Sterntest und Spiegelfehler

Sterntest und Spiegelfehler

Ein Newton, dessen Fehler Sie wählen: seine Kollimation (der Brennpunkt des Hauptspiegels neben der Achse des Okularauszugs, was Koma ergibt) und die Figur seines Spiegels (Astigmatismus, das Trefoil eines verspannten Spiegels, unter- oder überkorrigierte sphärische Aberration, eine abfallende Kante). Jeder Fehler wird in Nanometern RMS der Wellenfront bei 550 nm angegeben (die Kante als PV): λ/14 RMS, 39 nm, ist das Maréchal-Kriterium, die Grenze eines beugungsbegrenzten Instruments (Strehl 0,8). Das oft zitierte Rayleigh-Kriterium, ein Viertel Lambda PV, ist etwa dasselbe: bei sphärischer Aberration 41 nm RMS.

Woher die Koma kommt: von der Kollimation und vom Ort des Sterns im Feld. Ein Paraboloid hat auf seiner Achse keine, abseits davon immer mehr. In einem kollimierten Newton fällt die Achse in die Okularmitte; dejustiert fällt sie daneben, und ein Stern in der Feldmitte zeigt die Koma, die er so weit abseits der Achse hätte: der Versatz des Brennpunkts geteilt durch die Brennweite. Ein Stern abseits der Mitte hat zusätzlich die Koma seines eigenen Abstands (der Schieberegler unter den Sternansichten); beide addieren sich wie Pfeile. Eine in den Spiegel polierte Koma läuft auf dasselbe hinaus (ein leicht von der Seite gesehenes Paraboloid), und die Kollimation am Stern beseitigt sie; deshalb hat sie keinen eigenen Schieberegler.

Das Bild eines Sterns wird mit Beugung berechnet: das Licht durch den Spiegel (ohne den Schatten des Fangspiegels und der Spinne) mit seiner verformten Wellenfront, fouriertransformiert, im weißen Licht. Vor und hinter dem Fokus gibt ein perfekter Spiegel zwei gleiche Bilder (umgekehrt); ein Fehler macht sie verschieden: Das ist der Sterntest. Sphärik hellt auf einer Seite den Rand und auf der anderen die Mitte auf, Astigmatismus zieht das Bild in zwei gekreuzte Richtungen, Koma durch Dejustage verschiebt es zur selben Seite.

Jupiter: ein Foto von Hubble, so unscharf, wie es dieses Teleskop zeigen würde, Farbe für Farbe (Rot, Grün und Blau jeweils bei ihrer eigenen Wellenlänge), samt dem, was Fehler und Kollimation daran wegnehmen. Jupiter wird mit 40″ Durchmesser gezeigt, etwa seinem Mittelwert (30″ nahe der Konjunktion, 50″ in den günstigsten Oppositionen).

Ein mit dem Foucault-Test gemessener Spiegel: Der Link unter seinem Profil bringt ihn hierher, seine Sphärik und seine abfallende Kante auf ihren Schiebereglern, der Rest unverändert hinzugefügt. Die Werte weichen etwas von denen des Foucault-Tests ab: Dieser Test gibt, wie Foucault2 und die Methode von Texereau, jeder Zone einen einzigen Wert, den Mittelwert ihrer beiden Ränder, und übergeht, was die Oberfläche innerhalb einer Zone tut; hier wird das Profil von einem Messpunkt zum nächsten über den ganzen Spiegel verfolgt. Der RMS-Wert des Foucault-Tests ist daher etwas optimistisch, umso mehr bei wenigen Zonen; bei 10 bis 15 Zonen wird der Unterschied klein. Um einen Spiegel zu vergleichen, dessen Mitte der Fangspiegel verdeckt, setzen Sie im Foucault-Test das Häkchen bei „Vom Fangspiegel verdeckte Mitte auslassen“.

Das Seeing, auf Wunsch: eine Schicht turbulenter Luft (Kolmogorov, äußere Skala 20 m), vom Wind mit 3 m/s über den Spiegel getragen, ihre Wellenfront zu der des Spiegels addiert, für den Stern und für Jupiter. Ihre Stärke wird in Bogensekunden angegeben, der Breite eines Sterns in einer Langzeitbelichtung (das Seeing der Berufsastronomen und der Vorhersagen); sie legt r₀ fest, die Größe der Luftzellen (7,4 cm bei 1,5″). Jedes Bild summiert, was das Auge in 0,1 s sieht; vierzig Bilder ergeben eine Schleife von 4 s. Ist der Spiegel kleiner als r₀, sieht er vor allem das Bild tanzen; ist er größer, brodelt es.

Bild: NASA, ESA, STScI.