Segmentowe lustro
Segmentowane lustro to szereg mniejszych luster zaprojektowanych tak, aby działały jako segmenty jednego dużego zakrzywionego lustra . Segmenty mogą być sferyczne lub asymetryczne (jeśli są częścią większego reflektora parabolicznego ). Stosowane są jako obiektywy do dużych teleskopów zwierciadlanych . Aby funkcjonować, wszystkie segmenty lusterka muszą zostać wypolerowane do precyzyjnego kształtu i aktywnie wyrównane przez sterowany komputerowo aktywny układ optyczny wykorzystujący siłowniki wbudowane w komorę podtrzymującą lustro .
Koncepcja ta została zapoczątkowana przez Guido Horn D'Arturo , który zbudował pierwsze działające lustro segmentowe w 1952 roku, po dwudziestu latach badań; Został on później niezależnie ponownie odkryty i dalej rozwijany pod kierownictwem dr Jerry'ego Nelsona z Lawrence Berkeley National Laboratory i University of California w latach 80. [ potrzebne źródło ] i od tego czasu wszystkie niezbędne technologie rozprzestrzeniły się na całym świecie do tego stopnia, że zasadniczo wszystkie przyszłe duże teleskopy optyczne planują używać luster segmentowych.
Aplikacja
Istnieje granica technologiczna dla zwierciadeł głównych wykonanych z jednego sztywnego kawałka szkła. Takie niesegmentowane lub monolityczne zwierciadła nie mogą być zbudowane o średnicy większej niż około ośmiu metrów. Największymi monolitycznymi zwierciadłami w użyciu są obecnie dwa główne zwierciadła Wielkiego Teleskopu Lornetkowego , każde o średnicy 8,4 metra. Wykorzystanie zwierciadeł segmentowych jest zatem kluczowym elementem teleskopów o dużej aperturze . Używanie monolitycznego lustra znacznie większego niż 5 metrów jest zbyt drogie ze względu na koszt zarówno lustra, jak i masywnej konstrukcji potrzebnej do jego podparcia. Zwierciadło większe niż ten rozmiar również lekko zwisałoby pod własnym ciężarem, gdy teleskop był obracany w różnych pozycjach, zmieniając precyzyjny kształt powierzchni. Segmenty są również łatwiejsze do wytworzenia, transportu, instalacji i konserwacji w przypadku bardzo dużych monolitycznych luster.
Lustra segmentowe mają tę wadę, że każdy segment może wymagać precyzyjnego asymetrycznego kształtu i polegać na skomplikowanym sterowanym komputerowo systemie montażu. Wszystkie segmenty powodują również dyfrakcyjne na końcowym obrazie.
Inne zastosowanie zwierciadeł segmentowych można znaleźć w sektorze rzeczywistości rozszerzonej , aby zminimalizować rozmiar elementów optycznych. Częściowo odblaskowy układ luster segmentowych jest używany przez firmę tooz do odłączania światła od ich światłowodów, które są używane jako optyczny element inteligentnego szkła .
Teleskopy wykorzystujące zwierciadła segmentowe
Niektóre z największych teleskopów optycznych na świecie wykorzystują segmentowe zwierciadła główne. Obejmują one między innymi następujące teleskopy:
- Bliźniacze teleskopy są najbardziej widocznymi z obserwatoriów Mauna Kea na wysokości 4145 metrów (13600 stóp) w pobliżu szczytu Mauna Kea na Hawajach w Stanach Zjednoczonych. Oba teleskopy mają 10-metrowe zwierciadła główne.
- HET to 9,2-metrowy (30-stopowy) teleskop znajdujący się w McDonald Observatory w zachodnim Teksasie na wysokości 2026 m (6647 stóp). Jego główne lustro jest zbudowane z 91 sześciokątnych segmentów. Główne zwierciadło teleskopu jest ustawione pod kątem 55 stopni i może obracać się wokół podstawy. Cel jest śledzony przez przesuwanie instrumentów w ognisku teleskopu; umożliwia to dostęp do około 70–81% nieba w jego lokalizacji, a pojedynczy cel można śledzić do dwóch godzin.
- SALT to 10-metrowy teleskop przeznaczony do spektroskopii przez większość swojego czasu obserwacyjnego. Ma podobieństwa z teleskopem Hobby-Eberly, a także składa się z 91 sześciokątnych segmentów zwierciadeł, każdy o średnicy 1 metra, co daje w sumie sześciokątne zwierciadło o wymiarach 11,1 m na 9,8 m. Znajduje się w pobliżu miasta Sutherland w półpustynnym regionie Karoo w Afryce Południowej. Jest obiektem Południowoafrykańskiego Obserwatorium Astronomicznego , narodowego obserwatorium optycznego Republiki Południowej Afryki.
- Znany również jako GranTeCan Canaries Great Telescope wykorzystuje łącznie 36 segmentowanych luster. Ze zwierciadłem głównym o średnicy 10,4 m (34 stopy) jest to obecnie teleskop optyczny na świecie , znajdujący się w Obserwatorium Roque de los Muchachos na wyspie La Palma na Wyspach Kanaryjskich w Hiszpanii.
- The Large Sky Area Multi-Object Fibre Spectroscopic Telescope to teleskop przeglądowy zlokalizowany w prowincji Hebei Chin. Składa się z dwóch prostokątnych luster, składających się odpowiednio z 24 i 37 segmentów. Każdy sześciokątny segment ma rozmiar 1,1 metra.
- 18 segmentów lustrzanych Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba zostało w większości wyprodukowanych w 2011 roku. Teleskop kosmiczny został wystrzelony przez Ariane 5 z Centrum Kosmicznego w Gujanie 25 grudnia 2021 roku.
Teleskopy nowej generacji
Trzy niezwykle duże teleskopy będą następną generacją teleskopów ze zwierciadłami segmentowymi i mają zostać oddane do użytku w latach 20. XXI wieku. Gigantyczny Teleskop Magellana wykorzystuje siedem dużych segmentów i jest albo zgrupowany z teleskopami z segmentowymi zwierciadłami, albo z własną kategorią. Trzydziestometrowy Teleskop ma zostać zbudowany w Mauna Kea Observatories na Hawajach, choć budowa jest wstrzymana. Spowoduje to użycie 492 sześciokątnych segmentów. Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski będzie największym ze wszystkich trzech, wykorzystując w sumie 798 segmentów jako zwierciadło główne. Jej pierwsze światło spodziewane jest w 2027 roku.
Skoki dyfrakcyjne
Obrazy z teleskopów z segmentowanymi zwierciadłami również wykazują skoki dyfrakcyjne spowodowane dyfrakcją na krawędziach zwierciadeł. Tak jak poprzednio, dwa kolce są prostopadłe do każdej orientacji krawędzi, co daje sześć kolców (plus dwa słabsze ze względu na pająka podtrzymującego zwierciadło wtórne) na zdjęciach wykonanych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba .
Pierwsze głębokie pole JWST z kolcami dyfrakcyjnymi
Obraz JWST galaktyki spiralnej NGC 7469 z kolcami dyfrakcyjnymi
Krawędzie segmentów zwierciadła głównego JWST i pająka oznaczone kolorami wraz z odpowiadającymi im kolcami dyfrakcyjnymi
.jpeg)
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Nelson, Jerry (2005). „Segmentowe Teleskopy Lustrzane” . W Foy, Renaud; Foy, François-Claude (red.). Optyka w astrofizyce . Springer Science+Business Media. s. 61–72. ISBN 978-1-4020-3437-4 .
