Оптический солнечный телескоп

 

Изобретение относится к астрономии и может быть использовано для проведения высокоточных систематических фотометрических и координатных измерений одновременно формы всего лимба и диаметра диска Солнца, а также отдельных заданных областей его диска как в наземных, так и в космических условиях при непрерывных наблюдениях в течение длительного времени. Телескоп включает корпус с размещенной в нем зафокальной оптической системой, состоящей из главного вогнутого эллипсоидального зеркала с центральным отверстием, вторичного вогнутого эллипсоидального зеркала и регистрирующего устройства, установленного в фокальной плоскости телескопа, а также плоское непрозрачное теплозащитное зеркало эллиптической формы с центральным отверстием и, по меньшей мере, еще с одним отверстием, отверстия расположены на разных расстояниях от центра зеркала. Теплозащитное зеркало установлено с возможностью вращения вокруг оптической оси телескопа. Технический результат - телескоп обеспечивает одновременное построение необходимых для исследований всего лимба и отдельных заданных участков диска Солнца. 3 ил.

Изобретение относится к астрономии и может быть использовано для проведения высокоточных систематических фотометрических и координатных измерений одновременно формы всего лимба и диаметра диска Солнца, а также отдельных заданных областей его диска как в наземных, так и в космических условиях безвоздушного пространства при непрерывных наблюдениях в течение длительного времени.

Известные оптические солнечные телескопы обычно строят изображение либо всего диска Солнца или только отдельного его участка, когда почти весь свет диска Солнца отбрасывается из телескопа, а в небольшое отверстие на оптической оси телескопа проходит только свет от небольшого участка его поверхности, либо, отсекая излучение всего солнечного диска, строят только изображение его короны, имитируя тем самым полное солнечное затмение (внезатменные солнечные коронографы).

Известен оптический солнечный телескоп (солнечный коронограф), включающий однолинзовый объектив, строящий изображение Солнца на непрозрачном диске-экране с диаметром, намного большим диаметра изображения диска Солнца, имитирующем Луну во время полного солнечного затмения. За диском-экраном установлена дополнительная оптическая система, которая строит (в не прегражденном диском-экраном свете) изображение солнечной короны и хромосферы, а также край искусственной Луны за лимбом Солнца (см. Крат В. А., Прокофьева И. А. // Курс астрофизики и звездной астрономии. - Москва, "Наука". - 1973, С. 531- 551).

Известный оптический солнечный телескоп не позволяет строить как изображение лимба Солнца, так и изображение отдельных участков на его диске.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому решению является оптический солнечный телескоп "SOT" с зафокальной схемой Грегори, строящий изображение только небольшого участка диска Солнца с угловым полем зрения диаметром 2W' = 3'. Известный телескоп-прототип включает корпус с размещенной в нем зафокальной оптической системой, состоящей из главного параболоидального зеркала с центральным отверстием, вторичного вогнутого эллипсоидального зеркала и регистрирующего устройства, установленного в фокальной плоскости телескопа. В фокусе главного зеркала неподвижно установлено наклонно к оптической оси телескопа плоское непрозрачное теплозащитное зеркало эллиптической формы с центральным отверстием (см. Попов Г. М. - Современная астрономическая оптика. - М.:, Наука. - 1988. - 189с.). Главное параболоидальное зеркало известного телескопа строит изображение диска Солнца на плоском непрозрачном теплозащитном зеркале-экране с центральным отверстием на оптической оси телескопа, через которое свет проходит на вторичное вогнутое эллипсоидальное зеркало. Плоское теплозащитное зеркало отбрасывает большую часть излучения Солнца в сторону и защищает тем самым все последующие оптические элементы от нагрева. Центральное отверстие плоского теплозащитного зеркала пропускает на вторичное зеркало свет от изображения выбранного участка диска Солнца с угловым диаметром 2W' = 3'. Размер плоского теплозащитного зеркала выбран таким, чтобы при сканировании по нему изображения Солнца, его свет попадал на вторичное вогнутое зеркало лишь через центральное отверстие плоского зеркала, то есть размер его намного превышает размер двукратного диаметра построенного на плоском зеркале изображения диска Солнца. Вторичное вогнутое зеркало направляет свет в фокус телескопа, где установлено регистрирующее устройство, и строит изображение только выбранного участка диска Солнца, используя вспомогательные плоские зеркала.

Известный оптический солнечный телескоп, отсекая всю неиспользуемую подавляющую часть потока излучения солнечного диска, позволяет строить изображение лишь его отдельного участка, но не может решать задачу одновременного построения изображения исключительно лишь лимба и отдельных заданных участков диска Солнца, что крайне необходимо, например, для фотометрических и координатных измерений одновременно формы всего лимба и диаметра диска Солнца, а также отдельных заданных участков его поверхности.

Задача настоящего изобретения - создание такого оптического солнечного телескопа, который бы сохраняя достоинства телескопа-прототипа в части уменьшения до минимума теплофизических эффектов, связанных с нагревом его вторичного зеркала и приемных устройств в его фокальной плоскости, обеспечивал одновременное построение исключительно лишь необходимых для исследований всего лимба и отдельных заданных участков диска Солнца.

Поставленная задача решается тем, что в оптическом солнечном телескопе, включающем корпус с размещенной в нем зафокальной оптической системой, состоящей из главного вогнутого зеркала с центральным отверстием, вторичного вогнутого эллипсоидального зеркала и регистрирующего устройства, установленного в фокальной плоскости телескопа, а также плоское непрозрачное теплозащитное зеркало эллиптической формы с центральным отверстием, установленное наклонно к оптической оси телескопа в фокусе главного зеркала оптической системы, теплозащитное зеркало установлено с возможностью вращения вокруг оптической оси телескопа, при этом проекция L' большой полуоси L и проекция I' малой полуоси I теплозащитного зеркала на фокальную плоскость телескопа удовлетворяют соотношению L'=I'<R, где R - радиус изображения диска Солнца в фокальной плоскости телескопа; кроме того, главное зеркало выполнено эллипсоидальным, а в теплозащитном зеркале дополнительно выполнено, по меньшей мере, еще одно отверстие, при этом отверстия в теплозащитном зеркале расположены на разных расстояниях от его центра.

Изображение одного из участков диска Солнца одновременно с изображением всего лимба необходимо для преобразования флуктуирующего светового потока грануляции в электрический сигнал с последующим выделением из спектра этого сигнала фиксированной гармоники с определенным (заданным) пространственным периодом, максимальное значение выходного сигнала которой определяет наилучшее качество (контраст) деталей диска Солнца и используется для автоматического контроля положения фокальной плоскости (автоматической фокусировки изображения) телескопа, особенно в космических условиях автономного длительного полета. При этом с помощью теплозащитного зеркала, имитирующего Луну во время кольцеобразного солнечного затмения, обеспечивается отсечение и отбрасывание в сторону за пределы телескопа подавляющей части потока излучения, исходящего от ненужной большей части изображения диска Солнца, что позволяет стабильно получать высокое качество изображения при непрерывных наблюдениях в течение длительного времени Солнца, как в наземных, так и особенно в условиях космического вакуума, когда теплоотвод значительно затруднен.

Зафокальная апланатическая оптическая система с эллипсоидальной формой поверхности главного зеркала, кроме того, обеспечивает большее угловое поле и исправление аберраций (особенно комы) по всему полю зрения, в результате чего в фокальной плоскости телескопа формируется изображение исключительно только лишь всего лимба Солнца, ограниченного краем искусственной Луны, а также отдельных заданных участков его диска, обладающих дифракционным разрешением в пределах всего рабочего поля зрения с угловым диаметром 2W^o = 0^o35'.

Установка теплозащитного зеркала с возможностью вращения вокруг оптической оси телескопа при одновременном расположении отверстий в зеркале на разных расстояниях от его центра позволяет получать изображение любого заданного участка солнечного диска (оптимальным является расположение отверстий на следующих расстояниях от центра теплозащитного зеркала: R₁ = r₀ + r₁ - для первого дополнительного отверстия; R₂ = r₀+2r₁+r₂ - для второго дополнительного отверстия; R₃ = r₀+ 2r₁ + 2r₂ + r₃ - для третьего дополнительного отверстия;... R_n = r₀ + 2r₁ +... + 2_n-1 + r_n - для n-ого дополнительного отверстия; где - r₀, r₁, r₂, r₃,..._n-1, r_n - радиусы соответственно центрального, первого, второго, третьего,...n-1-ого и n-ого дополнительных отверстий. При таком расположении отверстий в теплозащитном зеркале при его вращении обеспечивается получение изображений любых участков солнечного диска).

Автору из патентной и другой научно-технической литературы не известны конструкции оптических солнечных телескопов, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с совокупностью признаков заявляемого оптического солнечного телескопа.

Отличительные признаки заявляемого оптического солнечного телескопа в совокупности с признаками, известными из прототипа, обеспечили создание нового специализированного типа солнечного телескопа, названного нами оптическим солнечным лимбографом.

На фиг. 1 изображен общий вид заявляемого телескопа в продольном разрезе; на фиг. 2 - показано плоское непрозрачное теплозащитное зеркало - новая искусственная Луна в поперечном разрезе; на фиг. 3 - получаемое изображение солнечного диска в фокальной плоскости телескопа.

Оптический солнечный телескоп состоит из корпуса (трубы) 1, в котором размещена зафокальная оптическая система, состоящая из главного вогнутого эллипсоидального зеркала 2 с центральным отверстием 3, вторичного вогнутого эллипсоидального зеркала 4 и регистрирующего устройства 5, установленного в фокальной плоскости телескопа. Регистрирующее устройство 5 может быть выполнено, например, в виде фотоприемника. В фокусе главного зеркала 2 установлено наклонно к оптической оси 6 телескопа плоское непрозрачное теплозащитное зеркало 7 эллиптической формы с центральным отверстием 8 и, по меньшей мере, еще одним дополнительным отверстием 9 (фиг. 2). В случае выполнения нескольких отверстий 9 они располагаются на разных расстояниях от центра зеркала 7. Корпус 1 установлен на определенной заданной монтировке (на чертеже не показана). Вторичное вогнутое эллипсоидальное зеркало 4, направляя не прегражденные зеркалом 7 сходящиеся солнечные лучи через центральное отверстие 3 в главном зеркале 2 на регистрирующее устройство 5, строит изображение Солнца в виде кольца 10, ограниченного лимбом диска Солнца и краем искусственной Луны, и отдельных заданных участков солнечного диска 11 (фиг. 3).

Оптический солнечный телескоп работает следующим образом.

Поток солнечных лучей поступает на главное зеркало 2 телескопа, которое строит изображение диска Солнца на плоском непрозрачном теплозащитном зеркале эллиптической формы 7, установленном наклонно к оптической оси 6 телескопа. Зеркало 7 беспрепятственно пропускает свет только от изображения лимба и заданных участков диска Солнца на вторичное вогнутое зеркало 4 при одновременном отсечении и отбрасывании в сторону за пределы телескопа всего остального неиспользуемого потока излучения диска Солнца. Зеркало 4 направляет сходящиеся лучи света изображения лимба и отдельных заданных участков диска Солнца, не отсеченные зеркалом 7, через центральное отверстие 3 в главном зеркале 2 в фокальную плоскость телескопа на регистрирующее устройство 5 (например, фотоприемник). Тем самым в фокальной плоскости телескопа построение изображения ограничивается только лишь лимбом 10 и отдельными участками 11 диска Солнца. Система автоматического управления телескопа (на чертеже не показана), обеспечивая его точное непрерывное слежение (ведение) за Солнцем, делает его статическим (неподвижным по отношению к Солнцу) инструментом в течение всего периода непрерывных наблюдений, а возможность вращения зеркала 7 с отверстиями 8, 9, расположенными на разных расстояниях от его центра, вокруг оптической оси 6, позволяет выбрать самые различные участки диска Солнца для проведения их наблюдений и последующих исследований. Одно из изображений 11 этих заданных участков диска Солнца используют также и для преобразования флуктуирующего светового потока грануляции в электрический сигнал с последующим выделением из спектра этого сигнала фиксированной гармоники с определенным (заданным) пространственным периодом, максимальное значение выходного сигнала которой определяет наилучшее качество (контраст) изображения деталей диска Солнца и используется для автоматического контроля положения фокальной плоскости (автоматической фокусировки изображения) телескопа, особенно в условиях его автономного длительного полета.

Таким образом, заявляемый телескоп (оптический солнечный лимбограф) ограничивает построение изображения исключительно только лишь необходимым для исследований лимбом и отдельными заданными участками диска Солнца путем отсечения и отбрасывания в сторону за пределы телескопа всего остального неиспользуемого потока излучения диска Солнца, что уменьшает до минимума теплофизические эффекты, связанные с нагревом вторичного зеркала 4 и регистрирующего устройства 5, и тем самым резко улучшает термические свойства всей оптической системы. В результате заявляемый телескоп надежно обеспечивает возможность проведения более точных и более длительных фотометрических и координатных измерений формы лимба, диаметра и отдельный заданных участков диска Солнца и исследования их временных вариаций.

Формула изобретения

Оптический солнечный телескоп, включающий корпус с размещенной в нем зафокальной оптической системой, состоящей из главного вогнутого зеркала с центральным отверстием, вторичного вогнутого эллипсоидального зеркала и регистрирующего устройства, установленного в фокальной плоскости телескопа, а также плоское непрозрачное теплозащитное зеркало эллиптической формы с центральным отверстием, установленное наклонно к оптической оси телескопа в фокусе главного зеркала упомянутой системы, отличающийся тем, что упомянутое теплозащитное зеркало установлено с возможностью вращения вокруг оптической оси телескопа, при этом проекция L' большой полуоси L и проекция I' малой полуоси I теплозащитного зеркала на фокальную плоскость телескопа удовлетворяют соотношению L' = I' < R, где R - радиус изображения диска Солнца в фокальной плоскости телескопа, упомянутое главное зеркало выполнено эллипсоидальным, в упомянутом теплозащитном зеркале дополнительно выполнено, по меньшей мере, еще одно отверстие, при этом отверстия в теплозащитном зеркале расположены на разных расстояниях от его центра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3