Введение
Телескоп Пфунда, разработанный А. Х. Пфундом, предоставляет альтернативный способ поддержания фиксированной фокусной точки телескопа в пространстве, независимо от направления линии визирования. Конструкция Пфунда использует двухосевое плоское зеркало ввода, которое отражает звездный свет в неподвижное параболическое зеркало, обычно с горизонтальной оптической осью. Парабола фокусирует свет через центральное отверстие в плоском зеркале ввода в удобную точку на некотором расстоянии позади зеркала. В данной конфигурации не требуются поддерживающие элементы (пауки) или вторичные зеркала, как в схеме Ньютона. Это устраняет дифракцию и затенение от поддерживающих элементов, а также рассеяние и поглощение света вторичным зеркалом, что повышает яркость и контрастность изображения.
Относительно конструкции
Поверхность подачи устанавливается на двухосную монтировку по азимуту и углу места. Сервоприводы по азимуту и углу места должны постоянно контролироваться при движении объектов по небу, используя векторное сложение для вычисления движения зеркала в реальном времени. Один вектор (V1) неподвижен и направлен от центра поверхности подачи к центру фиксированного параболоидного зеркала. Другой вектор (V2) направлен от центра поверхности подачи к отслеживаемому объекту, который, естественно, движется по небу со временем. Нормаль к поверхности зеркала подачи является трехмерным биссектором векторов V1 и V2, нормализованным до единичной длины. Если – мгновенные единичные векторные компоненты нормали к поверхности зеркала, то угол возвышения зеркала равен , а угол азимута зеркала равен . Поле телескопа Пфунда вращается с неравномерной скоростью во время слежения, что исключает возможность длительной астрофотографии, если не используется матрица управления деротацией и оптика для компенсации вращения поля. Отверстие в передней части прицельной плоскости Пфунда должно быть достаточно большим, чтобы пропускать желаемое поле зрения с минимальным виньетированием (затемнением части света от параболоида) для минимизации центрального затенения. Отверстие в плоскости должно иметь коническую форму, расширяясь наружу к задней части плоскости под углом не менее 45°, чтобы предотвратить виньетирование изображения задней частью управляющей плоскости при больших углах наклона зеркала. Передняя отражающая поверхность плоскости Пфунда должна быть отполирована до чрезвычайно высокой плоскостности, гладкости и без зон. В идеале плоскость должна быть плоской с точностью до примерно 25 нанометров от пика до пика. Передняя поверхность должна точно лежать в плоскости оси вращения по углу места, чтобы минимизировать необходимую апертуру плоского зеркала. Это требует установки противовесов, выступающих вперед от зеркальной ячейки для балансировки нагрузки на сервопривод по углу места. Диаметр плоскости Пфунда обычно больше диаметра фокусирующего параболоида; его размер представляет собой компромисс между полным освещенным полем зрения и стоимостью и весом плоскости. Если Пфунд предназначен для обеспечения полного освещения поля под углом 90°, то минимальный диаметр плоскости должен быть не менее чем в два раза больше диаметра параболоида. Диафрагменное отверстие – это край фокусирующего параболоида, поэтому поверхность подачи должна быть немного больше диаметра по оси, необходимого для максимального освещения в пределах желаемого поля. В телескопе поиска сверхновых обсерватории Макдональда использовалась конфигурация Пфунда, при этом диаметр поверхности подачи составлял 24 дюйма, а фокусирующее зеркало – параболоид 18 дюймов с фокусным отношением f/4.5.
The field of a Pfund telescope rotates at a nonuniform rate during tracking, precluding it from long exposure astrophotography, unless a derotation control matrix and optics are used to compensate field rotation. The hole in the front face of a Pfund tracking flat should only be large enough to pass the desired field of view with minimum vignetting (blocking of part of the light from the paraboloid) to minimize central obstruction. The hole through the flat must be conically shaped, opening outward toward the back of the flat with at least a 45° cone, to prevent vignetting of the image by the back of the steering flat at high mirror tilt angles. The front reflective face of the Pfund flat must be polished extremely flat, smooth and zone free. The flat should ideally be flat to within about 25 nanometers peak to valley error. The front face should lie precisely in the plane of the elevation rotation axis to minimize the required flat mirror aperture. This creates the need for counterweights extending forward from the mirror cell to balance the load on the elevation servo drive. The diameter of the Pfund flat is generally larger than the focusing paraboloid; its size is a design trade off between fully illuminated field of view coverage and flat cost and weight. If the Pfund is intended to provide fully illuminated field coverage at a 90° flat angle, then the minimum flat diameter must be at least times the paraboloid diameter. The aperture stop is the rim of the focusing paraboloid, thus the feed flat has to be slightly larger than the on axis diameter required to maximize illumination over the desired field. The McDonald Observatory Supernova Search Telescope used the Pfund configuration, and its feed flat diameter was 24″, while the focusing mirror was an 18″ f/4.5 paraboloid.
U.C. Berkeley: Инфракрасный пространственный интерферометр
Примерами телескопов Пфунда служат инфракрасный пространственный интерферометрический массив Калифорнийского университета в Беркли. Помимо веб-сайта массива, описание прибора можно найти в работах Таунса (1999) и Мэнли (1999).
Обсерватория Макдональда: телескоп поиска сверхновых
Телескоп поиска сверхновых Джорджа Б. Рен в обсерватории Макдональда и новый телескоп Рен Маркарио для посетителей с ограниченными возможностями в Центре посетителей обсерватории Макдональда (ввод в эксплуатацию запланирован на начало 2007 года) оба основаны на конфигурации Пфунда. Телескоп для посетителей с ограниченными возможностями уникален тем, что в нем будут использоваться два зеркала 18" f/8, расположенных на линии север-юг и обращенных друг к другу, с отклоняющим зеркалом посередине. Северное 18-дюймовое зеркало охватывает северное полушарие неба, а южное 18-дюймовое зеркало – южное полушарие, обеспечивая тем самым полное покрытие неба, что невозможно при использовании конфигурации Пфунда с одним зеркалом. 24-дюймовое отклоняющее зеркало и узел визирования вращаются по азимуту к любому из зеркал. Каждое полушарие имеет собственное фиксированное местоположение изображения. Телескоп для посетителей с ограниченными возможностями полностью соответствует требованиям Закона об американцах с ограниченными возможностями.
Телескоп Фандингсленда
Джон О. Фандингсленд, по-видимому, не был знаком с конструкцией телескопа Пфунда и независимо разработал ту же оптическую схему. В 1999 году он опубликовал описание своего прототипа с апертурой 4 дюйма в любительском астрономическом журнале.