TÀI LIỆU CHẾ TẠO KÍNH PHẢN XẠ-CLB THIÊN VĂN NGHIỆP DƯ TP HCM

Để khắc phục được nhược điểm này cần phải có phương pháp ghép các thấu kính rất phức tạp, vì thế kính thiên văn khúc xạ chất lượng có giá rất cao so với kính thiên văn phản xạ cùng thông

TÀI LIỆU CHẾ TẠO KÍNH PHẢN XẠ

I Giới thiệu chung:

1 Giới thiệu về kính thiên văn phản xạ:

Năm 1609, nhà bác học Galieo là người đầu tiên sử dụng kính thiên văn để quan sát bầu trời, và

đây là cột mốc mở ra một chương mới trong lịch sử nghiên cứu khoa học của nhân loại: kính

thiên văn đã mang đến một cái nhìn vượt xa trí tưởng tượng của loài người lúc đó

Thế nhưng kính thiên văn khúc xạ mà Galieo sử dụng đã vướng phải một trở ngại rất khó vượt

qua trong việc chế tạo, đó là hiện tượng quang sai: độ phóng đại càng cao thì ảnh càng bị viền

màu không rõ nét Để khắc phục được nhược điểm này cần phải có phương pháp ghép các thấu

kính rất phức tạp, vì thế kính thiên văn khúc xạ chất lượng có giá rất cao so với kính thiên văn

phản xạ cùng thông số

Ngày nay các kính thiên văn lớn đều được chế tạo theo kiểu phản xạ, và đây cũng là kiểu kính

thiên văn mà dân thiên văn nghiệp dư trên thế giới và ở Việt Nam hướng đến trong việc chế tạo

để có một công cụ quan sát thật sự đáp ứng được ước mơ khám phá bầu trời

Kính thiên văn phản xạ được nhà bác học Newton giới thiệu vào năm 1668, bằng việc sử dụng

gương thay cho thấu kính nó đã loại bỏ hiện tượng sắc sai do khúc xạ ở thấu kính và hình ảnh

quan sát được sẽ tốt hơn nhiều

Nhưng ý nghĩa lớn nhất cho giới nghiệp dư là việc chế tạo gương cầu có thể thực hiện dễ dàng

hơn nhiều với chế tạo các thấu kính, đặc biệt là có thể tự chế tạo cho mình các kính thiên văn có

độ phóng đại lớn không còn phải vượt qua trở ngại sắc sai như ở kính khúc xạ nữa

Tại Việt Nam việc chế tạo kính thiên văn đã có từ rất lâu nhưng chỉ dừng lại ở mức lắp ráp các

kính thiên văn khúc xạ từ các thấu kính có sẵn tìm được vì vậy chất lượng kính rất kém

Với kiểu kính phản xạ, việc chế tạo khó khăn do không có sẵn các gương cầu đáp ứng được

thông số và chất lượng để làm kính

Đến năm 2006, anh Lê Quang Thủy và một số thành viên CLB Thiên Văn Nghiệp Dư TP.HCM

sau quá trình nghiên cứu và học tập các kinh nghiệm từ nước ngoài đã thành công trong việc mài

gương cầu hoàn toàn bằng tay với các vật liệu dễ tìm thấy trong cuộc sống Hiện nay việc mài

gương và chế tạo kính thiên văn phản xạ đang là một hướng đi mới trong việc chế tạo kính thiên

văn của cộng đồng yêu thiên văn Việt Nam, các kính thiên văn tự chế tạo có khả năng quan sát

không thua gì những kính mua trong khi chi phí bỏ ra lại thấp hơn rất nhiều lần

Qua tài liệu này HAAC, hi vọng các bạn có thể tự chế tạo được một kính thiên văn phản xạ để

thỏa ước mơ quan sát bầu trời của mình

Gương cầu các bạn có thể tự mài theo tài liệu hướng dẫn có ở diễn đàn http://vietastro.org/forum

hoặc mua của CLB hoặc anh Việt tại Hà Nội

Giới thiệu một số kính thiên văn tự chế:

2 Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động của kính phản xạ khá đơn giản:

Ánh sáng từ một sao ở rất xa sẽ phản xạ trên gương cầu và hội tụ về tiêu điểm của gương

Gương chéo đặt nghiêng 45 độ trên quang trục gương sẽ hướng chùm tia hội tụ ra ngoài ống kính,

qua thị kính, là một thấu kính hoặc một hệ thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn, đến mắt người quan

sát Kiểu kính này còn được gọi là kính Newton

Kiến thức quang học cơ bản cần biết:

- Tiêu điểm và tiêu cự:

Ánh sáng đơn sắc đi qua thấu kính hội tụ hoặc phản xạ từ gương cầu sẽ hội tụ tại một điểm

gọi là tiêu điểm Khoảng cách từ tiêu điểm đến gương hoặc thấu kính gọi là tiêu cự

- Độ phóng đại (hay độ bội giác) của kính thiên văn:

Kính thiên văn sử dụng vật kính là thấu kính hội tụ hay gương cầu có tiêu cự dài (F) và thị

kính cũng là thấu kính hội tụ nhưng có tiêu cự ngắn (f) Khi quan sát thiên thể hoặc các vật ở

rất xa thì để ảnh rõ nét sẽ phải chỉnh sao cho tiêu điểm của vật kính trùng với tiêu điểm của

thị kính Có nghĩa là khoảng cách từ vật kính đến thị kính lúc này là d=F+f

Độ phóng đại sẽ được tính là G= F/f

Spider : giá đỡ gương chéo (hoặc lăng kính)

Diagonal: gương chéo

Focuser : bộ điều tiêu hay bộ chỉnh tiêu cự

Eyepiece: thị kính

Dobson : tên kiểu giá đỡ kính

2 Thông số kính:

Kính phản xạ trong phần hướng dẫn này sẽ được lấy theo mẫu kính đã được làm rất nhiều trong

CLB thiên văn nghiệp dư TP.HCM với các thông số chính như sau:

- Gương cầu lõm có đường kính D = 115mm, tiêu cự F = 1000mm Tì số tiêu cự là F/8.7

- Ống ngắm mục tiêu: đường kính vật kính d = 60mm

3 Hướng dẫn từng bước chế tạo kính:

Các thành phần chính của kính như hình vẽ sau:

Hình: 01 Bao gồm:

+ Gương cầu :115mm tiêu cự 1000m

+ Hộp giữ gương: nắp bịt ống PVC Φ 140mm

+ Ống kính : ống PVC Φ 140mm

+ Gương chéo (diagonal) : Lăng kính hoặc dùng gương soi bạc phía sau đã tẩy vecni để phản

chiếu

+ Giá đỡ gương chéo (spider)

+ Bộ điều tiêu (focuser): ống nước tùy loại thị kính mà chọn ống phù hợp

+ Thị kính: mua với giá 100k-200k với thị kính chuẩn của kính thiên văn, hoặc có thể chế lại từ

vật kính kính hiển vi, thấu kính máy ảnh mua ở các khu chợ trời

+ Ống ngắm mục tiêu (finder)

+ Tai quay: bằng gỗ tròn

+ Giá đỡ kính: gỗ hoặc ống nước

Trình tự chế tạo sẽ như sau, nhưng có thể linh hoạt mà làm cái nào thuận lợi trước cũng được:

b1 Hộp giữ gương Æ b2 Thân ống kính Æ b3 Bộ điều tiêu + Ống ngắm mục tiêu + Giá đỡ

gương chéo Æ b4 Tai đỡ ống kính + Giá đỡ kính

Trong tài liệu này, HAAC sẽ giới thiệu đến các bạn cách chế tạo từng bộ phận theo cách dễ tinh

chỉnh và sửa chữa trong quá trình sử dụng, đồng thời sẽ kèm theo các mẫu đơn giản hơn do các

thành viên CLB đã chế tạo

3.1 Hộp giữ gương:

Công dụng của hộp giữ gương là giúp cố định gương chắc chắn, đồng thời có thể chỉnh độ

nghiêng của gương theo các hướng khác nhau để chuẩn trực

Hình: 02 Khoảng cách Y tính từ đáy hộp đến mặt trên của gương rất cần thiết để làm thân ống kính, cần

phải đo khoảng cách này

Hộp giữ gương làm từ các vật liệu sau:

- 01 gương cầu D = 115mm

- 01 nắp ống PVC Φ140 dùng để chứa toàn bộ gương và phần đỡ gương

- 01 tấm phẳng làm từ tấm gỗ mỏng hoặc sắt mỏng hay tốt nhất là tấm nhựa PVC cán

- Hình minh họa khác với bản vẽ 02, có sử dụng 3 tấm nhựa nhỏ gắn thêm vào để giúp

cho phần ren bắt đai ốc vào dày hơn, tránh tình trạng bị tuôn ren khi dùng lâu dài, dẫn đến không thể chỉnh hướng cho gương được

- Bên hông hộp có 3 lỗ để sau này bắt vít vào thân ống, không dùng keo dán PVC để dán

chặt hộp với thân ống

3.2 Thân ống kính:

Là phần quan trọng nhất, các chi tiết như hộp giữ gương, ống ngắm mục tiêu, đỡ gương chéo, bộ

điều tiêu, tai quay và nắp kính sẽ được gắn trên đó

Với gương cầu có F = 1000 mm, cần mua 1m ống nhựa PVC Ф140 là đủ (cũng có thể do người

bán không chịu bán lẻ 1,1m hay dài hơn một tí)

Tia sáng khi phản xạ từ gương cầu sẽ phản xạ một lần nữa ở gương chéo 45 độ và được đổi

hướng vuông góc với thân kính

Ở phần giới thiệu nguyên lý hoạt động chúng ta đã biết, khi quan sát thiên thể thì sẽ chỉnh cho

tiêu điểm của gương trùng với tiêu điểm của thị kính, vì vậy cần tính toán để cho tiêu điểm của

gương có thể nằm ngoài thân ống kính

Cách chọn vị trí tiêu điểm của gương cầu như thế nào theo hình vẽ dưới đây:

Hình: 03

Ta chọn trước khoảng cách Z giữa tiêu điểm gương cầu và phía ngoài vỏ thân ống, từ 20 đến 40

mm, nếu có sử dụng webcam hoặc camera để chụp ảnh thì Z nên chọn lớn hơn vì tiêu cự tương

đương của các thiết bị này rất nhỏ

B1 Có các giá trị F, Y, Z Ta tính ra được vị trí từ đáy hộp giữ gương đến tâm của bộ điều tiêu

= Y + F – 70 - Z

B2 Khoét một đầu ống như hình dưới:

B3 Lắp tạm hộp giữ gương vừa khít vào đầu ống vừa khoét (đúng vị trí sau này ta sẽ lắp) và

đánh dấu vị trí của bộ điều tiêu trên thân ống nhựa với khoảng cách đã tính ở B1

B4 Khoét lỗ ngay tại vị trí đánh dấu Để khoét lỗ lớn, sử dụng 1 miếng sắt hoặc tuốc-vít dẹp,

nung nóng để dùi một lỗ chừng Ф40 Sau đó dùng giũa tròn để sửa dạng sao cho ống Ф42 chui

vào vừa chặt

Cách khoét lỗ lớn:

Và ta có thân ống kính như sau:

Một số lỗ đục trên thân ống để lắp ống ngắm mục tiêu và đỡ gương chéo sẽ khoan sau khi làm

xong các chi tiết này Lúc này cần sơn phía bên trong ống bằng loại sơn đen (không bóng) để ánh

sáng không bị phản xạ ở thành ống làm giảm chất lượng ảnh khi quan sát

3.3 Bộ điều tiêu – Focuser:

Là bộ phận sử dụng nhiều nhất, có tác dụng thay đổi vị trí

của thị kính sao cho ảnh thu được rõ nét nhất Chính vì

vậy, chuyển động tịnh tiến êm ái là yếu tố quan trọng nhất

Đôi khi vì cố gắng chỉnh cho nét mà hơi mạnh tay nên đối

tượng quan sát lọt ra ngoài ống kính mất

Bộ điều tiêu sau được làm hầu như từ ống nhựa PVC,

ngoại trừ bánh răng và thanh răng bằng nhựa có thể lấy từ

đồ chơi, ổ CD/DVD máy tính đã bị hỏng

Bộ điều tiêu bao gồm 2 phần chính:

- Phần cố định: làm từ ống nhựa PVC Ф42, được gắn chặt vào thân ống kính

Bên trong lòng ống sử dụng băng keo 2 mặt hoặc 1 miếng của ống nhựa để lót tạo ra ống trượt

Bên ngoài có 2 tai nhỏ để gắn bánh răng và núm quay Nên dùng loại ống nhựa tốt vì khi bẻ 2 tai

sẽ không bị gãy.

- Phần tịnh tiến: làm từ ống nhựa PVC Ф34, gắn thanh răng lên đó bằng keo dán

Hình: 04

Các bước tiến hành:

a Tách thanh răng lấy từ các ổ CD/DVD hư: dùng cưa sắt nhỏ cẩn thận cưa để tách thanh răng ra

khỏi thân ổ đĩa Nó rất dễ gãy vì là nhựa cứng và giòn Có thể phải sử dụng một giũa tam giác

nhỏ để tỉa tót lại các răng trên thanh răng

b Phần tịnh tiến:

Dùng ống PVC Ф34 làm ống tịnh tiến, dán thanh răng đã tách ra lên vỏ ống

Nếu có thể thì nên tiện bên trong ống Ф34 (đường kính trong khoảng 30mm) ở một đầu vào sâu

chừng 30mm để có thể sử dụng thị kính chuẩn 1”¼ ≈ 32mm Cũng ở đầu ống này, dùng thêm

một đoạn ống nối PVC Ф34 để tăng cứng và làm lỗ ren giữ thị kính như trên hình

Sau khi làm xong ta sẽ có phần tịnh tiến như sau:

c Phần cố định làm theo các trình tự sau:

Bỏ phần tịnh tiến vào trong phần cố định để xác định vị trí lỗ của trục bánh răng trên 2 tai Xỏ

bánh răng và núm vặn vào sao cho vừa khớp với thanh răng Thử quay núm vặn xem di chuyển

có mượt mà hay không Nếu chặt thì giũa bớt vỏ ống tịnh tiến hoặc thay miếng lót mỏng hơn cho

phù hợp

Sử dụng thêm một đoạn co nối ống Ф42 để tăng thêm diện tích tiếp xúc với thân ống kính như

đoạn co nối sẫm màu được giũa uốn theo độ cong của thân ống kính

Sau đó đặt bộ điều tiêu vào lỗ đã làm trên thân ống kính và dán chặt phần cố định vào thân ống

3.4 Giá đỡ gương chéo - Spider:

Dùng để đỡ gương chéo, là phần có tác dụng đổi hướng ánh sáng từ gương cầu đi ra ngoài (xem

thêm hình 03 trang 05)

Có nhiều kiểu giá đỡ gương chéo, tùy theo khả năng và khéo léo mà làm Ở đây chúng tôi chỉ

giới thiệu 2 loại, một loại đơn giản và để chế tạo Loại khác thì phức tạp hơn, tuy nhiên rất dễ

dàng tinh chỉnh cho gương chéo

Gương chéo là gương soi thường, nhưng ta sẽ sử dụng mặt tráng nhôm (hoặc bạc) ở phía sau khi

đã tẩy lớp sơn bằng aceton để tránh hiện tượng 2 ảnh nếu sử dụng mặt phản xạ phía trước Lớp

tráng nếu là bạc sẽ bị mờ theo thời gian, nên ta có thể sử dụng lăng kính để phản xạ tốt hơn

Kích thước gương chéo hoặc lăng kính phải đủ lớn để hứng chùm tia từ gương cầu tới và không

quá lớn để tránh che bớt gương cầu

Kích thước có thể tính theo công thức sau:

Trong trường hợp kính này ta có kích thước gương chéo là: mm x mm

a Kiểu đơn giản, giá 3 chân:

Dùng 3 căm (tăm) xe đạp / xe máy để làm thanh giữ gương được liên kết với nhau qua ống PVC

21 ngắn (ống màu tím ở giữa)

Một tấm thép mỏng bắt bulông vào ống PVC 21 và được bẻ nghiêng 45 độ

Dùng băng keo 2 mặt để dán gương phẳng lên trên

Khi cần chỉnh hướng, ta sẽ dùng tay chỉnh miếng thép theo ý muốn Có thể xoay qua lại quanh

bulông giữ tấm thép, hoặc bẻ tấm thép lên cao hoặc xuống thấp hơn

b Kiểu giá 3 chân, dễ chỉnh hướng và vị trí của gương:

Hình: 05 Cấu tạo:

Spider gồm 2 phần, phần mang gương chéo và phần bắt và thân ống kính

Phần mang gương chéo là một miếng gỗ tròn, một đầu vát 45 độ để đặt gương chéo hoặc là lăng

kính Một đầu còn lại là một tấm thép mỏng để làm tấm tì và trượt cho bulông chỉnh hướng Một

bulông M5 được gắn chặt vào nó dùng để xoay gương chéo

Phần bắt vào thân kính cũng là một miếng gỗ tròn (tốt nhất nên tìm một miếng nhựa tròn) Một lỗ

6mm ở giữa để cho bulông M5 của phần mang gương chéo xỏ qua 3 lỗ khác dùng để gắn 3

bulông chỉnh hướng Ở bên cạnh miếng gỗ tròn, cũng có 3 lỗ dùng để gắn căm xe vào

Nếu dùng gương phẳng thì gắn bằng băng keo 2 mặt, còn lăng kính thì dùng keo dán kính dán 2

bên, tránh keo dính vào mặt dưới lăng kính

Cách điều chỉnh tư thế gương chéo:

Bulông chính giữa dùng để quay gương chéo, khi đó nếu 3 con ốc chỉnh hướng chưa ép chặt vào

gương chéo thì lò xo sẽ có nhiệm vụ ổn định sơ bộ vị trí của gương chéo Nếu không thì gương

chéo sẽ bị lúc lắc

Tiếp tục dùng 3 con ốc chỉnh hướng siết chặt vào tấm thép tì Xem phần chuẩn trực ống kính nằm

ở cuối bài để biết cách chỉnh hướng gương chéo

Sau khi lắp xong spider sẽ giống như các hình dưới đây:

Xem hình 05 trang trước để xem cách tính vị trí lỗ để bắt spider lên thân ống kính

Sau khi lắp spider vào ống kính giống như hình sau:

3.5 Ống ngắm mục tiêu – Finder:

Là phần cực kỳ quan trọng, không có nó thì sẽ rất khó khăn khi chỉnh cho vật thể cần quan sát lọt

vào trong ống kính Ống ngắm mục tiêu thực chất là một kính khúc xạ nhỏ, có độ phóng đại thấp

Vật kính sử dụng kính lúp bán trong nhà sách, có đường kính d = 30mm, f ≈ 70mm, thích hợp để

gắn vào co ống nước Ф34, loại kính lúp này sẽ gây ra sắc sai nhiều, nhưng đối với ống ngắm mục

tiêu thì điều đó cũng không quan trọng lắm

Thị kính cần tìm từ các thiết bị quang cũ, tiêu cự khoảng 20 ÷ 30 mm là được

Độ phóng đại khoảng từ 3,5 ÷ 2,3 lần, nếu càng lớn thì ống ngắm sẽ càng khó định vị hơn

Vạch chữ thập dùng để xác định vị trí của thiên thể cần quan sát, được làm từ tóc hoặc dây nhỏ

Mẹo: nên dùng tóc của trẻ em vì nó khá bé

Để có thể nhìn rõ thì vạch thập phải nằm đúng ngay tiêu điểm của thị kính Vạch ngắm có thể là

đơn hoặc đôi

Hình: 06

Các chi tiết và vị trí lắp ráp

Ống ngắm mục tiêu sau khi đã lắp lên thân ống kính

Và đây là một kiểu khác: (hình của thành viên: ????????????????)

3.6 Giá đỡ kính:

a Xác định trọng tâm thân ống kính:

Trước khi làm giá đỡ kính, cần phải xác định vị trí trọng tâm của ống kính

Để xác định trọng tâm của ống kính, các chi tiết như ống ngắm mục tiêu, giá đỡ gương chéo, bộ

điều tiêu + thị kính phải được gắn lên trên thân ống kính

Đặt toàn bộ ống kính nằm ngang lên một thanh gỗ sao cho ống kính cân bằng Đó là vị trí trọng

tâm, đánh dấu nó Ta sẽ gắn 2 tai quay vào vị trí đó

Đo khoảng cách X từ đáy hộp đến vị trí trọng tâm

Ở phần hướng dẫn này, sử dụng kiểu giá đỡ Dobson làm từ gỗ, có ưu điểm nhẹ và dễ làm

Vật liệu chủ yếu là làm từ ván ép, các kích thước như hình vẽ sau:

Hình: 07

Kiểu dáng có thể khác tùy theo điều kiện và thẩm mỹ của mỗi người Có thể tham khảo trên

mạng để xem và làm theo Có thể gắn thêm tay cầm và nơi giữ thị kính

Một bulông M6 được bắt chặt vào đế dưới, đế tròn bên trên sẽ xỏ qua bulông này

Toàn bộ phần trên đế sẽ lăn trên 3 con lăn bố trí ở đế bên dưới như sau:

Con lăn được làm từ một đoạn ống PVC rất ngắn, sử dụng bạc đạn (ổ bi) loại nhỏ và một bulông

nhỏ để giữ nó Dùng dây kẽm buộc chặt bulông vào đế dưới Cũng có thể thay thế bạc đạn bằng

rulô cao su nhỏ, loại này đươc tháo ra từ các đầu băng video cũ