Astronomie

Télescope minimum nécessaire pour voir les anneaux de Saturne

Télescope minimum nécessaire pour voir les anneaux de Saturne

Je suis totalement novice. Ma fille aime Saturne. Étant donné que Saturne est si proche, j'ai pensé que c'était le bon moment pour le voir avec elle.

Quelles sont les spécifications minimales requises pour le télescope ?

Mise à jour : les réponses peuvent-elles être exprimées en termes de grossissement ? Ou les spécifications ?


De grandes jumelles suffisent déjà. Si vous en avez à la maison, essayez-les. Lors de notre récent événement de sensibilisation du public, nous avons eu un grossissement de 20x sur eux.

Vous avez cependant besoin d'une monture relativement lourde, ou au moins d'un poids pouvant être attaché à un trépied. Cela est nécessaire pour amortir les secousses de votre monture, ce qui peut avoir un impact important sur l'expérience de visionnage. Il ne serait pas rare que la monture soit plus chère que les jumelles.
De plus, le connecteur de montage pour jumelles doit être une sorte de conception intelligente, car vous voudrez peut-être numériser dans le ciel, c'est-à-dire changer l'orientation des jumelles de quelques degrés de temps en temps pendant les observations.

Cependant, si vous ne souhaitez pas utiliser de jumelles, les télescopes avec un grossissement de ~ x100 sont une valeur sûre pour les objets lumineux. Si vous voulez observer des objets faibles, vous devez aussi penser au diamètre du télescope, au champ de vision,…
Pour les télescopes, il y a aussi le problème que les petits enfants ne peuvent souvent pas voir correctement à travers les pièces du télescope borgne, ou sont incapables de traiter les instructions telles que « gardez vos yeux à deux doigts de la chose qui regarde », puis déclarez ne rien voir. C'est beaucoup plus facile pour les enfants avec des jumelles ordinaires.


J'ai un vieux télescope réfracteur Focal que KMart a revendu à la fin des années 1970. Il a une focale de 600 mm et un diamètre de 50 mm. Le seul oculaire dont il dispose est un 12 mm.

Je peux voir les anneaux de Saturne avec et je peux voir de minuscules taches qui sont les lunes les plus brillantes.

J'ai fait un adaptateur pour une webcam pour ce télescope, et fait une photo de Saturne avec la lunette et la caméra :

Pas très impressionnant, mais vous pouvez voir qu'il a des anneaux. (Oui, la couleur est surélevée et floue. Il est difficile d'obtenir la mise au point et la couleur correctes tout en poursuivant manuellement une planète en mouvement avec un télescope à monture Alt-Azimut.)


Une lunette de focale de 600 mm avec un oculaire de focale de 12 mm a une puissance de 50X.

Le diamètre de 55 mm est un peu plus de 2 pouces (2 et 5/32 pouces.)

Vous aurez besoin d'un réfracteur de 50X et de 2 pouces de diamètre.

À 50X, Saturne apparaîtra très petite - comme le diamètre d'une mine de crayon vue à plusieurs pouces de distance.

Pour le faire paraître plus grand, il faut plus de puissance mais aussi un objectif de plus grand diamètre.


J'ai un réfracteur avec une distance focale de 500 mm et le diamètre de l'objectif est d'environ 90 mm, j'ai donc regardé pour la première fois les anneaux de Saturne dans le ciel du petit matin. En utilisant une lentille de Barlow 3x et un oculaire Kellner de 20 mm, le zoom est de 75x (3 * 25). Le zoom minimal Z, qui est bon pour la solution de la lunette 11,7"/D[cm], fonctionne à ( D [en cm] * 60") / 11,7"

D signifie diamètre de la lunette [cm]" signifie secondes d'arc

Les salutations

Thomas


Grossissement minimum pour voir Saturne annelé/division Cassini

J'ai eu un nouveau télescope à essayer et avec (enfin) une vue décente, j'ai été surpris du peu de grossissement dont j'avais besoin pour voir que Saturne est entourée. J'ai donc décidé il y a une quinzaine de jours (15 sept 2020) de tester exactement le grossissement dont j'avais besoin pour cela, et aussi de voir la division Cassini.

Télescopes utilisés

1. Ma nouvelle lunette est une Altair 72mm f/6 EDF De-luxe avec un certificat de test indiquant un Stehl de 0,95.

2. J'ai également installé une vieille lunette d'observation Opticron 22x60 que j'ai utilisée pour l'observation des oiseaux.

Autres paramètres

J'ai observé pendant un total de 90 minutes, moitié avant et moitié après que Saturne ait atteint le méridien à 20h46 heure locale. L'altitude maximale pour moi au Royaume-Uni était de 15,3 degrés. J'ai recherché que les anneaux sont actuellement inclinés à un angle de 21,5 degrés. Voir était 4/5, parfois légèrement mieux.

Zoom Svbony 7-21 mm (rapporté être identique au nouveau zoom Orion Explorer E-series)

Observations

Avec des oculaires zoom, je pouvais avoir n'importe quel grossissement dans leur plage et ainsi obtenir des observations plus précises pour cette expérience. J'ai commencé à la puissance la plus basse car je sentais que cela minimiserait les idées préconçues.

Zoom Baader grossissement 24 mm/18x. Pouvait voir que Saturne avait des "oreilles", mais ne pouvait pas voir d'anneau, même dans les moments de meilleure vision.

Grossissement Vixen LVW 22 mm/19,6x. Pouvait voir que Saturne avait des "oreilles", mais ne pouvait pas voir d'anneau, même dans les moments de meilleure vision.

Zoom Baader Grossissement 21 mm/20,6x. Pourrait voir un anneau dans des moments de meilleure vision. C'était le grossissement minimum que je pouvais gérer.

Zoom Svbony Grossissement 21 mm/20,6x. Pourrait voir un anneau dans des moments de meilleure vision. C'était le grossissement minimum que je pouvais gérer.

Spotter Opticron 60 mm grossissement 22x. Pourrait voir un anneau dans des moments de meilleure vision.

Zoom Baader grossissement 16 mm/27x. C'est l'un des arrêts de clic sur le zoom Baader. Je n'ai pas essayé de focales entre 16 et 21 mm. À 16 mm/27x, je pouvais clairement voir un anneau tout le temps.

Zoom Baader à 8 mm avec Barlow 2,25x correspondant. Grossissement 121x. Je ne pouvais pas voir la division Cassini même dans les moments de meilleure vision. L'image avait commencé à se détériorer à ce grossissement et, même si je pouvais ajouter des tubes d'extension pour obtenir un grossissement encore plus élevé, je sentais que ce serait une perte de temps, d'autant plus que c'était en fin de session et que Saturne devenait encore plus bas.

J'ai une vue très nette, testée à 6/4 (=US 20/12 je crois). Bien que ma vue soit plus nette que la moyenne, la taille de ma pupille adaptée à l'obscurité est inférieure à la moyenne à seulement 4,5 mm, ce qui signifie que je ne peux pas voir d'étoiles aussi faibles que ma femme. Avec une correction sphérique de -4,00 dans mon œil dominant, j'ai un degré assez élevé de myopie (myopie) et une quantité modérée d'astigmatisme. J'ai observé à la fois avec des lunettes, et aussi sans mais avec un correcteur d'astigmatisme Televue Dioptrx. J'ai également testé mon niveau d'astigmatisme en utilisant 2 forces différentes de Dioptrx. Ma prescription d'astigmatisme diurne est pour une correction de 0,75, mais le Dioptrx de 1,00 était clairement mais pas énormément meilleur. L'angle sur lequel j'ai tourné le Dioptrx a fait une différence marquée.

Une mise au point précise a fait une grande différence dans la quantité de détails que je pouvais voir. L'Altair a un très bon porte-oculaire à double vitesse à crémaillère et pignon, tandis que l'Opticron est également à double vitesse avec deux porte-oculaires séparés. Les deux nécessitaient cependant de petites corrections fréquentes car la vision variait, peut-être plus en raison de la faible altitude.

J'ai été surpris et quelque peu déçu que le 22 mm Vixen LVW ne soit pas aussi net que les zooms Baader ou Svbony au même grossissement. Il était cependant très confortable à utiliser et avait un champ de vision beaucoup plus large. D'un autre côté, j'ai été agréablement surpris par le zoom Svbony. Il était aussi bon dans l'axe à f/6 que le zoom Baader, mais pas aussi bon hors axe et avait un champ de vision plus petit. Ni les zooms Baader ni Svbony ne sont parfocaux pour moi, mais c'est peut-être mon manque d'adaptation avec les années qui avancent. J'ai également été satisfait de la netteté du spotter Opticron 22x60.

Donc pour moi, dans les conditions de cette nuit, j'ai pu voir que Saturne avait un anneau à un grossissement d'un peu plus de 20x, malgré la basse altitude. Pourtant, même avec un peu plus de 120x, je ne pouvais pas voir la division de Cassini, bien que Saturne soit encore plus bas à l'époque.

#2 cooper

Galilée a noté que Saturne avait des « oreilles ». Sa portée n'était pas suffisante pour reconnaître les protubérances comme des anneaux. 20X me semble juste. Bien sûr, vous savez également à l'avance que les anneaux sont là.

#3 Michael Covington

Vous avez fait des observations très intéressantes. Vous devriez les comparer aux observations historiques de Saturne (par exemple, dans le Planètes et perception) et écrivez un article ou quelque chose à ce sujet. Vous avez comblé le fossé entre les premiers télescopes et les nôtres.

#4 SiriusLooker

Belle revue de détail .. Triste que vous vous rendiez si au nord pour voir les planètes à l'heure actuelle, autre que Mars à un niveau supérieur. J'ai quelques objectifs Svbony, et je suis également impressionné par leur qualité. Je n'ai pas leur objectif zoom. Puis-je demander s'il y a un arrêt de clic à chacune des distances focales comme l'objectif zoom Baader ?

#5 howardcano

Je suis à environ 39 degrés au nord. Il y a quelques jours à peine, la division Cassini était simple et évidente à 100x dans ma lunette ED de 102 mm. Si j'en ai l'occasion, je verrai jusqu'où je peux descendre.

Modifié par howardcano, 01 octobre 2020 - 12:27.

#6 sg6

Ma seule question/préoccupation serait d'obtenir un bon 120x avec un ED de 72 mm.

Oui, je connais les "règles" assorties sur le grossissement, et je sais aussi que la plupart ne sont pas exactement une règle ni exactes.

L'aspect "Deluxe" semble dénué de sens, il est mécanique et n'a rien à voir avec l'optique - un rotateur de caméra, un rotateur de mise au point, des bagues supérieures ou une queue d'aronde ne vont pas améliorer l'optique.

Ayez simplement l'idée que si vous aviez essayé 120x sur un télescope facilement capable de dire 160x à 180x, vous auriez peut-être vu Cassini à 120x.

D'une certaine manière, c'est comme mon analogie avec les voitures : si vous en voulez une qui peut faire 100 mph, vous en achetez une qui est capable de 140 mph, pas une qui dit 105 mph, ou même 110 mph. Une voiture de 105 à 110 mph atteindra 90 mph, l'autre bit sera plus difficile.

#7 Redbetter

Cela ne va pas se rapprocher des limites à 15 degrés d'altitude. Même si la vision était en quelque sorte parfaite aussi basse, il faut toujours faire face à beaucoup de dispersion chromatique atmosphérique. Compte tenu de la vue et de la dispersion chromatique, même 30 degrés n'est pas si bon pour ce genre de chose.

La division de Cassini se résume à

40 mm d'ouverture. Une nuit décente, je l'ai fait avec un simple 80 f/5 achro arrêté à

43mm. D'autres ont rapporté l'avoir vu à 40 mm. Je considère que c'est simple pour l'AT72EDII en bon voyant, mais je n'observe pas Saturne à 15 degrés d'élévation.

Je me souviens avoir fait des tests d'ouverture en arrêtant un achro de 70 mm avec une mauvaise optique pour voir ce qu'il fallait pour voir le SEB et le NEB de Jupiter. Pour cette portée, s'arrêter à 20 mm à

17x était à peu près le combo minimum efficace d'après ce que je me souviens. Détecter les anneaux de Saturne comme ayant une forme de poignée de pichet avait des limites similaires.

Une grande limitation pour tout observateur lorsqu'il s'agit de faible grossissement d'objets lumineux est tout astigmatisme dans l'œil, même très léger. Pourquoi? Parce que l'astigmatisme crée un éblouissement / un flou croissant à mesure que la pupille de sortie augmente. Je préfère garder la pupille en dessous d'environ 3 mm pour les objets lumineux, d'autres auront leurs propres limites. Cela devient un peu une optimisation pour trouver la meilleure combinaison d'ouverture (résolution), de pupille de sortie et de grossissement pour l'œil d'un individu et la cible elle-même.

#8 phillip

Malheureusement Saturne est plus bas dans l'atmosphère. Donc, vous n'obtiendrez pas la vue décente nécessaire. Ma division des plus grands télescopes apparaît plutôt bien avec un bon ciel.

Votre lunette a une distance focale légèrement plus courte car f/8 et plus ont l'avantage.

Il y a des années, j'avais un Swift 65 mm, mais il était plus proche de f/10. Rappelez-vous avoir vu la division, même si elle n'était pas vierge, elle avait un grossissement très décent dans une plage de 130x. Swift était connu pour avoir une optique très décente que je peux vérifier.

Continuez à essayer au moins 120X car le ciel peut varier énormément chaque nuit.

Vous pouvez expérimenter avec des oculaires supplémentaires, je trouve que la plupart des orthos fonctionnent bien à des prix très décents, le look sténopé peut en fait aider à résoudre les problèmes d'astigmatisme. J'ai eu il y a cette année et j'ai noté de meilleures vues dans les plus petits oculaires de la pupille de sortie.

Encore une fois, n'abandonnez pas, plusieurs sorties pourraient suffire.

#9 Voyageur 3

J'ai eu un nouveau télescope à essayer et avec (enfin) une vision décente, j'ai été surpris du peu de grossissement dont j'avais besoin pour voir que Saturne est entourée. J'ai donc décidé il y a une quinzaine de jours (15 sept 2020) de tester exactement le grossissement dont j'avais besoin pour cela, et aussi de voir la division Cassini.

Télescopes utilisés

1. Ma nouvelle lunette est une Altair 72mm f/6 EDF De-luxe avec un certificat de test indiquant un Stehl de 0,95.

2. J'ai également installé une vieille lunette d'observation Opticron 22x60 que j'ai utilisée pour l'observation des oiseaux.

Autres paramètres

J'ai observé pendant un total de 90 minutes, moitié avant et moitié après que Saturne ait atteint le méridien à 20h46 heure locale. L'altitude maximale pour moi au Royaume-Uni était de 15,3 degrés. J'ai recherché que les anneaux sont actuellement inclinés à un angle de 21,5 degrés. Voir était 4/5, parfois légèrement mieux.

Zoom Svbony 7-21 mm (rapporté être identique au nouveau zoom Orion Explorer de la série E)

Observations

Avec des oculaires zoom, je pouvais avoir n'importe quel grossissement dans leur plage et ainsi obtenir des observations plus précises pour cette expérience. J'ai commencé à la puissance la plus basse car je sentais que cela minimiserait les idées préconçues.

Zoom Baader grossissement 24 mm/18x. Pouvait voir que Saturne avait des "oreilles", mais ne pouvait pas voir d'anneau, même dans les moments de meilleure vision.

Grossissement Vixen LVW 22 mm/19,6x. Pouvait voir que Saturne avait des "oreilles", mais ne pouvait pas voir d'anneau, même dans les moments de meilleure vision.

Zoom Baader Grossissement 21 mm/20,6x. Pourrait voir un anneau dans des moments de meilleure vision. C'était le grossissement minimum que je pouvais gérer.

Zoom Svbony Grossissement 21 mm/20,6x. Pourrait voir un anneau dans des moments de meilleure vision. C'était le grossissement minimum que je pouvais gérer.

Spotter Opticron 60 mm grossissement 22x. Pourrait voir un anneau dans des moments de meilleure vision.

Zoom Baader grossissement 16 mm/27x. C'est l'un des arrêts de clic sur le zoom Baader. Je n'ai pas essayé de focales entre 16 et 21 mm. À 16 mm/27x, je pouvais clairement voir un anneau tout le temps.

Zoom Baader à 8 mm avec Barlow 2,25x correspondant. Grossissement 121x. Je ne pouvais pas voir la division Cassini même dans les moments de meilleure vision. L'image avait commencé à se détériorer à ce grossissement et, même si je pouvais ajouter des tubes d'extension pour obtenir un grossissement encore plus élevé, je pensais que ce serait une perte de temps, d'autant plus que c'était en fin de session et que Saturne devenait encore plus bas.

J'ai une vue très nette, testée à 6/4 (=US 20/12 je crois). Bien que ma vue soit plus nette que la moyenne, la taille de ma pupille adaptée à l'obscurité est inférieure à la moyenne à seulement 4,5 mm, ce qui signifie que je ne peux pas voir d'étoiles aussi faibles que ma femme. Avec une correction sphérique de -4,00 dans mon œil dominant, j'ai un degré assez élevé de myopie (myopie) et une quantité modérée d'astigmatisme. J'ai observé à la fois avec des lunettes, et aussi sans mais avec un correcteur d'astigmatisme Televue Dioptrx. J'ai également testé mon niveau d'astigmatisme en utilisant 2 forces différentes de Dioptrx. Ma prescription d'astigmatisme diurne est pour une correction de 0,75, mais le Dioptrx de 1,00 était clairement mais pas énormément meilleur. L'angle sur lequel j'ai tourné le Dioptrx a fait une différence marquée.

Une mise au point précise a fait une grande différence dans la quantité de détails que je pouvais voir. L'Altair a un très bon porte-oculaire à double vitesse à crémaillère et pignon, tandis que l'Opticron est également à double vitesse avec deux porte-oculaires séparés. Les deux nécessitaient cependant de petites corrections fréquentes car la vision variait, peut-être plus en raison de la faible altitude.

J'ai été surpris et quelque peu déçu que le 22 mm Vixen LVW ne soit pas aussi net que les zooms Baader ou Svbony au même grossissement. Il était cependant très confortable à utiliser et avait un champ de vision beaucoup plus large. D'un autre côté, j'ai été agréablement surpris par le zoom Svbony. Il était aussi bon dans l'axe à f/6 que le zoom Baader, mais pas aussi bon hors axe et avait un champ de vision plus petit. Ni les zooms Baader ni Svbony ne sont parfocaux pour moi, mais c'est peut-être mon manque d'adaptation avec les années qui avancent. J'ai également été satisfait de la netteté du spotter Opticron 22x60.

Donc pour moi, dans les conditions de cette nuit, j'ai pu voir que Saturne avait un anneau à un grossissement d'un peu plus de 20x, malgré la basse altitude. Pourtant, même avec un peu plus de 120x, je ne pouvais pas voir la division de Cassini, bien que Saturne soit encore plus bas à l'époque.


Quel type de télescope est le meilleur pour observer la galaxie d'Andromède ?

Andromède peut être difficile à observer en détail en raison de sa grande taille dans le ciel. En fait, si vous voulez observer Andromède dans son intégralité, un oculaire grand angle de faible puissance est préférable. Vous pouvez en fait obtenir de très bonnes vues avec une très bonne paire de jumelles à grand objectif.

En général, les télescopes à réfraction sont très bons pour l'observation planétaire, et les télescopes à réflexion ont tendance à être meilleurs pour l'astronomie du ciel profond. N'oubliez pas que la quantité de lumière qu'un télescope peut collecter augmentera la quantité de détails que vous pouvez voir, donc les télescopes à plus grande ouverture sont théoriquement meilleurs pour observer la galaxie d'Andromède. Cependant, les plus gros télescopes peuvent commencer à devenir assez coûteux et peuvent être difficiles à transporter.

Un télescope Dobson de cinq pouces fournira (par une nuit claire et loin de la pollution lumineuse) suffisamment de détails pour commencer à distinguer les bras spiraux, mais nous n'obtiendrons jamais les mêmes images étonnantes que celles que nous voyons dans les observatoires spatiaux tels que l'espace Hubble. Télescope.

Réponse de Sophie Allen du National Space Center


Conseils d'observation

Lorsque vous achetez un nouveau télescope ou que vous dépoussiérez un ancien, un monde fantastique d'observations s'ouvre à vous. Au Planétarium et Observatoire de l'Université Francis Marion, nous essayons toujours d'aider l'astronome amateur à tirer le meilleur parti de son télescope. Vous trouverez ci-dessous quelques bons conseils de l'un de nos astronomes amateurs, Francis Parnell. Nous espérons que cela vous aidera à profiter de votre nouveau passe-temps. Pour plus d'informations sur la visualisation, nous recommandons Sky and Telescope Magazine et Astronomy Magazine pour des cartes claires des étoiles et des colonnes de visualisation mensuelles.

Conditions atmosphériques

Chaque fois que nous regardons des objets dans le ciel, nous regardons à travers une épaisse couche de gaz, l'atmosphère terrestre. Cette atmosphère est toujours en mouvement, certains soirs plus que d'autres. Le terme "voyant", tel qu'il est utilisé par les astronomes, est utilisé pour décrire la stabilité de l'atmosphère pendant les sessions d'observation. Si l'atmosphère est calme, la vision est bien, et les étoiles et les planètes brilleront d'une lumière constante. Un peu de turbulence dans l'air créera moyenne voir, avec un scintillement d'étoiles. Les planètes ne scintillent généralement pas autant que les étoiles, elles peuvent donc être stables. Mal voir, c'est quand l'effet de scintillement est très perceptible pour les étoiles et les planètes.

La vision est un problème en particulier lors de la visualisation des planètes. La poussière et les turbulences dans l'atmosphère vous empêcheront de voir clairement un objet proche de l'horizon. Laissez-le monter à au moins 25 degrés d'altitude pour une meilleure vue.

Pour voir les détails sur les planètes, vous souhaitez utiliser un grossissement élevé. Mais cela amplifie non seulement l'image de la planète, mais aussi l'instabilité de l'atmosphère. Plus vous agrandissez l'image, plus elle danse et devient floue. Aussi étrange que cela puisse paraître, le ciel brumeux de l'été signifie un air calme et une bonne vision de la planète.

Le télescope

Le but principal du télescope est de recueillir la lumière d'objets faibles. Plus le diamètre de la lentille principale ou du miroir est grand, plus il recueillera de lumière et meilleure sera l'image. Vous avez donc besoin d'un télescope d'un diamètre d'au moins 3 pouces pour une visualisation efficace et agréable. L'oculaire, quant à lui, agrandit simplement l'image. Vous devez choisir l'oculaire qui vous donne la meilleure image.

Choisir un oculaire

Votre télescope peut être livré avec plusieurs oculaires, chacun avec un grossissement différent. Les oculaires sont étiquetés avec une distance focale, généralement en millimètres (mm). Plus la distance focale est grande, plus le grossissement est petit. Pour calculer le grossissement réel, divisez la distance focale de l'oculaire par la distance focale du télescope. Par exemple, un oculaire de 40 mm sur un télescope avec une distance focale de 1200 mm produira un grossissement de 1200 / 40 = 30x, soit une puissance de 30.

Parce que chaque nuit est différente, lorsque vous commencez votre visionnage, vous devez toujours commencer par l'oculaire ayant le grossissement le plus faible (distance focale la plus grande). Si la vue est bonne, essayez le grossissement supérieur suivant. À un moment donné, vous remarquerez que l'image s'aggrave avec un grossissement accru. Cela est dû en partie à la turbulence amplifiée et en partie au fait que vous prenez la même quantité de lumière et que vous l'étalez sur une image plus grande, créant une vue plus sombre.

Plus le diamètre de l'objectif principal ou du miroir est grand (selon le type de télescope dont vous disposez), plus vous pouvez utiliser un grossissement important. Théoriquement, le grossissement maximum utile pour un télescope est de 50x pour chaque pouce de diamètre de la lentille ou du miroir du télescope. Un réfracteur de trois pouces aurait alors un grossissement utile maximal de 3 fois 50, soit une puissance de 150 (150x).

En raison des conditions atmosphériques typiques, vous utiliserez rarement une puissance proche de cette puissance. La règle d'or habituelle est : "N'utilisez pas plus d'énergie que l'atmosphère ne le permet." Les astronomes amateurs savent que certaines nuits, vous pourrez utiliser votre oculaire de puissance moyenne (25x à 30x), mais la plupart des nuits, vous ne pouvez utiliser que votre oculaire de faible puissance (10x à 20x par pouce). Ces nuits qui permettent des puissances élevées, comme 40x à 50x, ne viennent pas souvent, alors profitez-en quand vous le pouvez.

Filtres oculaires

Pour les observateurs plus avancés, un ensemble de filtres oculaires colorés est très utile. Ils réduisent l'éblouissement et font ressortir les détails subtils lors de la visualisation des planètes. Pour les télescopes plus grands, un ensemble de base peut inclure le jaune n°12, le rouge n°23A, le vert n°58 et le bleu n°80A. Pour les télescopes de moins de 8 pouces, un ensemble de nuances plus claires gardera l'image lumineuse. Les filtres appropriés seraient le jaune n° 8, l'orange n° 21, le vert clair n° 56 et le bleu pâle n° 82A. Les utilisations spécifiques de ces filtres sont expliquées ci-dessous.

Regarder la Lune

L'objet nocturne le plus brillant du ciel est la lune. N'importe quel télescope de taille révélera un paysage impressionnant et accidenté de grands et petits cratères, de chaînes de montagnes, de vallées profondes, de "mers" lunaires et bien plus encore. Des télescopes plus grands avec une capacité de puissance plus élevée peuvent être utilisés pour explorer plus complètement les cratères. En observant nuit après nuit, alors que la lune traverse ses phases, vous pouvez regarder le lever du soleil qui avance lentement jusqu'à l'intérieur de ces cratères. Surveillez les sommets des montagnes qui apparaissent dans l'obscurité alors que la lumière du soleil illumine leurs sommets. Étudiez les « mers », qui sont d'énormes coulées de lave créées il y a 3 milliards et demi d'années.

Le pire moment pour voir la lune est à la pleine lune. A cette phase, le soleil brille directement sur la lune et il y a peu d'ombres. Sans ombres, peu de détails peuvent être vus. Les meilleurs moments pour observer la lune en début de soirée vont de peu après la nouvelle lune jusqu'à environ deux jours après le premier quartier, soit une période d'environ une semaine. Dans le ciel du petit matin, vue depuis environ deux jours avant le dernier quartier jusqu'à la quasi nouvelle lune, encore une fois environ une semaine. Pendant ces périodes, les ombres sont plus longues et les traits ressortent en relief, en particulier le long du terminateur, la ligne qui sépare la partie éclairée de la partie sombre. Au cours de la phase de croissant, vous voudrez également observer le « brillance de la terre » sur la partie non éclairée. C'est la lumière du soleil qui se reflète sur la terre et sur la lune.

La lune est si brillante que la luminosité peut être un problème. Utilisez un oculaire plus puissant pour qu'une plus petite partie de la lune soit visible ou utilisez un filtre jaune n°12, bleu n°80A ou à densité neutre pour réduire l'éblouissement et améliorer les détails.

Voir les planètes

Mercure ne s'éloigne jamais du soleil dans notre ciel, il peut donc être très difficile à trouver et à observer. Il est mieux vu au printemps au coucher du soleil ou à l'automne au lever du soleil lorsqu'il est à son élongation maximale. Cela signifie qu'il est aussi loin du soleil que possible dans notre ciel. Au mieux, il ne fait que 28 degrés, vous devez donc le rechercher avant que le soleil ne soit trop loin sous l'horizon. Ne vous attendez pas à voir des détails à ce faible angle à cause de la distorsion atmosphérique. Avec un télescope de trois pouces ou plus, un filtre orange #21 peut être utile pour voir les phases de la planète.

Vénus est la plus brillante de toutes les planètes et montre des phases tout comme notre lune et Mercure. En raison de sa couleur blanche éblouissante, il est parfois préférable de le voir juste après le coucher du soleil ou juste avant le lever du soleil lorsque le ciel est encore assez clair. Un filtre bleu #80 peut être utilisé pour améliorer l'apparence.

Mars, la planète rouge, est très petite, seulement environ la moitié de la taille de la Terre, et elle montre donc peu de détails dans le télescope. Le meilleur moment pour l'observer est à l'opposition, lorsque la planète est plus proche de la terre et donc la plus grande dans le télescope. À ce stade, certains détails sont visibles. Utilisez un filtre rouge #23A pour améliorer le contraste entre les plaines plus claires et les zones plus sombres. Les calottes polaires gelées se distinguent par un filtre vert #58 ou bleu #80A. Le disque de Mars est petit, donc pour observer les caractéristiques d'intérêt, un réflecteur de six pouces, ou un bon réfracteur de trois pouces, est nécessaire. Avec une vision supérieure à la moyenne, essayez une puissance de 150 avec un télescope de trois pouces, 200 avec un télescope de six pouces et 250 avec un télescope de huit pouces.

Jupiter a de quoi occuper l'observateur curieux. Plusieurs ceintures de nuages ​​sombres et des zones plus claires sont parallèles à l'équateur. La Grande Tache Rouge, un ouragan plus gros que la terre, peut être vue dans des conditions idéales. Les quatre grandes lunes de Jupiter, Callisto, Ganymède, Europe et Io apparaissent comme de minuscules points ressemblant à des étoiles alignés de chaque côté de Jupiter. Vous pouvez facilement suivre leur mouvement autour de la planète de nuit en nuit. De temps en temps, vous pouvez voir l'ombre d'une de ces lunes traverser le disque de Jupiter. (Ce serait une éclipse solaire vue de Jupiter !) Les filtres recommandés sont le bleu n°80A et le vert n°58. Dans des conditions de vision moyennes, utilisez un oculaire de puissance 120 à 150 avec un télescope de trois pouces, 150 à 200 avec un télescope de six pouces et 200 à 250 avec un télescope de huit pouces.

Saturne semble être la planète préférée de tous en raison de son système d'anneaux brillants, visible même dans les petits télescopes. Les caractéristiques du disque de Saturne sont plus subtiles que celles de Jupiter. Les régions polaires plus sombres, la bande équatoriale et les zones équatoriales pâles sont évidentes dans les télescopes de trois pouces ou plus. La vue est améliorée avec un filtre jaune #12. Si l'atmosphère est calme, la division sombre de Cassini dans les anneaux se voit facilement. Recherchez également l'ombre de Saturne sur les anneaux. Même les petits télescopes montreront Titan, la plus grande lune de Saturne, mais avec un télescope de six ou huit pouces, quatre ou cinq autres sont visibles. Avec une vision moyenne, utilisez les mêmes pouvoirs que ceux indiqués pour Jupiter ci-dessus.

Uranus brille à la 6ème magnitude, juste au-delà de la limite de visibilité à l'œil nu. Même à des grossissements élevés, aucune caractéristique n'est visible sur son petit disque verdâtre.

Neptune est plus petit et même plus faible à la magnitude 8. Des puissances élevées sont nécessaires pour voir ce disque bleuté

Pluton a une apparence semblable à une étoile à la magnitude 14. Un télescope de dix pouces ou plus est généralement nécessaire pour même apercevoir cette planète insaisissable. Vous aurez besoin d'une carte du ciel montrant les étoiles jusqu'à la 13e et la 14e magnitude pour trouver ce petit point de lumière.


À quelle distance pouvez-vous voir l'anneau de Saturne à l'œil nu ?

Vous prenez le logarithme et l'appelez racine carrée. Et vous ne devriez même pas avoir de racine en premier lieu, car le grossissement du télescope est cité comme linéaire.

Saturne avec des anneaux a une largeur d'environ 46 secondes d'arc à l'approche la plus proche de la Terre. Ainsi, à un grossissement de 40x, ou approchant de 0,25 UA, les anneaux de Saturne couvriront la largeur de la pleine Lune.

Mais vous pouvez voir de nombreux détails sur la Lune. De combien avez-vous besoin de grossir Saturne pour détecter que ce n'est pas un point ?

Un grossissement de x2 - x4 devrait faire l'affaire. Mais la question difficile est de savoir en quoi « voir les anneaux de Saturne » se traduit par. Au grossissement suggéré par Chronos (x25) Saturne serait assez petit mais la plupart des gens devraient pouvoir voir clairement les anneaux. Si les nuits (j'habite à 60 degrés nord) n'étaient pas déjà très lumineuses et Saturne si proche de l'horizon, je serais tenté de sortir et d'essayer cela avec un de mes télescopes et mes jumelles 7x35mm, 10x50mm et 15x70mm.

ETA : J'ai déjà regardé Saturne dans des binos mais cela fait plusieurs années depuis la dernière fois donc le souvenir n'est pas frais.


Saturne

Toujours plus lumineuse que la magnitude +1, Saturne est facilement visible à l'œil nu. Les jumelles montrent une « étoile » jaune pâle, peut-être légèrement allongée. Une recherche minutieuse révélera Titan de 8e magnitude, la lune la plus brillante de Saturne et le deuxième plus grand satellite du système solaire (le plus grand étant la lune de Jupiter Ganymède).
Un petit télescope (5 cm) montrera clairement les fameux anneaux comme deux bandes elliptiques brillantes (Anneaux A et B) avec un mince espace (Division de Cassini). Un télescope plus grand est nécessaire pour voir l'anneau C (anneau de crêpe) et l'espace au milieu de l'anneau A (le minimum d'Encke).
Comme Jupiter, Saturne est de forme ovale, mais ses marques de surface sont beaucoup moins proéminentes. À une distance géocentrique minimale, le disque de Saturne mesure 20,7 secondes d'arc de diamètre. À l'opposition, il brille à une magnitude de +0,7 (anneaux fermés) ou –0,2 (anneaux complètement ouverts).
Y compris Titan, Saturne a neuf grandes lunes. Un télescope de 7,5 cm montrera Rhéa et parfois Japet (dont la luminosité varie en raison de sa grande surface sombre), tandis qu'un télescope légèrement plus grand montrera Encelade, Téthys et Dione. Un télescope de 20 cm est nécessaire pour Hyperion et Phoebe.


Sur moi

Bonjour, je suis votre guide touristique Ashlen Clemens. Je suis un astronome, Tahoe local de 17 ans, astrologue et amoureux de l'astronomie et de la mythologie. J'ai toujours regardé le ciel nocturne avec tant d'étonnement et de curiosité, voulant en savoir plus. J'ai acheté mon premier télescope au lycée, j'ai appris à m'en servir et je l'ai amené sur les plages de Tahoe la nuit pour l'installer pour que les amis et les passants puissent en profiter.

Finalement, cela a évolué vers des visites d'observation des étoiles plus formelles, où je mélange mes passions pour la mythologie, l'observation des étoiles et l'astronomie. Je veux partager avec les autres ce que vous ressentez lorsque vous regardez à travers le télescope et voyez les anneaux de Saturne pour la première fois, assistez à une éclipse lunaire ou voyez une pluie de météores sur une nouvelle lune.

J'adore rassembler les gens sous le ciel nocturne, raconter les histoires mythologiques d'autrefois, en apprendre davantage sur l'univers qui nous entoure et me connecter aux anciens cycles naturels. C'est une tradition séculaire que j'ai l'honneur de perpétuer aujourd'hui.


Analogie agronomique ?

Dans les temps anciens, avant que nous ne connaissions les planètes lointaines Uranus et Neptune, Saturne était présumée être la planète connue la plus éloignée et la plus lente. Par conséquent, il a été nommé pour le dieu romain du temps. En effet, dans la mythologie, Saturne était étroitement identifié au dieu grec Cronos, mais dans d'autres cercles, il est généralement reconnu comme le dieu romain de l'agriculture. Le nom est dérivé à la fois du nom "satus" ("graines de maïs") et du verbe "serere" ("semer").

Mais pourquoi la planète Saturne serait-elle liée à l'agriculture ? Peut-être qu'un indice peut être glané chez les anciens Assyriens, qui appelaient Saturne "lubadsagush", qui se traduit par "le plus vieux des vieux moutons". Selon toute vraisemblance, ce surnom est dû au fait que, par rapport aux autres planètes à l'œil nu, Saturne semble se déplacer très lentement par rapport aux étoiles de fond, rappelant à certains la démarche lente des bœufs ou du bétail qui labourent.


Chapitre 4, La conception des points

Les sections précédentes décrivent un ensemble initial d'objectifs et d'exigences scientifiques pour le GSMT, et sont l'aboutissement de deux années d'efforts par un certain nombre d'ateliers communautaires. Cette section décrit le développement d'une conception de télescope visant à fournir des performances adaptées à ces exigences de base. À ce stade précoce, nous n'avons pas encore réitéré la conception pour optimiser ses performances. Nous considérons plutôt le concept décrit ici comme une « conception ponctuelle » dont la principale raison d'être est d'identifier les défis techniques ou les obstacles, et les zones de risque ou de coût important. The next steps (see Chapter 6) in developing a GSMT design concept involve parallel activities: further refinement of the science requirements and deeper exploration of performance-cost-risk trades that are critical precursors to adopting a requirements document and formally initiating conceptual and preliminary design activities.

We have adopted the philosophy that the design of a next generation telescope is above all a systems challenge, requiring an integrated approach that takes into account a whole range of issues: site characteristics, enclosure design, and structural design orchestrating the active and adaptive elements with a sophisticated control system fabricating, polishing, controlling, and maintaining the segmented primary mirror surface and instrumentation. In other words, our approach is informed by the belief that it is no longer possible (as one example) to think of instruments as independent entities, uncoupled from the approach to Adaptive Optics (AO) systems, or, given their enormous scale, separate from the fundamental mechanical design of the telescope. Rather, the performance-cost-risk "sweet spots" can only be identified through a multi-dimensional set of systems trades.

Our goal in this design work, as in other parts of our program, is to contribute to the understanding of the common issues faced by all developers of extremely large telescopes (ELTs).

The current generation of 6-10-m optical/infrared telescopes has departed from the designs common in the earlier 4-5-m class telescopes. In the late 1970s, it was realized that the key to improving performance and reducing cost lay in reducing the relative size and mass of telescopes and their enclosures.

Because of difficulties polishing and testing fast-focal-ratio mirrors, earlier telescopes had relatively slow primary mirrors in relatively long tube structures. Limitations of passive mirror support systems led telescope builders to use thick, solid mirrors. To support these long telescopes with heavy mirrors, telescope structures had to be heavy. The result was massive telescopes, with low resonant frequencies, in large domes. Another factor limiting resonant frequencies was the indirect load paths inherent in most equatorial mount designs.

Low resonant frequencies made the telescopes susceptible to wind-buffeting, so enclosures were designed to minimize the airflow past the telescope. The high thermal inertia and minimal air flow created local seeing problems, which often were the most significant factors limiting the performance of large telescopes.

To remedy these problems, designers of the current generation of telescopes have taken advantage of advances in several fields:

    Improved computers and software have made alt-azimuth mounts practical the resulting designs tend to have better stiffness for a given weight.

All of these developments have made it possible to build telescopes that are smaller, lighter, and stiffer, while achieving higher standards of image quality. In turn, enclosures have become relatively smaller, and can be more open to allow better ventilation. As a consequence, modern telescopes have been less expensive than standard scaling laws would indicate based on the costs of earlier 4-m class facilities. 1,2

Reduced thermal inertia and better ventilation, combined with active removal of heat from electronics and other sources, have significantly reduced local seeing problems.

In the 1990s, further advances were made that are allowing these telescopes to achieve performance beyond the levels expected when they were first conceived. Dynamic compensation of disturbances, including fast steering mirrors to control image motion and AO to help control the effects of atmospheric seeing, have allowed these telescopes to produce nearly diffraction-limited images in the infrared. Use of adaptive systems also opens up new possibilities for dynamic compensation of telescope errors, such as correcting wavefront errors caused by wind-induced vibration and deformation of the mirrors.

The design of even larger telescopes such as GSMT will require an extension of the philosophies that have guided development of the current generation of telescopes, plus incorporation of features to take advantage of the dynamic compensation now available from AO systems.

The design of a diffraction-limited 30-m optical/infrared telescope is very challenging, and is made more difficult by the need to keep costs significantly lower than would be predicted by scaling from current 8- to 10-m designs. To simultaneously achieve cost and performance goals, all components of the telescope, including active and adaptive systems and the initial science instruments, must be developed as part of an integrated system. Careful systems engineering is required from the outset.

The starting point must be the science requirements. A conceptual design must be developed that is consistent with the science requirements and is responsive to the needs of anticipated scientific instruments. With a conceptual design in mind, the science requirements are used to derive specific error budgets. Initially, these will be "top-down" error budgets, derived simply by dividing allowable errors into a number of individual contributions assigned to appropriate subsystems. In establishing error budgets, all components should be considered as part of a dynamically interactive system, with errors of one subsystem compensated by the effects of others. As the design features are progressively elaborated, subsystems and their interactions will be modeled and their performance simulated. Based on these results, the designs and error budget will be iterated.

If GSMT is to be affordable, meeting cost goals will be as important as meeting performance goals. We will have to once again "beat the cost curve". While some additional savings are possible from the traditional approach of making the design relatively smaller and lighter, it is clear that a rigorous design-to-cost effort will be needed (see Section 5.7).

As mentioned in Chapter 3, Science Requirements, the design must consider issues of performance and construction cost, as well as operational issues such as reliability, maintainability, and life cycle cost. Estimates of annual operating costs range upwards from $25M per year. Hence, over the lifetime of GSMT, the total operating cost will be comparable to the construction cost. In cost-performance trades, evaluation of life cycle costs should have comparable weight to capital costs. Taking a systems approach that considers the operating life of the telescope is the rational path to minimizing total cost.

As mentioned in Chapter 1, one of the three parallel development paths of the New Initiatives Office (NIO) is to develop a "point design." But what exactly is a point design? It is an exercise that explores a single, plausible design consistent with the science requirements. This exercise helps to identify the key technical issues and highlight areas where additional development is necessary. It also indicates design factors important to the science requirements, and may indicate areas where some tradeoffs are required between technical feasibility and scientific goals. By working on the point design, technical staff have an opportunity to develop analytical methods that will be necessary for any GSMT design. Because a point design is a learning tool rather than a design that is being proposed for construction, it is not necessary to develop all features fully, or even in a completely consistent form. Once the key lessons have been learned, the design team can move on to explore other areas.

At this point in time, NIO has chosen to develop a point design instead of doing a "trade study" of all possible designs. Such a trade study will be appropriate at a later time, when the astronomy community has reached agreement on a firm set of science requirements. We believe that more can be accomplished at this phase by concentrating on a single point design, and that if the design is well chosen, most of the lessons learned will be transferable to later conceptual designs, even if they eventually look quite different.

At the start, certain fundamental decisions must be made about the system architecture. The following sections describe the key architectural features chosen for the point design and explain the reasons they were chosen.

The starting point for the design is choosing aperture size. Regarding the size of the GSMT, the report of the Panel on Optical and Infrared Astronomy from the Ground 3 stated:

"The ESO proposal for a 100-m-class telescope would offer even more spectacular gains for many kinds of observations, but it is the opinion of the panel that the proposal is too ambitious for the current decade, and that an intermediate step, to a 30-m telescope, would be optimal in terms of science, technology, and allocation of resources."

"The advances from Ritchey's 24-inch to the Hale 200-inch were perhaps bold but they were sufficiently conservative. One may recall that in the years between 1925 and 1928 there were strong pressures to make the next telescope of the series 300 inches in diameter. It is to the credit of Hale and his advisors that they calculated the structural limits on mirror support and consequently limited the diameter to 200 inches which was close to the practicable limit for conventional designs and materials then available."

On the same subject, Richard Learner wrote: 2

". the decision was to have a 200-inch primary mirror. This was triumphantly correct - 180 inches would have been harder to fund because this size would not have riveted people's attention 220 might have been impossible to make."

  1. H. W. Babcock, "Requirements for Ground-Based Telescopes", Proceedings of ESO Conference on Optical Telescopes of the Future, Ed. F. Pacini, W. Richter and R. N. Wilson, pp. 37-41, Geneva, Switzerland, December, 1977.
  2. Richard Learner, "The Legacy of the 200-inch", Sky & Telescope, Vol. 71, pp. 349-353, April, 1986

"The GSMT will be a filled-aperture, diffraction-limited telescope with atmospheric correction by AO down to at least 1 m."

A second key decision was whether to use a spherical primary mirror, or to use an optical design requiring an aspheric primary. Several proposed concepts for ELTs use spherical primaries because spherical segments are easier to fabricate. 4,5,6 However, to achieve good performance over a reasonable field of view (FOV), a telescope with a spherical primary needs at least two aspheric corrector mirrors many designs use four-element correctors. The designs that have been proposed use correctors made of pairs of opposed concave mirrors in a "clamshell" arrangement, where the light must come to a reasonably good focus to pass through a small hole in the center of each corrector mirror. However, with a fast spherical primary mirror, the circle of least confusion becomes large. Even if you can get the entire science beam through, the light from laser guide stars focuses at a significantly different position.

Another key point is that for mid-IR instruments, the number of warm reflections should be kept to a minimum to control the effective emissivity of the telescope. For the IR, a two-reflection Cassegrain design is preferable to a six-mirror design.

For these reasons, the point design incorporates an aspherical primary mirror.

In the current generation of large telescopes, three concepts for lightweight primary mirrors have been pursued:

  • Thin, meniscus, solid mirrors made of zero-expansion glass or glass-ceramic
  • Borosilicate honeycomb mirrors
  • Segmented mirrors (composed of hexagonal, solid, zero-expansion meniscus segments)

Other lightweight mirror concepts are possible, but have not been developed either because they offered no real advantages (for example, thin meniscus mirrors of non-zero-expansion materials) or because they were significantly more expensive (for example, large structured ULE TM mirrors, or segmented mirrors composed of lightweight structured segments).

The largest single-piece telescope mirrors are the 8.4-m diameter primary mirrors being made for the Large Binocular Telescope Project. Although somewhat larger single-piece mirrors could be made, relative costs would rise rapidly with increasing size, particularly the cost of the blank fabrication facility, polishing and testing facilities, transportation, handling equipment, and coating chambers. At the 30-m size, single-piece mirrors are unaffordable. Therefore, the only lightweight mirror approach that can be extended to this size involves the use of a segmented primary.

Three large segmented-mirror telescopes already exist: Keck I, Keck II, and Hobby-Eberly. Several others are in work or have been proposed, including:

  • Gran Telescopio Canarias (GTC)
  • Large Aperture Multi-Object Spectroscopic Telescope (LAMOST)
  • Mexican Infrared-Optical Telescope (TIM)
  • Southern African Large Telescope (SALT)

These projects serve as the starting point for the design of any ELT.

The current generation of large telescopes uses primary mirror focal ratios between f/1 and f/2. Going to a relatively faster focal ratio has the following advantages and disadvantages, as shown in Table 1:

Shorter telescope will have smaller gravity deflections. Tighter tolerances for alignment between primary and secondary. Shorter telescope will have smaller moving mass,less thermal inertia. Greater segment asphericity for a given segment size. Shorter telescope will have higher resonant frequencies. Tighter tolerances for translation and clocking of segments. Enclosure can be smaller. Increased field curvature. Smaller secondary mirror for same focal ratio and image position. Increased aberrations for same angular field, particularly at prime focus.

Table 1 Advantages and disadvantages of a faster primary mirror focal ratio.

Two types of segment geometries have been considered seriously: (1) quasi-hexagonal segments, as used in the Keck, Hobby-Eberly, and GTC telescopes and (2) petal or sector-shaped segments, as used in some Department of Defense segmented-mirror prototypes. Figure 1 shows notional geometries for these two types of segments used in an ELT.

Hexagonal segments have the following advantages and disadvantages, as shown in Table 2:

Shape close to circular, which facilitates polishing and decreases required size of blanks. Large number of segment types - only six copies of each type - complicates testing and accounting. Edge sensor positions are the same for each segment. Inner and outer edges of aperture are non-circular. All segments can use same support geometry.

Table 2 Advantages and disadvantages of hexagonal mirror segments.

All petals in each ring are identical, which minimizes number of different optical test setups. Shape not very circular, which increases polishing difficulty and required size of blanks. Inner and outer edges of aperture are circular. Edge sensor positions vary from one segment to another. Fewer different types of spare segments required. Edge sensors are not effective at lined-up radial joints. Segment support geometry must be customized for each ring.

Table 3 Advantages and disadvantages of sector-shaped mirror segments.

The choice of segment size is another key decision, because the range of possible sizes is large. At this stage, it isn't important to optimize the size within a few percent, but the size should be set within about a factor of two.

The largest practical segment would be the size of the largest affordable single mirrors, about 8 meters across. At this size, only 19 segments would be required to make a 30-m telescope. At the other extreme, segments could be arbitrarily small, but at some point the number of sensors and actuators would become prohibitive.

The factors involved in the choice of segment size are described in detail in Section 4.5 but the main issues are summarized in Table 4. The optimum range appears to be 1-2 meters across.

Advantages of Smaller Segments

Disadvantages of Smaller Segments

Reduced cost of optical fabrication and test equipment Increased number of rigid attachment points on telescope structure Reduced transportation cost Increased number of position actuators Reduced cost of coating chamber Increased number of position sensors Reduced asphericity in a single segment Increased computational requirements in control system Reduced effect of "in plane" position errors Increased error propagation from edge sensor noise Reduced support complexity for given thickness Increased number of segment types

Table 4 Advantages and disadvantages of making aspheric segments smaller.

The aperture stop is located at the secondary mirror, as is often the case in telescopes optimized for infrared observations. The primary mirror is slightly oversized to allow chopping at the secondary mirror for background subtraction. This also has the effect of reducing difficulties caused by the irregular shape of the edge of the segmented primary mirror.

A fundamental decision for the telescope design involves determining whether the secondary mirror should be convex, flat, or concave. A flat mirror would introduce an unacceptably large central obscuration. A concave (Gregorian) secondary mirror would be easier to test in the optics shop, but at the size chosen for the point design, it will also be possible to test a convex secondary by conventional means. A Gregorian secondary mirror is in a favorable location to use as an adaptive mirror, because it will be conjugate to an altitude a few hundred meters above the primary mirror. However, a Gregorian secondary must be larger for a given final focal ratio and image position, which not only produces a larger central obscuration, but also increases the difficulty of making the mirror deformable. A Gregorian secondary also requires a significantly longer telescope structure, which in turn increases the size of the enclosure. The larger size and weight of a Gregorian secondary, combined with a longer telescope structure, tend to produce larger gravity deflections and lower resonant frequencies.

Considering these factors, particularly the size of the telescope structure and enclosure, we have chosen a convex secondary mirror for the point design.

There are several reasons to minimize the size of the secondary mirror:

  • To minimize the central obscuration
  • To reduce the difficulty of optical testing
  • To minimize the mass that must be carried at the top end of the telescope
  • To minimize the cross-sectional area at the top of the telescope that is exposed to the wind
  • To reduce the difficulty of making the secondary an adaptive, deformable mirror

However, as the size of the secondary is reduced, the focal ratio required to place the Cassegrain focus at a convenient position behind the primary mirror increases, as does the image scale. This means, for example, that elements in the higher-order AO systems will get larger. As the size of the secondary mirror is decreased, the amount of astigmatism increases for a given field angle, and the entrance pupil moves farther behind the primary mirror, which increases the primary mirror diameter required to avoid vignetting.

As described in Section 4.5, the size chosen for the secondary mirror is 2 meters diameter.

Conventional AO systems have placed the adaptive components far down in the system to keep the adaptive components small. For example, in the Gemini Altair AO system, the first deformable mirror is M6. However, if the issues involved in producing a large deformable mirror can be successfully addressed, there are several advantages to using the secondary mirror as an adaptive mirror.

The GSMT point design incorporates an adaptive secondary mirror to serve the following needs:

  1. Correction of telescope wind-buffeting effects, including distortion of the primary mirror at frequencies higher than the bandwidth of the segment positioning system
  2. Adaptive Optics correction to high Strehl ratios in the mid-infrared with no further deformable elements
  3. Partial atmospheric correction in the visible and near-infrared, improving energy concentration even though the Strehl ratio is still low
  4. Serving as the first stage in higher-order AO systems

The point design telescope structure is patterned after a radio telescope design. The telescope is a lightweight steel truss structure on an alt-azimuth mounting. The secondary mirror is relatively small, and is mounted on a tripod supported directly off the primary backing structure rather than on spider vanes supported off a tube-like structure. The primary mirror is several meters above the elevation axis.

A radio telescope type of structure has several advantages. By locating the primary mirror above the elevation axis, the elevation bearings can be moved inwards behind the primary. This decreases the span between the bearings and provides a more direct load path from the main concentration of telescope mass down into the pier, resulting in a more efficient structure with less mass and higher resonant frequencies. Moving the elevation bearings inwards also makes it possible to provide large Nasmyth platforms without increasing the width of the telescope beyond that of the primary mirror. This helps reduce the size and weight of the telescope structure, and reduces the width of enclosure required if the enclosure is co-rotating (see Section 4.3).

In a more traditional design with the elevation axis above the primary mirror, the use of Nasmyth foci requires a large tertiary mirror to fold the beam along the elevation axis. The optical path distance from the secondary mirror to the focus is quite long, approximately equal to the primary mirror focal length plus half the primary mirror diameter. For a given final focal ratio, this requires a relatively large secondary mirror.

In contrast, in the GSMT point design the beam to the Nasmyth focus is relayed by additional optics sitting behind the primary mirror. The optical path distance from the secondary mirror to the first focus is just slightly more than the primary mirror focal length. For a given focal ratio, this allows use of a relatively small secondary mirror and simplifies the support of the tertiary mirror.

The point design also allows room for stationary laboratory space between the elevation bearings, where instruments can be located.

A radio telescope type of design has a couple of disadvantages, however. It requires a counterweight to balance the telescope and a greater front-to-back depth of the enclosure for a given primary mirror focal ratio. For the point design, we believe the advantages of this type of structure outweigh the disadvantages.

The advantages and disadvantages are summarized in Table 5:

Advantages of Radio Telescope structure

Disadvantages of Radio Telescope structure

Tripod M2 support has lower mass and thermal inertia Required counterweight raises total moving mass Elevation bearings are under the telescope structure, providing a more direct load path Telescope needs greater front-to-back depth of enclosure Nasmyth platforms fit within width of primary mirror, allowing narrower enclosure Allows Nasmyth relay optics behind the primary mirror, eliminating need for a large tertiary mirror above the primary Shorter back focal length allows smaller secondary mirror

Table 5 Advantages and disadvantages of a "radio telescope" type of structure.

The point design follows the philosophy that the optical design must be driven by the requirements of the science instruments. It should be possible to have more than one large instrument mounted and ready for use, and a range of different foci should be provided to accommodate the needs of different science instruments and observing programs. These needs include:

  • Focal ratio/image scale
  • Field of view
  • Image quality (AO corrected, if necessary)
  • Physical size of required instruments
  • Instrument locations that maintain constant orientation relative to the telescope
  • Locations that do not tilt with the telescope
  • Foci that require minimal emissivity

The conceptual designs of the instruments themselves are described in Section 4.7.

The instrument locations incorporated in the point design include the following.

Adaptive corrections may not be feasible for a significant fraction (> 20%) of the available time. It is thus important to provide the capability for frontier science observations that exploit these conditions. Section 2.1 describes such observations, which argue strongly for a wide-field, seeing-limited capability.

However, for seeing-limited observations over a wide field, the image scale at the Cassegrain focus is inconveniently large. One arcsecond is 2.7 mm wide, and a 20 arcminute field is 3.27 meters across. A more convenient image scale is available at the f/1 prime focus-6.9 arcseconds per millimeter. At prime focus, a 20 arcminute field is 175 mm across.

A prime focus corrector is necessary to provide good image quality over a wide field. The design of the prime focus corrector is described in Section 4.7.1, with a discussion of the MOMFOS (multi-object multi-fiber optical spectrograph) instrument designed to use this focus.

The prime focus instrument must be interchangeable with the secondary mirror assembly and should be relatively small (no more than about 3 meters in diameter). The installation of the MOMFOS instrument is illustrated in Figure 4.

Instruments can be mounted directly at the Cassegrain focus, where they will move with the telescope. This is useful for infrared instruments, because they can be fed with only two warm reflections. It is also useful for instruments with second-stage AO, because it preserves a fixed orientation between the adaptive secondary and the wavefront sensor and deformable mirror. This simplifies control and improves performance.

The optical performance at the Cassegrain focus is described in Section 4.5. The Cassegrain focal ratio is f/18.75.

It is possible to locate an instrument in the laboratory space between the elevation bearings, with the beam fed in by means of two flat mirrors: one to direct the beam along the elevation axis, and another to direct the beam downwards into the instrument. An upward-looking instrument can be rotated in this position on a turntable to compensate for field rotation. This provides a fixed gravity environment for alignment-sensitive instruments.

The point design includes a multi-conjugate adaptive optics (MCAO) system, located behind the primary mirror and co-rotating with it. This system is designed to feed an f/38 beam through one of the elevation bearings to instruments mounted on a Nasmyth platform. It would be possible to mount the instrument upward-looking on a turntable to compensate for image rotation, while maintaining a constant gravity orientation.

The layout and optical performance of the MCAO system are described in Section 4.6.2.


Telescope views of Saturn

You’ll be able to get some amazing views of Saturn through a telescope in your own backyard. Saturn is one of the most impressive views available to anyone with a regular telescope.

You might be wondering if you’ll be able to see any of Saturn’s moons. You’re in luck. Saturn has an incredible 82 different moons. The planet’s largest moon, Titan, is a good one for you to try viewing.

Titan is larger than the Earth’s moon. In fact, Saturn’s largest moon is larger than a whole planet – Mercury. The moon will be further away from Saturn than you expect, but your stargazing apps should be able to help you find it.