6. Kaukoputket ja observatoriot

Transkriptio

1 6. Kaukoputket ja observatoriot Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luento Kalvot: Jyri Näränen ja Thomas Hackman HTTPKI, kevät 2011, luento 4 1

2 6. Kaukoputket ja observatoriot Perussuureet Klassiset optiset ratkaisut Teleskoopin pystytys Fokus Kuvan laatuun vaikuttavia tekijöitä Observatorion sijoituspaikka Teleskooppeja HTTPKI, kevät 2011, luento 4 2

3 6.1 Teleskooppia kuvaavat perussuureet Tärkeimmät ominaisuudet: Tyyppi (peili vai linssi) Objektiivin halkaisija D Polttoväli f Havaintoihin vaikuttaa: Valonkeräyskyky Aukkosuhde D/f kuvaa teleskoopin valovoimaa Kuvan mittakaava polttotasossa, yleensä yksiköissä /mm tai /pix Erotuskyky (käytännössä ilmakehä rajoittaa) Silmällä havaitessa: Suurennus w = f/f, jossa f on okulaarin HTTPKI, kevät 2011, luento 4 3

4 6.1 Teleskooppia kuvaavat perussuureet Esim. Tuorlan 1.05m teleskoopin erotuskyky on 0.13 Hubblen (2.4m) 0.06 ja NOTin 0.05 Yleensä seeing hyvälläkin paikalla , merenpinnan tasolla usein 3-5 Apupeilin pidike aiheuttaa diffraktiokuvion, joka hyvällä seeingillä ja/tai kirkkaiden tähtien kanssa voi aiheuttaa ongelmia HTTPKI, kevät 2011, luento 4 4

5 6.1 Teleskooppia kuvaavat perussuureet Mitat valitaan käyttötarkoituksen mukaan: Himmeät kohteet tai tarve hyvälle erotuskyvylle suuri D Laajat kohteet, pieni pintakirkkaus pieni f Pienet, mutta kirkkaat kohteet suuri f HTTPKI, kevät 2011, luento 4 5

6 6.2 Klassiset optiset ratkaisut Dioptriset eli linssiteleskoopit Kataoptiset eli peiliteleskoopit Katadioptriset eli sekä peilejä, että linssejä HTTPKI, kevät 2011, luento 4 6

7 6.2.1 Linssiteleskooppi + Umpinainen, tukeva rakenne + Huolto- ja säätövapaa + Ei apupeiliä - Pitkä ja näkökenttä pieni - Värivirheitä - Valmistaminen vaikeaa HTTPKI, kevät 2011, luento 4 7

8 6.2.1 Linssiteleskooppi Käytetään yleensä havaintoihin, joissa tarvitaan hyvää erotuskykyä (kaksoistähdet, planeetat, Aurinko, meridiaanikoneet) Swedish 1-m Solar Telescope, La Palma HTTPKI, kevät 2011, luento 4 8

9 6.2.2 Newtonin kaukoputki Pääpeili paraboloidi, apupeili tasopeili + Helppo valmistaa + Halpa - Instrumenttien asentaminen hankalaa - Voimakas koma - Aukkosuhde valittava isoksi, jotta apupeili ei kasva liian isoksi HTTPKI, kevät 2011, luento 4 9

10 6.2.3 Cassegrain teleskooppi Apupeili hyperboloidi Useimmat isot teleskoopit Cassegrain tai Ritchey-Chretien tyyppisiä (esim. VLT, Keck) Ritchey-Chretien teleskooppi on Cassegrainin parannettu muoto, jossa myös pääpeili on hyperboloidi HTTPKI, kevät 2011, luento 4 10

11 6.2.3 Cassegrain teleskooppi + Kompakti rakenne, helppo rakentaa vakaaksi + Instrumenttien asentaminen helppoa + Koma ja palloaberraatio pienempiä kuin Newtonissa + Ritchey-Chretien: ei komaa, eikä palloaberraatiota - Kuvakentän kaarevuus ja astigmatismi suurempia kuin vastaavassa Newtonissa - Ritchey-Chretien: korkea-asteiset pinnat vaikeita valmistaa - Fokusointi tehtävä tarkasti HTTPKI, kevät 2011, luento 4 11

12 6.2.4 Schmidt kamera Pallopeili + korjauslasi + Laaja kuvakenttä - Korjauslasi vaikea valmistaa - Yleensä umpinainen rakenne, lämpöongelmia - Kuvapinta kaareva (voidaan korjata) HTTPKI, kevät 2011, luento 4 12

13 6.2.5 Schmidt-Cassegrain + Lyhyt pitkästä polttovälistä huolimatta + Laaja ja lähes virheetön kuvakenttä - Vaikea valmistaa - kallis Telrad-Sucher (Kapege.de 2006) HTTPKI, kevät 2011, luento 4 13

14 6.2.6 Maksutov Sekä pääpeilin, että korjauslasin pinta pallopintoja Samat edut ja haitat kuin edellisellä Maksutoc-Cassegrain (Meade 2004) HTTPKI, kevät 2011, luento 4 14

15 6.2.7 Erikoisuuksia Esim. kameran (kaupallisella) linssioptiikalla varustettuja CCD -kameroita SuperWASP a HTTPKI, kevät 2011, luento 4 15

16 6.3 Teleskoopin pystytys Ekvatoriaalinen ja altatsimutaalineen eli atsimutaalinen Monta eri teknistä ratkaisua ekvatoriaaliseen pystytykseen: haarukka, saksalainen pystytys, englantilainen pystytys, hevosenkenkäpystytys (kuvat seuraavalla sivulla) HTTPKI, kevät 2011, luento 4 16

17 6.3 Teleskoopin pystytys Haarukka Saksalainen Englantilainen Hevosenkenkä (Palomar 5 m) HTTPKI, kevät 2011, luento 4 17

18 6.3 Teleskoopin pystytys HTTPKI, kevät 2011, luento 4 18

19 6.4 Fokus Primäärifokus Newton-fokus HTTPKI, kevät 2011, luento 4 19

20 6.4 Fokus Cassegrain fokus Hyöty: Minimoidaan peilien määrää Haitta: Mittalaite liikkuu Coude focus Hyöty: Mittalaite voi olla erillään teleskoopista HTTPKI, kevät 2011, luento 4 20

21 6.4 Fokus Nasmyth fokus Hyöty: Laite ei liiku Haitta: Ylimääräinen peili Teleskoopissa voi olla useita instrumentteja kiinni samaan aikaan eri fokuksissa HTTPKI, kevät 2011, luento 4 21

22 6.5 Kuvan laatuun vaikuttavia tekijöitä Optisen systeemin valinta Hionnan laatu Tarkkuus oltava ~/10 (Hubble /20) Pääpeilin tuenta Aktiivinen optiikka Suojaus hajavaloa vastaan (baffling) HTTPKI, kevät 2011, luento 4 22

23 6.5 Kuvan laatuun vaikuttavia tekijöitä HTTPKI, kevät 2011, luento 4 23

24 6.5 Kuvan laatuun vaikuttavia tekijöitä Kirkkaan tähden hajavalo CCD-kuvassa NOT:n hajavalon vähentäminen (Grundahl & Sörensen, 1996) HTTPKI, kevät 2011, luento 4 24

25 6.6 Terminen suunnittelu Lämpölähteitä: Teleskooppi, peili, rakenteet Teleskooppirakennus Instrumentti Havaitsija Huoltorakennukset, ympäröivä observatorio Maaperä HTTPKI, kevät 2011, luento 4 25

26 6.6 Terminen suunnittelu Miten terminen suunnittelu näkyy kuvassa? HTTPKI, kevät 2011, luento 4 26

27 6.6 Terminen suunnittelu NOT: Terminen suunnittelu optimoitu HTTPKI, kevät 2011, luento 4 27

28 6.6 Terminen suunnittelu Termisen suunnittelun haasteita: Teleskoopin kontrollihuone HTTPKI, kevät 2011, luento 4 28

29 6.7 Mekaaninen suunnittelu Laakerointi Tasapainotus Värähtelyn estäminen Tuulen sietokyky Peilin materiaalilla oltava pieni lämpölaajenemiskerroin HTTPKI, kevät 2011, luento 4 29

30 6.8 Havaintopaikan valinta Pilvisiä öitä mahdollisimman vähän Kuiva ilmasto Sijainti korkealla (ohut ilmakehä, taivas tumma) Hyvä seeing Pieni valosaaste Ympäröivä infrastruktuuri Hyviä havaintopaikkoja: La Palma, Havaiji, Chile, Arizona, Australia, Etelä-Afrikka HTTPKI, kevät 2011, luento 4 30

31 6.8 Havaintopaikan valinta HTTPKI, kevät 2011, luento 4 31

32 6.8 Havaintopaikan valinta Miksi Big Bear aurinkoobservatorio on rakennettu järvelle? HTTPKI, kevät 2011, luento 4 32

33 6.9 Teleskooppeja Suomen suurimpia: Turlan Cassegrain 1.03 m Metsähovin Ritchey-Chretien 60 cm Maailman suurimpia Keck 1 ja 2, 10 m (Mauna Kea) GTC, 10.4 m (La Palma) VLT 1-4, 4 x 8.2 m (ESO- Paranal) Subaru, 8.2 m (Mauna Kea) LBT, 2 x 8.4 m (Mt. Graham) Gemini North & South, 8.1 m (Mauna Kea & Cerro Pachon) LBT (NASA 2010) HTTPKI, kevät 2011, luento 4 33

34 6.9 Telskooppeja: Lähitulevaisuus GMT (Giant Magellan Telescope), 25 m, Las Campanas, 2018 TMT (Thirty Meter Telescope), 30 m, Mauna Kea, 2018 E-ELT (European Extremely Large Telescope), 39 m, Cerro Armazones, 2022 TMT (2008) E-ELT (ESO 2009) HTTPKI, kevät 2011, luento 4 34

35 6.9 Tehtävä Mitä etuja ja haittoja olisi sijoittaa observatorio seuraaviin paikkoihin? Mt. Everestin huipulle Antarktikselle Utön majakkasaarelle HTTPKI, kevät 2011, luento 4 35