Multi Spiegel Teleskop

Hallo Günter,

das Hauptproblem neben der mechanischen Ausführung wird sein, dass die Spiegel eines Multi-Mirror-Telescopes abseits der optischen Achse keine Parabolspiegel sind, sondern die Oberflächen Parabelabschnitte abseits des Brennpunktes der Parabel darstellen müssen, wenn man das Licht im Fokus vereinigen und ein Bild erhalten will. Die Gesamtheit der Spiegel muss ja der Parabel folgen und nicht die einzelnen Spiegel für sich. Er wird also um das Umschleifen der sechs äußeren Spiegel nicht herumkommen. Und dieses Umschleifen dürfte extrem anspruchsvoll sein.

Wenn es nur um die technische Umsetzung geht und er mit einem erkennbaren, aber unscharfen Mondbild leben kann, kann er es ja versuchen. Die technische Umsetzung wird aber ebenfalls nicht einfach. Und ob er sich den Aufwand machen will, wenn von vornherein feststeht, dass das Ergebnis optisch nicht zufriedenstellend abbilden kann, weiß ich nicht.
Ich würde das nicht wollen.

Eventuell könnte er einen 10"-Parabolspiegel nehmen und daraus seine sieben Einzelspiegel schneiden lassen. Dann hätten die Spiegel zumindest die richtige Oberflächenform und obendrein eine gemeinsame Ebene der Rückseite, was das montieren der Spiegel vereinfachen dürfte.
Wenn die sieben Spiegel Kugelspiegel sind und er die Strahlengänge auf einen Brennpunkt vereinigt, bekommt er ein Teleskop mit ca. 240mm Öffnung und 700mm Brennweite, also f/2,9. Und das mit einem Kugelspiegel. Man wird sicherlich etwas erkennen können. Aber sonderlich gut wird das ganze nicht abbilden.

Bis dann:
Marcus

Solche Multi Mirror ATM sind wohl nicht wirklich einfach. Auch die Ausrichtung im Wellenlängenbereich wegen der Interferenzen dürfte anspruchsvoll sein. Sind die 76/700 parabolisch oder sphärisch. Ist bei allen die Brennweite genau gleich?

Aber folgende Idee:

Man könnte daraus ein Multi-Kamera Fototeleskop für Planeten machen. An jeden Netwon eine Monochrom Kamera mit je einem anderen Filter würde die Belichtungszeit um den Faktor der Anzahl der Spiegel reduzieren und ist beliebig erweiterbar....

Als Fluss-Sammler z.B. fuer eine Fotodiode waere das schon vorstellbar. Aber das beugungsbegrenzt und zeitstabil zusammenzubekommen, ist ohne Aktuatoren und Regelkreis schwierig. Man denke nur an die thermische Verformung der Spiegelzelle beim Auskuehlen.

Dazu kommt natuerlich noch die sphaerische Spiegelform. Im Prinzip kann man die sechs aeusseren Spiegel ein bisschen anders entlang der optischen Achse positionieren, sodass das Bild ein bisschen besser wird als bei einer reinen Sphaere. Dies wird beim Davies-Cotton-Teleskop so gemacht: Sphaerische Spiegel, deren Vertexpunkte einer Parabel folgen. Allerdings ist das immer noch nicht beugungsbegrenzt und das System wurde urspruenglich fuer Sonnenlichtkollektoren entworfen (es findet aber auch in den Cherenkov-Astronomie Verwendung).

Planeten brauchen eine scharfe beugungsbegrenzte Optik, und das ist optisch und mechanisch nicht drin.

Da empfehle ich eher Konrad's Vorschlag (paralleles Array mit verschiedenen Wellenlaengen, aber natuerlich ein Kostenfaktor mit den vielen Kameras), oder die Aenderung des "Science Case", wo das Geraet eher als Fluss-Sammler ("Lichteimer") verwendet wird und nicht beugungsbegrenzt sein muss. Eine Fotodiode mit 5mm aktivem Durchmesser waere quasi ein einziges "Pixel" mit diesem Durchmesser, und damit koennten Lichtkurven veraenderlicher Sterne gemessen werden.

Hallo Günter,
das Gesamtsystem mit 228 mm Öffnung soll dann 700 mm haben.
Das wäre f/3. Das wäre schon einen Paraboleinzelspiegel eine Herausforderung.
Ich fürchte, dass es viel einfacher ist einen 228mm Rohling mit 700 mm zu schleifen und auf 0,5 Strehl zu bekommen wie diese Einzelspiegel zusammengefügt zu einem 228 mm f/3 Segmentspiegel auf 0,1 Strehl zu bekommen, dann das Ganze noch zu justieren.
Man wird vielleicht schon mit viel Aufwand eine Abbildung bekommen, aber für den Aufwand würde ich bei diesem Durchmesser immer einen Einzelspiegel schleifen und die 76 mm Spiegel bei Ebay verkaufen.
Der Auwand ist vermutlich geringer, die Kosten sind vermutlich geringer und das Ergebnis ist bestimmt besser. Ich würde dann aber auf f/5 oder ähnlich gehen.
Servus,
Roland

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Aber abbilden auf einem kleinen Kamerachip sollte doch reelle Ergebnisse bringen, da ja auch die vielen fotografisch eingesetzten RC´s die oft nur etwas über 0,5 Streel aufweisen und trotzdem vorzeigbare Bilder abliefern!<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Das waere aber ein ziemlich schlechtes RC. Bei einem Strehl von 0.5 waeren richtig gute Planetenaufnahmen nicht drin. Allerdings waere ein solches System fuer Deepskybilder noch brauchbar, da es dort ja nicht beugungs-, sondern seeingbegrenzt ist.

Und ein Strehl von 0.5 heisst ja, dass immerhin noch die Haelfte des Lichts in die Beugungsscheibe faellt. Davon wuerde ein sphaerisches Spiegelteleskop noch weit entfernt sein, selbst wenn man die Spiegel justierstabil zueinander hinbekaeme.

Man koennte sich natuerlich noch ueberlegen, die sphaerische Aberration in Fokusnaehe zu korrigieren. Fuer kleine Felder geht das. Siehe Hobby-Eberly-Telescope oder das Southern African Large Telescope. Wobei selbst diese Geraete eher als Lichteimer fuer Spektroskopie gedacht sind.

Hallo,

also die einzigen gut funktionierenden Multi-Spiegel-Teleskop im ATM dich ich kenne sind Bino-Teleskope. Mit den recht kleinen Spiegeln wäre das mehr ein optisches Spielzeug, könnte aber wenigstens prinzipiell sehr gut funktionieren. Technisch recht anspruchsvoll kann man sich daran üben 2 Bilder zur Deckung zu bringen. Dann bekommt man ein Gefühl, wie es sich mit 7 Spiegeln verhält.[;)]

Viele Grüße
Gerhard

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">....recht schwierig würde, die Brennpunkte genau genug zu vereinen.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Und vermutlich noch schwieriger wird es sein, diese Ausrichtung zu halten! Bezogen auf die Licht-Wellenlänge ist die Spiegelzelle ein wabbliges Ding, das auf Lage- und Temperaturänderungen heftig reagieren wird.

<b>Aber:</b> In der Situation des Jungen würde ich es dennoch machen. Wie der LESCH oft sagt: nur so aus Spasss!

es grüßt Lutz

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Aber: In der Situation des Jungen würde ich es dennoch machen. Wie der LESCH oft sagt: nur so aus Spasss!<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Ja, das ist ganz wichtig und er sollte eine Menge dabei lernen.

Als ich jung war, habe ich mich jahrelang mit Membranspiegelteleskopen beschaeftigt. Ich habe eine Menge gelernt - aber auch, dass sie zumindest fuer optische Teleskope nicht funktionieren. Das Ergebnis, abgesehen von einem 200mm-Teleskop (das am Mond etwa die Aufloesung des blossen Auges hatte), war eher implizit. Ich lernte, Firmen zu kontaktieren und Teile zu spezifizieren. Grundzuege der Vakuumtechnik, optisches Pruefen, Erstellung von Messreihen und Aufschreiben von Resultaten (fuer "Jugend forscht" / "Jutec"). Grosse Preise habe ich damit nicht eingefahren, bei Jugend Forscht zum Beispiel war im Landeswettbewerb Schluss - es funktionierte ja auch nicht. Und ueber meine Versuchsaufbauten muss ich heute schmunzeln. Aber die erlernten Routinen waren mir spaeter im Studien- und Berufsleben sehr nuetzlich.

Und so sehe ich es auch mit diesem Projekt: Eine Herausforderung, mal etwas Anderes zu machen und dabei viel zu lernen. Ob das Teil hinterher funktioniert, ist da erstmal zweitrangig.

Das Projekt kann nicht funktionieren, das gibt die Physik nicht her. Sechs Spiegel auf eine Wellenlänge mechanisch genau überlagern ist nicht einfach. Vielleicht mit einem 6fach Interferometer, wenn es sowas gibt, der wird aber auch nicht umsonst zu haben sein.

Man könnte aber ein Videoteleskop bauen, das ist wesentlich erfolgversprechender, obwohl auch nicht einfach.

das Licht von 6 Teleskopen könnte man zu 2 L+R Stereobildern mischen und in eine 3D Brille speisen?

Sollte das tatsächlich funktionieren, könnte man so beliebig viele Teleskope zusammenschalten.

Hallo Günter

Ein interessantes Projekt nur viel zu problematisch wie schon dargestellt .
Deshalb würde ich vorschlagen die Sache zu vereinfachen um zu einem realistischen Test der Mechanik für die Spiegelaufspannung zu kommen und die auftretenden Problemme bearbeiten zu können.
Mein Vorschlag ist nur zwei Spiegel zu verwenden .
Dann bleibt es in einer Ebene ein 76/700 Teleskop und nur 90° dazu ein ca. 152/700 mm Teleskop . Die Ränder von zwei Spiegeln unter ausgiebiger Kühlung etwas abzuschleifen um unter 152 mm zu kommen sollte auch möglich sein .
Es sind ja schon 5 Spiegel vorhanden , da kann ein Versuch selbst wenn er zwei Spiegel ruiniert nicht das ganze Projekt zerstören .

Bestimmt gibt es hier im Forum auch Leute die das Beugungsbild eines solchen Multis bei ideal genauer Mechanik symulieren können .

Viele Grüße Rainer

Hi Konrad,

ich verstehe Deinen Ansatz nicht. Das Licht von jeweils drei Spiegeln in R,G,B aufzuteilen und auf je einen Kanal einer 3D-Brille zu schicken, gibt keinen Unterschied zur Betrachtung eines einfachen Farbbildes. Es gibt ja keine Parallaxe - so wie ein Feldstecher nur im Nahraum dreidimensionale Eindruecke erwecken kann, nicht aber im Unendlichen.

Rainer, Deinen Vorschlag verstehe ich auch nicht. Durch das Paaren zweier Spiegel wuerde (bei beugungsbegrenzter Kopplung) die Aufloesung in einer Bildachse steigen. Aber das Problem der sphaerischen Aberration waere immer noch vorhanden. Und warum sollte man die Spiegel auf unter 152mm abschleifen? Da wuerde zur Not auch Abblenden helfen.

Ich denke schon, dass das Verfolgen der Kombination mehrerer Spiegel mit Amateurmitteln nur bedeuten kann, entweder verschiedene Farbkanaele simultan zu nutzen oder die Kombination lediglich als Lichtsammler fuer geringe raeumliche Aufloesung zu nutzen.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: JSchmoll</i>
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ich verstehe Deinen Ansatz nicht. Das Licht von jeweils drei Spiegeln in R,G,B aufzuteilen und auf je einen Kanal einer 3D-Brille zu schicken, gibt keinen Unterschied zur Betrachtung eines einfachen Farbbildes. Es gibt ja keine Parallaxe - so wie ein Feldstecher nur im Nahraum dreidimensionale Eindruecke erwecken kann, nicht aber im Unendlichen.

<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Das ist das Weiterspinnen der Idee von weiter oben. man könnte damit eben auch Fotografieren und die 6 Kanäle übereinanderlegen.

Mit 2 Augen sieht man mehr, als mit einem. Sonst würden nicht so viele Leute Binos bauen. Da geht es nicht in erster Linie um den 3D Effekt sondern um den Mittendrin Effekt

Hallo Juergen

Was passiert wen man keine runde Eintrittspuplle mehr hat ?
In der schmallen 76 mm Ebene wird die sphärische Abberation nach meiner Vorstellung nur so gross wie bei einem 76 mm Spiegel , anders in der langen Ebene . Das Beugungsbild wird dadurch vermutlich nicht mehr rund (rotationssymetrisch). Die sphärische Abberation streut meines Wissens Licht sehr weit nach außen , sodaß das Beugungsbild der 76 mm Ebene sichtbar bleiben sollte . Das kann man dann mit dem Beugungsbild von nur einem Spiegel vergleichen . Wenn das funtioniert kann man damit die mechanische Justage testen .
Wenn nicht kann man die Spiegel soweit abschleifen das man im Extremfall zwei halbe Spiegel hat . Dann hat man sowas wie einen sphärischen Spiegel mit einer Fangspiegelstrebe und nur die Probleme der mechanischen Justage .
Die beim Abblenden (runde Blende über beide Spiegel) des äußeren Randes entstehende Eintrittspupille ist nicht so ideal aber natürlich ist das einfach zu realisieren und reduziert die sphärische Abberation
entsprechend . Also eine gute Lösung sofern erforderlich .
Ich habe keine Bedenken das die dann verbleibenden Probleme nicht für eine sehr anspruchsvolle Werksarbeit eines Modellbauers ausreichen werden .

Günter,
warum bauen wir Astrospiegel aus Glas?
Weil wir auf der Glasoberfläche die Genauigkeit hinkriegen, um das 1/4-Lambda-Kriterium (bei Spiegel 1/8-Lambda, denn Fehler gehen ja doppelt ein) hinzukriegen. Lambda ist die Wellenlänge des Lichts (~grün 500 Nanometer -&gt; 1/8-Lambda =&gt; 60 Nanometer). Bei einem Multispiegel (Segmentierter Gesamtspiegel) verlagern wir die Genauigkeit auf die Spiegelzelle, die dann die einzelnen Spiegelsegmente genauer als ~60 Nanometer zueinander halten muss. Das sind 0,06 my ... also ein Faktor ~100 genauer als die Passform einer Zylinderbuchse (Mikrometerbereich). [;)], um mal ne Hausnummer zu nennen.

Bislang beherrschen das selbst die Profi-Sternwarten nur über Regelkreise, die das aktiv mit Nano-präzisen Aktuatoren laufend nachregeln. Die Feedbackschleife selbst erfolgt über interferometrische Überwachung.

Vielleicht hilft das als Entscheidungskriterium. Beim Binobau sieht die Sache anders aus ... technisch sind das zwei Teleskope in einer Halterung in augengerechtem Abstand.

PS: Dass die Spiegel selbst u.U. passend in Form poliert werden müssen, ist ein anderes Thema ... aber durchaus mit ATM-Mitteln machbar.

Hi Rainer,

zwei Spiegel nebeneinander, mit ihren durch Verkippung vereinten Brennpunkten, wuerden entlang der kurzen Achse die sphaerische Aberration eines Einzelspiegels liefern, in der langen Achse dagegen die Aberration eines Systems produzieren, das etwa die halbe Oeffnungszahl hat. Wenn man die Spiegel jetzt entlang dieser langen Achse von aussen abtraegt, waere nichts gewonnen. Die sphaerische Aberration wuerde zurueckgehen, aber mal haette zum Schluss nur noch die Leistung eines Einzelspiegels. Das waere die erfolgreiche Kombination von Nachteilen: Leistung eines Einzelspiegels mit der mechanischen Komplexitaet eines Mehrfachspiegels.

Hi Guenter,

fuer f/9.2 bekommst Du bei 500nm ein Beugungsscheibchen von ca. 5.6 Mikrometern.

Das mit den Spiegeln fuer eine Pfannendecke in Suedfrankreich habe ich nicht verstanden. Aber ich nehme an, dass Du eine Spiegelzelle aus Epoxidharz erstellt hast. Fuer einen Einzelspiegel geht das. Da gehen ja auch Spiegelzellen aus Holz, oder eine Spiegelauflage aus Blaeschenfolie, wie von vielen Dobsonbauern ausgefuehrt. Der Spiegel muss ja nur stressfrei gelagert werden, und schlimmstenfalls verkippt er komplett ein wenig, wodurch sich die optische Achse ein wenig im Gesichtsfeld bewegt.

Das Problem ist, separate Spiegel so zu montieren, dass ihre optischen Achsen parallel bleiben. Abgesehen von einer sehr steifen Spiegelzelle kommt hier das thermische Problem zum Tragen, weshalb in der professionellen Astronomie Randsensoren und Aktuatoren verwendet werden.

Beim Hobby-Eberly-Teleskop hatte man noch gedacht, das Teleskop einmal pro Nacht am Testturm einzustellen und es dann azimutal zu drehen, um die Nachfuehrung des Objekts ueber einen Tracker zu regeln. Allein die Montage des Teleskops auf Eisenbahnschienen machte jedoch jegliche Justage zunichte, und es mussten Randsensoren eingebaut werden, die die relative Lage der Raender jedes Segmentes zum Nachbarn ueberwachen und gegebenenfalls korrigieren.

Beim zweiten Teleskop dieser Art, dem SALT in Sutherland (Suedafrika) verfaehrt das Teleskop auf einem Luftkissen ueber poliertem Beton, gefuehrt von einem Koenigszapfen. Dennoch war auch hier die Abbildung eines Sterns schnell wieder ein Sternhaufen, spaetestens bei Temperaturschwankungen. Es dauerte Jahre, bis die Erfahrung und richtige Technik da waren, um das Instrument (jetzt mit Randsensoren und Aktuatoren) sinnvoll betreiben zu koennen. Und das bei Teleskopen, die nie als hochaufloesende Bildgeber, sondern als Lichtsammler fuer faseroptische Spektrografen gedacht sind.

Günter,
bei einem segmentierten Spiegelsystem kannst du prüfen, ob die Oberflächenabweichungen innerhalb eines Segments so klein sind, dass man das Segment selbst als Sphäre ausführen kann. Beim Foucaulttest läuft das darauf hinaus, dass ein Segment in eine der Zonen fällt. Zonenrechner (also wie viele Zonen machen Sinn) liefern einschlägige Programme zur Schnittweitenanalyse des Foucaulttests.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...aber bei F9,2 auch nicht ein unüberwindbarer Einwand<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Ich glaube, du vergleichst jetzt Äpfel mit Birnen. Die Spiegelzelle für einen Spiegel zu bauen, ist eine Sache. Eine Zellenkombination für mehrere Spiegel, die segmentiert einen großen Spiegel ersetzen, eine andere. Im ersten Fall geht es um eine möglichst "moment-/kraftfreie" Zelle, so dass der eine Spiegel sich nicht verbiegt. Die mechanische/thermische Stabilität des Spiegelträgers leistet hier die Hauptarbeit für ein vernünftiges Abbild, weshalb ja Kunststoffspiegel usw. nicht in Frage kommen und man den Spiegel so aufwändig parabolisiert.

Im zweiten Fall müssen alle Segmente zueinander auf Position gebracht werden und bei Lastwechsel auch halten. Und das betrifft nicht nur die optische Achse, sondern auch die Höhenlage der Segmente. Es geht schließlich um die kontrollierte Weglänge des Lichts von der opt. Fläche bis zum gemeinsamen Abbildungspunkt, damit die einzeln Flächen ihren Beitrag zum Gesamtbild leisten.

Die Öffnungszahl ändert nichts daran, dass die Flächenabweichungen auf ~ 5 Dutzend Nanometer getroffen werden müssen. Sie macht es nur einfacher, weil man weniger Abweichung zur besonders einfachen Sphäre hat.

PS:
Bei einem "Lichteimer" läuft es am Ende darauf hinaus, dass man durch die Öffnung selbst mit nur 50% Strehl immer noch mehr sieht, als mit einem kleinen Teleskop. Aber auch da gibt es Grenzen, wenn es um das Auflösungsvermögen geht. Nicht umsonst brauchte Hubble seinerzeit eine Brille [;)]
Hier auf der Erde wird die Atmosphäre meist zum Flaschenhals.

Günter,
einfach gesagt: Auf 1/8-Lambda muss die Spiegeloberfläche zu einer Idealfläche passen, wenn es beugungsbegrenzt sein soll.

Nimm die Kreisfunktion (x²+y² = r² mit f = r/2) und Parabelfunktion (y = ax² mit f = 1/4a) und rechne Dir aus, ob die Funktionswerte bei +38 und -38 mm bei gegebener Brennweite mehr als die geforderten ~65 nm voneinander abweichen. Sind es weniger, kannst du den 76mm-Spiegel einfach als Sphäre polieren. Kommt die 76mm-Scherbe off-axis zum Einsatz (Außensegmente) musst du die Abweichungen auf x-38mm und x+38mm (x-gibt die Off-axis-Lage der Scherbenmitte an) berechnen. Mach dir eine Skizze ... Im Off-Axis-Fall kann man durch minimale Anpassung der Brennweite der Scherbe die Abweichungen minimieren.