Optimale Teleskopgröße?

Stellen Sie sich ein beugungsbegrenztes Teleskop mit freier Öffnung vor D . Ein solches Zielfernrohr kann eine Winkelauflösung liefern a das skaliert als λ / D , mit λ bezeichnet die Wellenlänge des Lichts. In Wirklichkeit muss ein solches Teleskop jedoch durch eine turbulente Atmosphäre blicken, deren Brechungsindexänderungen Wellenfrontfehler mit einer räumlichen Korrelationslänge ( Fried-Parameter ) verursachen. r 0 . Dadurch entsteht kein stabiles Beugungsmuster, sondern ein Speckle-Muster. Mich interessiert die Winkelauflösung, die der durchschnittlichen Größe dieses Speckle-Musters entspricht.

Was ist diese Winkelauflösung a ( D / λ , r 0 / λ ) ?

Genauer gesagt: wie funktioniert a Maßstab für D ≫ r 0 , und für fest r 0 : gibt es eine optimale (höchste Auflösung) Blende D ? Oder bodenständiger: Wenn ich ein 200-Zoll-Hale-Teleskop in meinem Garten* bauen würde, würde es ein 10-Zoll-Amateurteleskop in Bezug auf die optische Auflösung schlagen?

*Sie können davon ausgehen, dass mein Hinterhof ein typisches Seeing aufweist, das durch einen Fried-Parameter gekennzeichnet ist r 0 von etwa 4 Zoll.

Das Einbeziehen adaptiver Optiken würde die Übung sinnlos machen. Der ganze Zweck der adaptiven Optik besteht darin, eine beugungsbegrenzte Auflösung zu erhalten   λ / D unabhängig vom Wert D / r 0 .
Okay! Wenn D > r 0 , die Auflösung wird schlechter sein als die theoretisch beste ( D / λ ). Also, was ist der Haken? Warum das 150 Kopfgeld? Du fragst was wäre wenn D >> r 0 . Die Antwort ist einfach, eine super schlechtere Auflösung, die durch das Sehen begrenzt ist. Und zu der Sache mit dem Teleskop ... Nein, würden Sie nicht. Ich poste dies nicht als Antwort, da ich sicher bin, ob ich die Frage bekomme oder nicht.
@Cheeku - Ihre Antwort befasst sich nicht mit dem spezifischen Verhalten für D >> r 0 . Sicher, die Auflösung wird kleiner als die theoretische Grenze sein, aber es wird immer noch eine monotone Funktion von sein D / r 0 ? Wird es nivellieren? Oder wird es eine optimale Auflösung für einen bestimmten endlichen Wert von durchlaufen D / r 0 ?
Ich bin nicht davon überzeugt, dass es ein universelles Optimum gibt, unabhängig davon, wie man die Bildgebung durchführt und die Bilder nachbearbeitet. Bei festen Werten von D und r 0 , nicht a hängt von der Belichtungsdauer ab? Bei einer längeren Belichtung würde ich denken, dass der Turbulenzeffekt zumindest etwas gemittelt wird, während die Mittelung bei der Beugung überhaupt nicht hilft. In Wirklichkeit denke ich, dass die Leute eine lange Reihe von Bildern machen, diejenigen auswählen, die in Momenten mit ungewöhnlich gutem Sehen aufgenommen wurden, und diese dann "stapeln" (dh durchschnittlich machen).
@Ben Crowell - Um zu einer eindeutigen Winkelauflösungsbeziehung zu gelangen, können Sie die Grenze der Belichtungszeiten auf Null setzen. Die typische Zeitskala für „Sternenfunkeln“ beträgt etwa 0,1 s. daher reicht jede Belichtung weit unter diesem Wert aus. (Übrigens. Aus dem gleichen Grund sind die Belichtungen in der von Ihnen beschriebenen „glücklichen Bildgebung“ normalerweise auch kurz.)
OK, die Beschränkung auf kurze Belichtungen macht es zu einem gut definierten Problem, aber eines, dessen Antwort von weniger praktischem Interesse wäre.
Üben Sie für visuelle Beobachtungen, hoffe ich (das menschliche Auge ist ein ziemlich schneller Detektor).
@BenCrowell In der Tat ist meine Erfahrung in der Amateur-Astrofotografie ohne AO-Unterstützung normalerweise so - wirf das Schlechte weg; stapel das gute. Aber für Deep-Sky-Aufnahmen von diffusen Objekten, die nicht viel heller als der Himmelshintergrund sind, sind Langzeitbelichtungen unvermeidlich. Es wäre interessant zu sehen, ob eine größere Blende in diesem Fall hilft, abgesehen davon, dass nur die benötigte Belichtungszeit an sich reduziert wird.

Antworten (2)

Das Seeing ist eine viel natürlichere Art, über die Wirkung der Atmosphäre nachzudenken. Ein Seeing von 1" (einer Bogensekunde) ist gut.

Wenn Ihr Teleskop beugungsbegrenzt ist, dann ist Ihre Winkelauflösung 1.22 λ / D . Eine vernünftige Grenze für die Größe Ihres Teleskops wäre es, die FWHM der Seeing-Scheibe gleich Ihrer Winkelauflösung einzustellen, was im besten Fall (blaues Licht, λ ≈ 400   nm ) ergibt einen Durchmesser von 10 cm und im schlimmsten Fall (Rotlicht, λ ≈ 700   nm ) einen Durchmesser von 7 Zoll (17,6 cm). Wenn Sie also ein Heimteleskop ohne adaptive Optik bauen, müssen Sie nur ein Teleskop mit 7 Zoll Durchmesser bauen, um die maximale Winkelauflösung zu erreichen!

Warum haben die Menschen dann größere Bodenteleskope gebaut, bevor die adaptive Optik erfunden wurde? Weil größere Teleskope mehr Licht sammeln können! Wenn Sie ein größeres Hinterhofteleskop bauen, erhalten Sie keine höhere Auflösung, aber es hilft Ihnen, dunklere Quellen zu sehen.

Einige Fortschritte: Eine teilweise Antwort auf die obige Frage finden Sie auf teleskop-optik.net: http://www.telescope-optics.net/seeing_and_aperture.htm .

Aus den bereitgestellten Informationen geht hervor, dass für festes Sehen (fixed r 0 ) wird für Blenden eine optimale Auflösung erreicht D so dass D / r 0 erreicht Werte nahe 2. Mit anderen Worten, unter allen realistischen atmosphärischen Bedingungen und in Bezug auf die Winkelauflösung würde ein 20-Zoll-Teleskop ein 200-Zoll-Teleskop um Längen schlagen.

Das zeigt, denke ich, wie wichtig adaptive Optik wirklich ist.

Ja, adaptive Optik ist eine Möglichkeit, das Seeing zu übertreffen, eine andere Möglichkeit, sich über die Atmosphäre zu erheben, entweder indem Sie einen Berg hinaufsteigen oder Ihr Teleskop im Weltraum fliegen.
Optimale Teleskopgröße?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v