Schmidt-telescoop

Van Wikipedia, de gratis encyclopedie
Spring naar navigatie Spring naar zoeken
Straalweg van een Schmidt-telescoop

De Schmidt-telescoop , ook wel Schmidt-camera of Schmidt-spiegel genoemd , is een speciaal voor astrofotografie ontworpen spiegeltelescoop die dankzij zijn ontwerp een bijzonder groot bruikbaar gezichtsveld heeft . De combinatie van lenzen en spiegels maakt het tot een catadioptrisch systeem .

ontwikkeling

De Schmidt-telescoop gaat terug op een uitvinding van Bernhard Schmidt rond 1930 , die een bolvormige hoofdspiegel combineerde met een dunne, zeer speciaal gevormde correctieplaat ( Schmidt-plaat ). [1] Deze bevindt zich in het centrum van de kromming van de hoofdspiegel en elimineert de sferische aberratie . De coma wordt alleen vermeden door het feit dat de diafragma-stop zich in het krommingscentrum van de hoofdspiegel bevindt. Om de lichtafval (donker worden van de hoeken) te verminderen is de hoofdspiegel groter in diameter gemaakt dan de telescoopopening (zie afbeelding). De Schmidt-camera werd veel gebruikt in de hemelfotografie vanwege de grote beeldhoek die kan worden vastgelegd en de hoogste beeldkwaliteit tot in de hoeken van de fotoplaten . Het gezichtsveld van de Schmidt-camera is echter gekromd, dus een sferisch gebogen film moet in de focus worden gebruikt om de kromming van het veld te compenseren. Dit kan ook volledig worden gecompenseerd door optische correctors, zodat platte fotosensoren kunnen worden gebruikt.

Schmidt wees er in zijn oorspronkelijke publicatie al op dat het mogelijk is om de moeilijk te vervaardigen correctieplaat (de zogenaamde "lensless Schmidt-telescoop") volledig te laten vervallen als de brandpuntsafstand zwakker is.

Schmidt besloot zijn idee niet als octrooi te registreren.

Het type telescoop is niet geschikt voor visuele waarneming (in tegenstelling tot de Schmidt-Cassegrain telescoop ), maar alleen voor fotografie , aangezien het brandpunt binnen de telescoopbuis ligt en daar alleen een camera of fotoplaat kan worden gemonteerd.

De compleet anders geconstrueerde Schmidt-Cassegrain-telescoop leidt de focus uit de achterkant van de buis en is daarom ook geschikt voor visuele observatie.

Bernhard Schmidt voltooide in 1930 de eerste Schmidt-spiegel van het observatorium in Hamburg-Bergedorf (vrije opening 360 mm, spiegeldiameter 440 mm, brandpuntsafstand 630 mm). Toen het observatorium van Hamburg op zoek was naar een nieuwe directeur, riep Walter Baade in 1937 een grote Schmidt-telescoop met een opening van 1 m op als kandidaat. De Hamburgse Senaat keurde de fondsen ook goed nadat Baade had opgezegd en Otto Heckmann tot directeur was benoemd. De bouw kwam tot stand na het einde van de oorlog. De Grote Hamburger Schmidt (vrije opening 800 mm, spiegeldiameter 1200 mm, brandpuntsafstand 2400 mm) werd in 1954 in gebruik genomen. De oorspronkelijk geplande screeningswerkzaamheden waren inmiddels overgenomen door Palomar- Schmidt. De Great Hamburg Schmidt Mirror werd in 1975 naar het Calar Alto Observatorium in Spanje gebracht en bleef daar 25 jaar in bedrijf.

De Alfred Jensch-telescoop, 's werelds grootste Schmidt-camera

De volgende instrumenten zijn van bijzonder belang voor astronomisch onderzoek, gesorteerd op grootte:

De Big Schmidt van het Palomar Observatorium was de eerste grote Schmidt-telescoop die werd gebruikt voor een volledige hemelcartografie van de noordelijke hemel. De kaartenreeks POSS ( Palomar Observatory Sky Survey ) is lange tijd de referentiebron geweest voor observationele astronomie. Het werd herhaald in de jaren 1980. Op zuidelijke breedtegraden werd de ESO-Schmidt gebruikt voor luchtfotografie van de zuidelijke sterrenhemel .

De UK-Schmidt-Telescope, de Oschin-Schmidt-Telescope en de ESO-Schmidt hebben een achromatische correctorplaat van twee soorten glas, die voor de eerste is gemaakt door Grubb Parsons . [3] [4]

Aanpassingen van de Schmidt-spiegel

De uitstekende optische eigenschappen van de Schmidt-camera motiveerden het onderzoek van een aantal varianten om het gezichtsveld te nivelleren, de structuur te vereenvoudigen, de beeldhoek of het diafragma te vergroten:

Schmidt Väisälä-camera

Het principe van de correctorplaat werd ook in 1924 - vóór Schmidt - ontdekt door Yrjö Väisälä , maar werd door hem verworpen vanwege de kromming van het gezichtsveld. [5] Later ontwikkelde Väisälä beeldveldplaners met twee lenzen voor Schmidt-spiegels, die dicht bij het brandpunt zitten, en bouwde hij twee camera's, een met een diafragma van 120 mm en een met een diafragma van 500 mm, beide met een diafragmaverhouding van 1 : 2 en een beeldhoek van ongeveer 7°. [6] [7] In 1941 maakte hij er nog een met een opening van 31 cm voor het observatorium Kvistaberg .

Twee van dergelijke camera's met een bijzonder groot diafragma van 63 cm en een diafragmaverhouding van bijna 1:1 bij een beeldhoek van 10° werden begin jaren zestig gespecificeerd door J. Hewitt en gebouwd door Grubb Parsons. Deze apparaten, bekend als Hewitt- camera's, werden gebruikt voor satellietobservatie in Engeland en Australië.

Een lens voor het afvlakken van het beeldveld werd later gebruikt in de Oschin Schmidt-telescoop en in het Observatorio Astronómico Nacional de Llano del Hato om de telescopen te bedienen met platte CCD-beeldrecorders . In de Schmidt-telescoop van het Kiso-observatorium wordt echter een passend gevormde CCD-chip gebruikt. [8e]

Varianten met twee spiegels

Schmidt-Cassegrain-telescoop voor amateurastronomen, de Schmidt-plaat dient ook als houder voor de secundaire spiegel, waardoor er geen spin nodig is en de hierdoor veroorzaakte diffractiepieken worden vermeden.

Hoofd artikelen: Schmidt-Cassegrain-telescoop en Schmidt-Newton-telescoop

James G. Baker ontwikkelde een alternatief voor het afvlakken van het beeldveld met behulp van lenzen door de Schmidt-corrector te combineren met een Cassegrain-spiegelopstelling met ten minste één enigszins asferisch spiegeloppervlak. [9] Dit resulteert in een beter toegankelijk beeldvlak nabij de hoofdspiegel - in vergelijking met de originele Schmidt-camera - en een korter ontwerp door een kleinere afstand tussen de corrector en de hoofdspiegel. Verdere varianten zijn ontwerpen waarbij beide spiegels bolvormig zijn, maar beeldfouten niet volledig worden geëlimineerd; deze kunnen vervolgens worden geëlimineerd door verdere correctoren dicht bij de focus. Volgens dit principe zijn er twee grote wetenschappelijke instrumenten met een opening van iets meer dan 80 cm gebouwd, evenals een aantal telescopen voor amateurastronomie met een opening van ongeveer 55 cm. Ook voor de amateursector wordt de combinatie van een Newton-telescoop met een Schmidt-correctorplaat ervoor aangeboden.

Een andere variant is het monocentrische ontwerp, waarbij het krommingscentrum van beide spiegels op elkaar ligt. De zo gevormde symmetrie resulteert in een grote beeldhoek.

Super Schmidt-optiek

Baker-Nunn camera , hij is korter dan een Schmidt camera door de hogere diafragmaverhouding van 1:1.

Het principe van de door Schmidt ontdekte opstelling kan verder worden verbeterd door het concept van een corrector in het midden van een bolvormige hoofdspiegel uit te breiden via een meerdelige structuur van de corrector. Voor dit doel is het zeer effectief gebleken om de correctie te verdelen tussen de Schmidt-plaat en de meniscuslens van een Maksutov-telescoop , omdat sommige aberraties van de Schmidt-plaat en de meniscus elkaar opheffen. [10] [11] [12] Deze optieken hebben een beeldhoek van 60° bij lichtintensiteiten van rond de 1:1 en werden rond 1960 vooral gebruikt als satellietcamera's .

Voorbeelden van Super Schmidt-optieken zijn:

  • Meniscus Super Schmidt-camera. Deze camera, ontwikkeld in Engeland, maakt gebruik van twee meniscuses rond een achromatische Schmidt-plaat; het heeft een opening van 30 cm en een nominale diafragmaverhouding van 1: 0,63. [13] [14]
  • De Baker super-Schmidt ontwikkelde parallel, de camera voor meteoorobservatie ontworpen door James G. Baker en gebouwd door Perkin Elmer rond 1950, had een vergelijkbare structuur en vergelijkbare eigenschappen. [14] [15]
  • De Sovjet FAS-camera, bestaande uit een correctorplaat en meniscuslens. [16]
  • VAU-Camera, een in de Sovjet-Unie ontworpen camera met een lensdiameter van 650 mm. Het was in het Observatorium van 1969 Zvenigorod geïnstalleerd. Het is gebaseerd op een Astrodar- lens ontwikkeld door Maksutow en Sosnina in 1953, waarbij zich achter het diafragma een meniscuslens bevindt. [17] [18]
  • Een Poznan-2- camera gebouwd in Polen en geïnstalleerd in het Poznan Observatorium , die een corrector heeft die bestaat uit vijf lenzen. [16]
  • De Baker-Nunn satellietvolgcamera met een diafragma van 50 cm en een diafragmaverhouding van 1: 1. De opstelling van de corrector met drie lenzen en de sferische spiegel is vergelijkbaar met die van een Houghton-telescoop , maar de correctorlenzen zijn dunner en asferisch gemaakt, zoals in een Schmidt-camera.

Een verdere ontwikkeling die scherpere beelden oplevert bij een beeldhoek van 30°, een diafragma van 80 cm en een diafragmaverhouding van 1:1,9 heeft en alleen sferische lenzen van één type glas gebruikt, verscheen in 2016. [19]

Corrector spiegel

LAMOST

Hoofd artikel: Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopische Telescoop

De breking van licht op de Schmidt-plaat, die van glas is, veroorzaakt een golflengte-afhankelijke splitsing van het licht. Deze chromatische aberratie kan worden vermeden door een asferisch gevormde, licht hellende spiegel te gebruiken die de Schmidt-plaat vervangt. [20] [21] Voor onderzoeksdoeleinden werd in 2007 voor het eerst een Schmidt-telescoop met een correctorspiegel gerealiseerd door het Chinese LAMOST . Doordat de correctorspiegel ook over een groot oppervlak tegen vervorming kan worden ondersteund, kon een vrije opening van 4 m worden gerealiseerd en werd een chromasievrij beeldveld van 5° bereikt.

literatuur

  • S. Marx, W. Pfau: Luchtfotografie met Schmidt-telescopen. Urania-Verlag, Leipzig / Jena / Berlijn 1990, ISBN 3-332-00214-7 .
  • J. Schramm: Sterren boven Hamburg - De geschiedenis van de astronomie in Hamburg. 2e, herziene en uitgebreide druk. Bureau Cultuur en Geschiedenis, Hamburg 2010, ISBN 978-3-9811271-8-8 .

web links

Commons : Schmidt-camera's - verzameling afbeeldingen, video's en audiobestanden

Individueel bewijs

  1. Bernhard Schmidt: Een helder, comavrij spiegelsysteem. bibcode : 1938MiHam ... 7 ... 15S
  2. ^ Atmosferische uitstervingscoëfficiënten en nachtelijke hemelhelderheid bij het Xuyi Observational Station , arxiv : 1211.4672
  3. ^ Charles Gorrie Wynne : The Optics of the Achromatized UK Schmidt Telescope Quarterly In: Journal of the Royal Astronomical Society. Deel 22, 1981, blz. 146, bibcode : 1981QJRAS..22..146W
  4. ^ RV Willstrop: Wide-field conversies voor reflecterende telescopen. bibcode : 1987MNRAS.229..143W
  5. ^ E. Öpik: Yrjö Väisälä. In: Ierse Astron. reis. Deel 11, blz. 159, bibcode : 1973IrAJ ... 11R.159O
  6. Yrjö Väisälä: Anastigmatische spiegeltelescoop van het observatorium van de Universiteit van Turku. In: Astr. Nachr. Volume 254, 1935, blz. 361. bibcode : 1935AN .... 254..361V
  7. Yrjö Väisälä: Over spiegeltelescopen met een groot gezichtsveld. In: Astr. Tot. Jaargang 259, 1936, blz. 197. bibcode : 1936AN .... 259..197V
  8. Nobunan Itoh, Takao Soyano, Ken'rchi Tarusawa, Tsutomu Aoki, Sigeomi Yoshida, Takashi Hasegawa, Yasushi Yadomaru, Yoshikazu Nakada, Satoshi Miyazaki: A Very Wide-Field CCD Camera for Kiso Schmidt Telescope ( Memento van 31 oktober 2008 op de Internetarchief ) (PDF-bestand; 739 kB). In: Publ. Natl. Astron. Obs. Japan. Deel 6, 2001, blz. 41-48.
  9. ^ JG Baker: Een familie van Flat Field Camera's, gelijkwaardig in prestaties aan de Schmidt Camera. In: Proceedings, American Philosophical Society. vol. 82, 1940, blz. 339. (books.google.de)
  10. James G. Baker : Schmidt-beeldvormer met sferische aberratiecorrectie. USPTO prioriteit 19 juni 1945.
  11. ^ Albert Bouwers: Schmidt Type Image Voormalig Met Negatieve Meniscus Lens Sferische Aberratie Corrector. USPTO, prioriteit 16 oktober 1945. (google.nl)
  12. ^ DG Hawkins, EH Linfoot: een verbeterd type Schmidt-camera. In: Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society. Deel 105, 1945, blz. 334, bibcode : 1945MNRAS.105..334H
  13. ^ De meniscus Super-Schmidt-meteoorcamera. (eng.)
  14. ^ Een b J. Davis: Het ontwerp en de prestaties van de drie Meniscus Schmidt Meteor Camera's. In: Quarterly Journal van de Royal Astronomical Society. Deel 4, 1963, blz. 74, bibcode : 1963QJRAS ... 4 ... 74D
  15. ^ Fred L. Whipple : De super-Schmidt-meteoorcamera's van Baker. bibcode : 1951AJ ..... 56..144W
  16. ^ A b AG Massevitch, AM Losinsky: Fotografische volgen van Kunstmatige satellieten. In: Space Science Review. 1970, bibcode : 1970SSRv ... 11..308M
  17. Nail Bakhtigaraev, Alexandr Sergeev: Nieuwe instrumenten in de observatoria Zvenigorod en Terskol.
  18. AG Masevich, AM Lozinskiy: nieuwe Sovjetcamera 's voor fotografische waarnemingen van kunstmatige hemellichamen . ( Novyye Sovetskiye kamery dlya fotonablyudeniy iskusstvennykh nebesnykh tel , Vestnik Akadeinii Nauk SSSR, Vol. 57, No. 2, 1970, blz. 38-44, vertaald door Walter L. Burton, 1972)
  19. terebizh.ru
  20. ^ Lewis C. Epstein: een all-reflection Schmidt-telescoop voor ruimteonderzoek. bibcode : 1967S & T .... 33..204E
  21. ^ Dietrich Korsch: Reflecterende Schmidt-corrector. bibcode : 1974ApOpt..13.2005K