Teleskopmontierungen und Nachführung

Teleskopmontierungen und Nachführungssysteme richten ein Teleskop auf ein Ziel aus und folgen diesem reibungslos, während die Erdrotation es über den Himmel bewegt.

Definition

Eine Teleskopmontierung ist die mechanische Struktur und das Steuerungssystem, das den optischen Tubus trägt, es ermöglicht, ihn auf jeden zugänglichen Punkt am Himmel zu richten, und ihn antreibt, um Himmelsobjekten gegen die scheinbare Rotation des Himmels zu folgen.

Scope

Dieses Thema behandelt äquatoriale und azimutale Montierungsgeometrien, Antriebs- und Encodersysteme, Zeigemodelle, die Flexion und Fehlausrichtung korrigieren, siderische Nachführung und Bildfeldrotation, Guiding zur Aufrechterhaltung der Stabilität im Sub-Bogensekundenbereich sowie das strukturelle Design, das die Optik während der Bewegung des Teleskops ausgerichtet hält.

Core questions

• Wie unterscheiden sich äquatoriale und azimutale Montierungen in Bezug auf Nachführung und Bildfeldrotation?
• Welche Genauigkeit ist für die Ausrichtung und für die Nachführung erforderlich, und wie wird diese jeweils erreicht?
• Wie werden Flexions- und Ausrichtungsfehler modelliert und korrigiert?
• Warum erfordert eine azimutale Montierung eine Derotation des Bildfeldes?

Key theories

Äquatoriale versus azimutale Geometrie

Eine äquatoriale Montierung richtet eine Achse an der Erdrotation aus, sodass ein einziger Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit dem Himmel folgt, während eine billigere, steifere azimutale Montierung zwei Achsen mit variablen Geschwindigkeiten antreiben und das Bildfeld drehen muss, um es fixiert zu halten.

Zeigemodelle

Systematische Fehler durch Achsfehlausrichtung, Gravitationsflexion und Lagerunvollkommenheiten werden durch Beobachtung von Referenzsternen charakterisiert und in ein Modell eingepasst, das das Steuerungssystem anwendet, um die absolute Zeigegenauigkeit zu verbessern.

Guiding und Nachführstabilität

Lange Belichtungen erfordern, dass Nachführfehler unterhalb der Seeing- oder Beugungsgrenze bleiben, was durch präzise Encoder und durch Autoguider erreicht wird, die sich an einem Stern festsetzen und Korrekturen an die Antriebe zurückmelden.

Clinical relevance

Die Leistung von Montierung und Nachführung bestimmt die längste nutzbare Belichtungszeit und die erreichbare astrometrische und bildgebende Präzision; die Umstellung auf computergesteuerte azimutale Montierungen machte die aktuelle Generation sehr großer Teleskope mechanisch und finanziell realisierbar.

History

Fraunhofers uhrengetriebene äquatoriale Montierung aus den 1820er Jahren ermöglichte lange fotografische Belichtungen, und äquatoriale Designs dominierten über ein Jahrhundert lang. Als Teleskope größer wurden, wurde die leichtere und steifere azimutale Montierung, die durch Computersteuerung praktikabel wurde, zum Standard für große Instrumente ab dem sowjetischen BTA-6.

Key figures

• Joseph von Fraunhofer
• George Ellery Hale

Seminal works

• kitchin2013
• bely2003

Frequently asked questions

Warum verwenden große moderne Teleskope azimutale Montierungen, obwohl das Bildfeld gedreht werden muss?

Azimutale Montierungen bewegen sich nur in horizontalen und vertikalen Achsen, daher sind sie bei großen Abmessungen wesentlich steifer, leichter und kostengünstiger zu bauen als äquatoriale Montierungen. Der Nachteil ist, dass beide Achsen mit variablen Geschwindigkeiten angetrieben werden müssen und das Gesichtsfeld derotiert werden muss, was die Computersteuerung heute routinemäßig handhabt.

Was ist Bildfeldrotation und warum ist sie wichtig?

Bei einer azimutalen Montierung ändert sich die Ausrichtung des Himmels in der Fokalebene, während das Teleskop einem Ziel über den Himmel folgt. Ohne einen Instrumentenrotator zum Ausgleich würden Sterne bei langen Belichtungen Spuren ziehen, daher enthalten azimutale Teleskope einen Derotator, um das Bildfeld fixiert zu halten.