Солнечные телескопы: устройство и особенности наблюдений

Введение

Телескоп, используемый для наблюдения за Солнцем

Солнечный телескоп – это специализированный телескоп, предназначенный для наблюдения за Солнцем. Солнечные телескопы обычно регистрируют свет с длинами волн в видимом спектре или вблизи него. Устаревшие названия солнечных телескопов включают гелиограф и фотогелиограф.

Профессиональные солнечные телескопы

Солнечным телескопам требуется оптика, достаточно большая для достижения наилучшего возможного дифракционного предела, но менее важная с точки зрения светособирающей способности, чем для других астрономических телескопов. Однако, в последнее время, новые, более узкие фильтры и более высокая частота кадров также привели к тому, что солнечные телескопы стали работать в условиях дефицита фотонов. Как солнечный телескоп Даниэля К. Инуйе, так и предлагаемый Европейский солнечный телескоп (EST) имеют большие апертуры не только для увеличения разрешения, но и для повышения светособирающей способности. Поскольку солнечные телескопы работают днем, качество изображения обычно хуже, чем у ночных телескопов, так как земля вокруг телескопа нагревается, вызывая турбулентность и ухудшая разрешение. Для смягчения этого эффекта солнечные телескопы обычно строят на башнях, а конструкции окрашивают в белый цвет. Голландский открытый телескоп построен на открытом каркасе, чтобы позволить ветру проходить сквозь всю структуру и обеспечивать охлаждение вокруг главного зеркала телескопа. Другая специфическая проблема для солнечных телескопов – тепло, генерируемое сильно сфокусированным солнечным светом. Поэтому тепловой стоп является неотъемлемой частью конструкции солнечных телескопов. Для солнечного телескопа Даниэля К. Инуйе тепловая нагрузка составляет 2,5 МВт/м², с пиковой мощностью 11,4 кВт. Цель такого теплового стопа – не только выдерживать эту тепловую нагрузку, но и оставаться достаточно холодным, чтобы не создавать дополнительную турбулентность внутри купола телескопа. Профессиональные солнечные обсерватории могут иметь основные оптические элементы с очень большими фокусными расстояниями (хотя и не всегда, как в случае с Голландским открытым телескопом) и световые пути, работающие в вакууме или гелии для устранения движения воздуха, вызванного конвекцией внутри телескопа. Однако, это невозможно для апертур больше 1 метра, поскольку разница давления у входного окна вакуумной трубы становится слишком большой. Поэтому солнечный телескоп Даниэля К. Инуйе и EST оснащены активным охлаждением купола для минимизации разницы температур между воздухом внутри и снаружи телескопа. Из-за узкого пути Солнца по небу некоторые солнечные телескопы фиксируются в определенном положении (иногда даже зарываются в землю), а единственной движущейся частью является гелиостат для слежения за Солнцем. Примером такого телескопа является солнечный телескоп Мак-Мэт Пирса.

Solar telescopes need optics large enough to achieve the best possible diffraction limit but less so for the associated light collecting power of other astronomical telescopes. However, recently newer narrower filters and higher framerates have also driven solar telescopes towards photon starved operations. Both the Daniel K. Inouye Solar Telescope as well as the proposed European Solar Telescope (EST) have larger apertures not only to increase the resolution, but also to increase the light collecting power. Because solar telescopes operate during the day, seeing is generally worse than for night time telescopes, because the ground around the telescope is heated, which causes turbulence and degrades the resolution. To alleviate this, solar telescopes are usually built on towers and the structures are painted white. The Dutch Open Telescope is built on an open framework to allow the wind to pass through the complete structure and provide cooling around the telescope's main mirror. Another solar telescope specific problem is the heat generated by the tightly focused sunlight. For this reason, a heat stop is an integral part of the design of solar telescopes. For the Daniel K. Inouye Solar Telescope, the heat load is 2.5 MW/m2, with peak powers of 11.4 kW. The goal of such a heat stop is not only to survive this heat load, but also to remain cool enough not to induce any additional turbulence inside the telescope's dome. Professional solar observatories may have main optical elements with very long focal lengths (although not always, Dutch Open Telescope) and light paths operating in a vacuum or helium to eliminate air motion due to convection inside the telescope. However, this is not possible for apertures over 1 meter, at which the pressure difference at the entrance window of the vacuum tube becomes too large. Therefore, the Daniel K. Inouye Solar Telescope and the EST have active cooling of the dome to minimize the temperature difference between the air inside and outside the telescope. Due to the sun's narrow path across the sky, some solar telescopes are fixed in position (and are sometimes buried underground), with the only moving part being a heliostat to track the Sun. One example of this is the McMath Pierce Solar Telescope.

Солнечные телескопы любительского назначения

В области любительской астрономии существует множество методов наблюдения Солнца. Любители используют всё – от простых систем для проецирования изображения Солнца на лист белой бумаги, светофильтров, клинов Гершеля, отводящих 95% света и тепла от окуляра, до систем фильтров водорода-альфа и даже самодельных спектрогелиоскопов. В отличие от профессиональных телескопов, любительские солнечные телескопы обычно значительно меньше по размеру. В обычном телескопе для снижения яркости Солнца до допустимого уровня используется сильно затемнённый фильтр на входном отверстии трубы. Поскольку наблюдается весь доступный спектр, такое наблюдение называют наблюдением в "белом свете", а фильтр на входном отверстии – "фильтром белого света". Проблема заключается в том, что даже ослабленный полный спектр белого света часто скрывает многие детали, связанные с солнечной активностью, такие как протуберанцы и особенности хромосферы (то есть поверхности Солнца). Специализированные солнечные телескопы обеспечивают чёткое наблюдение таких H-альфа-излучений благодаря использованию фильтра полосы пропускания, реализованного с помощью эталона Фабри-Перо.