ฐานกล้องโทรทรรศน์และการติดตาม

ฐานกล้องโทรทรรศน์และระบบติดตามจะชี้กล้องโทรทรรศน์ไปยังเป้าหมายและติดตามเป้าหมายนั้นอย่างราบรื่นในขณะที่การหมุนของโลกพามันเคลื่อนที่ไปทั่วท้องฟ้า

Definition

ฐานกล้องโทรทรรศน์คือโครงสร้างทางกลและระบบควบคุมที่รองรับท่อเลนส์ ทำให้สามารถชี้ไปยังตำแหน่งใดก็ได้ที่เข้าถึงได้บนท้องฟ้า และขับเคลื่อนเพื่อติดตามวัตถุบนท้องฟ้าที่เคลื่อนที่สวนทางการหมุนที่ปรากฏของท้องฟ้า

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมรูปทรงเรขาคณิตของฐานแบบอิเควทอเรียลและอัลตาซิมัท ระบบขับเคลื่อนและตัวเข้ารหัส แบบจำลองการชี้ที่แก้ไขการโก่งตัวและการเยื้องศูนย์ การติดตามดาวฤกษ์และการหมุนของสนาม การนำทางเพื่อรักษาสภาพเสถียรภาพที่ต่ำกว่าหนึ่งฟิลิปดา และการออกแบบโครงสร้างที่ช่วยให้เลนส์อยู่ในแนวเดียวกันเมื่อกล้องโทรทรรศน์เคลื่อนที่

Core questions

• ฐานแบบอิเควทอเรียลและอัลตาซิมัทแตกต่างกันอย่างไรในการติดตามและการหมุนของสนาม?
• ความแม่นยำระดับใดที่จำเป็นสำหรับการชี้และการติดตาม และแต่ละอย่างทำได้อย่างไร?
• แบบจำลองการโก่งตัวและข้อผิดพลาดในการจัดแนวถูกสร้างและแก้ไขอย่างไร?
• เหตุใดฐานแบบอัลตาซิมัทจึงต้องมีการหมุนกลับของสนาม?

Key theories

รูปทรงเรขาคณิตแบบอิเควทอเรียลเทียบกับอัลตาซิมัท

ฐานแบบอิเควทอเรียลจะจัดแนวแกนหนึ่งให้ตรงกับการหมุนของโลก ดังนั้นการขับเคลื่อนด้วยอัตราคงที่เพียงแกนเดียวก็สามารถติดตามท้องฟ้าได้ ในขณะที่ฐานแบบอัลตาซิมัทที่ราคาถูกกว่าและแข็งแรงกว่าจะต้องขับเคลื่อนสองแกนด้วยอัตราที่แตกต่างกันและหมุนสนามเพื่อรักษามันให้คงที่

แบบจำลองการชี้

ข้อผิดพลาดเชิงระบบจากการเยื้องศูนย์ของแกน การโก่งตัวจากแรงโน้มถ่วง และความไม่สมบูรณ์ของแบริ่งจะถูกระบุโดยการสังเกตดาวอ้างอิงและนำไปปรับใช้ในแบบจำลองที่ระบบควบคุมนำไปใช้เพื่อปรับปรุงการชี้สัมบูรณ์

การนำทางและความเสถียรในการติดตาม

การเปิดรับแสงนานๆ จำเป็นต้องให้ข้อผิดพลาดในการติดตามต่ำกว่าขีดจำกัดการมองเห็นหรือการเลี้ยวเบน ซึ่งทำได้โดยตัวเข้ารหัสที่แม่นยำและโดยระบบนำทางอัตโนมัติที่ล็อกดาวเป้าหมายและส่งการแก้ไขกลับไปยังระบบขับเคลื่อน

Clinical relevance

ประสิทธิภาพของฐานและการติดตามเป็นตัวกำหนดระยะเวลาการเปิดรับแสงที่ใช้งานได้นานที่สุดและความแม่นยำในการวัดตำแหน่งดาวและการถ่ายภาพที่ทำได้ การเปลี่ยนมาใช้ฐานแบบอัลตาซิมัทที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ทำให้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่รุ่นปัจจุบันมีความเป็นไปได้ทั้งในเชิงกลไกและการเงิน

History

ฐานแบบอิเควทอเรียลที่ขับเคลื่อนด้วยนาฬิกาของ Fraunhofer ในช่วงทศวรรษ 1820 ทำให้สามารถถ่ายภาพแบบเปิดรับแสงนานได้ และการออกแบบแบบอิเควทอเรียลก็ครองตลาดมานานกว่าหนึ่งศตวรรษ เมื่อกล้องโทรทรรศน์มีขนาดใหญ่ขึ้น ฐานแบบอัลตาซิมัทที่เบากว่าและแข็งแรงกว่า ซึ่งใช้งานได้จริงด้วยการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ ก็กลายเป็นมาตรฐานสำหรับเครื่องมือขนาดใหญ่ตั้งแต่ BTA-6 ของโซเวียตเป็นต้นมา

Key figures

• Joseph von Fraunhofer
• George Ellery Hale

Seminal works

• kitchin2013
• bely2003

Frequently asked questions

เหตุใดกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่ทันสมัยจึงใช้ฐานแบบอัลตาซิมัท แม้ว่าจะต้องมีการหมุนของสนาม?

ฐานแบบอัลตาซิมัทเคลื่อนที่เฉพาะในแนวแกนนอนและแนวตั้งเท่านั้น ดังนั้นจึงแข็งแรงกว่า เบากว่า และสร้างได้ถูกกว่ามากสำหรับขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับฐานแบบอิเควทอเรียล ข้อเสียคือทั้งสองแกนจะต้องถูกขับเคลื่อนด้วยอัตราที่แตกต่างกัน และต้องมีการหมุนกลับของมุมมอง ซึ่งปัจจุบันการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์สามารถจัดการได้ตามปกติ

การหมุนของสนามคืออะไร และเหตุใดจึงสำคัญ?

บนฐานแบบอัลตาซิมัท การวางแนวของท้องฟ้าในระนาบโฟกัสจะเปลี่ยนไปเมื่อกล้องโทรทรรศน์ติดตามเป้าหมายไปทั่วท้องฟ้า หากไม่มีตัวหมุนเครื่องมือเพื่อชดเชย ดาวจะเกิดการเคลื่อนที่ในภาพที่เปิดรับแสงนาน ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์แบบอัลตาซิมัทจึงมีตัวหมุนกลับเพื่อรักษาสนามให้คงที่