DD242107A1 - Astronomisches teleskop - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein astronomisches Teleskop, vorzugsweise zur Sonnenbeobachtung mit dem Ziel, vor allem den technischen Aufwand zu senken, Aufgabe ist es, durch eine neuartige Lagerung und Ausfuehrung den technischen Aufwand zu senken und eine vielseitige Anwendung zu erreichen. Das Teleskop umfasst ein oder mehrere optische Systeme die in einer, um mindestens eine Achse drehbar in einer Kugelschale schwimmend gelagerten Hohlkugel angeordnet sind. Einem jeden Hauptspiegel dieser optischen Systeme ist ein optisch wirksames Vakuumfenster und vorzugsweise ein gemeinsamer Gegenspiegel zugeordnet. Es sind Antriebsmittel fuer die Hohlkugel, in Form von Steuerduesen zur Erzeugung einer gerichteten Fluessigkeitsbewegung im Fluessigkeitsspalt zwischen Kugel und Kugelschale vorgesehen. Zur Stabilisierung der Hohlkugel ist eine die Drehachse als Polachse festlegende Kreiselanordnung in der Hohlkugel angeordnet. Fig. 2

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bisher bekannte astronomische Teleskope zur Sonnenbeobachtung nutzen große Planhilfsspiegel, welche das Sonnenlicht in fest angeordnete Teleskopsysteme lenken. (Zeitschrift „Die Sterne" 58 [1982], 5, Seiten 270-282 und 59 [1983], 2, Seiten 78-88.) Hierbei wird durch Vergrößerung der Empfängerfläche bei größtmöglichem Auflösungsvermögen der Teleskopoptik eine hohe Intensität in der Bildebene erhalten, um einerseits kurzzeitige Sonnenphänomene zu erfassen und andererseits eine höchstmögliche Auflösung bei nachgeordneten Zusatzeinrichtungen, wie z. B. Spektrographen und Interferometern, zu erreichen. Um die Auswirkungen von durch intensive Sonnenstrahlung hervorgerufenen Luftturbulenzen im Strahlengang zu vermindern, sind evakuierte Teleskopanordnungen entwickelt worden, bei denen der Strahlengang oder ein großer Teil desselben im Vakuum geführt wird.

Zum Abschluß des Vakuums sind Vakuumfenster entsprechender Größe und Qualität vorhanden. Diese meist aus Quarz gefertigten Vakuumfenster können jedoch aus Gründen der Stabilität nicht beliebig groß werden. Daher wurde bei einer Sonnenforschungsanlage der Strahlengang in einer Edelgasathmosphäre geführt, um das Vakuumfenster zu entlasten und Gasturbulenzen zu minimieren.

Diese Teleskope und diejenigen, die ohne Planhilfsspiegel ausgerüstet sind, („Die Sterne" 59 [1983], 2, Seiten 80 und 81) verwenden als abbildende Optik Gregory- oder Cassegrain-Systeme.

Zur Vermeidung negativer Einflüse auf die Abbildung durch bodennahe starke Luftturbulenz befindet sich die Lichteintrittsöffnung derartiger Teleskope in großer Höher über dem Erdboden, woraus sich aufwendige Bauten ergeben. Alle diese Teleskope sind sehr aufwendig im bezug auf Bauwerk, auf Maßnahmen zur Vermeidung des Einflusses von Luftturbulenzen, auf den Abbildungsstrahlengang und auf die Realisierung einer großen Brennweite der optischen Systeme. Aus „Sky and Telescope", July 1979, Seiten 23 und 24 und July 1976, Seite 14, ist ein Multiple-Mirror-Telescopezur Stembeobachtung bekannt, bei welchem eine aus sechs Spiegeln bestehende Anordnung in einem auf seiner Grundfläche drehbar gelagerten Gebäude vorgesehen ist. Die einzelnen Spiegel sind dabei so angeordnet, daß ihr reflektiertes Licht auf einen gemeinsamen Gegenspiegel trifft, von dem es zur Abbildung und Auswertung weitergeleitet wird. Dieses Teleskop stellt im bezug auf Ausführung, Antrieb und Lagerung, insbesondere des Gebäudes, hohe technische Anforderungen und ist äußerst aufwendig. Zur intensiven Sonnenbeobachtung ist es nicht geeignet, u.a. deshalb, weil keine Maßnahmen zur Vermeidung des Einflusses von Luftbewegungen auf den Strahlengang getroffen werden.

In „Sky and Telescope", April 1982, Seiten 334—338, ist ein astronomisches Teleskop beschrieben, welches in einem offenen kugelförmigen Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse ist auf computergesteuert angetriebenen und hydraulisch bewegten Schreitfüßen gelagert und um drei Achsen drehbar. Nachteilig ist jedoch der komplizierte Bewegungsmechanismus und die Tatsache, daß das Teleskop nicht evakuierbar ist, wodurch es für Sonnenbeobachtungen nicht geeignet ist.

Ziel der Erfindung

Es ist der Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und den Aufwand für den Aufbau eines Sonnenteleskopes zu senken und ein vielseitig anwendbares astronomisches Teleskop zu schaffen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein astronomisches Teleskop, insbesondere für Sonnenbeobachtungen, insbesondere in Multiple-Mirror-Ausführung zu schaffen, bei welchem durch eine neuartige Lagerung und Ausführung sowie durch die Ermöglichung mehrerer verschiedener Strahlengänge der Bau-und technische Aufwand verringert und eine vielseitig Anwendung erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem astronomischen Teleskop, umfassend ein abbildendes, optisches System, welches aus einem Haupt- und einem Gegenspiegel und weiteren, den Strahlengang umlenkenden Reflektoren und Umlenkelementen zusammengesetzt ist und in einem kugelförmigen Gehäuse untergebracht und um mindestens zwei Achsen zusammen mit dem Gehäuse in einem Lager drehbar gelagert ist und durch computergesteuerte Antriebsmittel angetrieben ist, dadurch gelöst, . —

daß im oder mehrere optische Systeme in einer, um mindestens eine Achse drehbar in einer Kugelschale in einer Flüssigkeit schwimmend gelagerten, evakuierbaren Hohlkugel angeordnet sind, wobei einem jeden Hauptspiegel dieser optischen Systemeauf der ihm gegenüberliegenden Kugelseite ein optisch wirksames Vakuumfenster und vorzugsweise ein gemeinsamer Gegenspiegel zugeordnet sind, daß Antriebsmittel, vorzugsweise in Form von verstellbaren Steuerdüsen, ander Hohlkugel oder an der Kugelschale zur Erzeugung einer definiert gerichteten Flüssigkeitsbewegung im Flüssigkeitsspalt zwischen Kugeloberfläche und Kugelschale vorgesehen sind, daß zur Stabilisierung der Hohlkugel eine, die Drehachse als Polachse festlegende und definierende Kreiselanordnung in der Hohlkugel angeordnet ist, wobei die Kreiselanordnung so dimensioniert ist, daß eine Feinbewegung der Polachse von mindestens ±30' erzielbar ist,

und daß eine Steuer-und Rechnereinrichtung vorgesehen sind, welche mit der Kreiselanordnung und den Mitteln zur Erzeugung der gerichteten Flüssigkeitsbewegung verbunden sind

Dabei ist es vorteilhaft,

daß die Vakuumfenster als optische Korrektionsglieder in Form von Menisken ausgebildet sind, in deren Zentrum, dem jeweiligen Hauptspiegel zugewandt, ein Gegenspiegel angeordnet ist.

Eine Ausführungsform der optischen Systeme besteht darin, daß Haupt- und Gegenspiegel sphärische Konkavspiegel sind. Eine weitere Ausführungsform der optischen Systeme besteht darin,

daß der Hauptspiegel ein Konkav- und der Gegenspiegel ein Konvexspiegel ist und daß beide vorzugsweise sphärische Oberflächen besitzen

Es ist vorteilhaft,

daß die Hauptspiegel auf einen gemeinsamen Gegenspiegel ausgerichtet sind. Ferner ist es vorteilhaft zur Erzielung einer Trennung der Strahlengänge der optischen Systeme, daß die optischen Systeme entkoppelbar sind, derart, daß sie selbständige Teleskope darstellen.

Durch die Integration des gesamten optischen Abbildungssystems einschließlich notwendiger Zusatzgeräte in einer evakuierten Hohlkugel ist eine Beeinflussung der Abbildungsqualität durch Luftturbulenzen innerhalb des Strahlenganges ausgeschlossen. · '

Eine vielseitige Anwendung wird durch die Möglichkeit einer optischen Entkopplung der einzelnen optischen Systeme erreicht. So ist es möglich, z. B. mit den einzelnen optischen Systemen parallel in mehreren Spektralbereichen zu arbeiten oder zu beobachten. Die schwimmende Lagerung der Hohlkugel ergibt eine große Leichtgängigkeit, und sie ist erschütterungsarm. Der technische Aufwand im bezug auf andere Sonnenbeobachtungsanlagen ähnlicher Größenordnung und insbesondere in Hinsicht auf die Lagerung ist gering

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1: eine schwimmend gelagerte Hohlkugel mit Gregory-Teleskop und Fig.2: eine schwimmend gelagerte Hohlkugel mit Multiple-Mirror-Teleskop.

Das astronomische Teleskop zur Sonnenbeobachtung (Fig. 1) umfaßt ein als eine Hohlkugel 1 ausgebildetes Gehäuse, in welcher ein Gregory-Teleskop, bestehend aus Hauptspiegel 2, Gegenspiegel 3 und evtl. Umlenkelementen 4, angeordnet ist. Die Hohlkugel 1 ist um mindestens eine Achse drehbar in einer Kug'elschale 5 in einer Flüssigkeit 6 schwimmend gelagert, und sie ist hermetisch verschließ- und evakuierbar. Die Hohlkugel 1 kann aus Stahlsektionen bestehen, bei denen eine Stahlhaut durch Rippen so vestärkt wird, daß sie nicht nur dem äußeren Luftdruck standhält, sondern auch die Kugelform beibehält, eine andere Konstruktion ist eine Verbindung zwischen Metallhaut und Betonschale. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der in der Kugelschale 5 liegende Teil der Hohlkugel 1 stabiler gestaltet ist, da er als Lagerkissen genutzt wird. Jeweils dem Hauptspiegel 2 gegenüber ist ein optisch wirksames Vakuumfenster 7 in der Wand der Hohlkugel 1 angeordnet, welches als Meniskus ausgebildet ist und zur optischen Korrektur des zugeordneten optischen Systems dient. Auf dem Vakuumfenster 7 oder in dessen Nähe ist der Konvexe Gegenspiegel 3 angeordnet.

Zur Stabilisierung der Lage derJHohlkugel 1 und zur Festlegung der Drehachse 8 der Hohlkugel 1 als Polachse ist im Innern der Hohlkugel 1 eine Kreiselanordnung 9 vorgesehen, welche so dimensioniert ist, daß eine Feinbewegung der Polachse von mindestens 30'erzielbar ist. Von der Kreiselanordnung 9 werden Meßsignale erzeugt, die einem Rechner 10 zugeführt werden. Eine mit dem Rechner 10 verbundene Steuereinrichtung 11 steuert eine Antriebseinrichtung 12, welche vorzugsweise Antriebsmittel in Form von Verstellbaren Steuerdüsen 13 beaufschlagt. Die Steuerdüsen 13 erzeugen eine definiert gerichtete Flüssigkeitsbewegung im Flüssigkeitsspalt 14 zwischen der Oberfläche der Hohlkugel 1 und der Kugelschale 5, wobei die Flüssigkeitsbewegung zur Drehung, insbesondere zur Grobbewegung, der Hohlkugel 1 benutzt wird.

Die Stabilisierung der Hohlkugel 1 mit Hilfe der Kreiselanordnung 9 ist für Sonnenbeobachtungen leicht realisierbar, weil sich die Sonnendeklination im Verlaufe des Jahres nur langsam zwischen ±23,5" verändert. Es ist also im wesentlichen nur eine Rückführung des Teleskopes aus der Abend-in die Morgenposition erforderlich. Bei einer Benutzung für Mond-und Planetenbeobachtung ist ein entsprechend größerer Deklinationsbereich während einer Beobachtungsperiode zu berücksichtigen.

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Als Tragflüssigkeit ist vorzugsweise Wasser anwendbar, welches sich in einem entsprechend großen Bassin 5 befindet, in welchem auch die Kugelschale 5 fest angeordnet ist. Durch Öffnungen 16 in der Kugelschale 5 wird erreicht, daß zwischen Kugelschäle 5 und Oberfläche der Hohlkugel 1 Flüssigkeitvorhanden ist, auf welcherdie Hohlkugel 1 schwimmt. Zur Vermeidung des Gefrierens des Wasses kann diesem Frostschutzmittel beigemengt werden, oder es kann beheizt werden. Eine übermäßige Verdunstung wird durch eine geeignete Abdeckung 17 (Fig. 1) verhindert.

Für den Einstieg oder für das Einbringen von Geräten in die Hohlkugel 1 ist mindestens eine Einstiegluke (nicht dargestellt) vorgesehen.

Das in Fig. 2 dargestellte astronomische Teleskop umfaßt ein Multiple-Mirror-Teleskop, welches z. B. drei Hauptspiegel 18; 19; 20 besitzt, denen je ein Vakummfenster 21; 22; 23 in der Wand der Hohlkugel 1 gegenüberliegt. Diese Hauptspiegel 18; 19; 20 sind in der Regel so ausgerichtet, daß ihre Strahlengänge über einen gemeinsamen Gegenspiegel 24 in einer Bildebene 25 im Innern der Hohlkugel 1 vereinigt werden, in welcher Kamera, Spektropraphen oder andere Auswerteeinrichtungen angeordnet sind.

(In Fig.2 nicht dargestellt). Diese Hauptspiegel 18; 19; 20 sind vorzugsweise in ihrer Reflexionsrichtung verstellbar gelagert, derart, daß zur Entkoppelung der einzelnen Spiegelsysteme ihre optische Achse jeweils auf einen an der, den Hauptspiegeln 18; 19; 20 zugewandten Fläche der Vakummfenster 21; 22; 23 angeordneten Gegenspiegel 26; 27; 28 gerichtet ist. Andererseits können auch die als Miniskus ausgebildeten Vakuumfenster 21; 22; 23 mit den Gegenspiegeln 26; 27; 28 oder diese selbst entsprechend geschwenkt werden, um eine Entkopplung der Systeme zu erzielen. Damit können mit den einzelnen Systemen parallele Einzelbeobachtungen vorgenommen werden.

Die Evakuierung der Hohlkugel 1 erfolgt ebenso wie die Stromversorgung von außen, vorzugsweise über an sich bekannte Mittel.

Die Informationsübertragung kann auf elektrischem Wege durch geeignet angebrachte Kabel oder Lichtleitkabel erfolgen (nicht dargestellt).

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   1. Astronomisches Teleskop, umfassend ein abbildendes, optisches System, welches aus einem Haupt- und einem Gegenspiel und weiteren, den Strahlengang umlenkenden Reflektoren und Umlenkelementen zusammengesetzt ist und in einem kugelförmigen Gehäuse untergebracht und um mindestens zwei Achsen zusammen mit dem Gehäuse in einem Lager drehbar gelagert ist und durch computergesteuerte Antriebsmittel angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß im oder mehrere optische Systeme in einer, um mindestens eine Achse drehbar in einer Kugelschale in einer Flüssigkeit schwimmend gelagerten, evakuierbaren Hohlkugel angeordnet sind, wobei einem jeden Hauptspiegel dieser optischen Systeme auf der ihm gegenüberliegenden Kugelseite ein optisch wirksames Vakuumfenster und vorzugsweise ein gemeinsamer Gegenspiegel zugeordnet sind, daß Antriebsmittel, vorzugsweise in Form von verstellbaren Steuerdüsen, an der Hohlkugel oder an der Kugelschale zur Erzeugung einer definiert gerichteten Flüssigkeitsbewegung im Flüssigkeitsspalt zwischen

   . Kugeloberfläche und Kugelschale vorgesehen, sind, daß zur Stabilisierung der Hohlkugel eine, die Drehachse als Polachse festlegende und definierende Kreiselanordnung in der Hohlkugel angeordnet ist, wobei die Kreiselanordnung so dimensioniert ist, daß eine Feinbewegung der Polachse von mindestens ±30' erzielbar ist, und daß eine Steuer- und Rechnereinrichtung vorgesehen sind, welche mit der Kreiselanordnung und den Mitteln zur Erzeugung der gerichteten Flüssigkeitsbewegung verbunden sind.
2. 2. Astronomisches Teleskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumfenster als optische Korrektionsglieder in Form von Menisken ausgebildet sind, in deren Zentrum, dem jeweiligen Hauptspiegel zugewandt, ein Gegenspiegel angeordnet ist.
3. 3. Astronomisches Teleskop nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Haupt- und Gegenspiegel sphärische Konkavspiegel sind.
4. 4. Astronomisches Teleskop nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptspiegel ein Konkav- und der Gegenspiegel ein Konvexspiegel ist und daß beide vorzugsweise sphärische Oberflächen besitzen.
5. 5. Astronomische Teleskop nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptspiegel auf einen gemeinsamen Gegenspiegel ausgerichtet sind.
6. 6. Astronomisches Teleskop nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Systeme entkoppelbar sind, derart, daß sie selbständige Teleskope darstellen.