Optik des 1m Cassegrain am OHL. Teil 1

Das 1m Teleskop auf dem Hohen List soll in Kürze eine neue Verspiegelung bekommen. Ebenfalls ist ein neuer Reducer/Korrektor geplant, der von Harrie Rutten entwickelt wird. Er soll die lange Brennweite auf 6,5m verkürzen und damit auch die „Lichtstärke“ des Systems erhöhen. Das Bildfeld wird auf die Chips von Vollformatkameras abgestimmt. Einzelheiten dazu werde ich in Teil 2 beschreiben.

Viele von Euch werden ja das brühmte Buch von Rutten / van Venrooij im Regal haben. Soweit ich weiß, sehen einige da aber nie rein. Schade, denn wer sich für Fernrohre interessiert kann da doch soooo viel lernen.

Im folgenden möchte ich ein wenig Werbung für das Programm SYNOPSYS machen. Es erlaubt in der kostenlosten Version bis zu 12 optische Flächen zu modellieren.  Damit kommt man im Astrobereich schon ziemlich weit, wie wir gleich sehen werden.

Aus den Originalunterlagen unseres Teleskops lesen wir die optischen Daten ab:

Cassegrain 1.08m F/15, Bildfeld 0.4°, Entfernung zwischen Primär- und Sekundärspiegel 3.33m. Der Backfocus kann durch Verschieben des Sekundärspiegels um 0.25m variiert werden.

Wir übertragen die Werte in den Editor von SYNOPSYS:

Bild 1

und stellen das Ganze grafisch dar.

Das System wurde durch den Befehl  ‚3 YMT 0.0‘ schon fokussiert und wir sehen die Spotdiagramme im unteren Bereich. Links auf der optischen Achse, auf der ein Cassegrain ja ein perfektes Beugunsscheibchen liefert, ganz rechts die Abbildung am Bildrand bei 0.2° und in der Mitte bei 75% des Winkels. Hier sehen wir deutlich Koma, was typisch für solche Teleskope ist.

Weitere Bildfehler 3. Ordnung (Seidel Aberrationen) listet der Befehl „third“.

Diese Fehler wachsen mit der 3. Potenz des Abstandes zur optische Achse.

Sphärisch Aberration ist klein, Coma und Astigmatismus sind um 2 Größenordnungen ausgeprägter.

Natürlich kann man es noch genauer haben. „fifth“ zeigt die Aberrationen 5. Ordnung. Später werden wir noch die Koeffizienten der  Zernike-Polynome sehen.

Der Befehl „spec“ zeigt eine längliche Liste unserer Teleskopdaten:

Wie sieht jetzt ein, sagen wir mal, Doppelstern im Teleskop aus, der im Abstand 0.8*0.2° von der optischen Achse abgebildet wird, bei den Fraunhoferfarben C,F,G?

Wir sehen die nicht perfekten Beugungsscheibchen in hoher Vergrößerung.

Die Abbildung oberhalb zeigt uns den Fokusbereich im Längsschnitt.

Hier sehen wir die Koma am Bildfeldrand.

Wellenfront und Zernike-Koeffizienten auf halbem Weg zum Bildfeldrand.

Die zu nutzenden Spektralfarben kann man sich im „Spectrum Wizard“ auswählen. Hier 5 Farben für einen CCD-Detector von SBIG.

Allerlei komplizierte Diagramme lassen sich auch erzeugen. So lassen sich weiter Details der Optik ablesen.

Mal ein etwas komplizierterer Spektrograph.

Einen ausgefeilten Optimizer für ein in Arbeit befindliches System gibt es natürlich auch.

Optische Systeme zu optimieren ist nicht einfach. Durch eine endlose Zahl lokaler Minima gibt es selten die eine, perfekte Lösung. Um da dennoch weiterzukommen nutzt man die Methode des „simulated annealing“

Kann SYNOPSYS auch.

Klar, wer Photoshop oder PixInsight schon kompliziert findet, kommt hier aus dem Staunen nicht mehr raus: Wie kompliziert die Welt sein kann …

Man muß aber nicht alles sofort können. Spielerisch anfangen, mit einem einfachen System wie diesem Teleskop. Irgendwann kommt der Spaß dabei.

Harrie Rutten muß sich noch mit den fast unendlichen Eigenschaften von optischem Glas quälen, Reflexe, Toleranzen, Schmelzdaten, Glaspreise und Verfügbarkeit … berücksichtigen. Kann SYNOPSYS natürlich auch. Ich aber nicht so gut 🙁

Auch die lax hingeschriebene Zeile:

„Wir übertragen die Werte in den Editor von SYNOPSYS:“

muß ich noch kommentieren.

Die „Programmiersprache“ von SYNOPSYS ist natürlich alles andere als einfach, besonders wenn die Gläser noch dazu kommen. Selbst wenn man es eine Weile leidlich kann, hat man es nach ein paar Monaten schon wieder vergessen. In solchen und ähnlichen Fällen schreibe ich mir ein Program in Python, das bei seiner Ausführung ein Programm schreibt …

Ich tippe dann nur: Cassegrain(D=1,f1=4.5,f=15,phi=0.2,bfl=0.7) und schon habe ich das Progamm aus Bild 1.

Beim RC ist das komplizierter, da zwei konische Konstanten ins Spiel kommen (CC1 und CC2 <-1,   CC=-1 ist beim Cass  ja festgelegt). Der Befehl  ritchey_chretien(scale=0.4) nimmt ein Standardteleskop von D=1m, f/D = 8, phi=0.4° und rechnet es um, hier auf D=0.4m. Die Zahlen kann man dann in SYNOPSYS noch anpassen.

Mit SYNOPSYS kann man natürlich auch  Teleskopprobleme lösen, wie ich es schon mal im Zusammenhang mit meinem RC beschrieben hatte.

Siehe auch: Was will uns die MTF nur sagen?

Das Buch der Bücher über „Telescope Optics“ gibt sogar kostenlos zum Download.