Телескоп Ричи – Кретьена

Оригинальный 24-дюймовый (0,6 м) телескоп-рефлектор Джорджа Уиллиса Ричи с параболическим зеркалом и двумя фокусами: ньютоновским и кассегреновским. Являясь частью коллекции Смитсоновского института, с 2004 года он был передан в аренду Космическому и научному центру Шабо.

Телескоп Ричи-Кретьена ( RCT или просто RC ) — это специализированный вариант телескопа Кассегрена , который имеет гиперболическое главное зеркало и гиперболическое вторичное зеркало, предназначенные для устранения внеосевых оптических ошибок ( комы ). RCT имеет более широкое поле зрения и отсутствие оптических ошибок по сравнению с более традиционной конфигурацией телескопа-рефлектора . С середины 20 века большинство крупных профессиональных исследовательских телескопов имели конфигурацию Ричи – Кретьена; некоторые известные примеры — космический телескоп Хаббла , телескопы Кека ESO и Очень Большой Телескоп .

История

Телескоп Ричи-Кретьена был изобретен в начале 1910-х годов американским астрономом Джорджем Уиллисом Ричи и французским астрономом Анри Кретьеном . В 1927 году Ричи сконструировал первый успешный РКИ с диаметром апертуры 60 см (24 дюйма) (например, 24-дюймовый рефлектор Ричи). Вторым РКИ был инструмент диаметром 102 см (40 дюймов), сконструированный Ричи для Военно-морской обсерватории США ; Этот телескоп до сих пор работает на станции Флагстафф военно-морской обсерватории .

Дизайн

Как и другие рефлекторы конфигурации Кассегрена, телескоп Ричи-Кретьена (RCT) имеет очень короткую оптическую трубку и компактную конструкцию для данного фокусного расстояния . RCT предлагает хорошие внеосевые оптические характеристики, но его зеркала требуют сложных технологий для производства и испытаний. Следовательно, конфигурация Ричи – Кретьена чаще всего встречается в высокопроизводительных профессиональных телескопах.

Двухзеркальный фундамент

Телескоп только с одним изогнутым зеркалом, например ньютоновский телескоп , всегда будет иметь аберрации. Если зеркало сферическое, оно будет страдать в первую очередь от сферической аберрации . Если зеркало сделать параболическим, чтобы исправить сферическую аберрацию, то оно все равно страдает комой и астигматизмом , поскольку нет никаких дополнительных конструктивных параметров, которые можно было бы изменить для их устранения. С помощью двух несферических зеркал, таких как телескоп Ричи-Кретьена, также можно устранить кому, устранив вклад двух зеркал в общую кому. Это обеспечивает большее полезное поле зрения. Однако такие конструкции по-прежнему страдают астигматизмом.

Базовая двухповерхностная конструкция Ричи-Кретьена свободна от комы третьего порядка и сферической аберрации . ^{[ 1 ]} Однако конструкция с двумя поверхностями страдает комой пятого порядка, сильным астигматизмом с большими углами и сравнительно сильной кривизной поля зрения . ^{[ 2 ]}

Дальнейшие исправления третьим элементом

При фокусировке на полпути между сагиттальной и тангенциальной плоскостями фокусировки звезды выглядят как круги, что делает телескоп Ричи-Кретьена хорошо подходящим для широкоугольных и фотографических наблюдений. Остальные аберрации двухэлементной базовой конструкции можно устранить за счет добавления оптических элементов меньшего размера вблизи фокальной плоскости. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Астигматизм можно устранить, включив третий изогнутый оптический элемент. Когда этот элемент является зеркалом, в результате получается трехзеркальный анастигмат . Альтернативно, RCT может использовать одну или несколько линз с низким увеличением перед фокальной плоскостью в качестве корректора поля для коррекции астигматизма и выравнивания фокальной поверхности, как, например, телескоп SDSS и телескоп VISTA ; это может обеспечить диаметр поля зрения до 3 °.

Камера Шмидта может обеспечить еще более широкое поле зрения, примерно до 7°. Однако для «Шмидта» требуется корректирующая пластина с полной апертурой, которая ограничивает ее апертурой менее 1,2 метра, в то время как «Ритчи-Кретьен» может быть намного больше. Другие конструкции телескопов с передними корректирующими элементами не ограничиваются практическими проблемами изготовления многократно изогнутой пластины-корректора Шмидта, например конструкция Лурье-Хоутона .

Закупорка апертуры

В конструкции Ричи-Кретьена, как и в большинстве систем Кассегрена, вторичное зеркало блокирует центральную часть апертуры. Эта кольцеобразная входная апертура значительно уменьшает часть передаточной функции модуляции (MTF) в диапазоне низких пространственных частот по сравнению с конструкцией с полной апертурой, такой как рефрактор. ^{[ 5 ]} Этот вырез MTF снижает контрастность изображения при визуализации широких объектов. Кроме того, поддержка вторичного изображения (паука) может привести к появлению дифракционных всплесков на изображениях.

Зеркала

Радиусы кривизны главного и вторичного зеркал соответственно в двухзеркальной конфигурации Кассегрена составляют:

R_{1}=-{\frac {2DF}{F-B}}=-{\frac {2F}{M}}

и

R_{2}=-{\frac {2DB}{F-B-D}}=-{\frac {2B}{M-1}}

,

где

$F$ - эффективное фокусное расстояние системы,
$B$ — заднее фокусное расстояние (расстояние от второстепенного элемента до фокуса),
$D$ расстояние между двумя зеркалами и
$M=(F-B)/D$ это вторичное увеличение. ^{[ 6 ]}

Если вместо $B$ и $D$ , известные величины — фокусное расстояние главного зеркала, $f_{1}$ , и расстояние до фокуса за главным зеркалом, $b$ , затем $D=f_{1}(F-b)/(F+f_{1})$ и $B=D+b$ .

Для системы Ричи – Кретьена конические константы $K_{1}$ и $K_{2}$ из двух зеркал выбраны так, чтобы исключить сферическую аберрацию третьего порядка и кому; решение:

K_{1}=-1-{\frac {2}{M^{3}}}\cdot {\frac {B}{D}}

и

K_{2}=-1-{\frac {2}{(M-1)^{3}}}\left[M(2M-1)+{\frac {B}{D}}\right]

.

Обратите внимание, что $K_{1}$ и $K_{2}$ меньше, чем $-1$ (с $M>1$ ), поэтому оба зеркала гиперболические. (Однако главное зеркало обычно довольно близко к параболическому.)

Гиперболическую кривизну трудно проверить, особенно с помощью оборудования, обычно доступного производителям телескопов-любителей или производителям лабораторных масштабов; таким образом, в этих приложениях преобладают старые конструкции телескопов. Однако профессиональные производители оптики и крупные исследовательские группы проверяют свои зеркала с помощью интерферометров . Тогда для Ричи-Кретьена требуется минимальное дополнительное оборудование, обычно небольшое оптическое устройство, называемое нулевым корректором , которое придает гиперболическому первичному элементу сферический вид для интерферометрического теста. На космическом телескопе Хаббла это устройство было построено неправильно (отражение от непредусмотренной поверхности, приводящее к неправильному измерению положения линзы), что привело к ошибке в главном зеркале Хаббла. ^{[ 7 ]}

Неправильные корректоры нуля привели и к другим ошибкам изготовления зеркал, например, в телескопе Новой Технологии .

Дополнительные плоские зеркала

На практике каждая из этих конструкций может также включать любое количество плоских складчатых зеркал , используемых для изгиба оптического пути в более удобные конфигурации. В этой статье рассматриваются только зеркала, необходимые для формирования изображения, а не для его размещения в удобном месте.

Примеры больших телескопов Ричи – Кретьена

Ричи планировал, что 100-дюймовый телескоп Маунт-Вилсон-Хукер (1917 г.) и 200-дюймовый (5 м) телескоп Хейла будут РКИ. Его конструкции обеспечивали бы более четкое изображение в большем полезном поле зрения по сравнению с фактически используемыми параболическими конструкциями. Однако Ричи и Хейл поссорились. Поскольку 100-дюймовый проект уже опоздал и бюджет превысил бюджет, Хейл отказался принять новый дизайн с его труднопроверяемыми изгибами, и Ричи покинул проект. Оба проекта тогда были построены с использованием традиционной оптики. С тех пор прогресс в оптических измерениях ^{[ 8 ]} и изготовление ^{[ 9 ]} позволили конструкции RCT взять верх – телескоп Хейла, запущенный в эксплуатацию в 1948 году, оказался последним ведущим в мире телескопом с параболическим главным зеркалом. ^{[ 10 ]}

диаметром 41 см Ферменный телескоп RC Optical Systems , входящий в состав массива PROMPT Telescopes .

10,4-метровый телескоп Gran Telescopio Canarias в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на острове Ла-Пальма , Канарские острова ( Испания ).
Два 10-метровых телескопа обсерватории Кека в обсерватории Мауна-Кеа ( США ).
Четыре 8,2-метровых телескопа, входящие в состав Очень большого телескопа ( Чили ).
8,2-метровый телескоп Subaru в обсерватории Мауна-Кеа ( США ).
Два 8-метровых телескопа, входящие в обсерваторию Джемини в Мауна-Кеа ( США ) и Чили .
4,1 м Обзорный астрономический телескоп видимого и инфракрасного диапазона диаметром в обсерватории Паранал ( Чили ).
диаметром 4,1 м Южный астрофизический исследовательский телескоп в Серро-Пачон ( Чили ).
4,0-метровый телескоп Мэйолл в Национальной обсерватории Китт-Пик ( США ).
4,0-метровый телескоп Бланко в Межамериканской обсерватории Серро Тололо ( Чили ).
Телескоп диаметром 3,94 м в обсерватории Восточной Анатолии (DAG) в Эрзуруме , Турция .
диаметром 3,9 м Англо-австралийский телескоп в обсерватории Сайдинг-Спринг ( Австралия ).
Научно 3,6-метровый оптический телескоп Devasthal , -исследовательского института наблюдательных наук Арьябхатты Найнитал, ( Индия ).
3,58-метровый телескоп Telescopio Nazionale Galileo в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на Ла-Пальме , Канарские острова , ( Испания ).
3,58-метровый телескоп новой технологии в Европейской южной обсерватории ( Чили ).
3,5-метровый телескоп ARC в обсерватории Апач-Пойнт , Нью-Мексико ( США ).
3,5-метровый телескоп обсерватории Калар-Альто на горе Калар-Альто ( Испания ).
высотой 3,50 м Обсерватория WIYN в Национальной обсерватории Китт-Пик ( США ).
3,4-метровый телескоп INO340 в Иранской национальной обсерватории ( Иран ).
диаметром 2,65 м Обзорный телескоп VLT в Паранал обсерватории ESO ( Чили ) .
Эффективная длина 2,56 м. f / 11 Северный оптический телескоп на Ла-Пальме , Канарские острова , ( Испания ).
2,50-метровый телескоп Sloan Digital Sky Survey (модифицированная конструкция) в обсерватории Апач-Пойнт , Нью-Мексико , США.
диаметром 2,4 м Космический телескоп Хаббл в настоящее время находится на орбите вокруг Земли.
2,4-метровый телескоп Тайской национальной обсерватории на Дой Интанон ( Таиланд ).
2,2-метровый телескоп обсерватории Калар-Альто на горе Калар-Альто ( Испания ).
2,15-метровый телескоп астрономического комплекса Леонсито в Сан-Хуане , Аргентина .
Телескоп диаметром 2,12 м в Сан-Педро-Мартир , Национальная астрономическая обсерватория (Мексика) .
Телескоп диаметром 2,1 м в Национальной обсерватории Китт-Пик ( США ).
2,08-метровый телескоп Отто Струве в обсерватории Макдональд ( США ).
2,0-метровый Ливерпульский телескоп ( робот-телескоп ) на Ла-Пальме , Канарские острова , ( Испания ).
2,0-метровый телескоп Роженской обсерватории , Болгария .
2,0-метровый гималайский телескоп «Чандра» Индийской астрономической обсерватории в Ханле ( Индия ).
1,8-метровые телескопы Pan-STARRS в Халеакале на острове Мауи , Гавайи .
Телескоп диаметром 1,65 м в Молетской астрономической обсерватории ( Литва ).
1,6-метровый телескоп обсерватории Мон-Мегантик на горе Мон-Мегантик в Квебеке , Канада .
1,6-метровый телескоп Перкин-Элмер в обсерватории Пику-дус-Диас в Минас-Жерайс , Бразилия .
1,3-метровый телескоп в обсерватории Скинакас на острове Крит , Греция .
1,0-метровый телескоп Ричи на станции Флагстафф Военно-морской обсерватории США (последний телескоп, созданный Дж. Ричи перед его смертью).
1,0 м DFM Engineering f / 8 в обсерватории Эмбри-Риддл в Дейтона-Бич, Флорида , ( США ).
Четыре 1,0-метровых телескопа SPECULOOS в обсерватории Паранал в Чили посвящены поиску экзопланет размером с Землю .
диаметром 0,85 м Космический телескоп Спитцер , инфракрасный космический телескоп на околоземной орбите (выведен из эксплуатации НАСА 30 января 2020 года).
0,8-метровый Astelco Systems, телескоп Перрен, спроектированный в обсерватории Лондонского университетского колледжа в Милл-Хилл, Лондон ( Великобритания ).
0,8-метровый телескоп DFM Engineering CCT-32 в Университете Виктории в Виктории, Британская Колумбия.
Камера LOng Range Reconnaissance Imager (LORRI) длиной 0,208 м на борту космического корабля «Новые горизонты» , находящегося в настоящее время за пределами Плутона.

См. также

Ссылки

^ Сачек, Владимир (14 июля 2006 г.). «Классические и апланатические двухзеркальные системы» . телескоп-оптика.net . Заметки по оптике любительских телескопов . Проверено 24 апреля 2010 г.
^ Руттен, Гарри; ван Венрой, Мартин (2002). Телескопическая оптика . Вильманн-Белл. п. 67. ИСБН 0-943396-18-2 .
^ Боуэн, Исландия; Воган, AH (1973). «Оптическая схема 40-дюймового телескопа и телескопа Ирени Дюпон в обсерватории Лас-Кампанас, Чили» . Прикладная оптика . 12 (77): 1430–1435. Бибкод : 1973ApOpt..12.1430B . дои : 10.1364/AO.12.001430 . ПМИД 20125543 .
^ Хармер, CFW; Винн, CG (октябрь 1976 г.). «Простой широкопольный телескоп Кассегрена» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 177 : 25–30. Бибкод : 1976MNRAS.177P..25H . дои : 10.1093/mnras/177.1.25P . Проверено 29 августа 2017 г.
^ «Последствия апертурной обструкции» .
^ Смит, Уоррен Дж. (2008). Современная оптическая техника (4-е изд.). МакГроу-Хилл Профессионал . стр. 508–510. ISBN 978-0-07-147687-4 .
^ Аллен, Лью; и др. (1990). Отчет об отказе оптических систем космического телескопа Хаббл (PDF) (Отчет). НАСА . НАСА-ТМ-103443.
^ Бердж, Дж. Х. (1993). «Передовые методы измерения главных зеркал астрономических телескопов» (PDF) . доктор философии Диссертация, Университет Аризоны. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Уилсон, Р.Н. (1996). Оптика отражающего телескопа I. Базовая теория конструкции и ее историческое развитие . Том. 1. Шпрингер-Верлаг: Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк. Бибкод : 1996rtob.book.....W . стр. 454
^ Зиркер, Дж. Б. (2005). Акр стекла: история и прогноз телескопа . Пресса Университета Джонса Хопкинса. , с. 317.

[Sacek1-1] Сачек, Владимир (14 июля 2006 г.). «Классические и апланатические двухзеркальные системы» . телескоп-оптика.net . Заметки по оптике любительских телескопов . Проверено 24 апреля 2010 г.

[Rutten67-2] Руттен, Гарри; ван Венрой, Мартин (2002). Телескопическая оптика . Вильманн-Белл. п. 67. ИСБН 0-943396-18-2 .

[3] Боуэн, Исландия; Воган, AH (1973). «Оптическая схема 40-дюймового телескопа и телескопа Ирени Дюпон в обсерватории Лас-Кампанас, Чили» . Прикладная оптика . 12 (77): 1430–1435. Бибкод : 1973ApOpt..12.1430B . дои : 10.1364/AO.12.001430 . ПМИД 20125543 .

[4] Хармер, CFW; Винн, CG (октябрь 1976 г.). «Простой широкопольный телескоп Кассегрена» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 177 : 25–30. Бибкод : 1976MNRAS.177P..25H . дои : 10.1093/mnras/177.1.25P . Проверено 29 августа 2017 г.

[5] «Последствия апертурной обструкции» .

[6] Смит, Уоррен Дж. (2008). Современная оптическая техника (4-е изд.). МакГроу-Хилл Профессионал . стр. 508–510. ISBN 978-0-07-147687-4 .

[7] Аллен, Лью; и др. (1990). Отчет об отказе оптических систем космического телескопа Хаббл (PDF) (Отчет). НАСА . НАСА-ТМ-103443.

[8] Бердж, Дж. Х. (1993). «Передовые методы измерения главных зеркал астрономических телескопов» (PDF) . доктор философии Диссертация, Университет Аризоны. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[9] Уилсон, Р.Н. (1996). Оптика отражающего телескопа I. Базовая теория конструкции и ее историческое развитие . Том. 1. Шпрингер-Верлаг: Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк. Бибкод : 1996rtob.book.....W . стр. 454

[10] Зиркер, Дж. Б. (2005). Акр стекла: история и прогноз телескопа . Пресса Университета Джонса Хопкинса. , с. 317.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]