望遠鏡架台と追尾

望遠鏡の架台と追尾システムは、望遠鏡を目標に向け、地球の自転によって目標が空を横切る際に、それを滑らかに追尾します。

Definition

望遠鏡架台とは、光学筒を支持し、空のどこにでも向けられるようにし、天体の見かけの回転に対して天体を追尾するために駆動する機械的構造と制御システムのことです。

Scope

このトピックでは、赤道儀式および経緯台式架台の幾何学的構造、駆動およびエンコーダシステム、たわみやミスアライメントを補正するポインティングモデル、恒星追尾と視野回転、サブアーク秒の安定性を維持するためのガイド、そして望遠鏡が動く際に光学系をアライメントされた状態に保つ構造設計について扱います。

Core questions

• 赤道儀式架台と経緯台式架台は、追尾と視野回転においてどのように異なりますか？
• ポインティングと追尾にはどの程度の精度が必要で、それぞれどのように達成されますか？
• たわみやアライメント誤差はどのようにモデル化され、補正されますか？
• 経緯台式架台が視野の回転補正を必要とするのはなぜですか？

Key theories

赤道儀式と経緯台式の幾何学的構造

赤道儀式架台は、1つの軸を地球の自転軸に合わせることで、単一の一定速度の駆動で空を追尾しますが、より安価で剛性の高い経緯台式架台は、2つの軸を異なる速度で駆動し、視野を固定するために回転させる必要があります。

ポインティングモデル

軸のミスアライメント、重力によるたわみ、ベアリングの不完全性による系統誤差は、参照星を観測することで特性評価され、制御システムが絶対ポインティングを改善するために適用するモデルに適合されます。

ガイドと追尾の安定性

長時間の露光には、シーイングまたは回折限界以下に追尾誤差を抑える必要があり、これは精密なエンコーダと、星にロックして駆動系に補正をフィードバックするオートガイダーによって達成されます。

Clinical relevance

架台と追尾の性能は、使用可能な最長露光時間と達成可能な天体測定および画像処理の精度を決定します。コンピューター制御の経緯台式架台への移行により、現在の世代の超大型望遠鏡は機械的にも財政的にも実現可能になりました。

History

1820年代のフラウンホーファーによる時計駆動式赤道儀は、長時間の写真露光を可能にし、赤道儀式設計は1世紀以上にわたって主流でした。望遠鏡が大型化するにつれて、コンピューター制御によって実用化された、より軽量で剛性の高い経緯台式架台が、ソビエトのBTA-6以降の大型機器の標準となりました。

Key figures

• Joseph von Fraunhofer
• George Ellery Hale

Seminal works

• kitchin2013
• bely2003

Frequently asked questions

なぜ現代の大型望遠鏡は、視野を回転させる必要があるにもかかわらず、経緯台式架台を使用するのですか？

経緯台式架台は水平軸と垂直軸のみで動くため、赤道儀式架台よりもはるかに剛性が高く、軽量で、大型化しても製造コストが安価です。その代償として、両軸を異なる速度で駆動し、視野を回転補正する必要がありますが、これは現在ではコンピューター制御によって日常的に処理されています。

視野回転とは何ですか、そしてなぜそれが重要なのでしょうか？

経緯台式架台では、望遠鏡が目標を空を横切って追尾するにつれて、焦点面における空の向きが変化します。これを補償する機器回転装置がなければ、長時間の露光では星が流れてしまうため、経緯台式望遠鏡には視野を固定するための回転補正装置が含まれています。