Miranda - ein 12" Ritchey Chrétien Cassegrain Teleskop

(Vorläufige Dokumentation)

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2.1.1 Auswahl einer geeigneten optischen Konfiguration

Schon in der Vorplanungsphase hatte ich entschieden, dass Miranda ein Ritchey Chrétien Cassegrain mit einer Öffnung von 300mm bis 400mm werden soll. Als Öffnungsverhältnis wurde ein Wert von f/7 bis f/9 als sinnvoll erachtet, die Hauptspiegelbrennweite sollte so kurz gewählt werden, wie es aus fertigungstechnischen und qualitativen Gründen noch vertretbar erscheint. Bevor die Krümmungsradien der Spiegel diskutiert werden, müssen jedoch einige weitere grundsätzliche Kennzahlen für das Teleskop festgelegt werden.

2.1.1.1 Öffnung

Nachdem ich schon früh einen Großteil der Planung für ein 400mm Teleskop abgeschlossen hatte, habe ich mich zuletzt doch für ein kleineres Teleskop mit nur 300mm Öffnung entschieden. Neben anderen Gründen haben mich die Ergebnisse des Mirror-Round-Robin 2005/2006 überzeugt, dass es schwierig wird einen 400mm Spiegel mit nur 25mm Dicke und einer zentralen Öffnung hinreichend gut zu lagern. Auf einen dickeren Spiegel möchte ich aus Gewichtsgründen verzichten.

2.1.1.2 Cassegrain Typ

Eigentlich steht schon fest, dass ich den Ritchey-Chretién favorisiere. Trotzdem möchte ich kurz die Spots im Vergleich zu einigen der alternativen Designs zeigen. Dazu verwende ich hier jeweils ein Feld von 0.2°, welches beim Ritchey-Chretién noch beugungsbegrenzt ist. Dieses Feld entspricht bei einer Brennweite von 2400mm einem voll ausgeleuchteten Gesichtsfeld von ca. 8,4mm. Um die Spots der verschiedenen Teleskoptypen miteinander vergleichen zu können, wurden Focus-Shift und Maßstab bei allen Diagrammen gleich eingestellt. Der schwarze Keis gibt die Größe des Beugungsscheibchens an.

Hier zunächt wie schon erwähnt die Spots eines Ritchey Chrétien Cassegrain. Man erkennt off-axis einen gewissen Astigmatismus und es ist schon zu erkennen, dass das Bildfeld leicht gewölbt ist.

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Im Vergleich dazu hier die Spots eines vergleichbaren Klassischen Cassegrain. Durch die entstehende Koma sind die Spots etwas schlechter als beim RC.

rc

Dall Kirkham

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Pressman Carmichel

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Zuletzt zum Vergleich die Spots eines f/5 Newton Teleskops.

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2.1.1.3 Backfokus

Es hat wenig Sinn sich Gedanken über die verschiedenen Kennzahlen eines Cassegrain Teleskops zu machen, wenn man noch nicht weiß, wie viel Backfokus benötigt wird. Deshalb erfolgt hier zunächst die Erörterung dieses Parameters. Grundsätzlich ist zu sagen, dass ein größerer Backfokus bei sonst gleichen Parametern zu einer größeren Obstruktion und einer größeren zentralen Bohrung im Hauptspiegel führt. Andererseits kann ein zu knapp gewählter Backfokus schnell zu Problemen mit ungewöhnlichem okularseitigem Zubehör führen.

Miranda soll sowohl visuell mit einem Zenitspiegel, als auch fotografisch genutzt werden. Möglicherweise sollen sogar weitere Komponenten wie Feldkorrektor, Focalreducer usw. eingesetzt werden. Deshalb muss für den Backfokus eine gewisse Sicherheitsreserve einkalkuliert werden. Der Okularauszug und Zenitspiegel sollen selbst gebaut werden, der Lichtweg dieser Komponenten kann also in Grenzen beeinflusst werden. Unter diesen Voraussetzungen errechnet sich der minimale Backfokus aus folgenden Komponenten:

Bezeichnung nötiger
Backfokus
Hauptspiegeldicke (abzüglich Sagitta) 18mm
Spiegelzelle 20mm
Tubusboden 3mm
Zenitspiegel 120mm
Okularauszug (eingefahren) 70mm
Abstand vom Okularauszug zur Brennebene 20mm


Summe 251mm

Etwas willkürlich habe ich deshalb den Backfokus für Miranda auf 254mm (10 Zoll) festgelegt. Zwischenzeitlich wurde diese Entscheidung durch eine Diskussion im Astrotreff wieder etwas ins Wanken gebracht. Allerdings konnten die Zweifel leicht durch eine kleine praktische Simulation des Beobachtens mit Zenitspiegel aus der Welt geschafft werden: Wenn ich ein Okular auf auf einen Tisch stelle und senkrecht von oben hinein sehe, dann kann ich einen Karteikasten bis auf einen Abstand von 120mm an meinen Kopf heranrücken, ohne dass er meinen Kopf berührt. Demnach benötige ich zum gemütlichen visuellen Beobachten mit Zenitspiegel einen Abstand von 120mm zwischen dem Tubusboden und der optischen Achse. Die Tabelle oben zeigt, dass ich sogar mindestens 130mm (70mm Okularauszug plus 60mm halber Zenitspiegel) zur Verfügung habe. Sollte tatsächlich einmal ein größerer Backfokus nötig sein, hann dieser bei Cassegrain-Teleskopen leicht durch eine kleine Veränderung des Spiegelabstandes erreicht verden.


2.1.1.4 Voll ausgeleuchtetes Gesichtsfeld

Eine weitere - nicht ganz so entscheidende - Kennzahl eines RC-Teleskops ist das gewünschte Gesichtsfeld. Da von dieser Kennzahl letztlich nur der Durchmesser des Fangspiegels beeinflusst wird, habe ich das gewünschte voll ausgeleuchtete Gesichtsfeld zunächst auf 0,5° festgelegt. Eine Änderung dieses Wertes betrifft nicht die Kurvenradien oder die Abstände der Spiegelflächen zueinander. So behalte ich mir eine endgültige Entscheidung für einen späteren Zeitpunkt vor.

2.1.1.5 Brennweite des Hauptspiegels und die Systembrennweite

Mit der Auswahl einer bestimmten Hauptspiegel- und Systembrennweite sind eine Reihe von Konsequenzen, die ich hier kurz besprechen möchte:

Mit Hilfe des Raytracing Programms OSLO EDU und eines selbst erstellten Programms wurden nun unterschiedliche Varianten gerechnet und die Ergebnisse in einer Tabelle einander gegenüber gestellt. Bei allen Varianten wurden der oben erwähnte Backfokus von 254mm und ein voll ausgeleuchtetes Gesichtsfeld von 0.5° angesetzt. Alle Varianten, die den folgenden Anforderungen nicht gerecht werden konnten wurden verworfen:

Description Primary Conic Secondary Conic Obstruction (OSLO) P-V OPD (OSLO) RMS (OSLO)
400mm f/2.0 f/6 -1.1091 -5.1184 68.2 1.463 0.3352
400mm f/2.5 f/6 -1.2029 -8.6694 76.5 1.121 0.2506
400mm f/3.0 f/6 -1.3388 -15.7102 83.9 0.918 0.2017
400mm f/3.5 f/6 -1.5245 -31.0991 90.5 0.788 0.1716
400mm f/2.0 f/7 -1.0676 -3.8735 61.0 1.596 0.3727
400mm f/2.5 f/7 -1.1256 -5.8900 68.9 1.193 0.2731
400mm f/3.0 f/7 -1.2098 -9.3431 76.0 0.995 0.2141
400mm f/3.5 f/7 -1.3248 -15.5986 82.5 0.793 0.1769
400mm f/2.0 f/8 -1.0447 -3.1801 55.3 1.735 0.4162
400mm f/2.5 f/8 -1.0831 -4.5015 62.8 1.281 0.2982
400mm f/3.0 f/8 -1.1388 -6.5606 69.6 1.010 0.2300
400mm f/3.5 f/8 -1.2149 -9.8894 75.8 0.827 0.1871
400mm f/2.0 f/9 -1.0311 -2.7454 50.6 1.876 0.4572
400mm f/2.5 f/9 -1.0578 -3.6934 57.7 1.375 0.3254
400mm f/3.0 f/9 -1.0966 -5.0759 64.2 1.074 0.2492
400mm f/3.5 f/9 -1.1495 -7.1457 70.2 0.875 0.1996
Achtung dieses sind noch Werte aus der Vorplanung für ein 400mm Teleskop!


2.1.1.6 Zusammenfassung

Es wird ein 300mm f/2.5 f/8 Ritchey Chrétien Cassegrain mit einem Backfokus von 254mm nach diesen Vorgaben gebaut:

General parameters for Ritchey-Chrétien
Primary mirror diameter ..................    300.0000 mm
Primary mirror focal length ..............    750.0000 mm (f/2.5)
Primary mirror conic constant ............     -1.0914
Primary mirror sagitta ...................      7.5000 mm
Secondary minimal diameter ...............     95.6190 mm
Secondary diameter .......................    100.0779 mm
Secondary Radius of curvature ............    695.4113 mm
Secondary Magnification ..................      3.2000
Secondary mirror conic constant ..........     -4.5269
Secondary mirror sagitta .................      0.9002 mm
System focal length ......................   2400.0000 mm (f/8.0)
Back focal length ........................    254.0000 mm
Linear Obstruction .......................     33.3593 %
Obstructed Area  .........................     11.1284 %

Distance secondary from system focus .....    764.9524 mm
Distance secondary from prime focus ......    239.0476 mm
Distance secondary from primary ..........    510.9524 mm

 


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