Understanding Telescopes and Observatories in Basic Astronomy Course

1. 4. Kaukoputket ja observatoriot Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luento 10.2.2011 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’,jossaf’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 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 • 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