Гравитация и вселенная - Дикке Р.
Скачать (прямая ссылка):
Вместе с коллегами Хиллом и Голденбергом я спроектировал и построил специальный телескоп для наблюдения сплюснутости Солнца. В этом инструменте использована идея, редко применяемая астрономами, однако позволяющая преодолеть большинство трудностей, возникающих при дневных наблюдениях. С помощью нескольких студентов (Стокса, Генри, Дэвиса, Макдоналда и Xoy-ли) мы с Голденбергом провели ряд измерений в летнее время 1966—1969 гг. [13].
Принцип действия нашего инструмента показан на рис. 15. Изображение Солнца проектируется на непрозрачный диск, отсекающий почти весь свет от солнечного диска, за исключением узкого колечка у внешнего края. Этот свет проходит и падает на быстро вращающийся диск с двумя прорезями разных размеров, расположенными на противоположных концах диаметра диска. Эти прорези быстро пробегают по изображению края солнечного диска, что позволяет определить, равномерно ли распределяется световой поток вокруг непрозрачного диска-экраца. Слева на рис. 15 показана схема эксперимента, причем сплюснутость Солнца сильно преувеличена. На рис. 16 приведены кривые изменения светового потока как функции времени для двух случаев — для сплюснутого Солнца и для круглого Солнца при нарушении центровки этого изображения и диска-экрана.
На рис. 17 изображена схема нашей оптической системы [13]. Солнечный луч падает на чрезвычайно плоское первичное кварцевое зеркало, которое соединено с мотором и следует за Солнцем, и отражается на вторичное зеркало. От вторичного зеркала луч отражается вниз вдоль вертикальной оси, проходит через объектив и другие линзы телескопа и дает изображение Солнца на диске-экране, кото-Рис. 15. Изображение Солнца (сплюснутость сильно преувеличена), частично прикрытое в центре непрозрачным диском-экраном. Справа — упрощенный вид вращающегося диска, который должен находиться за экраном. На диске изображена лишь одна прорезь, хотя на самом деле их две; они расположены на противоположных концах диаметра и несколько различны по величине. Внутренний диаметр диафрагмы ~75 мм.
Диск -экран
\
Сферическое Солнце, центровка нарушена
в=Znf0I Частота f„
<Р" 90 /80 в
ZW 360°
Рис. 16. Кривые, изображающие зависимость силы тока фотоэлемента от угла (и времени) для случаев сплюснутого изображения Солнца и нарушенной центровки соответственно.55 II.- Сплюснутость Солнца и гравитация
рый изображен непосредственно над мотором, вращающим диск с прорезями. В центре диска-экрана имеется маленькое отверстие, через которое контрольный луч из центра
Вторичное _кварцевое зернапо
OSbenwue
1-е изображение Солнца
Первичное кварцевое зеркало
Диск -экран
2-й выходной зрачок
3-й выходной зрачок
2-е изображение Солнца Фильтр
Л C^ Фотоэлемент в Т® центре изображения
- Вращающийся диск „ с прорезями і Мотор
Фильтр
Фотоэлемент
Рис. 17. Оптическая схема установки для измерения сплюснутости Солнца. Телескоп — от объектива вверху и до фотоэлемента внизу — установлен строго вертикально и может быть повернут вокруг своей вертикальной оптической оси.
солнечного диска подается на фотоэлемент, следящий за прозрачностью атмосферы. Свет же, минующий край диска-экрана и проходящий через прорези вращающегося диска, фокусируется на втором фотоэлементе. Именно от этого фотоэлемента и цоступают данные о центровке и о сплюснутости изображения Солнца.57 II.- Сплюснутость Солнца и гравитация
Данньде о центровке изображения Солнца подаются по радиотехнической линии обратной связи на контроль движения первичного зеркала. Этот механизм обратной связи позволяет поддерживать чрезвычайно точную центровку солнечного изображения относительно диска-экрана. Данные о сплюснутости, составляющие другую компоненту сигнала, выделяются также радиотехническим путем, усредняются и регистрируются для дальнейшей обработки (рис. 18).
Вертикальная установка телескопа позволяет исключить систематические ошибки гравитационного происхождения. Весь телескоп — от объектива вверху и до фотоэлемента внизу — может быть повернут вокруг вертикальной оси. Обычно данные о сплюснутости изображения Солнца усредняются радиотехническими методами в течение одной минуты, а затем телескоп поворачивается на 90° и та же процедура повторяется в течение следующей минуты. Среднее из этих двух результатов измерений уже свободно от систематической ошибки, возникающей в телескопе. Подобным же образом устраняются ошибки, обусловленные астигматизмом обоих зеркал: эти зеркала ежедневно поворачиваются на 90° вокруг осей, перпендикулярных их поверхностям, причем поворот одного зеркала производится в полдень, а другого — в конце дня. Усредняются равные числа наблюдений, при которых оба зеркала находятся в четырех возможных относительных положениях.
Таким образом устранялись все существенные инструментальные о'шибки, кроме одной, связанной с первичным кварцевым зеркалом. Из-за незначительной сферичности этого зеркала возникает эффект внеосевого астигматизма. Так как вторичное зеркало расположено в непосредствен-