原则上太阳望远镜可以与恒星望远镜一样,直接用CCD电荷耦合器件检测太阳像对设定位置的偏离,对望远镜的跟踪运动进行实时校正,即自动导星。但太阳比之一般恒星有其特殊性:一是角直径很大(32′),光学系统可获得较大像;二是现代太阳望远镜多用于局部观测,主光路中太阳像无完整的边缘但有细节亮度变化。这使得太阳望远镜导星可采用特殊的方法。太阳望远镜导星主要有以下几种方法:
太阳望远镜导星方法
精确控制太阳望远镜跟踪目标的方法。
- 英文名称
- guiding methods for solar telescopes
- 所属学科
- 天文学
用CCD电荷耦合器件或PSD位置敏感器件等图像位置探测器接受全日面太阳像而获得位置误差信号。该方法由于受器件尺寸限制,太阳像不能太大。
该方法一般需要较大的太阳像(对主焦点太阳像用转像镜再次放大),其上沿两正交方向各设置一对狭缝,使太阳像边缘落在狭缝中心,用光电管接受通过狭缝的太阳光,当太阳像偏向一侧时,该侧光电流增大而另一侧光电流减小,因此可将一对狭缝所得光电流之差作为望远镜的导星信号。狭缝方向可有切向和径向两种安排,切向安排狭缝灵敏度较高,但为适应太阳像大小的周年变化,狭缝间距要作频繁调整;而径向安排狭缝的性能则与之相反。此方法也可采用4个小型CCD,用以代替狭缝-光电管,直接获取数字信号。
该方法要在太阳像边缘4处采样,比较麻烦。作为其改进,是用特殊光路将太阳边缘的4个局部像拼接起来,围成一个小黑斑(图a),以便于用小型CCD接受并求其重心,以此作为太阳像的中心而加以锁定。所用光路有以下两种:
①用剖分透镜(或剖分凹面镜)对太阳成像,可获得4个独立的太阳像,通过对剖分透镜间距的调整(对剖分凹面镜则是倾角调整),使4个太阳像围成的黑斑大小合适(图b)。
②在物镜前面加方向不同的4块楔镜(图c),图中箭头表示楔镜从薄到厚的方向,同样可获得4个独立的太阳像,其相对位置由楔镜楔角决定。
对于以上两种导星方法,如主光路是观测局部太阳像的,则主光路太阳像中心和导星光路太阳像中心的几何关系,可用机构进行调整,并有位移传感器显示。
以上导星光路对消像差的要求不高,但应加一有色滤光片,以减小太阳像边缘的色差。
如望远镜仅有局部太阳像,则没有太阳像边缘可利用,但存在丰富的亮度变化的细节。考察先后观测到的两幅太阳局部图像,如两者时间间隔很短,则可以认为太阳活动和观测系统变化都不大,两者差别主要在于两维方向的整体偏离。为求出偏离量的大小和方向,以前一幅图像为参考,将以后观测到的图像做一系列二维移动,并与原图像做相关计算(相关函数的自变量就是移动量),与相关函数极大值对应的移动量就等于两者的实际偏离量。经过一定时间后,要换用新的参考图像,以免掺入太阳活动的影响。相关跟踪可直接采用主光路太阳像,不需另设导光路镜。
一般太阳导星可有1"左右的精度,CCD采样及相关跟踪的方法可望获得更高的精度。
条目图册
扩展阅读
- O. von der Luhe.A study of a correlation tracking method to improve imaging quality of ground-based solar telescopes.Astronomy and Astrophysics,1983,119:85-94.
- 邓建, 孙敬颢.太阳望远镜相关跟踪器.中国天文学会97天文望远镜及仪器新技术学术交流会,1997.