4. Kaukoputket ja observatoriot

Esitys aiheesta: "4. Kaukoputket ja observatoriot"— Esityksen transkriptio:

1 4. Kaukoputket ja observatoriot
Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luento Thomas Hackman HTTPKI, kevät 2011, luento 4

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

3 4.1 Teleskooppia kuvaavat perussuureet
Tärkeimmät ominaisuudet: Tyyppi (peili vai linssi) Objektiivin halkaisija D Polttoväli f Havaintoihin vaikuttaa: Valonkeräyskyky Aukkosuhde f/D 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

4 4.1 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 0.5”-1.0”, 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

5 4.1 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

6 4.2 Klassiset optiset ratkaisut
Dioptriset eli linssiteleskoopit Kataoptiset eli peiliteleskoopit Katadioptriset eli sekä peilejä, että linssejä HTTPKI, kevät 2011, luento 4

7 4.2 Linssiteleskooppi Umpinainen, tukeva rakenne Huolto- ja säätövapaa
Ei apupeiliä Pitkä ja näkökenttä pieni Värivirheitä Valmistaminen vaikeaa HTTPKI, kevät 2011, luento 4

8 4.2 Linssiteleskooppi Käytetään yleensä havaintoihin, joissa tarvitaan hyvää erotuskykyä (kaksoistähdet, planeetat, Aurinko, meridiaanikoneet) Swedish 1-m Solar Telescope, La Palma HTTPKI, kevät 2011, luento 4

9 4.2 Newtonin kaukoputki Helppo valmistaa Halpa
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

10 4.2 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

11 4.2 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

12 4.2 Schmidt kamera Pallopeili + korjauslasi Laaja kuvakenttä
Korjauslasi vaikea valmistaa Yleensä umpinainen rakenne, lämpöongelmia Kuvapinta kaareva (voidaan korjata) HTTPKI, kevät 2011, luento 4

13 4.2 Schmidt-Cassegrain Lyhyt pitkästä polttovälistä huolimatta
Laaja ja lähes virheetön kuvakenttä Vaikea valmistaa kallis Telrad-Sucher (Kapege.de 2006) HTTPKI, kevät 2011, luento 4

14 4.2 Maksutov Sekä pääpeilin, että korjauslasin pinta pallopintoja
Samat edut ja haitat kuin edellisellä Maksutoc-Cassegrain (Meade 2004) HTTPKI, kevät 2011, luento 4

15 4.2 Erikoisuuksia Esim. kameran (kaupallisella) linssioptiikalla varustettuja CCD -kameroita SuperWASP a HTTPKI, kevät 2011, luento 4

16 4.3 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

17 4.3 Teleskoopin pystytys Saksalainen Haarukka Englantilainen
Hevosenkenkä (Palomar 5 m) HTTPKI, kevät 2011, luento 4

18 4.3 Teleskoopin pystytys HTTPKI, kevät 2011, luento 4

19 4.4 Fokus Primäärifokus Newton-fokus HTTPKI, kevät 2011, luento 4

20 4.4 Fokus Cassegrain –fokus Coude –focus
Hyöty: Minimoidaan peilien määrää Haitta: Mittalaite liikkuu Coude –focus Hyöty: Mittalaite voi olla erillään teleskoopista HTTPKI, kevät 2011, luento 4

21 4.4 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

22 4.5 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

23 4.5 Kuvan laatuun vaikuttavia tekijöitä
HTTPKI, kevät 2011, luento 4

24 4.5 Kuvan laatuun vaikuttavia tekijöitä
NOT:n hajavalon vähentäminen (Grundahl & Sörensen, 1996) Kirkkaan tähden hajavalo CCD-kuvassa HTTPKI, kevät 2011, luento 4

25 4.6 Terminen suunnittelu Lämpölähteitä: Teleskooppi, peili, rakenteet
Teleskooppirakennus Instrumentti Havaitsija Huoltorakennukset, ympäröivä observatorio Maaperä HTTPKI, kevät 2011, luento 4

26 4.6 Terminen suunnittelu Miten terminen suunnittelu näkyy kuvassa?
HTTPKI, kevät 2011, luento 4

27 4.6 Terminen suunnittelu NOT: Terminen suun- nittelu optimoitu
HTTPKI, kevät 2011, luento 4

28 4.6 Terminen suunnittelu Termisen suunnittelun haasteita:
Teleskoopin kontrollihuone HTTPKI, kevät 2011, luento 4

29 4.7 Mekaaninen suunnittelu
Laakerointi Tasapainotus Värähtelyn estäminen Tuulen sietokyky Peilin materiaalilla oltava pieni lämpölaajenemiskerroin HTTPKI, kevät 2011, luento 4

30 4.8 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

31 4.8 Havaintopaikan valinta
HTTPKI, kevät 2011, luento 4

32 4.8 Havaintopaikan valinta
Miksi Big Bear aurinko-observatorio on rakennettu järvelle? HTTPKI, kevät 2011, luento 4

33 4.9 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

34 4.9 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), 42 m, Cerro Armazones, 2018 TMT (2008) E-ELT (ESO 2009) HTTPKI, kevät 2011, luento 4

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