Широкоугольные оптические телескопы
advertisement
Широкоугольные оптические телескопы В.Ю.Теребиж 2w 1 Астрономия 2006: традиции, настоящее и будущее Санкт-Петербург июнь 2006 Задачи наблюдений Глобальные Обзор неба Вильяма Гершеля, XVIII век. «Метод черпков» Паломарский обзор неба Конкретные Бюраканский обзор галактик с УФ континуумом Эволюция функции светимости активных галактик. SDSS Шкала расстояний: SN Ia. Космологические модели. SNAP Темное вещество Гравитационные линзы, гамма-всплески Планеты около звезд Астероиды, сближающиеся с Землей … Приоритетная задача: Иметь информацию о положениях и яркости всех объектов до ~ 24m с периодичностью обновления данных порядка нескольких суток Создается сеть обзорных телескопов диаметром до ~6.5 м и полем зрения ~23 Что ограничивает поле зрения? F/D ≡ f/number f/# Дифракция света: идеальный телескоп изображает звезду в виде картины Эри Диск Эри содержит ~84% всего потока , Диаметр диска Эри 96 мкм 1.6 Изображение звезды на оси идеального параболоида D = 4 м, = 3.0 А 4 мкм 0.06 A 2.44 A m 2 Dm Аберрации телескопов и атмосфера Влияние комы 2 80 диаметр круга, в пределах которого содержится 80% энергии в изображении точечного источника света Атмосфера: 137 мкм 2.4 Изображение звезды на расстоянии 1 от оси идеального параболоида D = 4 м, = 3.0 80 > 0.6 Размер поля зрения задается условием 80 1.0 Классические телескопы и апланаты 3-го порядка Классический Грегори: Грегори-апланат: P+E E+E Классический Кассегрен: Ричи-Кретьен: Диаметр поля зрения Классические телескопы: Апланаты 3-го порядка: < 10 ~ 20 Нужно поле зрения диаметром не менее 1 P+H H+H Large Binocular Telescope (LBT) Классическая система Грегори D = 8.4 м = 15 1 ≡ F1 /D = 1.14 Эффективность обзора Etendue, Throughput: E A A De2 / 4 w 2 RC, 4 м: E 1 м2гр2 SDSS, 2.5 м: E 28 м2гр2 Рефлекторы: два пути Увеличение количества зеркалконикоидов E SNAP F H E D. Korsch (1972) Исправлены все 5 аберраций 3-го порядка: сферическая, кома, астигматизм, дисторсия, кривизна поля Трехзеркальный анастигмат Корша D = 2.0 м = 10.7 2w = 1.5 (570 мм) 0.7 виньетировано Дифракционные изображения: mlim 27.5 30 Двухзеркальные апланаты Шварцшильда 1.7 = 1.2 Обычный подход: конические сечения + полиномиальные добавки Карл Шварцшильд (1905): строгий апланат Сферическая аберрация: Кома: точно, все порядки условие синусов Аббе, 3-й порядок Karl Schwarzschild (1873 1916) • Ввел понятие лучистого равновесия звездной атмосферы • Составил и приближенно решил уравнения переноса излучения • Рассчитал первую модель звездной атмосферы • Предложил эллипсоидальный закон распределения скоростей звезд • Сформулировал и решил уравнения звездной статистики • Объяснил флуоресценцией свечение кометных хвостов • Нашел первое точное решение уравнений теории тяготения Эйнштейна • Создал современную теорию аберраций оптических систем • Составил фотометрический каталог 3500 звезд • • Предложил закон почернения фотоэмульсии … Катадиоптрические телескопы Зеркала и линзы играют сравнимую роль Хроматизм Общий принцип: Силовые функции нужно возлагать на зеркала, тогда как линзовая компонента должна быть близка к афокальной системе Телескопы с полноразмерным линзовым корректором Телескопы с линзовым корректором в прямом или кассегреновском фокусах Камера Шмидта (1930) S Bernhard Schmidt (1879 1935) Карл Шварцшильд: «Шмидт Принцип Шмидта художник своего дела» Паломарский обзор неба Бюраканский обзор УФ-галактик 1.22 м, 6.5 1.0 м, 5.5 D = 36 см F/D ≡ = 1.7 2w = 4 Пробный снимок, сделанный Бернхардом Шмидтом в 1930 г. с помощью изготовленной им самим первой широкоугольной камеры Система Максутова (1941) Д. Д. Максутов (1896 1964) > 3: все сферы Ахроматический мениск Не соблюдается основной принцип построения катадиоптрических систем Исключительно жесткие допуски, ретушь Роботизированные системы ROTSE-III D = 450 мм = 1.9 2w = 2.6 Univ. Michigan Los Alamos National Lab. Univ. New South Wales Lawrence Livermore National Lab. Lick Observatory Harland Epps 13.5 мкм 3.3 Система РихтераСлефогта R. Richter, H. Slevogt (1941) Тесный дублет из одного сорта стекла с почти нулевой оптической силой обладает малым хроматизмом Двухлинзовый афокальный корректор + сферическое зеркало Очень мягкие допуски Поле зрения ~ 0.5 D = 643 мм = 1.4 Модифицированная система Рихтера-Слефогта Исходная система RS 13.5 мкм 3.2 Модифицированная D = 350 мм = 2.5 2w = 0.5 MRS Теребиж, 2001 D = 350 мм = 2.5 2w = 3.5 Можно ~6 Новые системы WF-03: D = 500 мм = 2.0 2w = 5.0 13.5 мкм 2.8 WF-05: = 1.8 2w = 14.1 13.5 мкм 13.3 Линзовый корректор в первичном фокусе R. Sampson (1913): ~10 F. Ross (1935): 15 Д. Максутов и др. (1964): 2.5 C. Wynne (1968): 1 Нужно поле не менее 1.5 2 NGLT, VISTA: D ~ 4 м, 2w ~ 2 4-5 линз Диаметр наибольшей ~1.25 м Асферические поверхности Корректор Винна с полем 50 для 4-м телескопа Kitt Peak Корректор с полем зрения 3 Корректор для 4-м телескопа CTIO V. Blanco – DECAM ( Теребиж, 2003 ) Etendue E ≡ A = 78 м2 гр2 Поле зрения: Поверхности: Диапазон спектра: Изображения: Стекло: Прозрачность: 3 (600 мм) все сферы 0.32 1.10 m 80 < 0.8 в интегральном свете любое одного типа если плавленый кварц, то выше 83% Корректор в кассегреновском фокусе PanSTARRS D = 1.8 м = 4.4 2w = 3.0 E1 = 13 м2 гр2 Первая серия 4 телескопа SDSS Дешевле Светосила меньше Надежность отождествления выше Компенсация наклонов фронта ... D = 2.5 м = 5.0 2w = 3.0 E = 28 м2гр2 Исключительно сложная форма поверхностей Корректор в выходном зрачке системы Грегори Выходной зрачок ( Теребиж, 2006 ) Модельный пример: D = 6.5 м, L = 8.8 м = 1.9 2w = 2.5 3.0 Виньетирование на краю поля < 2% E = 170 м2гр2 при 3.0 EP ES LSST (Large Synoptic Survey Telescope) Принцип Шмидта: афокальная система Мерсенна + cферическое зеркало 8.4 м 5.2 м 3.4 м M. Paul (1935) J. Baker (1969) R. Willstrop (1984) J. Angel et al. (2000) Deff = 6.5 м = 1.25 2w = 3.0 E = 235 м2 гр2 1.35 м LAMOST Зеркальная камера Шмидта D = 4.0 м = 5.0 2w = 5.0 E = 240 m2 deg2 Итоги LSST и LAMOST бросают вызов возможностям технологии Сеть телескопов Pan-STARRS: сложное сочетание достоинств и недостатков Корректоры в прямом фокусе и выходном зрачке: те же результаты простым образом Нужны новые идеи Корректор Максутова и др. [1964] 1 Гиперболоид: D = 2.6 м, умеренный эксцентриситет, 3.7 4 линзы + линза Пиацци-Смита, все сферы, простейшее стекло Поле зрения: 2w = 2.6 ( оригинальная схема оптимизирована )
