекдот "На Солнце в телескоп можно посмотреть дважды: один раз левым глазом и один раз – правым" придуман не зря :-) Британский астроном Марк Томпсон (Mark Thompson) показал, как прожигается!!! глаз свиньи, находящийся вблизи окуляра телескопа, направленного на Солнце. Когда я подносил палец к окуляру подзорной трубы, наведенной на Солнце, болезненные ощущения появлялись уже через несколько секунд.

Как же быть? Как наблюдать Солнце?

Подробные инструкции о наблюдении Солнца приведены здесь.

Можно использовать светофильтр (затемняющее стекло), поместив его перед объективом телескопа или подзорной трубы или за окуляром. Для фильтров перед объективом сейчас используют специальную пленку - Astrosolar (BAADER AstroSolar™ Safety Film):

Эта пленка является очень (12 мкм) тонкой фольгой. Пленка с оптической плотностью 5,0 (для визуальных наблюдений) снижает интенсивность солнечного света на 99,999% (световой поток ослабляется в 10⁵ раз)!!!
Пленка с оптической плотностью 3,8 предназначена только для фотографирования!

Вот снимок Солнца, сделанный с помощью телескопа и фильтра Astrosolar (автор - Radoslaw Ziomber):

Следует отметить, что некоторые самодельные фильтры хотя и сильно ослабляют солнечное излучение в видимом диапазоне, но хорошо пропускают инфракрасное излучение (ИК)!

В качестве доступных фильтров можно использовать:

дискеты:

дискета удовлетворительно поглощает ИК-излучение, но дает низкокачественную картину солнечного диска;

компакт-диски:

толщина алюминиевого покрытия на CD и DVD-дисках широко варьируется (обычно - сотни нанометров). Диск можно использовать как солнечный фильтр, если через него нить накала светящейся лампочки накаливания едва видна (это рекомендуется здесь).
Но диск должен быть без покрытия из краски (оно искажает изображение), например, подходит двусторонний DVD-диск:

Вот изображение нити накала лампочки через один диск (слева) и два сложенных вместе таких диска (справа):

Но изображение Солнца получается очень некачественным:

Можно поступить проще - проецировать изображение с окуляра подзорной трубы (или телескопа) на белый экран (например, лист глянцевого картона). Вот и получился гелиоскоп (англ. helioscope):

Вот как описывается гелиоскоп в энциклопедии Брокгауза и Ефрона:

А вот что говорится о гелиоскопе в журнале "Природа" № 4 за 1912 год:

Гелиоскоп описан в журнале "Юный техник" №7 за 1964 год:

Окуляр необходим, так как изображение Солнца, получаемое в главном фокусе объектива, весьма мало (около 1/107 фокусного расстояния) - размер изображения Солнца в сантиметрах приближенно равен фокусному расстоянию в метрах. При этом размеры изображения зависят от силы окуляра - чем сильнее окуляр (чем меньше его фокусное расстояние), тем больше получаемое изображение.

Рекомендуется использовать телескопы с диаметром объектива до 80 мм, так как в больших телескопах концентированный световой пучок может их повредить.

Гелиоскоп, приспособленный для фотографирования Солнца, называется гелиограф. Для того, чтобы следить за перемещением Солнца по небосводу, используется вращающееся зеркало - гелиостат, позволяющее гелиоскопу оставаться неподвижным.

Впервые гелиоскоп был использован итальянским математиком Бенедетто Кастелли (Benedetto Castelli), описавшего его в письме Галилео Галилею (Galileo Galilei).

Бенедетто Кастелли

С помощью гелиоскопа Галилей показывал солнечные пятна астрономам в Риме. От Галилея о технике проецирования изображения Солнца узнал немецкий физик и астроном Кристоф Шейнер (Christoph Scheiner). Он изучал с помощью своей системы, которую он назвал Heliotropii Telioscopici, солнечные пятна:

Я в ясный день установил подзорную трубу "Турист-3" (20х50: увеличение 20 крат, световой диаметр объектива 50 мм, угол поля зрения 2 градуса, диаметр выходного зрачка 2,5 мм) на штатив, навел ее на Солнце и поднес со стороны окуляра экран - лист глянцевого картона от настенного календаря:

Для защиты от рассеянного солнечного света можно надеть на окулярный конец трубы картонный экран.

Если расположить экран слишком близко, то изображение Солнца слишком яркое и маленькое:

Если слишком далеко - тусклое и расплывчатое. Вот здесь автор пишет, что с помощью 62 мм телескопа-рефрактора он получал изображение Солнца диаметром 15 см.
Для своей подзорной трубы на расстоянии 22 см я получал изображение Солнца диаметром 4 см.

На оптимальном расстоянии изображение я получил такое изображение (11 июня 2017 года):

Для проверки я сравнил его с текущим изображением с сайта https://soho.nascom.nasa.gov/data/realtime-images.html -

изображение SDO HMI Continuum (в видимом спектре):

SDO - Solar Dynamics Observatory - солнечная обсерватория НАСА
HMI - Helioseismic and Magnetic Imager

Как видно, на моем изображении и изображении со спутника на Солнце полностью отсутствуют пятна!!! Солнечные пятна - это области с пониженной на 1500 градусов температурой по сравнению с соседними областями фотосферы. В солнечных пятнах выходят сильные магнитные поля (с магнитной индукцией до 0,4 Тл). Отсутствие пятен говорит о пониженной солнечной активности (сейчас завершается 24-й цикл солнечной активности). В случае продолжительного снижения солнечной активности нас могут ждать различные неожиданности, вплоть до наступления малого ледникового периода.

Сведения о текущих активных областях Солнца приводятся здесь.

16 июня 2017 года на Солнце появилось три пятна:
изображение SDO HMI Continuum (в видимом спектре)

Мне удалось зафиксировать их с помощью моего гелиоскопа!
"сырая" фотография

фотография, обработанная в графическом редакторе

К 19 июня на Солнце осталось одно пятно:

А вот так поверхность Солнца выглядела утром 8 июля 2017 года:

Моя фотография подтверждается снимком SDO/HMI Continuum:

На этих снимках видна группа пятен с номером AR12665.

Области пятен (англ. active regions, AR) нумеруются последовательно, начиная с 5 января 1972 года.

К 10 июля  эта группа пятен сместилась ближе к центру видимого диска Солнца:

К 25 июля на видимом диске Солнца пятен не осталось:

К началу августа из-за вращения Солнца группа пятен 12665 опять появилась на видимом диске Солнца, получив теперь номер AR12670 (также она обозначается и как 2670 - ведущая единица часто пропускается):

Примеры самодельных гелиоскопов

Вот здесь описан самодельный гелиоскоп из проектора.
Здесь описано строительство гелиоскопа для детской летней школы в Испании.

Прохождения планет по диску Солнца

Большой интерес представляет наблюдение прохождения Меркурия по диску Солнца. Подробнее об этом можно прочитать здесь. Ближайшее прохождение Меркурия по диску Солнца состоится 11 ноября 2019 года. Прохождение Венеры по диску Солнца - гораздо более редкое событие, ближайшее состоится через 100 лет, 11 декабря 2117 года :-)

Продолжение следует