In Mokslas ir 3D spauda

Kodėl nepasinaudoti 3D spaudos teikiamomis galimybėmis ir nesusirinkti teleskopo pačiam? Prieš beveik 3 mėnesius tokį klausimą sau uždaviau besižvalgydamas į įvairių prekės ženklų ir tipų teleskopus, skirtus pradedantiesiems naktinio dangaus stebėtojams. Nors toks projektas iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti gan sudėtingas, kiekvienas norintis gali susirinkti puikų teleskopą namų sąlygomis. Kaip pavyzdžiu dalinuosi savo patirtimi.

Šiame straipsnyje glaustai aprašau PiKon teleskopo projektą ir jo galimybes bei pateikiu pirmąsias savo darytas Mėnulio ir Veneros nuotraukas. PiKon projektas man ne tik suteikė daug vertingų žinių bei įkvėpė kurti, bet ir paskatino domėtis astronomija. Norėdamas pasidalinti savo užsidegimu, straipsnyje taip pat įterpiu keletą įdomių faktų, kurie galbūt daliai skaitytojų sužadins norą suprasti, kaip veikia Visata.

Teleskopas – vienas svarbiausių žmonijos išradimų, suteikęs galimybę giliau pažvelgti į neaprėpiamą Visatą. Teleskopo pagalba buvo atskleistos planetų, žvaigždžių ir galaktikų susidarymo paslaptys bei sugriauti tūkstančiai religinių ir pseudomokslinių mitų apie Žemės kilmę, temdžiusių žmonijos sąmonę, varžančių vaizduotę ir žlugdančių norinčius pažinti. Kai galiausiai astronomai pažvelgė per pirmuosius teleskopus į naktinį dangų, mūsų supratimas apie Žemę ir mūsų vietą Visatoje pasikeitė amžiams.

PiKon teleskopo projektas

PiKon teleskopas yra Mark Wrigley ir Andy Kirby projektas, pirmą kartą pristatytas 2014 m. Sheffield Universiteto mugėje „Festival of the Mind“. Vėliau kūrėjai, paskatinti didelio visuomenės ir tarptautinės žiniasklaidos susidomėjimo, patobulino pirmąją PiKon teleskopo versiją. 2015 metų pabaigoje jie sėkmingai įgyvendino Indiegogo finansų pritraukimo kampaniją, sukūrė el. parduotuvę, kurioje galima įsigyti teleskopui surinkti reikiamas dalis bei nemokamai išplatino instrukcijas ir 3D modelius, kad kiekvienas norintis galėtų atsispausdinti PiKon dalis namuose arba pasinaudoti vietinių 3D spaudos tiekėjų paslaugomis.

PiKon teleskopas yra paremtas Isaac Newton reflektorinio teleskopo principu, tačiau kampinį okuliarą su antriniu veidrodžiu pakeičia Raspberry Pi kamera, kurios dėka objekto vaizdas matomas ekrane:

PiKon teleskopo schema

PiKon teleskopo schema

Tradiciniu reflektoriniu teleskopu stebimas objektas yra atspindimas teleskopo cilindro gale esančiame pirminiame įgaubtame veidrodyje, į kurį žiūrima per cilindro priekyje įmontuotą okuliarą, sujungtą su 45° kampu pasvirusiu mažu antriniu veidrodžiu:

Isaac Newton reflektorinio teleskopo schema

Isaac Newton reflektorinio teleskopo schema

PiKon teleskopo pagrindas – plastikinis tuščiaviduris cilindras ir dvi konstrukcijos, kurioms surinkti reikalingos 3D spausdintos dalys.

PiKon pirminio veidrodžio ir vaizdo surinkimo konstrukcijos

PiKon pirminio veidrodžio ir vaizdo surinkimo konstrukcijos

PiKon teleskopo plastikinis tuščiaviduris cilindras

PiKon teleskopo plastikinis tuščiaviduris cilindras

Pirminio veidrodžio konstrukcijos dalys atspausdinamos 3D spausdintuvu, prie kurių jungiamas 11,43 cm (4.5″) diametro įgaubtas veidrodis:

PiKon pirminio veidrodžio surinkimo žingsniai

PiKon pirminio veidrodžio surinkimo žingsniai

PiKon veidrodžio konstrukcija

PiKon pirminio veidrodžio konstrukcija

Kitoje teleskopo cilindro pusėje montuojama 3D spausdinta vaizdo surinkimo konstrukcija. Joje įrengiamas fokusavimo mechanizmas, 5 MP Raspberry Pi kamera ir RaspberryPi mini kompiuteris:

PiKon vaizdo konstrukcijos surinkimo žingsniai

PiKon vaizdo konstrukcijos surinkimo žingsniai

PiKon vaizdo surinkimo konstrukcija

PiKon vaizdo surinkimo konstrukcija

Galiausiai abi konstrukcijos sujungiamos plastikiniu cilindru ir taip sudaromas teleskopas, kuris montuojamos prie pasirinkto trikojo (pats pasirinkau pigų fotoaparato trikojį):

PiKon teleskopo priekinė vaizdo surinkimo ir perdavimo konstrukcija

PiKon teleskopo priekinė vaizdo surinkimo ir perdavimo konstrukcija

Kad būtų galima pradėti fiksuoti naktinio dangaus kūnus taip pat reikia pasirūpinti elektros energijos aprūpinimo ir vaizdo perdavimo priemonėmis. Pirminis PiKon projektas numato vaizdo perdavimą į LCD ekraną, prijungtą prie Raspberry Pi HDMI jungtimi, o Raspberry Pi aprūpinimą elektros energija – iš elektros lizdo (5V DC). Kadangi šie būdai yra labai ribojantys teleskopo mobilumą, netrukus po projekto paviešinimo atsirado įvairių pasiūlymų kaip PiKon paversti lengvai transportuojamu, belaidžiu teleskopu.

Žvelgdami į naktinį dangų mes matome praeitį tiesiogine šia žodžio prasme. Šviesos greitis yra beveik 300,000 km / s, tad mėnulį matome taip, kaip jis atrodė prieš maždaug 1,3 sekundes, artimiausias Saulės sistemos planetas taip, kaip jos atrodė prieš keletą minučių, artimiausią žvaigždę Proxima Centauri – prieš daugiau nei 4 metus, o tolimesnes žvaigždes taip, kaip jos atrodė prieš dešimtmečius ir šimtmečius.

PiKon projekto entuziastas Brett Porter sukūrė liečiamo ekrano ir nešiojamo įkroviklio derinį, kai tuo tarpu Scott Miller pateikė bevielį sprendimą, pasitelkęs nešiojamą įkroviklį, Raspberry Pi ad-hoc tinklo sukūrimo metodą ir naršyklinę kameros manipuliavimo platformą. Scott Miller sprendimas leidžia teleskopo vaizdą tiesiogiai matyti planšetės arba telefono ekrane, daryti nuotraukas bei vaizdo įrašus. Šį patrauklų metodą pasirinkau ir aš.

Mobilus PiKon teleskopas

Mobilus PiKon teleskopas

Pirmieji rezultatai ir planuojami patobulinimai

(atnaujinta 2017.02.13)

Raspberry Pi 5 MP kamera fotografuoja iki 2592 x 1944 px bei filmuoja iki 1080p30 raiška. PiKon teleskopas priartina apie 120 kartų, o jo regėjimo laukas yra apie 25°, tad vienu metu PiKon aprėpia apie pusę Mėnulio:

Mėnulio fragmento fotografija su PiKon teleskopu

Mėnulio fragmentas

Be mėnulio su PiKon teleskopu taip pat galima fiksuoti Merkurijų, Venerą, Marsą, Jupiterį ir Saturną bei ryškesnes žvaigždes ir jų spiečius.

Veneros fotografija su PiKon teleskopu

Venera

Jupiterio ir jo palydovų fotografija su PiKon teleskopu

Jupiteris ir jo 3 didieji palydovai

Tiesa, dėl šviesos taršos mieste dangaus kūnų fiksavimas yra gana sudėtingas, tad mano pateikiami Mėnulio, Veneros ir Jupiterio kadrai (fotografuota Vilniuje) neatspindi visų PiKon teleskopo galimybių. Ateityje planuoju padaryti aukštesnės kokybės kadrų, kuriuose taip pat būtų įamžinti ir kiti naktinio dangaus objektai.

Saulės sistema yra tik viena iš nesuskaičiuojamos galybės žvaigždžių sistemų mūsų Visatoje. Vien mūsų Paukščių Tako galaktikoje yra daugiau nei 100 milijardų (100,000,000,000) žvaigždžių, iš kurių aplink kiekvieną sukasi skirtingas kiekis planetų. O tuo tarpu Paukščių Tako galaktika yra tik viena iš daugiau nei 100 milijardų galaktikų mūsų Visatoje.

PiKon projektas yra atviras, tad prie teleskopo patobulinimų gali prisidėti kiekvienas norintis. Savo ruožtu išskiriu 3 patobulinimus, kurie ženkliai padidintų PiKon teleskopo galimybes:

Stabilus teleskopinis trikojis. Naudojant PiKon su fotoaparato trikoju teleskopas tampa nepakankamai stabilus, juo sunku manevruoti. Taip pat nestabilumas apsunkina vaizdo fokusavimą, kadangi sukant fokusavimo rankenėlę (3D spausdintoje vaizdo surinkimo konstrukcijoje) dreba visas teleskopas. Be to, teleskopą naudojant lauke, net ir nesmarkus vėjas jį nesunkiai judina. Stabilus teleskopinis trikojis arba pagerintas montuotės mazgas ženkliai sumažintų šias bėdas.

2017.02.13. Netikėtai gavau kompiuterizuotą SkyWatcher SynScan AZ GOTO montuotę, kuri ne tik suteikė PiKon teleskopui stabilumo, bet ir galimybę naktiniame danguje surasti ir sekti keliasdešimt tūkstančių objektų, įskaitant visas saulės sistemos planetas, tūkstančius žvaigždžių, ūkų, spiečių ir galaktikų. Ši montuotė neabejotinai padės atskleisti tikrąsias PiKon teleskopo galimybes. 

Optinis ieškiklis. Su pritvirtinamu optiniu ieškikliu būtų galima žymiai lengviau surasti naktinio dangaus kūnus, kadangi be jo PiKon nukreipti tiesiai į danguje judančią mažą švieselę yra iš ties nelengva užduotis. Paprastą optinį ieškiklį galima surasti už mažiau nei 10 Eur.

2017.02.13. Už 19 EUR (internete galima surasti ir pigiau) įsigijau „Red dot“ ieškiklį, kuris pranoko visus mano lūkesčius. Nuo šiol visiškai be vargo teleskopą galiu nutaikyti net į smulkiausius objektus. Tik jo dėka man ir pavyko pirmą kartą užfiksuoti Jupiterį ir jo 3 didžiuosius palydovus. Tai tik įrodo, kad šis patobulinimas yra būtinas siekiant visapusiškai naudotis PiKon teleskopu:

PiKon teleskopas su Red Dot ieškikliu

PiKon teleskopas su Red Dot ieškikliu

Elektroninis fokusatorius. Ranka sukant fokusavimo rankenėlę vaizdo surinkimo konstrukcijoje judinamas visas teleskopas, todėl vaizdas šokinėja, sunku pasiekti tikslumo. Elektroninio fokusatoriaus pasitelkimas padėtų maksimaliai sufokusuoti PiKon vaizdą. Tokį fokusatorių galima susikonstruoti pasitelkus paprasto Arduino projekto ir 3D spaudos kombinaciją.

Mūsų Visatai jau per 13,8 milijardų metų. Žmonėms, kurių vidutinė gyvenimo trukmė nesiekia nė 90 metų, Visatos amžių suvokti yra nepaprastai sunku. Dėl šios priežasties vienas žymiausių XX a. astronomų ir mokslo populiarintojų Carl Sagan sudarė „Kosminį Kalendorių“, reprezentuojantį Visatos gyvavimą vienuose kalendoriniuose metuose, prasidedančiuose akimirka po sausio 1 d. vidurnakčio ir baigiančiuose akimirka iki gruodžio 31 d. vidurnakčio. Tokiame mastelyje viena sekundė sudaro 437,5 metus, viena valanda 1,575 milijonus metų, o viena diena 37,8 milijonus metų. Taigi, jei peržvelgsime laikotarpį nuo gruodžio 31 d. 11 val. 59 min. 30 s. iki šios akimirkos, jame išvysime visus žmones ir įvykius, įamžintus visuose istorijos vadovėliuose. Visos civilizacijos, religijos, karaliai ir diktatoriai, visi mūšiai ir karai bei visi išradimai įvyko vos per paskutiniąsias 30 „Kosminių Metų“ sekundžių.

Man 3D spausdintas teleskopas PiKon simbolizuoja spartų žmonijos technologinį vystymąsi ir įgimtą naktinio dangaus pažinimo troškimą. Neabejoju, kad Galileo Galilei, Johannes Kepler ir Isaac Newton neįsivaizdavo, kad ateityje kiekvienas žmogus laisvai namuose galės susirinkti teleskopą ir virtualiai, kartu su kitais bendraminčiais, jį nuolat tobulinti. Nors PiKon teleskopas neabejotinai pralaimi kovoje su Sky-Watcher ar kitais populiarių prekės ženklų teleskopais, jis ne tik padeda populiarinti astronomiją ir plėsti naktinio dangaus stebėjimo galimybės, bet ir puikiai apjungia skirtingų sričių žinias, įskaitant IT, 3D modeliavimą ir spaudą bei astronomiją ir inžineriją.

Pasitelkdami 3D spaudą mes Jums padėsime įgyvendinti išskirtinius projektus. Norite pasikonsultuoti ar pasidalinti savo patirtimi? Rašykite Evaldas@3dirbtuves.lt arba skambinkite +370 622 68175.

Recommended Posts
Vaikas stebi spausdinimo procesąA. Einstein