望远镜支架和跟踪系统

望远镜支架和跟踪系统用于将望远镜指向目标，并随着地球自转使目标划过天空而平稳地跟踪目标。

Definition

望远镜支架是支撑光学镜筒的机械结构和控制系统，它允许镜筒指向天空中的任何可及位置，并驱动其跟踪天体，以抵消天体的视旋转。

Scope

本主题涵盖赤道仪和地平经纬仪的几何结构、驱动和编码器系统、校正挠曲和未对准的指向模型、恒星跟踪和视场旋转、保持亚角秒稳定性的导星，以及在望远镜移动时保持光学器件对准的结构设计。

Core questions

• 赤道仪和地平经纬仪在跟踪和视场旋转方面有何不同？
• 指向和跟踪需要多高的精度，以及如何实现？
• 挠曲和对准误差是如何建模和校正的？
• 为什么地平经纬仪需要对视场进行去旋转？

Key theories

赤道仪与地平经纬仪的几何结构

赤道仪将一个轴与地球自转轴对齐，因此单个恒速驱动器即可跟踪天空，而更便宜、更坚固的地平经纬仪必须以不同的速率驱动两个轴并旋转视场以保持其固定。

指向模型

通过观测参考星来表征轴未对准、重力挠曲和轴承缺陷等系统误差，并将其拟合到控制系统用于改善绝对指向的模型中。

导星和跟踪稳定性

长时间曝光要求跟踪误差保持在视宁度或衍射极限以下，这通过精密编码器和自动导星仪实现，自动导星仪锁定一颗恒星并将校正反馈给驱动器。

Clinical relevance

支架和跟踪性能决定了最长可用曝光时间以及可实现的天体测量和成像精度；计算机控制的地平经纬仪的出现使得当前一代超大型望远镜在机械和经济上都成为可能。

History

夫琅和费在19世纪20年代发明的时钟驱动赤道仪使长时间摄影曝光成为可能，赤道仪设计在之后的一个多世纪里占据主导地位。随着望远镜的尺寸增大，更轻、更坚固的地平经纬仪（通过计算机控制变得实用）从苏联的BTA-6望远镜开始成为大型仪器的标准配置。

Key figures

• Joseph von Fraunhofer
• George Ellery Hale

Seminal works

• kitchin2013
• bely2003

Frequently asked questions

为什么大型现代望远镜尽管需要旋转视场，却仍使用地平经纬仪？

地平经纬仪仅在水平和垂直轴上移动，因此在大型尺寸下，它们比赤道仪更坚固、更轻、更便宜。代价是两个轴都必须以不同的速率驱动，并且必须对视场进行去旋转，这现在由计算机控制常规处理。

什么是视场旋转，为什么它很重要？

在地平经纬仪上，当望远镜跟踪天空中的目标时，焦平面中天空的方向会发生变化。如果没有仪器旋转器进行补偿，恒星在长时间曝光中会拖尾，因此地平经纬仪望远镜包含一个去旋转器以保持视场固定。