ドブソニアン望遠鏡
1980年代初頭にステラフェーンに展示されていたドブソニアン望遠鏡

ドブソニアン望遠鏡は、 1965年にジョン・ドブソンによって普及した経緯台に取り付けられたニュートン式望遠鏡の設計であり、アマチュア天文学者が利用できる望遠鏡のサイズを大幅に拡大したとされています。ドブソンの望遠鏡は、入手しやすい部品から簡単に製造できる簡素化された機械設計を特徴としており、大型で持ち運びやすく、低コストの望遠鏡を実現しました。この設計は、星雲や銀河などの暗い深宇宙天体の観測に最適化されています。この種の観測には、比較的短い焦点距離で大きな対物レンズ径（つまり集光力）と、光害の少ない場所への持ち運びやすさが必要です。[ 1 ] [ 2 ]

ドブソニアン望遠鏡は、一般に「ライトバケット」と呼ばれるものを目的としています。[ 3 ] [ a ]低倍率で動作するため、赤道儀追尾などの他のアマチュア望遠鏡に見られる機能が省略されています。ドブソニアンは、その設計が先駆者となり、現在も進化を続けているアマチュア望遠鏡製作者の間で人気があります。 [ 1 ]多くの市販望遠鏡メーカーも、この設計に基づいた望遠鏡を販売しています。現在、 「ドブソニアン」という用語は、ドブソニアン望遠鏡の基本的な設計特性の一部を採用した、大口径ニュートン反射望遠鏡全般を指し、その材質は問いません。[ 4 ]

起源とデザイン

ドブソニアン望遠鏡を単一の発明として分類することは困難です。アマチュア望遠鏡の製造において、その設計上の特徴のほとんど、あるいは全ては既に既に使用されていました。1965年にこの設計を発明したとされるジョン・ドブソン[ 5 ]は、「何百年もの間、戦争は『ドブソニアン』架台に大砲を搭載して行われてきた」と指摘しました。

ドブソンは、この設計の特徴として、舷窓ガラスで作られた軽量の対物鏡と、合板、テフロンストリップ、その他の安価な材料で作られた架台を挙げた。[ 4 ]彼はこれらの望遠鏡を、趣味である歩道天文学の教育に役立てるために製作したため、この設計を「歩道望遠鏡」と呼ぶことを好んだ。[ 6 ]ドブソンは、これらの革新をすべて一つの目標、すなわち、非常に大きく、安価で、使いやすく、持ち運び可能な[ 7 ]望遠鏡を製作し、深宇宙天文学を大衆に届けることを目指した。[ 8 ]

ドブソンのデザイン革新

1980年代初頭にステラフェーンでアマチュアが製作した2台のドブソニアン望遠鏡

ドブソンの設計により、最低限の技術しか持たない製作者でも、ありふれた材料から非常に大きな望遠鏡を作ることができるようになりました。ドブソンはこの設計を、星団、星雲、銀河（アマチュア天文家が深空天体と呼ぶもの）などの暗い天体の観測に最適化しました。これらの暗い天体には、大量の光を集めることができる大きな対物鏡が必要です。「深空」の観測には、街の明かりから離れた暗い場所まで行かなければならないことが多いため、この設計は、昔の標準的な大型ニュートン式望遠鏡（通常は巨大なドイツ式赤道儀を使用）よりもコンパクトで持ち運びやすく、頑丈という利点があります。ジョン・ドブソンの望遠鏡は、これらの基準を満たすために、次のようないくつかの革新的技術を組み合わせていました。

  • 非伝統的な経緯台：ドブソンは、標準的な軸受け式架台の代わりに、非常に安定性が高く、組み立てが簡単で、大型で重い望遠鏡に使用する際の機械的な制約が少ない設計を選択しました。彼は従来のフォーク式架台を、7つの独立した支持点で望遠鏡をしっかりと保持する3ピース構造に改造しました。これにより、大型で重い望遠鏡の位置を簡単かつ安全に調整できるようになりました。
    • 古典的なドブソニアン架台（図1参照）は、水平に平らな「グランドボード」プラットフォーム（図1、黒）で構成され、その上に7本の支柱のうち3本（図1、下側黄色）が取り付けられています。これらの3本の支柱の上に、「ロッカーボックス」と呼ばれる箱型構造物（図1、濃紺）が載っています。緩いセンターボルト（図1、濃緑）によってロッカーボックスは中央に保持され、グランドボード上で回転することができます。ロッカーボックスの反対側の壁の上端には、半円形の窪みが切られています（ロッカーボックスは上面と背面が開いています）。各窪みには、広い間隔で一対の支柱が切られています（図1、上側黄色）。望遠鏡鏡筒アセンブリ（OTA、図1、水色）には、左右両側に固定された2本の大きな円形のトラニオン（大型望遠鏡の場合は円弧状のレール）があります（図1、赤）。これらの共通軸は、望遠鏡OTAの重心と交差しています。トラニオン（一般に高度ベアリングと呼ばれる）は、ロッカーボックス上部の切り欠きにある前述の4つの支柱の上にあります。望遠鏡を高度方向に上げるには、チューブを持ち上げるだけで、トラニオンが4つの支柱上をスライドします。望遠鏡を左右に動かすには（方位角方向に動かすには）、OTAの上部リム（専用のハンドルが付いているものもあります）を押したり引いたりして、ロッカーボックスを地上板の3つの支柱上をスライドさせます。
      図1 ドブソニアンマウントの概略図
    • 古典的なドブソニアン架台の部品は、通常、合板などの安価な材料で作られており、接着、ネジ止め、または釘付けで接合されています。他のタイプの望遠鏡架台とは異なり、精密機械加工された機械部品は必要ありません。スムーズなスライド動作のために、7つのサポートには小さなテフロン（PTFE）ブロックが使用されています。それらの表面サイズは、特定のOTA重量に合わせて正確に計算されています。滑らかさと安定した位置保持を向上させるために、ロッカーボックスの底部は通常、マイクロテクスチャ加工されたフォルミカで覆われています。高度トラニオンは直径が大きいことが多く、テクスチャ加工された材料で覆われている場合もあります。大型の望遠鏡では、丸いトラニオンの代わりに半円形の木片や円弧状のレールを使用できます。
    • テクスチャ加工された素材の上にテフロンを使用することで、重力によって生じるくさび力と相まって、独特の滑らかな動きを生み出します。この動きは、安定した状態から滑らかな状態へ、そしてまた再び安定した状態へと移行します。そのため、他の多くの望遠鏡架台とは異なり、望遠鏡の意図しない動きを防ぐためのクランプ機構は必要ありません。クラシックドブソニアン望遠鏡の安定性は比類のないもので、望遠鏡は他の架台のように2軸で回転するのではなく、7つの固体ブロックの上に静止した状態で設置されます（新しい位置に押し込むまで）。
  • 建設用チューブ：ドブソン社は、従来のアルミニウム製またはグラスファイバー製の望遠鏡チューブに代わり、コンクリート柱を流し込む際に使用される厚手の圧縮紙チューブを採用しました。ドブソン社が採用している主力ブランド「ソノチューブ」は、市販の望遠鏡チューブよりも安価で、幅広いサイズを取り揃えています。湿気から保護するため、チューブは通常、塗装またはプラスチックコーティングされています。ソノチューブは、輸送中の衝撃でへこんだり破損したりする可能性のあるアルミニウム製またはグラスファイバー製のチューブよりも頑丈であるとされています。さらに、熱安定性と非伝導性という利点もあり、チューブアセンブリの取り扱いによって光路に発生する不要な対流を最小限に抑えます。
  • 四角い「ミラーボックス」：ドブソンは、鏡筒のベースと鏡筒を挿入するハウジングに合板製の箱をよく使用しました。これにより、鏡筒の支持部を取り付けるための堅固な平らな面が得られ、トラニオンの取り付けも容易になりました。

特徴

ドブソニアン設計には次の特徴があります。

  • 経緯台:時計駆動の赤道儀は設計から除外されました。赤道儀は大きく (携帯性が低い)、高価で、複雑になる傾向があり、ニュートン式望遠鏡の接眼レンズを非常にアクセスしにくい位置に置くという特徴があります。[ 10 ]経緯台は望遠鏡全体のサイズ、重量、コストを削減し、接眼レンズを望遠鏡の側面の比較的アクセスしやすい位置に保ちます。ドブソニアン設計で使用されている経緯台の設計も、単純さと携帯性を高めています。質量が追加されず、カウンターウェイト、駆動部品、三脚/台座を運ぶ必要もありません。ハードチューブドブソニアン用のセットアップは、マウントを地面に置き、その上にチューブを置くだけです。ドブソニアンスタイルの経緯台は重量が大きな単純な軸受け面に分散されているため、望遠鏡は指の圧力で最小限のバックラッシュでスムーズに動きます。
経緯台にも限界はある。駆動装置なしの経緯台望遠鏡は、地球の自転を補正して天体を視野内に収めるために、数分ごとに両軸に沿って「微調整」する必要がある（駆動装置なしの赤道儀では片軸のみ）。この作業は、倍率が高くなるほど難しくなる。[ 11 ]経緯台では、既知の天体の座標に望遠鏡を向けるのに便利な従来の設定円を使用することができない。経緯台は天頂近くの天体に向けるのが難しいことで知られているが、これは主に、望遠鏡を少しでも向けるには方位軸を大きく動かす必要があるためである。また、経緯台は天体写真には適していない。
  • 質量/コストに比べて対物レンズ径が大きい
    • 質量と対物レンズの大きさの比が低い：ドブソニアン設計の構造は、体積と重量で測定すると、他の設計と比較した場合、どの対物レンズ径に対しても比較的小さくなります。[ b ]
    • 低コスト対物レンズサイズ比：コストの観点から見ると、ドブソニアン設計では、通常、単位コストあたりの対物レンズ直径が大きくなります。[ 12 ]
  • 優れた「ディープスカイ」望遠鏡：対物レンズ径を最大化したドブソニアン設計と携帯性を兼ね備えたこの望遠鏡は、暗い星団、星雲、銀河（ディープスカイ天体）の観測に最適です。これらの観測には、大型の対物レンズと暗い空への移動が必要です。これらの天体は比較的大きいため、時計駆動式の架台を必要としない低倍率で観測されます。
  • バランスの問題：望遠鏡筒が高度軸受けに対して固定されている設計では、カメラ、ファインダースコープ、あるいは非常に重い接眼レンズなどの機器の追加や削減によってバランスが崩れることがあります。ほとんどのドブソニアン望遠鏡は、軸受けに十分な摩擦力があり、ある程度のアンバランスには耐えられます。しかし、この摩擦によって望遠鏡を正確に位置決めすることが困難になることもあります。このようなアンバランスを修正するために、鏡筒の背面にカウンターウェイトを引っ掛けたりボルトで固定したりすることがあります。

派生デザイン

1983 年に改良されたドブソニアン望遠鏡で、一体型のベアリング面と非常にコンパクトな「ロッカー ボックス」マウントを備えた折りたたみ式のオープン チューブ アセンブリを備えています。
トラス チューブ、コンパクトな「ロッカー ボックス」、大半径の高度ベアリング、折りたたみ式設計を組み合わせた 2 つのドブソニアン望遠鏡。

ドブソニアン望遠鏡は誕生以来、その設計を自らのニーズに合わせて改良し続けてきました。オリジナルの設計は、ジョン・ドブソンという一人の人物のニーズと入手可能な資材に合致していました。他の人々は、それぞれのニーズ、能力、そして部品の入手性に合わせて様々なバリエーションを考案しました。これにより、「ドブソニアン」の設計には大きな多様性が生まれました。

折りたたみ式チューブアセンブリ

「クラシック」な設計の鏡筒アセンブリは、輸送に大型バンを必要としました。設計者たちは、小型SUV、ハッチバック、あるいはセダンで現場まで運べる、分解可能または折りたたみ可能なタイプを考案し始めました。この革新により、アマチュア天文学コミュニティはより大きな口径の望遠鏡を利用できるようになりました。

トラスチューブ

多くの設計では、軽量トラス管と折りたたみ式設計の利点が組み合わされています。折りたたみ式の「トラス管」ドブソニアン望遠鏡は、1982年という早い時期にアマチュア望遠鏡製作界に登場し[ 13 ] [ 14 ]、最大の部品である鏡筒アセンブリを分解できるようになりました。その名の通り、この設計の「管」は実際には、副鏡とフォーカサーを収めた上部ケージアセンブリで構成されており、この上部ケージアセンブリは、対物鏡を収めたミラーボックスの上に複数の剛性ポールで固定されています。ポールはクイックディスコネクトクランプで固定されており、これにより望遠鏡全体を小さな部品に簡単に分解できるため、車両などの手段で観測地まで容易に運搬できます。これらのトラス管設計は、誤ってセルリエ・トラスと呼ばれることもありますが、メイントラスが対向するミラーセルトラスで構成されていないため、この設計の機能は1つ、つまり光学系を平行に保つことだけです。

経緯台（ロッカーボックス）の改造

ドブソニアンマウントの主な特徴は、水平方向のトラニオン型の高度軸と広く支持された方位軸からなる「ロッカーボックス」を備えた「ガンキャリッジ」構成に似ていることです。両方とも、スムーズな操作を実現するためにプラスチック、フォルミカ、テフロンなどの材料を使用しています。[ 15 ]多くの派生的なマウント設計は、材料と構成を大幅に変更しながらも、この基本形状を維持しています。

コンパクトな「ロッカーボックス」マウント

多くの設計では、経緯台（ロッカーボックス）を小型の回転台に小型化することで携帯性を向上させています。これらの設計では、高度トラニオン式ベアリングの半径が対物鏡の半径とほぼ同等かそれ以上になり、鏡筒アセンブリに取り付けられるか一体化されているため、鏡筒全体の高さが低くなっています。この利点は、望遠鏡全体の重量が軽減され、より重い接眼レンズの使用やカメラの追加などによる鏡筒への荷重負荷の変化に対して望遠鏡のバランスが影響を受けにくくなることです。

経緯台架台の限界を克服する

1990 年代後半以降、アマチュア望遠鏡メーカーや民間メーカーによるマウントの設計と電子機器の多くの革新により、ユーザーはドブソニアン スタイルの経緯台マウントの制限の一部を克服できるようになりました。

商業的翻案

商業的に大量生産された10インチドブソニアン
商業的に特注された16インチトラスドブソニアン

ドブソニアン設計の本来の目的は、手頃な価格で、シンプルで頑丈な大口径望遠鏡を低コストで提供することだった。[ 18 ]これらの特性は、大量生産を容易にしている。ドブソニアン望遠鏡を最初に商業化した企業の一つは、現在は倒産したコールター・オプティカル（現在はマーナガン・インストゥルメンツ傘下）である。1980年代には、ソノチューブ製の鏡筒とドブソンの当初のシンプルさというコンセプトを踏襲した様々なサイズの「オデッセイ」モデルを発売し、この設計の普及に貢献した。[ 19 ] [ 20 ] 1990年代になると、ミード・インストゥルメンツ、オリオン・テレスコープスなどのメーカーが、改良されたドブソニアンモデルを発売し始めた。これらの輸入量産型望遠鏡には、金属製の鏡筒やより洗練されたハードウェアといった優れた機能が備わっており、現在でも非常に手頃な価格である。[ 19 ]

1990年代以降、トラス管設計を採用した市販のドブソニアン望遠鏡の人気が高まっています。最初の市販トラス・ドブソニアンは、 1989年にオブセッション・テレスコープス社によって発売されました。 [ 21 ]その後、アメリカのメーカーとしては、スターストラクチャー社、[ 22 ]ウェブスター・テレスコープス社、 [ 23 ]アストロシステムズ社、[ 24 ]ティーターズ・テレスコープス社、[ 25 ]ハッブル・オプティクス社、[ 26 ]ウェイト・リサーチ社、[ 27 ]ニュー・ムーン・テレスコープス社などが挙げられます。[ 28 ]これらの少量生産メーカーは、高品質の対物鏡、最高級の素材、カスタムメイドの職人技に加え、オプションでコンピューター制御のGoToシステムを提供しています。また、携帯性に優れた「超軽量」モデルを製造しているメーカーもあります。[ 29 ]

21世紀には、ミード、オリオン、エクスプロア・サイエンティフィックなどのメーカーがトラス・ドブソニアンを大量生産するようになりました。主に中国で製造されており、優れた品質と価値を提供しながら、前述の高級望遠鏡よりもかなり安価です。[ 19 ] 2017年には、スカイウォッチャーが大型スターゲイトモデルのラインナップを発表しました。[ 30 ]

市販のソリッドチューブ・ドブソニアン望遠鏡は、チューブのサイズの関係で、最大口径が通常12インチ（305 mm）である。12～18インチ（305～457 mm）のトラス・ドブソニアンは、口径が大きくても一人で簡単に設置できるため、最も人気のあるサイズである。いくつかのメーカーは、口径24インチ（610 mm）以上のモデルを提供している。トラス・ドブソニアンは現在市販されている最大の望遠鏡である。2018年の北東天文学フォーラムでは、ニュームーン・テレスコープスの巨大な口径36インチ（914 mm）のハイブリッドモデルが展示された。[ 31 ] 2019年には、カナダに拠点を置くオプティーク・フルムの巨大な口径50インチ（1270 mm）の折畳みニュートン望遠鏡がニュージャージー州に設置された。[ 32 ]

ドブソニアン望遠鏡がアマチュア天文学に与えた影響

ドブソニアンの設計は、アマチュア天文家に提供された望遠鏡の大きさから革命的であると考えられています。[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]設計の本質的な単純さと大口径は、小型車の後部座席に積んで 暗い夜空や星空観察会に持ち込み、数分で設置できる安価な大型機器の利点を提供したため、1970年代を通じて注目を集め始めました。

その結果、従来の建設方法では製造や購入に費用がかかり、操作も扱いにくい大型望遠鏡が急増しました。1970年代には8インチのニュートン式望遠鏡でも大型とされていましたが、今日では16インチのシステムが一般的であり、巨大な32インチのシステムもそれほど珍しくありません。[ 36 ]

ナローパス光学フィルター、改良された接眼レンズ、デジタル可視・赤外線写真などの観測機器のその他の改良と相まって、ドブソニアンの大口径は観測される天体の数と各観測天体の詳細の量を劇的に増加させた。1970年代と1980年代のアマチュア天文家は、ドブソニアンのおかげで、メシエ天体やそれより明るいNGC天体以外はあまり探査しなかったのに対し、現代のアマチュア天文家は、 IC、アベル、コホーテック、ミンコフスキーなど、かつてはプロの天文学者だけが参照できると考えられていた無名のカタログに掲載されている暗い天体を日常的に観測している。

赤道儀に取り付けることで、ドブソニアン望遠鏡を用いた短時間露出（約1時間）の天体写真撮影における困難が解消されます。これにより、小惑星センターに小惑星の位置を提供したいアマチュア天体観測者にとって、高精度の小惑星天体測定（および発見）の分野が開かれました。また、近傍銀河の新星／超新星や彗星（中央天文電報局への報告用）といった、新しく暗い天体の探査も可能になります。

参照

注記

  1. ^ライトバケットは口径の大きい望遠鏡で、主に目視観測に使用されます。
  2. ^この比率により、対物レンズの直径 1 インチあたり、ドブソニアン望遠鏡は他のタイプよりも重量が軽くなり、必要なスペースも少なくて済むため、最も持ち運びやすい設計となっています。

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