Astronomia

Telescopio minimo necessario per vedere gli anelli di Saturno

Telescopio minimo necessario per vedere gli anelli di Saturno

Sono un principiante totale. Mia figlia, ama Saturno. Dato che Saturno è così vicino ho pensato che fosse un buon momento per vederlo con lei.

Quali sono le specifiche minime del telescopio necessarie?

Aggiornamento: le risposte possono essere messe in termini di ingrandimento? O le specifiche?


I grandi binocoli sono già sufficienti. Se ne avete in casa, provateli. Al nostro recente evento di divulgazione pubblica, abbiamo avuto un ingrandimento 20x su di loro.

Hai bisogno di un supporto relativamente pesante, o almeno di avere un peso attaccabile a un treppiede. Questo è necessario per smorzare il tremolio della montatura, che può influire gravemente sull'esperienza visiva. Non sarebbe insolito che la montatura fosse più costosa del binocolo.
Anche il connettore da montare sul binocolo dovrebbe essere una sorta di design intelligente, perché potresti voler scansionare il cielo, cioè cambiare l'orientamento del binocolo di qualche grado ogni tanto durante le osservazioni.

Tuttavia, se non si desidera utilizzare il binocolo, i telescopi con ingrandimento ~ x100 sono una scommessa sicura per gli oggetti luminosi. Se vuoi osservare oggetti deboli, devi pensare anche al diametro del telescopio, al campo visivo,...
Per i telescopi c'è anche il problema che i bambini piccoli spesso non riescono a vedere correttamente attraverso i pezzi del telescopio con un occhio solo, o non sono in grado di elaborare le istruzioni come "tieni gli occhi due dita dalla cosa che osserva", e quindi riferiscono di non vedere nulla. Questo è notevolmente più facile per i bambini con un normale binocolo.


Ho un vecchio telescopio rifrattore focale che KMart ha venduto alla fine degli anni '70. Ha una lunghezza focale di 600 mm e un diametro di 50 mm. L'unico oculare che ha è un 12mm.

Posso vedere gli anelli di Saturno con esso e posso vedere piccoli punti che sono le lune più luminose.

Ho realizzato un adattatore per una webcam per questo telescopio e ho realizzato un'immagine di Saturno con il cannocchiale e la fotocamera:

Non molto impressionante, ma tu può vedi che ha gli anelli (Sì, il colore è aumentato ed è sfocato. È difficile ottenere la messa a fuoco e il colore corretti mentre si insegue manualmente un pianeta in movimento con un telescopio con montatura Alt-Azimut.)


Un cannocchiale da 600 mm di lunghezza focale con un oculare da 12 mm di lunghezza focale ha una potenza 50X.

Il diametro di 55 mm è uno smidge di oltre 2 pollici (2 e 5/32 pollici).

Avrai bisogno di un rifrattore da 50X e 2 pollici di diametro.

A 50X, Saturno apparirà molto piccolo, come il diametro di una mina vista da diversi pollici di distanza.

Per farlo sembrare più grande, hai bisogno di più potenza ma anche di una lente di diametro maggiore.


Possiedo un rifrattore con una lunghezza focale di 500 mm e il diametro dell'obiettivo è di circa 90 mm, quindi ho visto per la prima volta gli anelli di Saturno nel cielo del primo mattino. Utilizzando una lente di Barlow 3x e un oculare Kellner con 20 mm lo zoom è 75x (3 * 25). Lo zoom minimo Z, che va bene per la soluzione del rifrattore 11,7"/D[cm], lavora a ( D [in cm] * 60") / 11,7"

D significa diametro del rifrattore [cm]"significa secondi d'arco

Saluti

Tommaso


Ingrandimento minimo per vedere Saturno inanellato/divisione Cassini

Ho avuto un nuovo telescopio da provare e con (finalmente) un seeing decente sono rimasto sorpreso dal poco ingrandimento di cui avevo bisogno per vedere che Saturno è circondato. Ho quindi deciso una quindicina di giorni fa (15 settembre 2020) di testare esattamente quale ingrandimento avevo bisogno per questo, e anche di vedere la Divisione Cassini.

Telescopi utilizzati

1. Il mio nuovo cannocchiale è un Altair 72mm f/6 EDF De-luxe con un certificato di prova che mostra uno Stehl di 0,95.

2. Ho anche installato un vecchio cannocchiale da osservazione Opticron 22x60 che ho usato per il birdwatching.

Altri parametri

Ho osservato per un totale di 90 minuti, metà prima e metà dopo che Saturno avesse raggiunto il meridiano alle 20:46 ora locale. L'elevazione massima per me nel Regno Unito era di 15,3 gradi. Ho guardato in alto che gli anelli sono attualmente inclinati di un angolo di 21,5 gradi. La vista era 4/5, a volte leggermente migliore.

Zoom Svbony 7-21mm (riferito essere identico al nuovo zoom Orion Explorer serie E)

osservazioni

Con gli oculari zoom potrei avere qualsiasi ingrandimento all'interno della loro gamma in modo da poter ottenere osservazioni più accurate per questo esperimento. Ho iniziato alla potenza più bassa poiché sentivo che avrebbe minimizzato qualsiasi idea preconcetta.

Zoom Baader Ingrandimento 24mm/18x. Poteva vedere che Saturno aveva "orecchie", ma non poteva vedere un anello, anche nei momenti di migliore visibilità.

Vixen LVW 22mm/19,6x ingrandimento. Poteva vedere che Saturno aveva "orecchie", ma non poteva vedere un anello, anche nei momenti di migliore visibilità.

Zoom Baader 21mm/20,6x ingrandimento. Poteva vedere un anello nei momenti di migliore visibilità. Questo era l'ingrandimento minimo che potevo gestire.

Zoom Svbony 21mm/20,6x ingrandimento. Poteva vedere un anello nei momenti di migliore visibilità. Questo era l'ingrandimento minimo che potevo gestire.

Spotter Opticron da 60 mm con ingrandimento 22x. Poteva vedere un anello nei momenti di migliore visibilità.

Zoom Baader Ingrandimento 16mm/27x. Questo è uno dei click stop sullo zoom Baader. Non ho provato lunghezze focali comprese tra 16 e 21 mm. A 16mm/27x potevo vedere chiaramente un anello tutto il tempo.

Zoom Baader a 8 mm con Barlow 2,25x corrispondente. Ingrandimento 121x. Non ho potuto vedere la Divisione Cassini nemmeno nei momenti di migliore visibilità. L'immagine aveva iniziato a deteriorarsi a questo ingrandimento e, sebbene potessi aggiungere tubi di prolunga per ottenere un ingrandimento ancora maggiore, sentivo che sarebbe stata una perdita di tempo, soprattutto perché era tardi nella sessione e Saturno si stava abbassando ulteriormente.

Ho una vista molto acuta, testata a 6/4 (=US 20/12 credo). Sebbene la mia vista sia più nitida della media, la dimensione della mia pupilla adattata al buio è al di sotto della media a soli 4,5 mm, il che significa che non riesco a vedere stelle deboli come mia moglie. Con una correzione sferica di -4,00 nel mio occhio dominante ho un grado abbastanza alto di miopia (miopia) e una moderata quantità di astigmatismo. Ho osservato sia con gli occhiali, sia senza ma con un correttore per astigmatismo Televue Dioptrx. Ho anche testato il mio livello di astigmatismo utilizzando 2 diversi punti di forza di Dioptrx. La mia prescrizione diurna per l'astigmatismo è per la correzione di 0,75, ma la Dioptrx di 1,00 era chiaramente ma non enormemente migliore. L'angolo in cui ho girato il Dioptrx ha fatto una netta differenza.

La messa a fuoco accurata ha fatto una grande differenza nella quantità di dettagli che potevo vedere. L'Altair ha un ottimo focheggiatore a pignone e cremagliera a doppia velocità, mentre l'Opticron è anche a doppia velocità con due focheggiatori separati. Entrambi però richiedevano frequenti piccole correzioni in quanto il seeing era variabile, forse più a causa della bassa quota.

Sono rimasto sorpreso e un po' deluso dal fatto che il Vixen LVW da 22 mm non fosse così nitido come gli zoom Baader o Svbony allo stesso ingrandimento. Era comunque molto comodo da usare e aveva un campo visivo molto più ampio. D'altra parte sono rimasto piacevolmente sorpreso dallo zoom Svbony. Era buono in asse a f/6 come lo zoom Baader, ma non altrettanto buono fuori asse e aveva un campo visivo più piccolo. Né gli zoom Baader né Svbony sono parafocali per me, ma potrebbe essere la mia mancanza di accomodamento con l'avanzare degli anni. Sono stato anche soddisfatto della nitidezza dello spotter Opticron 22x60.

Quindi per me, nelle condizioni di quella notte, ho potuto vedere che Saturno aveva un anello a poco più di 20 ingrandimenti, nonostante la bassa quota. Eppure, anche con poco più di 120x, non riuscivo a vedere la divisione di Cassini, sebbene Saturno fosse ancora più basso di allora.

#2 coopman

Galileo notò che Saturno aveva "orecchie". La sua portata non era sufficiente per riconoscere le sporgenze come anelli. 20X mi sembra giusto. Certo, hai anche la prescienza che gli anelli ci sono.

#3 Michael Covington

Hai fatto delle osservazioni molto interessanti. Dovresti confrontarli con le osservazioni storiche di Saturno (ad esempio, in Sheehan's Pianeti e percezione) e scrivi un articolo o qualcosa al riguardo. Hai colmato il divario tra i primi telescopi e i nostri.

#4 SiriusLooker

Bella recensione dettagliata.. Triste che tu sia così diretto a nord per vedere i pianeti al momento, oltre a Marte a un livello più alto. Ho alcuni obiettivi Svbony e sono anche impressionato dalla loro qualità. Non ho il loro obiettivo zoom. Posso chiederti se ha un click stop a ciascuna delle lunghezze focali come ha lo zoom Baader?

#5 howardcano

Sono a circa 39 gradi nord. Solo pochi giorni fa la divisione Cassini era facile e ovvia a 100x nel mio rifrattore ED da 102 mm. Se avrò la possibilità, vedrò quanto in basso posso andare.

Modificato da howardcano, 01 ottobre 2020 - 12:27.

#6 sg6

La mia unica domanda/preoccupazione sarebbe ottenere un buon 120x con un 72mm ED.

Sì, conosco le "regole" assortite sull'ingrandimento e so anche che la maggior parte non è esattamente una regola né accurata.

L'aspetto "Deluxe" sembra privo di significato, è meccanico e non ha nulla a che fare con l'ottica: un rotatore della fotocamera, un rotatore del focheggiatore, anelli più alti o una coda di rondine non miglioreranno l'ottica.

Basta avere l'idea che se avessi provato 120x su un ambito facilmente in grado di dire da 160x a 180x potresti aver visto Cassini a 120x.

In un certo senso è come la mia analogia con le auto: se ne vuoi una che può fare 100 miglia all'ora, ne compri una che è capace di 140 miglia all'ora, non una che dice 105 miglia all'ora, o addirittura 110 miglia all'ora. Un'auto da 105-110 miglia all'ora arriverà a 90 miglia all'ora, l'altra parte sarà più difficile.

#7 Redbetter

Questo non si avvicinerà ai limiti a 15 gradi di elevazione. Anche se il seeing era in qualche modo perfetto così basso, bisogna comunque fare i conti con molta dispersione cromatica atmosferica. Considerando il seeing e la dispersione cromatica, anche 30 gradi non sono il massimo per questo genere di cose.

La divisione di Cassini può essere vista fino a

40mm di apertura. In una notte decente l'ho fatto con un semplice 80 f/5 acro chiuso a

43mm. Altri hanno riferito di averlo visto a 40 mm. Lo considero semplice per l'AT72EDII in buona visibilità, ma non sto osservando Saturno a 15 gradi di elevazione.

Ricordo di aver fatto alcuni test sull'apertura chiudendo un acro da 70 mm con un'ottica scadente per vedere cosa ci voleva per vedere SEB e NEB di Giove. Per quel cannocchiale, fermandoti a 20 mm a

17x era circa la minima combinazione efficace da quello che ricordo. Rilevare gli anelli di Saturno come aventi una qualche forma di manico di brocca aveva limitazioni simili.

Una grande limitazione per qualsiasi osservatore quando si tratta di un basso ingrandimento di oggetti luminosi è l'astigmatismo negli occhi, anche molto lieve. Perché? Perché l'astigmatismo crea abbagliamento/sfocatura crescenti all'aumentare della pupilla di uscita. Preferisco tenere la pupilla al di sotto di circa 3mm per oggetti luminosi, altri avranno i loro limiti. Diventa un po' un'ottimizzazione per trovare la migliore combinazione di apertura (risoluzione), pupilla di uscita e ingrandimento per l'occhio di un individuo e il bersaglio stesso.

#8 phillip

Sfortunatamente Saturno è più basso nell'atmosfera. Quindi non otterrai la vista decente necessaria. La mia divisione di cannocchiali più grandi si presenta piuttosto bene con un buon cielo.

Il tuo cannocchiale ha una lunghezza focale leggermente più corta poiché f/8 e oltre hanno il vantaggio.

Anni fa aveva uno Swift 65mm, ma era più vicino a f/10. Ricordiamo che vedendo la divisione anche se non immacolata, aveva un ingrandimento molto decente nella gamma di 130x. Swift era noto per avere un'ottica molto decente che posso verificare.

Continua a provare almeno 120 volte poiché il cielo può variare enormemente ogni notte.

Potresti sperimentare con oculari aggiuntivi, trovo che la maggior parte delle ortesi funzioni bene a prezzi molto decenti, l'aspetto stenopeico può effettivamente aiutare con problemi di astigmatismo. L'ho avuto quest'anno fa e ho notato una vista migliore negli oculari della pupilla di uscita più piccoli.

Ancora una volta non arrenderti, diverse uscite potrebbero essere tutto ciò di cui hai bisogno.

#9 Viaggiatore 3

Ho avuto un nuovo telescopio da provare e con (finalmente) un seeing decente sono rimasto sorpreso dal poco ingrandimento di cui avevo bisogno per vedere che Saturno è circondato. Ho quindi deciso una quindicina di giorni fa (15 settembre 2020) di testare esattamente quale ingrandimento avevo bisogno per questo, e anche di vedere la Divisione Cassini.

Telescopi utilizzati

1. Il mio nuovo cannocchiale è un Altair 72mm f/6 EDF De-luxe con un certificato di prova che mostra uno Stehl di 0,95.

2. Ho anche installato un vecchio cannocchiale da osservazione Opticron 22x60 che ho usato per il birdwatching.

Altri parametri

Ho osservato per un totale di 90 minuti, metà prima e metà dopo che Saturno avesse raggiunto il meridiano alle 20:46 ora locale. L'elevazione massima per me nel Regno Unito era di 15,3 gradi. Ho guardato in alto che gli anelli sono attualmente inclinati di un angolo di 21,5 gradi. La vista era 4/5, a volte leggermente migliore.

Zoom Svbony 7-21mm (riferito essere identico al nuovo zoom Orion Explorer serie E)

osservazioni

Con gli oculari zoom potrei avere qualsiasi ingrandimento all'interno della loro gamma in modo da poter ottenere osservazioni più accurate per questo esperimento. Ho iniziato alla potenza più bassa poiché sentivo che avrebbe minimizzato qualsiasi idea preconcetta.

Zoom Baader Ingrandimento 24mm/18x. Poteva vedere che Saturno aveva "orecchie", ma non poteva vedere un anello, anche nei momenti di migliore visibilità.

Vixen LVW 22mm/19,6x ingrandimento. Poteva vedere che Saturno aveva "orecchie", ma non poteva vedere un anello, anche nei momenti di migliore visibilità.

Ingrandimento Baader 21mm/20,6x. Poteva vedere un anello nei momenti di migliore visibilità. Questo era l'ingrandimento minimo che potevo gestire.

Zoom Svbony 21mm/20,6x ingrandimento. Poteva vedere un anello nei momenti di migliore visibilità. Questo era l'ingrandimento minimo che potevo gestire.

Spotter Opticron da 60 mm con ingrandimento 22x. Poteva vedere un anello nei momenti di migliore visibilità.

Zoom Baader Ingrandimento 16mm/27x. Questo è uno dei click stop sullo zoom Baader. Non ho provato lunghezze focali comprese tra 16 e 21 mm. A 16mm/27x potevo vedere chiaramente un anello tutto il tempo.

Zoom Baader a 8 mm con Barlow 2,25x corrispondente. Ingrandimento 121x. Non ho potuto vedere la Divisione Cassini nemmeno nei momenti di migliore visibilità. L'immagine aveva iniziato a deteriorarsi a questo ingrandimento e, sebbene potessi aggiungere tubi di prolunga per ottenere un ingrandimento ancora maggiore, sentivo che sarebbe stata una perdita di tempo, soprattutto perché era tardi nella sessione e Saturno si stava abbassando ancora.

Ho una vista molto acuta, testata a 6/4 (=US 20/12 credo). Sebbene la mia vista sia più nitida della media, la dimensione della mia pupilla adattata al buio è al di sotto della media a soli 4,5 mm, il che significa che non riesco a vedere stelle deboli come mia moglie. Con una correzione sferica di -4,00 nel mio occhio dominante ho un grado abbastanza alto di miopia (miopia) e una moderata quantità di astigmatismo. Ho osservato sia con gli occhiali, sia senza ma con un correttore per astigmatismo Televue Dioptrx. Ho anche testato il mio livello di astigmatismo utilizzando 2 diversi punti di forza di Dioptrx. La mia prescrizione diurna per l'astigmatismo è per la correzione di 0,75, ma la Dioptrx di 1,00 era chiaramente ma non enormemente migliore. L'angolo in cui ho girato il Dioptrx ha fatto una netta differenza.

La messa a fuoco accurata ha fatto una grande differenza nella quantità di dettagli che potevo vedere. L'Altair ha un ottimo focheggiatore a pignone e cremagliera a doppia velocità, mentre l'Opticron è anche a doppia velocità con due focheggiatori separati. Entrambi però richiedevano frequenti piccole correzioni in quanto il seeing variava, forse di più a causa della bassa quota.

Sono rimasto sorpreso e un po' deluso dal fatto che il Vixen LVW da 22 mm non fosse così nitido come gli zoom Baader o Svbony allo stesso ingrandimento. Era comunque molto comodo da usare e aveva un campo visivo molto più ampio. D'altra parte sono rimasto piacevolmente sorpreso dallo zoom Svbony. Era buono in asse a f/6 come lo zoom Baader, ma non altrettanto buono fuori asse e aveva un campo visivo più piccolo. Né gli zoom Baader né Svbony sono parafocali per me, ma potrebbe essere la mia mancanza di accomodamento con l'avanzare degli anni. Sono stato anche soddisfatto della nitidezza dello spotter Opticron 22x60.

Quindi per me, nelle condizioni di quella notte, ho potuto vedere che Saturno aveva un anello a poco più di 20 ingrandimenti, nonostante la bassa quota. Eppure, anche con poco più di 120x, non riuscivo a vedere la divisione di Cassini, sebbene Saturno fosse ancora più basso di allora.


Che tipo di telescopio è il migliore per vedere la galassia di Andromeda?

Andromeda può essere difficile da osservare in dettaglio a causa delle sue grandi dimensioni nel cielo. In effetti, se vuoi osservare Andromeda nella sua interezza, è meglio un oculare grandangolare a bassa potenza. Puoi effettivamente ottenere delle viste abbastanza buone con un ottimo binocolo con obiettivo grande.

In generale, i telescopi rifrattori sono ottimi per l'osservazione planetaria e i telescopi riflettori tendono ad essere migliori per l'astronomia del cielo profondo. Ricorda che la quantità di luce che un telescopio può raccogliere aumenterà la quantità di dettagli che puoi vedere, quindi i telescopi ad apertura più ampia sono teoricamente migliori per osservare la galassia di Andromeda. Tuttavia, i telescopi più grandi possono iniziare a diventare piuttosto costosi e possono essere difficili da trasportare.

Un telescopio Dobson da cinque pollici (in una notte limpida ben lontana dall'inquinamento luminoso) fornirà dettagli sufficienti per iniziare a distinguere i bracci a spirale, ma non otterremo mai le stesse incredibili immagini che vediamo da osservatori spaziali come lo spazio Hubble Telescopio.

Risponde Sophie Allen del National Space Center


Suggerimenti per l'osservazione

Quando prendi un nuovo telescopio o rispolvera uno vecchio, ti si apre un fantastico mondo di osservazioni. Al Planetario e Osservatorio della Francis Marion University cerchiamo sempre di aiutare l'astrofilo a ottenere il massimo dal suo telescopio. Di seguito troverai alcuni buoni suggerimenti da parte di uno dei nostri astrofili, Francis Parnell. Speriamo che questo ti aiuti a goderti il ​​tuo nuovo hobby. Per ulteriori informazioni sulla visualizzazione consigliamo Sky and Telescope Magazine e Astronomy Magazine per mappe stellari chiare e colonne di visualizzazione mensili.

Condizioni atmosferiche

Ogni volta che osserviamo gli oggetti nel cielo, guardiamo attraverso uno spesso strato di gas, l'atmosfera terrestre. Questa atmosfera è sempre in movimento, alcune sere più di altre. Il termine "vedendo", come usato dagli astronomi, è usato per descrivere la stabilità dell'atmosfera durante le sessioni di osservazione. Se l'atmosfera è calma, il seeing è bene, e le stelle e i pianeti brilleranno di una luce fissa. Un po' di turbolenza nell'aria creerà media vedendo, con qualche scintillio di stelle. I pianeti di solito non brillano tanto quanto le stelle, quindi potrebbero essere stabili. Cattivo il seeing è quando l'effetto scintillio è molto evidente per stelle e pianeti.

Il seeing è un problema soprattutto quando si osservano i pianeti. La polvere e la turbolenza nell'atmosfera ti impediranno di vedere chiaramente un oggetto vicino all'orizzonte. Lascia che salga ad almeno 25 gradi di altitudine per una visione migliore.

Per vedere i dettagli sui pianeti, si desidera utilizzare un ingrandimento elevato. Ma questo non solo ingrandisce l'immagine del pianeta, ma amplifica anche l'instabilità dell'atmosfera. Più ingrandisci l'immagine, più danza intorno e diventa sfocata. Per quanto strano possa sembrare, però, i cieli nebbiosi dell'estate significano aria calma e una buona visione del pianeta.

Il telescopio

Lo scopo principale del telescopio è raccogliere la luce da oggetti deboli. Maggiore è il diametro della lente primaria o dello specchio, più luce raccoglierà e migliore sarà l'immagine che vedrai. Quindi hai bisogno di un telescopio con un diametro di almeno 3 pollici per una visione efficace e piacevole. L'oculare, invece, ingrandisce semplicemente l'immagine. Dovresti scegliere l'oculare che ti dà l'immagine migliore.

Scegliere un oculare

Il tuo telescopio potrebbe essere dotato di diversi oculari, ciascuno con un ingrandimento diverso. Gli oculari sono etichettati con una lunghezza focale, solitamente in millimetri (mm). Maggiore è la lunghezza focale, minore è l'ingrandimento. Per calcolare l'ingrandimento effettivo, dividere la lunghezza focale dell'oculare nella lunghezza focale del telescopio. Ad esempio, un oculare da 40 mm su un telescopio con una lunghezza focale di 1200 mm produrrà un ingrandimento di 1200 / 40 = 30x, o potenza 30.

Poiché ogni notte è diversa, quando inizi a guardare dovresti sempre iniziare con l'oculare con l'ingrandimento più basso (lunghezza focale maggiore). Se la vista è buona, prova con l'ingrandimento successivo. Ad un certo punto, noterai che l'immagine peggiora effettivamente con un maggiore ingrandimento. Ciò è dovuto in parte alla turbolenza ingrandita e in parte perché si prende la stessa quantità di luce e la si diffonde su un'immagine più grande, creando una vista più fioca.

Maggiore è il diametro della lente principale o dello specchio (a seconda del tipo di telescopio che possiedi), maggiore sarà l'ingrandimento che potrai utilizzare. Teoricamente l'ingrandimento massimo utile per un telescopio è 50x per ogni pollice di diametro della lente o dello specchio del telescopio. Un rifrattore da tre pollici avrebbe quindi un ingrandimento utile massimo di 3 volte 50, ovvero 150 di potenza (150x).

A causa delle tipiche condizioni atmosferiche, raramente utilizzerai una potenza così elevata. La solita regola pratica è: "Non usare più energia di quella consentita dall'atmosfera". Gli astronomi dilettanti sanno che alcune notti sarai in grado di usare il tuo oculare di media potenza (da 25x a 30x), ma la maggior parte delle notti puoi usare solo il tuo oculare a bassa potenza (da 10x a 20x per pollice). Quelle notti che consentono potenze elevate, come da 40x a 50x, non vengono spesso, quindi goditele quando puoi.

Filtri per oculari

Per gli osservatori più avanzati, è molto utile un set di filtri colorati per oculari. Riducono l'abbagliamento e fanno risaltare i minimi dettagli durante la visualizzazione dei pianeti. Per i telescopi più grandi, un set di base potrebbe includere il giallo n. 12, il rosso n. 23 A, il verde n. 58 e il blu n. 80 A. Per i telescopi più piccoli di 8 pollici, una serie di sfumature più chiare manterrà l'immagine luminosa. I filtri appropriati sarebbero #8 giallo, #21 arancione, #56 verde chiaro e #82A blu pallido. Gli usi specifici di questi filtri sono spiegati di seguito.

Guardando la luna

L'oggetto notturno più luminoso nel cielo è la luna. Un telescopio di qualsiasi dimensione rivelerà un paesaggio impressionante e aspro di crateri grandi e piccoli, catene montuose, valli profonde, "mari" lunari e molto altro. Telescopi più grandi con capacità di potenza maggiore possono essere utilizzati per esplorare i crateri in modo più completo. Osservando notte dopo notte, mentre la luna attraversa le sue fasi, è possibile osservare l'alba che avanza lentamente raggiungere l'interno di questi crateri. Guarda le cime delle montagne apparire nell'oscurità mentre la luce del sole illumina le loro vette. Studia i "mari", che sono enormi colate laviche create 3 miliardi e mezzo di anni fa.

Il momento peggiore per vedere la luna è durante la luna piena. In quella fase il sole splende direttamente sulla luna e ci sono poche ombre. Senza ombre, si possono vedere pochi dettagli. I periodi migliori per vedere la luna in prima serata sono da poco dopo la luna nuova fino a circa due giorni dopo il primo quarto, un periodo di circa una settimana. Nel cielo del primo mattino, vista da circa due giorni prima dell'ultimo quarto a quasi luna nuova, di nuovo circa una settimana. In questi periodi le ombre sono più lunghe e i lineamenti risaltano in netto rilievo, soprattutto lungo il terminatore, la linea che separa la parte illuminata da quella scura. Durante la fase della mezzaluna, vorrai anche osservare la "luce della terra" sulla parte non illuminata. Questa è la luce del sole che si riflette sulla terra e sulla luna.

La luna è così brillante che la luminosità potrebbe essere un problema. Utilizzare un oculare di potenza maggiore in modo che sia visibile una porzione più piccola della luna o utilizzare un filtro giallo n.

Visualizzazione dei pianeti Planet

Mercurio non si allontana mai dal sole nel nostro cielo, quindi può essere molto difficile trovarlo e osservarlo. Si vede meglio in primavera al tramonto o in autunno all'alba quando è al massimo allungamento. Ciò significa che è il più lontano dal sole possibile nel nostro cielo. Nella migliore delle ipotesi sono solo 28 gradi, quindi devi cercarlo prima che il sole si allontani troppo al di sotto dell'orizzonte. Non aspettarti di vedere alcun dettaglio a questo angolo basso a causa della distorsione atmosferica. Con un telescopio da tre pollici o più grande, un filtro arancione n. 21 può essere utile per vedere le fasi del pianeta.

Venere è il più luminoso di tutti i pianeti e mostra fasi proprio come la nostra luna e Mercurio. A causa del suo colore bianco abbagliante a volte è meglio vederla subito dopo il tramonto o appena prima dell'alba quando il cielo è ancora abbastanza chiaro. Un filtro blu #80 può essere utilizzato per migliorare l'aspetto.

Marte, il pianeta rosso, è molto piccolo, solo circa la metà delle dimensioni della terra, e quindi mostra pochi dettagli nel telescopio. Il momento migliore per vederlo è in opposizione, quando il pianeta è vicino alla terra e quindi più grande nel telescopio. A questo punto è visibile qualche dettaglio. Usa un filtro rosso # 23A per migliorare il contrasto tra le pianure più chiare e le aree più scure. Le calotte polari ghiacciate risaltano con un filtro verde #58 o blu #80A. Il disco di Marte è piccolo, quindi per osservare le caratteristiche di interesse è necessario un riflettore da sei pollici, o un buon rifrattore da tre pollici. Con un seeing sopra la media, prova 150 di potenza su un tre pollici, 200 di potenza con un sei pollici e 250 di potenza con un telescopio da otto pollici.

Giove ha molto da tenere occupato l'osservatore curioso. Diverse fasce di nubi scure e zone più chiare sono parallele all'equatore. La Grande Macchia Rossa, un uragano più grande della terra, può essere visto in condizioni ideali. Le quattro grandi lune di Giove, Callisto, Ganimede, Europa e Io appaiono come minuscoli punti simili a stelle allineati su entrambi i lati di Giove. Puoi facilmente seguire il loro movimento intorno al pianeta da una notte all'altra. Occasionalmente puoi vedere l'ombra di una di queste lune attraversare il disco di Giove. (Questa sarebbe un'eclissi solare vista da Giove!) I filtri consigliati sono #80A blu e #58 verde. Con condizioni di seeing medio, usa un oculare da 120 a 150 con un tre pollici, da 150 a 200 con un sei pollici e da 200 a 250 con un telescopio da otto pollici.

Saturno sembra essere il pianeta preferito da tutti per via del suo sistema di anelli luminosi, visibile anche con piccoli telescopi. Le caratteristiche del disco di Saturno sono più sottili di quelle di Giove. Le regioni polari più scure, la banda equatoriale e le zone equatoriali pallide sono evidenti in telescopi di tre pollici o più. La vista è migliorata con un filtro giallo n. 12. Se l'atmosfera è calma, la divisione di Cassini negli anelli è facilmente visibile. Cerca anche l'ombra di Saturno sugli anelli. Anche i piccoli telescopi mostreranno Titano, la luna più grande di Saturno, ma con un telescopio da sei pollici o otto pollici, sono visibili altri quattro o cinque. Con il seeing medio usa gli stessi poteri elencati per Giove sopra.

Urano brilla di 6a magnitudine, appena oltre il limite di visibilità ad occhio nudo. Anche ad alti ingrandimenti, non si possono vedere caratteristiche sul suo minuscolo disco verdastro.

Nettuno è più piccolo e persino più debole di magnitudine 8. Sono necessarie alte potenze per vedere questo disco bluastro

Plutone ha un aspetto simile a una stella alla 14a magnitudine. Di solito è necessario un telescopio da dieci pollici o più grande anche solo per intravedere questo pianeta sfuggente. Avrai bisogno di una mappa stellare che mostri le stelle fino alla 13a e 14a magnitudine per trovare questo piccolo punto di luce.


A quale distanza puoi vedere l'anello di Saturno ad occhio nudo?

Stai prendendo il logaritmo e lo chiami radice quadrata. E non dovresti avere nemmeno la radice in primo luogo, perché l'ingrandimento del telescopio è citato come lineare.

Saturno con gli anelli è largo circa 46 secondi d'arco all'avvicinamento più vicino alla Terra. Quindi con un ingrandimento di 40x, o avvicinandosi a 0,25 AU, gli anelli di Saturno copriranno la larghezza della Luna piena.

Ma puoi vedere molti dettagli su Moon. Quanto serve per ingrandire Saturno per rilevare che non è un punto?

Un ingrandimento di x2 - x4 dovrebbe fare. Ma la domanda difficile è in cosa si traduce "vedi gli anelli di Saturno". All'ingrandimento suggerito da Chronos (x25) Saturno sarebbe piuttosto piccolo, ma la maggior parte delle persone dovrebbe essere in grado di vedere chiaramente gli anelli. Se le notti (vivo a 60 gradi nord) non fossero già molto luminose e Saturno così vicino all'orizzonte sarei tentato di uscire e provare questo con uno dei miei telescopi e i miei binocoli 7x35mm, 10x50mm e 15x70mm.

ETA: Ho visto Saturno in binocolo prima, ma sono passati diversi anni dall'ultima volta, quindi il ricordo non è fresco.


Saturno

Sempre più luminoso della magnitudine +1, Saturno è facilmente visibile ad occhio nudo. Il binocolo mostra una “stella” giallo pallido, forse leggermente allungata. Un'attenta ricerca rivelerà Titano di ottava magnitudine, la luna più luminosa di Saturno e il secondo satellite più grande del sistema solare (il più grande è la luna di Giove Ganimede).
Un piccolo telescopio (5 cm) mostrerà chiaramente i famosi anelli come due bande ellittiche luminose (Anelli A e B) con un sottile spazio (Divisione di Cassini). È necessario un telescopio più grande per vedere l'Anello C (Crepe Ring) e lo spazio nel mezzo dell'Anello A (il minimo di Encke).
Come Giove, Saturno è di forma ovale, ma i suoi segni sulla superficie sono molto meno evidenti. Alla minima distanza geocentrica, il disco di Saturno ha un diametro di 20,7 secondi d'arco. All'opposizione, brilla di magnitudine +0,7 (gli anelli sono chiusi) o –0,2 (con gli anelli completamente aperti).
Compreso Titano, Saturno ha nove grandi lune. Un telescopio di 7,5 cm mostrerà Rea ​​e talvolta Giapeto (che varia in luminosità perché ha una grande superficie scura), mentre un telescopio leggermente più grande mostra Encelado, Tetide e Dione. Per Hyperion e Phoebe è necessario un telescopio di 20 cm.


Su di me

Ciao, sono la tua guida turistica Ashlen Clemens. Sono un osservatore di stelle, Tahoe locale di 17 anni, astrologo e amante dell'astronomia e della mitologia. Ho sempre guardato il cielo notturno con tanto stupore e curiosità, desideroso di saperne di più. Ho comprato il mio primo telescopio al liceo, ho imparato a usarlo e lo portavo di notte sulle spiagge di Tahoe per metterlo a disposizione di amici e passanti.

Alla fine questo si è evoluto in tour per osservare le stelle più formali, dove unisco le mie passioni per la mitologia, l'osservazione delle stelle e l'astronomia. Voglio condividere con gli altri quella sensazione che provi quando guardi attraverso il telescopio e vedi gli anelli di Saturno per la prima volta, assisti a un'eclissi lunare o vedi una pioggia di meteoriti su una luna nuova.

Adoro assolutamente riunire le persone sotto il cielo notturno, raccontare le storie mitologiche del passato, imparare di più sull'universo che ci circonda e connettermi con antichi cicli naturali. È una tradizione secolare che sono onorato di portare avanti oggi.


Analogia agronomica?

Nei tempi antichi, prima che conoscessimo i lontani pianeti Urano e Nettuno, si presumeva che Saturno fosse il pianeta conosciuto più lontano e più lento. Quindi, è stato chiamato per il dio romano del tempo. In effetti, nella mitologia, Saturno era strettamente identificato con il dio greco Crono, ma in altri ambienti è solitamente riconosciuto come il dio romano dell'agricoltura. Il nome deriva sia dal sostantivo "satus" ("seme di mais") che dal verbo "serere" ("seminare").

Ma perché il pianeta Saturno dovrebbe essere legato all'agricoltura? Forse un indizio può essere ricavato dagli antichi assiri, che si riferivano a Saturno come "lubadsagush", che si traduce in "la più vecchia delle vecchie pecore". Con ogni probabilità, questo moniker è nato perché, rispetto agli altri pianeti ad occhio nudo, Saturno sembra muoversi molto lentamente sullo sfondo delle stelle, ricordando ad alcuni l'andatura lenta dei buoi o dei bovini da aratura.


Capitolo 4, Il progetto del punto

Le sezioni precedenti descrivono una serie iniziale di obiettivi e requisiti scientifici per GSMT e sono il culmine di due anni di sforzi da parte di una serie di workshop basati sulla comunità. Questa sezione descrive lo sviluppo di un design del telescopio volto a fornire prestazioni corrispondenti a questi requisiti di base. In questa fase iniziale, non abbiamo ancora iterato il design per ottimizzarne le prestazioni. Rather, we regard the concept described here as a "point design" whose primary raison d'etre is to identify technical challenges or showstoppers, and areas of significant risk or cost. The next steps (see Chapter 6) in developing a GSMT design concept involve parallel activities: further refinement of the science requirements and deeper exploration of performance-cost-risk trades that are critical precursors to adopting a requirements document and formally initiating conceptual and preliminary design activities.

We have adopted the philosophy that the design of a next generation telescope is above all a systems challenge, requiring an integrated approach that takes into account a whole range of issues: site characteristics, enclosure design, and structural design orchestrating the active and adaptive elements with a sophisticated control system fabricating, polishing, controlling, and maintaining the segmented primary mirror surface and instrumentation. In other words, our approach is informed by the belief that it is no longer possible (as one example) to think of instruments as independent entities, uncoupled from the approach to Adaptive Optics (AO) systems, or, given their enormous scale, separate from the fundamental mechanical design of the telescope. Rather, the performance-cost-risk "sweet spots" can only be identified through a multi-dimensional set of systems trades.

Our goal in this design work, as in other parts of our program, is to contribute to the understanding of the common issues faced by all developers of extremely large telescopes (ELTs).

The current generation of 6-10-m optical/infrared telescopes has departed from the designs common in the earlier 4-5-m class telescopes. In the late 1970s, it was realized that the key to improving performance and reducing cost lay in reducing the relative size and mass of telescopes and their enclosures.

Because of difficulties polishing and testing fast-focal-ratio mirrors, earlier telescopes had relatively slow primary mirrors in relatively long tube structures. Limitations of passive mirror support systems led telescope builders to use thick, solid mirrors. To support these long telescopes with heavy mirrors, telescope structures had to be heavy. The result was massive telescopes, with low resonant frequencies, in large domes. Another factor limiting resonant frequencies was the indirect load paths inherent in most equatorial mount designs.

Low resonant frequencies made the telescopes susceptible to wind-buffeting, so enclosures were designed to minimize the airflow past the telescope. The high thermal inertia and minimal air flow created local seeing problems, which often were the most significant factors limiting the performance of large telescopes.

To remedy these problems, designers of the current generation of telescopes have taken advantage of advances in several fields:

    Improved computers and software have made alt-azimuth mounts practical the resulting designs tend to have better stiffness for a given weight.

All of these developments have made it possible to build telescopes that are smaller, lighter, and stiffer, while achieving higher standards of image quality. In turn, enclosures have become relatively smaller, and can be more open to allow better ventilation. As a consequence, modern telescopes have been less expensive than standard scaling laws would indicate based on the costs of earlier 4-m class facilities. 1,2

Reduced thermal inertia and better ventilation, combined with active removal of heat from electronics and other sources, have significantly reduced local seeing problems.

In the 1990s, further advances were made that are allowing these telescopes to achieve performance beyond the levels expected when they were first conceived. Dynamic compensation of disturbances, including fast steering mirrors to control image motion and AO to help control the effects of atmospheric seeing, have allowed these telescopes to produce nearly diffraction-limited images in the infrared. Use of adaptive systems also opens up new possibilities for dynamic compensation of telescope errors, such as correcting wavefront errors caused by wind-induced vibration and deformation of the mirrors.

The design of even larger telescopes such as GSMT will require an extension of the philosophies that have guided development of the current generation of telescopes, plus incorporation of features to take advantage of the dynamic compensation now available from AO systems.

The design of a diffraction-limited 30-m optical/infrared telescope is very challenging, and is made more difficult by the need to keep costs significantly lower than would be predicted by scaling from current 8- to 10-m designs. To simultaneously achieve cost and performance goals, all components of the telescope, including active and adaptive systems and the initial science instruments, must be developed as part of an integrated system. Careful systems engineering is required from the outset.

The starting point must be the science requirements. A conceptual design must be developed that is consistent with the science requirements and is responsive to the needs of anticipated scientific instruments. With a conceptual design in mind, the science requirements are used to derive specific error budgets. Initially, these will be "top-down" error budgets, derived simply by dividing allowable errors into a number of individual contributions assigned to appropriate subsystems. In establishing error budgets, all components should be considered as part of a dynamically interactive system, with errors of one subsystem compensated by the effects of others. As the design features are progressively elaborated, subsystems and their interactions will be modeled and their performance simulated. Based on these results, the designs and error budget will be iterated.

If GSMT is to be affordable, meeting cost goals will be as important as meeting performance goals. We will have to once again "beat the cost curve". While some additional savings are possible from the traditional approach of making the design relatively smaller and lighter, it is clear that a rigorous design-to-cost effort will be needed (see Section 5.7).

As mentioned in Chapter 3, Science Requirements, the design must consider issues of performance and construction cost, as well as operational issues such as reliability, maintainability, and life cycle cost. Estimates of annual operating costs range upwards from $25M per year. Hence, over the lifetime of GSMT, the total operating cost will be comparable to the construction cost. In cost-performance trades, evaluation of life cycle costs should have comparable weight to capital costs. Taking a systems approach that considers the operating life of the telescope is the rational path to minimizing total cost.

As mentioned in Chapter 1, one of the three parallel development paths of the New Initiatives Office (NIO) is to develop a "point design." But what exactly is a point design? It is an exercise that explores a single, plausible design consistent with the science requirements. This exercise helps to identify the key technical issues and highlight areas where additional development is necessary. It also indicates design factors important to the science requirements, and may indicate areas where some tradeoffs are required between technical feasibility and scientific goals. By working on the point design, technical staff have an opportunity to develop analytical methods that will be necessary for any GSMT design. Because a point design is a learning tool rather than a design that is being proposed for construction, it is not necessary to develop all features fully, or even in a completely consistent form. Once the key lessons have been learned, the design team can move on to explore other areas.

At this point in time, NIO has chosen to develop a point design instead of doing a "trade study" of all possible designs. Such a trade study will be appropriate at a later time, when the astronomy community has reached agreement on a firm set of science requirements. We believe that more can be accomplished at this phase by concentrating on a single point design, and that if the design is well chosen, most of the lessons learned will be transferable to later conceptual designs, even if they eventually look quite different.

At the start, certain fundamental decisions must be made about the system architecture. The following sections describe the key architectural features chosen for the point design and explain the reasons they were chosen.

The starting point for the design is choosing aperture size. Regarding the size of the GSMT, the report of the Panel on Optical and Infrared Astronomy from the Ground 3 stated:

"The ESO proposal for a 100-m-class telescope would offer even more spectacular gains for many kinds of observations, but it is the opinion of the panel that the proposal is too ambitious for the current decade, and that an intermediate step, to a 30-m telescope, would be optimal in terms of science, technology, and allocation of resources."

"The advances from Ritchey's 24-inch to the Hale 200-inch were perhaps bold but they were sufficiently conservative. One may recall that in the years between 1925 and 1928 there were strong pressures to make the next telescope of the series 300 inches in diameter. It is to the credit of Hale and his advisors that they calculated the structural limits on mirror support and consequently limited the diameter to 200 inches which was close to the practicable limit for conventional designs and materials then available."

On the same subject, Richard Learner wrote: 2

". the decision was to have a 200-inch primary mirror. This was triumphantly correct - 180 inches would have been harder to fund because this size would not have riveted people's attention 220 might have been impossible to make."

  1. H. W. Babcock, "Requirements for Ground-Based Telescopes", Proceedings of ESO Conference on Optical Telescopes of the Future, Ed. F. Pacini, W. Richter and R. N. Wilson, pp. 37-41, Geneva, Switzerland, December, 1977.
  2. Richard Learner, "The Legacy of the 200-inch", Sky & Telescope, Vol. 71, pp. 349-353, April, 1986

"The GSMT will be a filled-aperture, diffraction-limited telescope with atmospheric correction by AO down to at least 1 m."

A second key decision was whether to use a spherical primary mirror, or to use an optical design requiring an aspheric primary. Several proposed concepts for ELTs use spherical primaries because spherical segments are easier to fabricate. 4,5,6 However, to achieve good performance over a reasonable field of view (FOV), a telescope with a spherical primary needs at least two aspheric corrector mirrors many designs use four-element correctors. The designs that have been proposed use correctors made of pairs of opposed concave mirrors in a "clamshell" arrangement, where the light must come to a reasonably good focus to pass through a small hole in the center of each corrector mirror. However, with a fast spherical primary mirror, the circle of least confusion becomes large. Even if you can get the entire science beam through, the light from laser guide stars focuses at a significantly different position.

Another key point is that for mid-IR instruments, the number of warm reflections should be kept to a minimum to control the effective emissivity of the telescope. For the IR, a two-reflection Cassegrain design is preferable to a six-mirror design.

For these reasons, the point design incorporates an aspherical primary mirror.

In the current generation of large telescopes, three concepts for lightweight primary mirrors have been pursued:

  • Thin, meniscus, solid mirrors made of zero-expansion glass or glass-ceramic
  • Borosilicate honeycomb mirrors
  • Segmented mirrors (composed of hexagonal, solid, zero-expansion meniscus segments)

Other lightweight mirror concepts are possible, but have not been developed either because they offered no real advantages (for example, thin meniscus mirrors of non-zero-expansion materials) or because they were significantly more expensive (for example, large structured ULE TM mirrors, or segmented mirrors composed of lightweight structured segments).

The largest single-piece telescope mirrors are the 8.4-m diameter primary mirrors being made for the Large Binocular Telescope Project. Although somewhat larger single-piece mirrors could be made, relative costs would rise rapidly with increasing size, particularly the cost of the blank fabrication facility, polishing and testing facilities, transportation, handling equipment, and coating chambers. At the 30-m size, single-piece mirrors are unaffordable. Therefore, the only lightweight mirror approach that can be extended to this size involves the use of a segmented primary.

Three large segmented-mirror telescopes already exist: Keck I, Keck II, and Hobby-Eberly. Several others are in work or have been proposed, including:

  • Gran Telescopio Canarias (GTC)
  • Large Aperture Multi-Object Spectroscopic Telescope (LAMOST)
  • Mexican Infrared-Optical Telescope (TIM)
  • Southern African Large Telescope (SALT)

These projects serve as the starting point for the design of any ELT.

The current generation of large telescopes uses primary mirror focal ratios between f/1 and f/2. Going to a relatively faster focal ratio has the following advantages and disadvantages, as shown in Table 1:

Shorter telescope will have smaller gravity deflections. Tighter tolerances for alignment between primary and secondary. Shorter telescope will have smaller moving mass,less thermal inertia. Greater segment asphericity for a given segment size. Shorter telescope will have higher resonant frequencies. Tighter tolerances for translation and clocking of segments. Enclosure can be smaller. Increased field curvature. Smaller secondary mirror for same focal ratio and image position. Increased aberrations for same angular field, particularly at prime focus.

Table 1 Advantages and disadvantages of a faster primary mirror focal ratio.

Two types of segment geometries have been considered seriously: (1) quasi-hexagonal segments, as used in the Keck, Hobby-Eberly, and GTC telescopes and (2) petal or sector-shaped segments, as used in some Department of Defense segmented-mirror prototypes. Figure 1 shows notional geometries for these two types of segments used in an ELT.

Hexagonal segments have the following advantages and disadvantages, as shown in Table 2:

Shape close to circular, which facilitates polishing and decreases required size of blanks. Large number of segment types - only six copies of each type - complicates testing and accounting. Edge sensor positions are the same for each segment. Inner and outer edges of aperture are non-circular. All segments can use same support geometry.

Table 2 Advantages and disadvantages of hexagonal mirror segments.

All petals in each ring are identical, which minimizes number of different optical test setups. Shape not very circular, which increases polishing difficulty and required size of blanks. Inner and outer edges of aperture are circular. Edge sensor positions vary from one segment to another. Fewer different types of spare segments required. Edge sensors are not effective at lined-up radial joints. Segment support geometry must be customized for each ring.

Table 3 Advantages and disadvantages of sector-shaped mirror segments.

The choice of segment size is another key decision, because the range of possible sizes is large. At this stage, it isn't important to optimize the size within a few percent, but the size should be set within about a factor of two.

The largest practical segment would be the size of the largest affordable single mirrors, about 8 meters across. At this size, only 19 segments would be required to make a 30-m telescope. At the other extreme, segments could be arbitrarily small, but at some point the number of sensors and actuators would become prohibitive.

The factors involved in the choice of segment size are described in detail in Section 4.5 but the main issues are summarized in Table 4. The optimum range appears to be 1-2 meters across.

Advantages of Smaller Segments

Disadvantages of Smaller Segments

Reduced cost of optical fabrication and test equipment Increased number of rigid attachment points on telescope structure Reduced transportation cost Increased number of position actuators Reduced cost of coating chamber Increased number of position sensors Reduced asphericity in a single segment Increased computational requirements in control system Reduced effect of "in plane" position errors Increased error propagation from edge sensor noise Reduced support complexity for given thickness Increased number of segment types

Table 4 Advantages and disadvantages of making aspheric segments smaller.

The aperture stop is located at the secondary mirror, as is often the case in telescopes optimized for infrared observations. The primary mirror is slightly oversized to allow chopping at the secondary mirror for background subtraction. This also has the effect of reducing difficulties caused by the irregular shape of the edge of the segmented primary mirror.

A fundamental decision for the telescope design involves determining whether the secondary mirror should be convex, flat, or concave. A flat mirror would introduce an unacceptably large central obscuration. A concave (Gregorian) secondary mirror would be easier to test in the optics shop, but at the size chosen for the point design, it will also be possible to test a convex secondary by conventional means. A Gregorian secondary mirror is in a favorable location to use as an adaptive mirror, because it will be conjugate to an altitude a few hundred meters above the primary mirror. However, a Gregorian secondary must be larger for a given final focal ratio and image position, which not only produces a larger central obscuration, but also increases the difficulty of making the mirror deformable. A Gregorian secondary also requires a significantly longer telescope structure, which in turn increases the size of the enclosure. The larger size and weight of a Gregorian secondary, combined with a longer telescope structure, tend to produce larger gravity deflections and lower resonant frequencies.

Considering these factors, particularly the size of the telescope structure and enclosure, we have chosen a convex secondary mirror for the point design.

There are several reasons to minimize the size of the secondary mirror:

  • To minimize the central obscuration
  • To reduce the difficulty of optical testing
  • To minimize the mass that must be carried at the top end of the telescope
  • To minimize the cross-sectional area at the top of the telescope that is exposed to the wind
  • To reduce the difficulty of making the secondary an adaptive, deformable mirror

However, as the size of the secondary is reduced, the focal ratio required to place the Cassegrain focus at a convenient position behind the primary mirror increases, as does the image scale. This means, for example, that elements in the higher-order AO systems will get larger. As the size of the secondary mirror is decreased, the amount of astigmatism increases for a given field angle, and the entrance pupil moves farther behind the primary mirror, which increases the primary mirror diameter required to avoid vignetting.

As described in Section 4.5, the size chosen for the secondary mirror is 2 meters diameter.

Conventional AO systems have placed the adaptive components far down in the system to keep the adaptive components small. For example, in the Gemini Altair AO system, the first deformable mirror is M6. However, if the issues involved in producing a large deformable mirror can be successfully addressed, there are several advantages to using the secondary mirror as an adaptive mirror.

The GSMT point design incorporates an adaptive secondary mirror to serve the following needs:

  1. Correction of telescope wind-buffeting effects, including distortion of the primary mirror at frequencies higher than the bandwidth of the segment positioning system
  2. Adaptive Optics correction to high Strehl ratios in the mid-infrared with no further deformable elements
  3. Partial atmospheric correction in the visible and near-infrared, improving energy concentration even though the Strehl ratio is still low
  4. Serving as the first stage in higher-order AO systems

The point design telescope structure is patterned after a radio telescope design. The telescope is a lightweight steel truss structure on an alt-azimuth mounting. The secondary mirror is relatively small, and is mounted on a tripod supported directly off the primary backing structure rather than on spider vanes supported off a tube-like structure. The primary mirror is several meters above the elevation axis.

A radio telescope type of structure has several advantages. By locating the primary mirror above the elevation axis, the elevation bearings can be moved inwards behind the primary. This decreases the span between the bearings and provides a more direct load path from the main concentration of telescope mass down into the pier, resulting in a more efficient structure with less mass and higher resonant frequencies. Moving the elevation bearings inwards also makes it possible to provide large Nasmyth platforms without increasing the width of the telescope beyond that of the primary mirror. This helps reduce the size and weight of the telescope structure, and reduces the width of enclosure required if the enclosure is co-rotating (see Section 4.3).

In a more traditional design with the elevation axis above the primary mirror, the use of Nasmyth foci requires a large tertiary mirror to fold the beam along the elevation axis. The optical path distance from the secondary mirror to the focus is quite long, approximately equal to the primary mirror focal length plus half the primary mirror diameter. For a given final focal ratio, this requires a relatively large secondary mirror.

In contrast, in the GSMT point design the beam to the Nasmyth focus is relayed by additional optics sitting behind the primary mirror. The optical path distance from the secondary mirror to the first focus is just slightly more than the primary mirror focal length. For a given focal ratio, this allows use of a relatively small secondary mirror and simplifies the support of the tertiary mirror.

The point design also allows room for stationary laboratory space between the elevation bearings, where instruments can be located.

A radio telescope type of design has a couple of disadvantages, however. It requires a counterweight to balance the telescope and a greater front-to-back depth of the enclosure for a given primary mirror focal ratio. For the point design, we believe the advantages of this type of structure outweigh the disadvantages.

The advantages and disadvantages are summarized in Table 5:

Advantages of Radio Telescope structure

Disadvantages of Radio Telescope structure

Tripod M2 support has lower mass and thermal inertia Required counterweight raises total moving mass Elevation bearings are under the telescope structure, providing a more direct load path Telescope needs greater front-to-back depth of enclosure Nasmyth platforms fit within width of primary mirror, allowing narrower enclosure Allows Nasmyth relay optics behind the primary mirror, eliminating need for a large tertiary mirror above the primary Shorter back focal length allows smaller secondary mirror

Table 5 Advantages and disadvantages of a "radio telescope" type of structure.

The point design follows the philosophy that the optical design must be driven by the requirements of the science instruments. It should be possible to have more than one large instrument mounted and ready for use, and a range of different foci should be provided to accommodate the needs of different science instruments and observing programs. These needs include:

  • Focal ratio/image scale
  • Field of view
  • Image quality (AO corrected, if necessary)
  • Physical size of required instruments
  • Instrument locations that maintain constant orientation relative to the telescope
  • Locations that do not tilt with the telescope
  • Foci that require minimal emissivity

The conceptual designs of the instruments themselves are described in Section 4.7.

The instrument locations incorporated in the point design include the following.

Adaptive corrections may not be feasible for a significant fraction (> 20%) of the available time. It is thus important to provide the capability for frontier science observations that exploit these conditions. Section 2.1 describes such observations, which argue strongly for a wide-field, seeing-limited capability.

However, for seeing-limited observations over a wide field, the image scale at the Cassegrain focus is inconveniently large. One arcsecond is 2.7 mm wide, and a 20 arcminute field is 3.27 meters across. A more convenient image scale is available at the f/1 prime focus-6.9 arcseconds per millimeter. At prime focus, a 20 arcminute field is 175 mm across.

A prime focus corrector is necessary to provide good image quality over a wide field. The design of the prime focus corrector is described in Section 4.7.1, with a discussion of the MOMFOS (multi-object multi-fiber optical spectrograph) instrument designed to use this focus.

The prime focus instrument must be interchangeable with the secondary mirror assembly and should be relatively small (no more than about 3 meters in diameter). The installation of the MOMFOS instrument is illustrated in Figure 4.

Instruments can be mounted directly at the Cassegrain focus, where they will move with the telescope. This is useful for infrared instruments, because they can be fed with only two warm reflections. It is also useful for instruments with second-stage AO, because it preserves a fixed orientation between the adaptive secondary and the wavefront sensor and deformable mirror. This simplifies control and improves performance.

The optical performance at the Cassegrain focus is described in Section 4.5. The Cassegrain focal ratio is f/18.75.

It is possible to locate an instrument in the laboratory space between the elevation bearings, with the beam fed in by means of two flat mirrors: one to direct the beam along the elevation axis, and another to direct the beam downwards into the instrument. An upward-looking instrument can be rotated in this position on a turntable to compensate for field rotation. This provides a fixed gravity environment for alignment-sensitive instruments.

The point design includes a multi-conjugate adaptive optics (MCAO) system, located behind the primary mirror and co-rotating with it. This system is designed to feed an f/38 beam through one of the elevation bearings to instruments mounted on a Nasmyth platform. It would be possible to mount the instrument upward-looking on a turntable to compensate for image rotation, while maintaining a constant gravity orientation.

The layout and optical performance of the MCAO system are described in Section 4.6.2.


Telescope views of Saturn

You’ll be able to get some amazing views of Saturn through a telescope in your own backyard. Saturn is one of the most impressive views available to anyone with a regular telescope.

You might be wondering if you’ll be able to see any of Saturn’s moons. You’re in luck. Saturn has an incredible 82 different moons. The planet’s largest moon, Titan, is a good one for you to try viewing.

Titan is larger than the Earth’s moon. In fact, Saturn’s largest moon is larger than a whole planet – Mercury. The moon will be further away from Saturn than you expect, but your stargazing apps should be able to help you find it.


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