Телескопы покупают здесь


A A A A Автор Тема: Адаптивная оптика  (Прочитано 15167 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн HPCАвтор темы

  • **
  • Сообщений: 84
  • Благодарностей: -2
    • Сообщения от HPC
Адаптивная оптика
« : 04 Фев 2002 [22:50:30] »
Что это за штука такая - вроде что-то навороченное, а в чём суть -  не знаю. Пояснит кто??????????
HEQ 5 Pro + ТАЛ 200К

Korsar

  • Гость
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #1 : 05 Фев 2002 [03:45:21] »
Этот термин насколько я осведомлен не относится к любительскому телескопостроению а к современным гигантским телескопам (например на Гаваях - Субару и Кек) имеющих сложные оптические системы главных зеркал, собственно это не монолитные зеркала, а совокупность элементов, которые имеют механизмы централизованного управления и таким образом телескоп может адаптироваться к условиям наблюдения, в частности гасить атмосферные искажения. Вообще это очень перспективное развитие наземных наблюдательных систем. Хотя сложно прогнозировать, какие еще формы примет наблюдательная оптика в ближайшем будущем, но уже сейчас есть проекты по созданию Ошеломляющего Большого Телескопа (http://www.eso.org/projects/owl/ - OverWhelmingly Large Telescope) с диаметром главного зеркала  100 м(!), а также целого ряда менее крупных с диаметрами "зеркал"  50-30 м. Ясное дело, что эти телескопы будут иметь главные зеркала состоящие из 1000 фрагментов объединенные в единое целое и не могут не иметь в будущем адаптивной оптики, хотя бы даже для того, чтобы корректировать свой собственный вес!

Оффлайн Fidel

  • Обозреватель
  • *****
  • Сообщений: 19 731
  • Благодарностей: 569
  • http://fidgor.narod.ru
    • Skype - FidelGorbunov
    • Сообщения от Fidel
    • Домашняя страничка любителя телескопостроения
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #2 : 05 Фев 2002 [10:27:25] »
Тонкие монолитные зеркала тоже применяются. Вообще, изначально, идея построить телескоп с изменяемой геометрией главного и вторичного зеркал была опробована, по-моему, именно на монолитных маленьких тонких зеркалах.
Смысл состоял в том, чтобы управляя формой зеркал нейтрализовать искажающее волновой фронт действие атмосферы и приблизиться по качеству изображения к телескопам размещаемым на орбите.

См. "Звездочет" №5 от 2000г - статья "Телескоп Субару" В. Сурдин.

Есть книга - "Адаптивная оптика", но в ней материал изложен на серьезном уровне - пионерские работы и пр.
 

Ernest

  • Гость
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #3 : 05 Фев 2002 [16:46:57] »
Адаптивная и/или активная оптика происходит от желания военных иметь лазерное оружие. Однако реальной атмосфере мощный лазерный луч боевого назначения претерпевает столь значительные искажения (как на естественной турбуленции, так и им самим произведенной), что без обратной связи и управления аберрациями пучка сбить им что-нибудь (ну к примеру пролетающую боеголовку) не удается. Как там дела с лазерным оружием - черт их знает, но астрономам кое-что от этих технологий отвалилось.

Активная оптика предполагает внесение компенсирующих поправок в рельеф главного или вспомогательного зеркала (оптически сопряженного с главным), например прогибом тонкого элемента толкателями или сдвигом/наклонами сегментов, по результатам постоянно работающей системы контроля формы главного зеркала. Таким образом компенсируются низкочастотные температурные и гравитационные искажения больших зеркал. Так например работает Хабл и многие недавно построенные телескопы.

Адаптивная схема сложнее - она основана на анализе искажений при построении изображения тестовой звезды (возможно искуственной) и их соотв. компенсация (теми-же способами, что и в активной оптике). Таким образом можно компенсировать оптические искажения возникающие в атмосфере. Тут только несколько но:
(1) эти искажения весьма высокочастотные (100-200 Гц по меньшей мере) и компенсирующая связь (включая сами компенсирующие элементы) должна быть очень малоинерционной;
(2) эти искажения существенно различны для разных точек поля (неизопланатичны), а компенсирующий элемент один, что существенно сужает компенсируемые поля зрения (может измеряеться несколькими секундами и меньше);
(3) не всегда возможно найти подходящую естественную опорную звезду в таком небольшом поле...
Эта техника пока в стадии экспериментов и в полную силу пока не работает.

Формальное деление активная/адаптивная уже скорее исторический факт, сейчас обычно употредляют термин "адаптивная оптика" для обоих направлений.

Оффлайн Андрей Остапенко

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 9 814
  • Благодарностей: 361
  • Увидимся на "АстроФесте"!
    • Skype - andreyostapenko
    • Instagram: ostapenko.andrey
    • Сообщения от Андрей Остапенко
    • www.astrofest.ru
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #4 : 05 Фев 2002 [17:59:31] »
В Хаббле используется активная оптика?  ::) что-то не припоминается мне такой факт....
510-мм "Большой Глаз", 350-мм "Мальчик" (в командировке в Крыму, висит на "Синтезе"), АПОЛАР-150, бино 150мм, вроде и еще что-то есть...
Московский астроклуб -
Фестиваль "АстроФест" - http://www.astrofest.ru
https://vk.com/ostapenko.andrey
https://www.facebook.com/andrey.ostapenko.1650

Оффлайн Дрюша

  • *****
  • Сообщений: 4 948
  • Благодарностей: 98
  • Вы сышите только мой голос...
    • Сообщения от Дрюша
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #5 : 05 Фев 2002 [19:21:45] »
Боевые лазеры и профессиональные супер-телескопы - это, конечно, хорошо. Но не по моим карманам. А как насчёт применения чего-то похожего в любительстве?

Я предлагаю рассмотреть вариант компенсации некоторых ошибок изготовления зеркала (как-то астигматизм, "винт" и прочее коробление) путём силового нагружения этого зеркала? Если исходные отклонения невелики, и частичная их компенсация (ну, скажем, если позволит их уполовинить) может вогнать форму хотя бы в лямбда/4

Оффлайн HPCАвтор темы

  • **
  • Сообщений: 84
  • Благодарностей: -2
    • Сообщения от HPC
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #6 : 05 Фев 2002 [23:58:56] »
100 м? Неплохо. Кстати, а у существующих телескопов диаметр (или эквивалентный размер) каких величин достигает? Телескопный "хит-парад" может кто-нибудь написать, скажем, пятёрку самых крупных инструментов?
HEQ 5 Pro + ТАЛ 200К

Ernest

  • Гость
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #7 : 06 Фев 2002 [13:32:18] »
Цитата
В Хаббле используется активная оптика?


Нет.
Хотя элементы активной оптики (без апертурного синтеза) используются в Attitude Control и FGS, т.е. для наведения на объект и, главное, его сопровождения.

Цитата
Телескопный "хит-парад" может кто-нибудь написать, скажем, пятёрку самых крупных инструментов?


см. http://www.seds.org/billa/bigeyes.html

Оффлайн Fidel

  • Обозреватель
  • *****
  • Сообщений: 19 731
  • Благодарностей: 569
  • http://fidgor.narod.ru
    • Skype - FidelGorbunov
    • Сообщения от Fidel
    • Домашняя страничка любителя телескопостроения
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #8 : 06 Фев 2002 [19:29:58] »

Я предлагаю рассмотреть вариант компенсации некоторых ошибок изготовления зеркала (как-то астигматизм, "винт" и прочее коробление) путём силового нагружения этого зеркала? Если исходные отклонения невелики, и частичная их компенсация (ну, скажем, если позволит их уполовинить) может вогнать форму хотя бы в лямбда/4


К сожалению, на мой взгляд, на современном этапе развития любительского телескопостроения это абсолютно не возможно. Мало того, что компенсация ошибок изготовления просто не рациональна - гораздо проще выполнить работу качественно, чем потом пытаться механическим воздействием компенсировать ошибки. Но и сама разработка аппаратуры, гипотетически способной обеспечить таковую компенсацию, далеко не тривиальная техническая задача.

Оглянитесь вокруг!
Много ли любителей телескопостроения имеют хорошие самодельные монтировки?
А, казалось бы, чего проще - заказывай железки, ставь шаговики, управляй компьютером?
Так нет таких монтировок... все в недоделанном виде существует, слеплено абы как.  
А кто из ваших друзей самостоятельно натирает что-либо сложнее Ньютона?
Опять таких раз, два, и обчелся...
Куда уж нам браться за адаптивность и компенсации -помещение бы заиметь, станочки поставить, обучаться потихоньку азам...
Сами то Вы (не в обиду будет сказано) что сейчас натираете?

Вот и я то же самое…


Оффлайн Дрюша

  • *****
  • Сообщений: 4 948
  • Благодарностей: 98
  • Вы сышите только мой голос...
    • Сообщения от Дрюша
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #9 : 08 Фев 2002 [01:18:05] »
Нет, я не натираю, но Санкович натёр мне параболу 250 мм.

А насчёт адаптивности - я про другое. Если вдруг зеркало покороболось, то почему бы его не попробовать выправить? Чисто механически (я же не про пьезо)?

Оффлайн Fidel

  • Обозреватель
  • *****
  • Сообщений: 19 731
  • Благодарностей: 569
  • http://fidgor.narod.ru
    • Skype - FidelGorbunov
    • Сообщения от Fidel
    • Домашняя страничка любителя телескопостроения
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #10 : 09 Фев 2002 [13:02:22] »
Если зеркало покоробилось - его придеться выбросить...

В принципе, в любительских условиях, можно отжечь заготовку, но идти по стопам Барбанакова - тяжелое удовольствие. Да и не оправдано оно сейчас, с экономической точки зрения, - теперь заказать практически любую стекляху можно, без проблем.

А что, Толиковскую параболу перекособочило?



Naumov

  • Гость
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #11 : 11 Фев 2002 [17:31:25] »
Ребята, вы отошли от темы!
По поводу адаптивной оптики - рассмотрите систему SBIG AO-7. В сущности, это не адаптивная оптика. Просто в данной системе есть зеркальце на подвеске, которое поворачивается в двух осях и тем самым компенсирует искажения светового пучка. Так называемая "tip & tilt" система.
Правда, я считаю, что сделать что-то подобное нам все равно не по силам.

Ernest

  • Гость
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #12 : 12 Фев 2002 [11:35:14] »
Цитата
По поводу адаптивной оптики - рассмотрите систему SBIG AO-7. В сущности, это не адаптивная оптика. Просто в данной системе есть зеркальце на подвеске, которое поворачивается в двух осях и тем самым компенсирует искажения светового пучка.


SBIG AO-7 не компенсирует искажения собственно светового пучка. Все, что этот прибор может делать - компенсировать низкочастотное дрожание изображения, то есть компенсировать смаз. В этом смысле система вполне претендует на "адаптивность". Эта система реально позволяет дополнить внешний гид (конкретно ST7 или ST8) внутренним гидом по внеосевому изображению звезды. Причем характерное время реакции системы на дрожание около 10 мкс, но с учетом чувствительности CCD детектора (скажем 250 мм телескоп, 10m звезда) удается вносить поправки (путем наклона/смещения вспомогательного диагонального зеркала) не чаще 10 раз в секунду. То есть характерная частота помех, которые могут быть частично компенсированы системой - 10 Гц.

Очевидно, что такая система мало приспособлена для компенсации эффектов искажения изображений от турбулентности атмосферы.
Во-первых, характерные частоты "дрожания" в турбуленции 100 и даже 1000 Гц.
В-вторых, характерный размер турбулентной области 250-300 мм. То есть только для телескопов меньшего диаметра (100-150 мм) турбуленция приводит к "дрожанию" изображения звезды (которое только и может быть компенсировано SBIG AO-7), для телескопов большего диаметра (от 200 мм) турбуленция приводит к "пульсации" изображения звезды, то есть вносит аберрации полее высокого порядка чем смаз (и тут SBIG AO-7 бессильна).

Однако авторы этого изделия подстелили соломки и дополнили прибор некоторым софтом (реализующим алгоритм Лючи-Ричардсона), который программным путем делает изображение (очевидно, только цифровое) более "резким".

Тем не менее SBIG AO-7 вполне способна компенсировать низкочастотные ошибки ведения, рассогласование осей гида и астрографа, гнутия и т.п.

Оффлайн Павел Бахтинов

  • *****
  • Сообщений: 2 495
  • Благодарностей: 108
    • Сообщения от Павел Бахтинов
    • Искусство астрофотографии
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #13 : 13 Фев 2002 [12:42:17] »
> ...характерное время реакции системы на
> дрожание около 10 мкс, но с учетом
> чувствительности CCD детектора (скажем 250 мм
> телескоп, 10m звезда) удается вносить поправки
> (путем наклона/смещения вспомогательного
> диагонального зеркала) не чаще 10 раз в секунду.
> То есть характерная частота помех, которые могут
> быть частично компенсированы системой - 10 Гц.

На сайте SBIG приведен следующий "бюджет времени": реакция зеркала - 10мс, считывание ПЗС и обработка - 9мс, остальное (от 1 мс и более) - время экспозиции ПЗС. Т.е. максимальная частота рабочих циклов самой системы - 50Гц, но только если есть (рядом с объектом!) яркая звезда. При этом характерная частота дрожания звезды, которая давится более-менее эффективно, еще на порядок меньше, т.е. на практике - 1...5Гц.

> Очевидно, что такая система мало приспособлена для
> компенсации эффектов искажения изображений от
> турбулентности атмосферы.
> Во-первых, характерные частоты "дрожания" в
> турбуленции 100 и даже 1000 Гц.

Кто сам гидировал, тот знает, как в не очень хорошую ночь (а хороших у нас бывает мало) "прыгает" звезда на перекрестии. Собственно, это заметно и при визуальных наблюдениях, только без перекрестия не так наглядно. Характерная частота видимого дрожания - порядка единиц герц (частоты в сотни Гц глазом, понятно, не увидишь). Высокие частоты в спектре дрожания, конечно, тоже есть, но если скомпенсировать хотя бы низкочастотную составляющую, пятно рассеяния уже уменьшится раза в 2-3, наверное. Впрочем, конкретные оценки, видимо, зависят от климата.

Поэтому думаю, что идея в AO-7 заложена, в принципе, здравая, хотя вопрос об эффективности самого этого конкретного устройства не вполне ясен.
"Адаптивной оптикой" все это можно называть лишь с большой натяжкой.
Кстати, в планетной ПЗС-фотографии аналогичная задача решается по-другому - путем накопления большого числа кадров с малыми выдержками с последующей их отбраковкой и совмещением программными средствами. При некоторой фантазии этот метод тоже можно было бы отнести к "адаптивной оптике".


Ernest

  • Гость
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #14 : 13 Фев 2002 [17:57:22] »
Цитата
Кто сам гидировал, тот знает, как в не очень хорошую ночь (а хороших у нас бывает мало) "прыгает" звезда на перекрестии. Собственно, это заметно и при визуальных наблюдениях, только без перекрестия не так наглядно. Характерная частота видимого дрожания - порядка единиц герц (частоты в сотни Гц глазом, понятно, не увидишь). Высокие частоты в спектре дрожания, конечно, тоже есть, но если скомпенсировать хотя бы низкочастотную составляющую, пятно рассеяния уже уменьшится раза в 2-3, наверное.


Это не совсем так.
Редкие (для турбуленции это единицы Гц) выбросы формируют слабое гало вокруг звезды, что практически не влияет на предел разрешения (происходит небольшой завал кривой ЧКХ на низких и средних частотах) и даже на проницающую способность.
А вот средне- и высокочастотная составляющая (десятки и сотни Гц) размазывает максимум пятна и прямо ограничивает предел разрешения/проницающую силу. Нормой в хорошем месте является пятно в 2", 1" - это "супер", 0.5" - это мечта астронома...

Цитата
Поэтому думаю, что идея в AO-7 заложена, в принципе, здравая, хотя вопрос об эффективности самого этого конкретного устройства не вполне ясен.


При хорошей механике и месте (минимальные гнутия монтировки, "гладкая" червячная пара, защита от ветра) АО-7 скорее испортит изображение, чем улучшит (она потащится за низкочастотными выбросами и начнет размазавать профиль пятна рассеивания от звезды).

Цитата
"Адаптивной оптикой" все это можно называть лишь с большой натяжкой.


Формально это и есть адаптивная оптика - внесение компенсирующих искажений в волновой фронт (пусть только наклон) по результатам анализа изображения тест-объекта (звезда поля).

Цитата
Кстати, в планетной ПЗС-фотографии аналогичная задача решается по-другому - путем накопления большого числа кадров с малыми выдержками с последующей их отбраковкой и совмещением программными средствами. При некоторой фантазии этот метод тоже можно было бы отнести к "адаптивной оптике".


Нет главного - вляния на форму волнового фронта в процессе экспонирования по результатам анализа аберраций в изображении тест-объекта.

Ну это так - замечание в порядке чистоты терминологии.

Оффлайн Павел Бахтинов

  • *****
  • Сообщений: 2 495
  • Благодарностей: 108
    • Сообщения от Павел Бахтинов
    • Искусство астрофотографии
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #15 : 14 Фев 2002 [15:35:55] »

Редкие (для турбуленции это единицы Гц) выбросы формируют слабое гало вокруг звезды, что практически не влияет на предел разрешения...

Из того, что колебания низкочастотные, еще не следует, что они "редкие". По визуальному впечатлению я бы так не сказал. Есть ли у Вас какие-либо материалы о распределении амплитуд выбросов и зависимости этого распределения от частоты? Без конкретных цифровых данных я бы не рискнул говорить о том, насколько слабым будет гало от тех или иных частот и как оно повлияет на разрешение.
Цитата

При хорошей механике и месте ... АО-7 скорее испортит изображение, чем улучшит (она потащится за низкочастотными выбросами и начнет размазавать профиль пятна рассеивания от звезды).

Думаю, это утверждение недостаточно обосновано.
Во-первых, по причине, о которой я сказал выше. Кроме того, если система слежения сделана грамотно и ее переходная характеристика не содержит значительных выбросов, отслеживание низкочастотных колебаний ни к какому дополнительному размазыванию не приведет (ВЧ составляющие просто не будут подавляться и останутся такими же, как и были).
Эффективность АО-7 у меня тоже вызывает сомнения, но чтобы их подтвердить или опровергнуть, нужно либо испытать ее в реальных условиях, либо иметь хорошую математическую модель как самого устройства, так и процесса турбуленции. Похоже, ни то, ни другое нам недоступно.

Оффлайн Анатолий Волчков

  • Почетный участник Астрофорума
  • *****
  • Сообщений: 2 018
  • Благодарностей: 72
    • Сообщения от Анатолий Волчков
    • Система моделирования поля зрения
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #16 : 14 Фев 2002 [17:16:52] »
Атмосфера создает два типа искажений - наклоны слоев и "купола" слоев.

Наклоны слоев воздуха приводят к смещениям изображения в поле зрения и управляемое вторичное зеркало может скомпенсировать такие искажения.

"Купола" в слоях воздуха приводят к размыванию размеров изображений (звезды "распухают"). Такие искажения простыми наклонами зеркала не устранить, нужны изменения формы зеркала.

Оффлайн Павел Бахтинов

  • *****
  • Сообщений: 2 495
  • Благодарностей: 108
    • Сообщения от Павел Бахтинов
    • Искусство астрофотографии
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #17 : 15 Фев 2002 [10:45:48] »
Анатолий, применительно к SBIG AO-7 речь может идти, конечно, лишь о "наклонах" (для малых апертур их влияние, вроде бы, должно преобладать над влиянием "куполов"). Вопрос лишь в том, колебания каких частот преобладают в спектре соответствующих смещений изображения (и способна ли система подавлять колебания этих частот).

Кстати, кое-что интересное нашел (вернее, вспомнил). Несколько лет назад заходил на сайт Брэда Уоллиса (в поисках методик гиперсенсибилизации) и видел там вот эту замечательную картинку: http://voltaire.csun.edu/f_guide.html .
Сейчас заглянул туда и обнаружил еще несколько страничек, в том числе и результаты моделирования работы АО-7: http://www.frazmtn.com/~bwallis/AO_COMP_2.HTM .
Пока без комментариев.

Оффлайн Анатолий Волчков

  • Почетный участник Астрофорума
  • *****
  • Сообщений: 2 018
  • Благодарностей: 72
    • Сообщения от Анатолий Волчков
    • Система моделирования поля зрения
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #18 : 15 Фев 2002 [13:57:29] »
Павел, в астрометрии применяют телескопы с апертурами, как у любителей. Характер влияния атмосферы зависит от того, какие неоднородности создаются по лучу зрения. Наблюдатели в Москве многократно отмечали, что изображение "не дрожит", но наводить микрометр трудно, так как звезды "пухнут". Так что это не редкий случай влияния атмосферы. Скорее можно считать, что оба эффекта примерно равновероятны.

Оффлайн bibliograf

  • *****
  • Сообщений: 879
  • Благодарностей: 50
    • Сообщения от bibliograf
Re:Адаптивная оптика
« Ответ #19 : 16 Фев 2002 [07:41:21] »
 Druscha и Fidel упомянули о механическом деформировании
зеркала с целью исправления ошибок. Небезынтересно
вспомнить, что еще в 20-е годы Барнхард Шмидт приме-
нил подобный прием для управления формой зеркала
в длиннофокусном солнечном телескопе.
В сборнике "Оптические и инфракрасные телескопы 90-х
годов" есть статья об изготовлении  неосесимметричных
зеркал полировкой в напряженном состоянии. Возможно,
подобный способ мог бы быть полезен при изготовления
зеркала для системы Гершеля.