分散型開口望遠鏡とトンボ望遠アレイ

一眼レフカメラ用望遠レンズを２４本１セットで分散開口望遠鏡とし初めに２セットで観測。最終１６８本でDragonfly Telephoto Array。以下、機械翻訳。
分散型開口望遠鏡とトンボ望遠アレイ
2022年9月15日提出
望遠鏡アレイにより、高性能の広視野イメージングシステムを従来の望遠鏡よりも迅速かつ低コストで構築できます。分散開口望遠鏡(その最たる例がトンボ望遠アレイ)は、すべての望遠鏡が空のほぼ同じ位置を指す特殊なタイプのアレイです。この構成では、アレイは大規模で光学的に非常に高速な単一の望遠鏡のように機能し、体系的なエラーを異常に適切に制御します。広い視野にわたる低表面輝度イメージングなど、いくつかの重要な分野では、分散開口望遠鏡は従来の測量望遠鏡を大きく上回ります。これらの議事録では、分散開口望遠鏡の理論的根拠を概説し、コンセプトの長所と短所を強調します。計画が優れている観測パラメータ空間の領域が識別されます。これらは、比較的未踏であり、異常に強いブレークスルーの可能性を秘めた天体物理学の分野に対応しています。

キーワード: 望遠鏡アレイ, 低表面輝度銀河, トンボ望遠アレイ


図 1. 45x50 arcmin2
SPIDER フィールドの中央領域、高銀河緯度の拡散 HI ガス領域。
トンボ (左) と DESI Legacy Imaging 調査 (右)。 露出時間は似ています。 DESI イメージでは、低い
周波数パワーは、センサー モザイクから画像を構築するために必要なスカイ モデリング アルゴリズムによって抑制されます。
個々のセンサーには、両方のパネルの緑色の四角で示されているように、0.25° × 0.25° のフットプリントと構造があります。
このスケールでは削除されます。 Dragonfly の分散開口設計は、ある意味で「モザイク望遠鏡アレイ」です (モザイクではありません)。
センサー アレイ)、個々のセンサーが非常に広い視野 (数平方度) をカバーし、表面の明るさが低い
構造はよく保存されています。


図 2. 48 レンズの Dragonfly Telephoto Array を構成する 2 つの 24 レンズ アレイの 1 つ。の
レンズは一列に並べられており、アレイ全体は、口径 1m、f /0.39 の屈折レンズと同等です。
2 × 3 度の視野。アレイは
ニューメキシコスカイ天文台のドーム、および
同じスレーブに接続された単一の望遠鏡として動作します
ロボット制御システム。レンズは、スーパー (本質的に回折限界) の光学品質を持つ市販の 400 mm Canon USM IS II レンズです。この特定のレンズは散乱が非常に少ない
独自のナノ構造コーティングの説明
主要な光学面 (Abraham & van Dokkum を参照)
詳細は 2014 年）。各レンズは別々のCCDカメラに取り付けられ、両方が制御されます。
それぞれの背面に取り付けられた小型コンピューター
特注のカメラとレンズ制御を実行するカメラ
当社が公開したソフトウェア
GitHub リポジトリ。の最新の化身で
Dragonfly では、各レンズは自己構成であり、独自の node.js JavaScript サーバーによって制御されます。
提供する「モノのインターネット」構成
RESTful インターフェイス。配列の拡張が完了しました
新しいレンズをアレイにボルトで固定するだけで、
ネットワークと電源ケーブルの接続。

4.トンボからの教訓
セクション 1 と 2 の議論は、分布開口望遠鏡の長所と短所を示しています。
かなり抽象的な方法で。私たちは何年もの間 Dragonfly を運用してきました。
これらの抽象化を、「ハードノックの学校」から学んだいくつかの教訓で補強してください。
同様のシステム構築をお考えの方へ。
分散開口望遠鏡の主な欠点は、明らかに操作が複雑なことです。オペレーティング
N 個の機器を備えた N 個の望遠鏡は、うまくいかない可能性のあるものがおよそ 2N 個以上あることを意味します。最高の防御
N が大きく、すべての望遠鏡が完全に独立している場合、そのような複雑さに対する並列性は、
特定の夜にいくつかの望遠鏡が稼働していなくても大した問題ではありません。別の潜在的な欠点
生成された大量のデータを処理するために必要な比較的複雑なリダクション パイプラインです。でも、
過去数十年間、計算の革新は古典的な光学の革新をはるかに凌駕してきました。
ムーアの法則と画像スタッキングの固有の並列性に依存することは、計算の複雑さが
少なくとも機械的な複雑さと比較すると、深刻な欠点ではなくなりました。
分散開口望遠鏡アレイの複雑さは、個々の要素の光学的な単純さによって幾分相殺されます。個々の望遠鏡は十分に小さいため、シンプルな設計で優れた性能を発揮します。実際には、
全屈折設計 (Dragonfly で使用されているものなど) は、散乱光とゴーストが発生するプログラムに適しています。
制限全身です。 N を十分に大きくすることで、feff < 0.5 のシステムが可能になります。
モノリシック望遠鏡を使用することはできません (前述のように、f = 0.5 の焦点比は熱力学的に難しいためです)。
エタンデュ保存によって課せられる制限)。アレイの個々の要素の比較的小さい入射瞳
また、場合によってはフルアパーチャの狭帯域通過干渉フィルターを使用できることも意味します。
パフォーマンスの向上 (Deborah Lokhorst et al. および Seery Chen et al. の記事を参照)
詳細な例については)。
アレイの機械的たわみは、Dragonfly の重要な制限要因として浮上しています。分布開口
望遠鏡は、露出中にアレイのすべての要素に対して安定した光軸を必要とします。既存のトンボのデザイン
スカイリミテッド インテグレーションを取得するために必要な比較的短い (300 秒から 600 秒) のインテグレーションに対して十分に厳格です。
ブロードバンドフィルター付き。ただし、Dragonfly が超狭帯域イメージング機能を含むように進化するにつれて、
必要な積分時間は非常に長くなり、内部たわみによって画像が歪んでしまいます。私たちの計画
これに対する解決策は、最終的に Dragonfly の CCD カメラを低読み取りノイズの CMOS カメラに置き換えることです。この意志
スカイノイズを制限するために必要なサブ露出積分時間を大幅に短縮します。ただし、評価した後、
現在の世代の商用CMOSカメラの数は、まだないという結論に達しました
ベストオブブリードの商用CCDカメラの電気的安定性と、
それらは、画像上でかなりのアンプグローの結果を必要とします。そのため、CMOS カメラにより多くの時間を割いています。
このテクノロジーに移行する前に成熟する必要があります。その間、たわみは既存のものを交換することで対処されています。
より低い読み取りノイズの CCD カメラを備えたカメラ、および閉ループの先端傾斜アクティブ制御システムをそれぞれに追加することによって
配列の要素。
Dragonfly からのもう 1 つの教訓は、超深度イメージングにおける系統誤差の原因のいくつかが発見されたことです。
それらの起源は望遠鏡ではなく大気です。これらに対抗するために、使用するための運用モデル
Dragonfly はある意味ではハードウェアと同じくらい革新的です。銀河暈を調べるとき、配列は指し示す
(IRAS 100µ イメージングに基づいて) 銀河巻雲の汚染が少ないと事前に決定された場所でのみ、
アレイは完全に自律的なロボット モードで動作し、リアルタイムで大気系統を追跡します。
後者の点は重要です。
楽器、背の高いポールが雰囲気になります。広角テレスコピック PSF (「恒星オーロエオール」) は、
よく理解されておらず、少なくともその起源の一部は道具的です.34、35しかし、非常に重要な部分が原因です
上層大気中の氷のエアロゾルによる散乱 (大気物理学者にはよく知られている事実であり、
気候変動モデルへの影響 36)。広角散乱のこの成分は可変であり、37
トンボのデータは、この変動性が数分のタイムスケールにまで及ぶことを非常に明確に示しています。
可能です
事後測定とその後のモデル化による広角 PSF 汚染の説明 14、20、38 および
我々はこの目的のためにソフトウェアツールを開発しました.17 広角 PSF の特性が改善されるまで
理解されているように、大角度 PSF のリアルタイム監視は、
アーク分以上の角度スケールでの表面輝度の低い特徴。
Dragonfly からの最後の非常に重要な教訓は、分散開口望遠鏡アレイは小さく始めることができるということです。
急速かつ比較的安価に大規模に成長します。望遠鏡アレイの場合、アパーチャによる最悪の場合のコスト スケーリング
D2です
望遠鏡とエンクロージャの両方の効果、および実際のコストスケーリングは、次の理由によりはるかに有利です。
規模の経済から恩恵を受ける大量生産されたコンポーネントへの依存。トンボは 3 つから始めました
1つのマウントにレンズを搭載、現在48枚のレンズが2つのマウントに分散しており、168枚のレンズに拡大する予定です
2023 年末までに 6 台のマウントを搭載。