Teleskop und Optik

Die Abbildung zeigt einen Schnitt durch die schematische Darstellung der Teleskopstruktur. Die Position der einzelnen Spiegel ist bezeichnet. Der Verlauf des Strahlengangs ist rot eingezeichnet.

Das GREGOR Teleskop ist in vollständig offener Bauweise konstruiert. Dies verhindert die Bildung von internem Seeing. Die Teleskopstruktur ist eine offene, steife Serrurier-Struktur und hat eine Alt-azimutale Montierung. Die Eigenfrequenz der Struktur ist im Bereich von etwa 12 Hz. Die Oberfläche der Teleskopstruktur ist so gestaltet, dass die Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur kleiner als 0.2° K bleibt. Die Nachführgenauigkeit ist im Bereich 0.2 bis 0.5 Bogensekunden. Die absolute Positioniergenauigkeit liegt im Bereich von unter 1 Bogensekunde. Diese Eigenschaften bleiben auch bei hohen Windgeschwindigkeiten (bis zu 20 m/s) erhalten. 

Die Teleskopstruktur wurde im Jahr 2004 auf Teneriffa installiert und danach in Betrieb genommen. Wissenschaftliche Beobachtungen finden seit 2014 statt. Zur Überprüfung der Nachführgenauigkeit wurden Tests durchgeführt, die die Anforderungen bestätigten. 

GREGOR Kontrollsystem

Graphische Benutzerschnittstelle des GREGOR Kontrollsystems.

Das GREGOR Teleskop-Kontrollsystem besteht aus verschiedenen Modulen. 
Nachführung, Steuerung der Antriebe, Kühlung des M1 werden von einem System gesteuert, welches vom Hersteller des Teleskops  geliefert wurde. Es empfängt die Befehle zur Positionierung und Nachführung vom GREGOR Kontrollsystem (GCS). Das GCS ist das Graphische User Interface (GUI) für den Benutzer. Es rechnet die Koordinaten für die Nachführung aus, die durch die Position der Sonne am Himmel und des gewünschten Beobachtungsausschnittes auf der Sonne bestimmt werden. Das Kontrollsystem steuert auch die Bewegungen des Bildderotators und anderer optischer Komponenten im Strahlengang des Teleskops. 

Die adaptive Optik und die wissenschaftlichen Postfokusgeräte haben eigene graphische Benutzer-Schnittstellen und können mit dem GREGOR Kontrollsystem über eine standardisierte Kommandosprache kommunizieren. 

Mit Hilfe des GCS ist es möglich das Teleskop und die wissenschaftlichen Instrumente von einem Kontrollraum im 3. Obergeschoss zu steuern. Dies minimiert die durch die Beobachter verursachten Störungen.  

Die wichtigsten optischen Eigenschaften

  • 1500mm freie Apertur
  • Gregory Konfiguration mit zusätzlichem tertiären Spiegel (M3)
  • Leichtgewichtete Spiegel
  • Integrierte Adaptive Optik
  • Bild-Derotator
  • nominelles Bildfeld 150" (max. 300")
  • Effektive Fokallänge: 55.6m (F/38)
  • Geringe Instrumentelle Polarisation. Polarisations- und Kalibrationseinheit im symmetrischen Strahlengang
  • Wellenlängenbereich von 350nm bis mehrere µm
  • Zusätzlich Nachtbeobachtungen möglich
  • Primärspiegel (D=1,5m) aktiv temperaturstabilisiert 
  • M2 (D=0.43m) und M3 (D=0,36m) sind passiv gekühlt

Das Teleskop hat eine Gregory Konfiguration mit drei abbildenden Spiegeln. Der Primärspiegel (f/1,7) ist temperaturstabilisiert (bei 200W absorbierter Leistung soll die Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur kleiner als 0.5°C sein). Eine gekühlte Feldblende (F1 field stop) begrenzt das Gesichtsfeld auf nominell 150" (maximal 300") und reflektiert das nicht genutzte Licht aus dem Teleskop. Der elliptisch geformte Sekundärspiegel (M2, F/1,29) vergrößert das Primärbild und erzeugt den Sekundärfokus (F2) 200mm oberhalb der Elevationsachse. Eine Polarimetrie Einheit ist in der Nähe der Sekundärfokalebene in der Symmetrieachse des Teleskoptubuses eingebaut. Ein elliptisch geformter tertiärer Spiegel M3 (F/3,97) bildet den sekundären Fokus mit Hilfe von M4 und durch den Coudé Strahlengang (M4, M6, M7) in das Optiklabor auf den tertiären Fokus (F3) ab.

Zur Fokussierung beim tertiären Fokus F3 kann der Spiegel M3 auf einem Verschiebetisch axial motorisch verschoben werden. 

Die Bilddrehung, verursacht durch die alt-azimutale Konstruktion, kann durch einen in den Strahlengang hinein bewegbaren Bild Derotator mit drei Spiegeln kompensiert werden. 

Ein ebener Spiegel M11 lenkt den Strahl horizontal in die Adaptive Optik. M11 und die folgenden Spiegel der Adaptiven Optik sind auf einem senkrecht montierten optischen Tisch im Optiklabor platziert. Um das Teleskop ohne Adaptive Optik zu benutzen, kann M11 aus dem Strahlengang gefahren werden. 

Der durch die adaptive Optik generierte Fokus (Science Focus) kann durch einen rotierenden Umlenkspiegel auf verschiedene Postfokus-Instrumente verteilt werden. 

Spiegel

Ursprünglich war es geplant, die ersten drei Spiegel des GREGOR Teleskops aus leichtgewichteten Silzium-Karbid Material (hier Cesic) herzustellen. Für den Primärspiegel hätte sich ein Gewicht von nur etwa 90kg ergeben. Cesic hat eine sehr gute thermale Leitfähigkeit. Sie ist mehr als 100 mal so gut wie die von den üblicherweise in der Astronomie verwendeten Glaskeramiken mit geringer thermaler Ausdehnung. Daher ergibt sich eine sehr homogene Spiegeltemperatur welches die Kühlung der reflektierenden Oberfläche erleichtert. Bei Ausrichtung des Primärspiegels auf die Sonne werden etwa 200W absorbiert und ohne entsprechende Kühlung die Spiegeloberfläche und umgebene Luft erwärmen. Dies hätte dramatische Einbußen bei der Bildqualität zur Folge. Die Temperatur des GREGOR Primärspiegels soll mit Hilfe eines Kühlsystems auf eine Temperaturdifferenz kleiner als 0.5°C zur Umgebungstemperatur stabilisiert werden. 

Technologische Probleme verhinderten die Produktion des 1.5 m großen Primärspiegels aus Cesic. Daher wurde der leichtgewichtete Hauptspiegel aus Zerodur gefertigt. Das Gewicht des Spiegels beträgt etwa 215kg. Die Kühlung und Montierung des Spiegels wurde dem Material angepasst werden, damit eine ähnliche Performance erreicht wird. Die Sekundär- und Tertiär-Spiegel aus Cesic wurden durch entsprechende Spiegel aus Zerodur ersetzt.

 

Adaptive Optik

Das GREGOR Teleskop hat eine "high order" Adaptive Optik. Sie erlaubt beugungsbegrenzte Auflösung (0.08") für Beobachtungsbedingungen mit einem rvon größer 10cm. Die Wellenfrontverformung wird mit einem Wellenfrontsensor mit 156 Subaperturen gemessen. Der deformierbare Spiegel mit 256 Aktuatoren erlaubt die Korrektur der Wellenfront mit 140 Moden mit einer Rate von 2000Hz.

Für die nahe Zukunft ist geplant eine Multi-konjugierte adaptive Optik zu installieren. Diese erlaubt die Korrektur von Störungen auf einem 10mal so großen Bildbereich.