Широкоугольные оптические телескопы В.Ю.Теребиж Астрономия 2006: традиции, настоящее и будущее Санкт-Петербург июнь 2006 2w 1. - презентация

1 Широкоугольные оптические телескопы В.Ю.Теребиж Астрономия 2006: традиции, настоящее и будущее Санкт-Петербург июнь w 1

2 Задачи наблюдений Создается сеть обзорных телескопов диаметром до ~6.5 м и полем зрения ~2 3 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 ~ 24 m с периодичностью обновления данных порядка нескольких суток

3 Что ограничивает поле зрения? Изображение звезды на оси идеального параболоида D = 4 м, = 3.0 А 4 мкм 0.06, Дифракция света: идеальный телескоп изображает звезду в виде картины Эри Диск Эри содержит ~84% всего потока Диаметр диска Эри A 2.44 F/D f/number f/# 96 мкм 1.6

4 Аберрации телескопов и атмосфера Изображение звезды на расстоянии 1 от оси идеального параболоида D = 4 м, = диаметр круга, в пределах которого содержится 80% энергии в изображении точечного источника света Атмосфера: 80 > 0.6 Размер поля зрения задается условием мкм 2.4 Влияние комы 2

5 Классические телескопы и апланаты 3-го порядка Классический Грегори: P + E Грегори-апланат: E + E Классический Кассегрен: P + H Ричи-Кретьен: H + H Диаметр поля зрения Классические телескопы: < 10 Апланаты 3-го порядка: ~ 20 Нужно поле зрения диаметром не менее 1

6 Large Binocular Telescope (LBT) Классическая система Грегори D = 8.4 м = 15 1 F 1 /D = 1.14

7 Эффективность обзора Etendue, Throughput: RC, 4 м: E 1 м 2 гр 2 SDSS, 2.5 м: E 28 м 2 гр 2

8 Рефлекторы: два пути Увеличение количества зеркал- коникоидов SNAP Трехзеркальный анастигмат Корша D = 2.0 м = w = 1.5 (570 мм) 0.7 виньетировано Дифракционные изображения: m lim D. Korsch (1972) Исправлены все 5 аберраций 3-го порядка: сферическая, кома, астигматизм, дисторсия, кривизна поля E H E F

9 Двухзеркальные апланаты Шварцшильда Обычный подход: конические сечения + полиномиальные добавки Карл Шварцшильд (1905): строгий апланат Сферическая аберрация: точно, все порядки Кома: условие синусов Аббе, 3-й порядок 1.7 = 1.2

10 Karl Schwarzschild ( ) 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 …

11 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

12 Камера Шмидта (1930) Карл Шварцшильд: «Шмидт художник своего дела» Bernhard Schmidt ( ) Принцип Шмидта S

13 Пробный снимок, сделанный Бернхардом Шмидтом в 1930 г. с помощью изготовленной им самим первой широкоугольной камеры D = 36 см F/D = 1.7 2w = 4 Паломарский обзор неба 1.22 м, 6.5 Бюраканский обзор УФ-галактик 1.0 м, 5.5

14 Система Максутова (1941) > 3: все сферы Ахроматический мениск Не соблюдается основной принцип построения катадиоптрических систем Исключительно жесткие допуски, ретушь Д. Д. Максутов ( )

15 Роботизированные системы Univ. Michigan Los Alamos National Lab. Univ. New South Wales Lawrence Livermore National Lab. Lick Observatory Harland Epps 13.5 мкм 3.3 ROTSE-III D = 450 мм = 1.9 2w = 2.6

16 Система Рихтера Слефогта D = 643 мм = 1.4 Двухлинзовый афокальный корректор + сферическое зеркало Очень мягкие допуски Поле зрения ~ 0.5 Тесный дублет из одного сорта стекла с почти нулевой оптической силой обладает малым хроматизмом R. Richter, H. Slevogt (1941)

17 Модифицированная система Рихтера-Слефогта RS D = 350 мм = 2.5 2w = мкм 3.2 MRS Теребиж, 2001 D = 350 мм = 2.5 2w = 3.5 Можно ~6 Исходная система Модифицированная

18 Новые системы WF-03: D = 500 мм = 2.0 2w = мкм мкм 13.3 WF-05: = 1.8 2w = 14.1

19 Линзовый корректор в первичном фокусе Нужно поле не менее NGLT, VISTA: D ~ 4 м, 2w ~ линз Диаметр наибольшей ~1.25 м Асферические поверхности Корректор Винна с полем 50 для 4-м телескопа Kitt Peak R. Sampson (1913): ~10 F. Ross (1935): 15 Д. Максутов и др. (1964): 2.5 C. Wynne (1968): 1

20 Корректор с полем зрения 3 Поле зрения: 3 (600 мм) Поверхности: все сферы Диапазон спектра: m Изображения: 80 < 0.8 в интегральном свете Стекло: любое одного типа Прозрачность: если плавленый кварц, то выше 83% Корректор для 4-м телескопа CTIO V. Blanco – DECAM ( Теребиж, 2003 ) Etendue E A = 78 м 2 гр 2

21 Корректор в кассегреновском фокусе Pan STARRS D = 1.8 м = 4.4 2w = 3.0 E 1 = 13 м 2 гр 2 Первая серия 4 телескопа Дешевле Светосила меньше Надежность отождествления выше Компенсация наклонов фронта... Исключительно сложная форма поверхностей SDSS D = 2.5 м = 5.0 2w = 3.0 E = 28 м 2 гр 2

22 Корректор в выходном зрачке системы Грегори Модельный пример: D = 6.5 м, L = 8.8 м = 1.9 2w = Виньетирование на краю поля < 2% E = 170 м 2 гр 2 при 3.0 ( Теребиж, 2006 ) E P E S Выходной зрачок

23 LSST (Large Synoptic Survey Telescope) D eff = 6.5 м = w = 3.0 E = 235 м 2 гр 2 Принцип Шмидта: афокальная система Мерсенна + cферическое зеркало M. Paul (1935) J. Baker (1969) R. Willstrop (1984) J. Angel et al. (2000) 8.4 м 3.4 м 5.2 м 1.35 м

24 LAMOST D = 4.0 м = 5.0 2w = 5.0 E = 240 m 2 deg 2 Зеркальная камера Шмидта

25 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

26 Корректор Максутова и др. [1964] Гиперболоид: D = 2.6 м, умеренный эксцентриситет, линзы + линза Пиацци-Смита, все сферы, простейшее стекло Поле зрения: 2w = 2.6 ( оригинальная схема оптимизирована ) 1