Vervormbare spiegel op zonnetelescoop

Extra scherpte door 2000 actuatoren van TNO

Inleiding

We moeten er nog een kleine tien jaar op wachten, maar dan zal op de Canarische Eilanden de European Solar Telescope in gebruik worden genomen. Deze Europese telescoop is niet bedoeld om verre sterrenstelsels te onderzoeken, maar zal zich uitsluitend op de zon richten. Onze nabije ster herbergt nog genoeg geheimen die wetenschappers willen ontrafelen en daar gaat de primaire spiegel met een diameter van 4,2 meter bij helpen. De veel kleinere secundaire spiegel is echter minstens zo belangrijk en interessant, mede omdat hij over zeer geavanceerde technologie zal beschikken waardoor hij continu tot op het kleinste niveau van vorm kan veranderen.

De grote, primaire spiegel van de EST is cruciaal voor het opvangen van zoveel mogelijk licht en het zichtbaar maken van zoveel mogelijk details van de zon. Dat de EST een aardse telescoop is, brengt echter een probleem met zich mee. Omdat hij niet zoals de Hubble-telescoop in een baan om de aarde wordt geplaatst, zit de aardse atmosfeer in de weg. Die werkt als een soort troebele lens. Het mechanisme om te corrigeren voor de vervormende werking van onze atmosfeer wordt onderdeel van de secundaire spiegel. Die correctie zal duizenden keren per seconde plaatsvinden.

Artist render van de adaptieve secundaire spiegel voor de EST. Afbeelding: TNO / B.Dekker.

Dergelijke adaptieve, secundaire spiegels zijn niet nieuw, maar het Nederlandse onderzoeksinstituut TNO werkt aan een ontwerp dat uitgaat van een enorm aantal verbeterde actuatoren. Dat moet een adaptieve spiegel opleveren die veel beter presteert dan de adaptieve spiegels die momenteel al in diverse telescopen worden toegepast. TNO spreekt over 'revolutionaire technologie' en stelt zelfs dat het de vervormbare spiegel opnieuw heeft uitgevonden.

Dit artikel gaat kort in op de European Solar Telescope, om vervolgens in te zoomen op de adaptieve spiegeltechnologie van TNO, de kern van hun aandrijvingssysteemontwerp en de vraag waarom dit zo belangrijk is bij aardse telescopen. Daarbij sprak Tweakers met Matthew Maniscalco, een Amerikaanse technicus die binnen TNO betrokken is bij het onderwerp.

European Solar Telescope

De achterliggende gedachte voor de bouw van de EST is de gedeelde opvatting van wetenschappers dat we nog steeds te weinig weten over de zon en de astrofysische processen die in sterren en andere hemellichamen plaatsvinden. De observaties met de EST moeten ons bijvoorbeeld meer gaan leren over patronen in de magnetische velden en de complexe dynamiek van een ster-atmosfeer. Daarbij gaat het bijvoorbeeld om de magnetische koppeling tussen de diepe fotosfeer en de bovenste chromosfeer van de zon, waarbij de eigenschappen van het plasma van de zon in kaart moeten worden gebracht. Ook hebben we nog onvoldoende inzicht in de veranderingen in de zonneactiviteit. Verder is er het doel om te onderzoeken wat de impact is van de magnetische activiteit van de zon voor ons op aarde, en meer te leren over de verbanden tussen de zon en het aardse klimaat.

De EST zal hiervoor afbeeldingen creëren op basis van allerlei verschillende golflengten, maar ook spectroscopie en spectropolarimetrie toepassen. Door middel van spectroscopie wordt een uitgebreid spectrum van de zon verkregen, waarbij het licht simpel gezegd in al zijn verschillende kleuren wordt opgedeeld. Daarmee is niet alleen de aanwezigheid van chemische elementen te ontdekken. Via een spectrometer kan ook informatie worden verzameld over de fysische omstandigheden, waarbij je aan de dichtheid of temperatuur kunt denken. Een spectropolarimeter bouwt daar op voort. Dit is in feite een gewone spectrograaf, aangevuld met een polarimeter. Dit instrument is erg belangrijk om de magnetische structuur van atmosferen van planeten of sterren te herleiden. Met spectropolarimetrie is meer informatie uit de fotonen te halen, waarbij wordt gekeken naar de trillingsrichtingen van de deeltjes. Om de interactie tussen de magnetische velden en de bewegingen van het plasma te observeren, zal een resolutie worden bereikt van ongeveer 10km op de zon.

Links een afbeelding van magnetische velden aan het zonneoppervlak, gemaakt door de Japanse Hinode-satelliet. Daarnaast een voorbeeld van de weergave van het spectrum van zonlicht.

Het gaat nog wel even duren voordat de European Solar Telescope een feit is. Volgens de huidige planning zal de bouw in 2023 aanvangen en in 2029 zijn afgerond. Pas daarna kan de telescoop daadwerkelijk in gebruik worden genomen. Hij zal verrijzen op de Canarische Eilanden, om precies te zijn bij het bestaande Teide Observatory. Dit observatorium, dat vanwege de gunstige astronomische omstandigheden al plaats biedt aan allerlei zonne- en nachtelijke telescopen, bevindt zich op een hoogte van 2398 meter op de Pico del Teide, de grootste vulkaan op het eiland Tenerife.

Ontwerpfase voor de adaptieve spiegel

Matthew Maniscalco

TNO werkt met een team van zo'n acht mensen onder leiding van de Amerikaanse technicus Matthew Maniscalco aan dit project waar onlangs de aftrap voor werd gegeven. Maniscalco is als lead business developer bij TNO verantwoordelijk voor het astronomieportfolio. TNO heeft al vier vervormbare spiegels voor verschillende telescopen geleverd en is op 16 april gestart met het project dat moet leiden tot het ontwerpen en bouwen van de vervormbare secundaire spiegel voor de EST. Deze spiegel zal een diameter van zo'n 85cm krijgen.

Het team is momenteel bezig met het realiseren van het ontwerp op papier en het bouwen van verschillende breadbords. Dit zijn miniversies of kleine prototypes van de vervormbare spiegel, waarmee kan worden aangetoond dat verschillende technologieën werken. In deze fase, die anderhalf jaar duurt, moet TNO op papier bewijzen dat het concept werkt. Daarna volgt vermoedelijk een nieuwe aanbesteding voor het uiteindelijk ontwerp en de daadwerkelijk bouw. Maniscalco denkt dat zijn team ook daarbij een goede kans maakt om te worden uitverkoren, mede omdat het team met hun technologische innovaties nu al invloed kan uitoefenen op het uiteindelijk ontwerp. "We zitten in pole position voor die aanbesteding, omdat we het voorlopige ontwerp al hebben mogen verzorgen", zegt Maniscalco.

Hoe werkt corrigeren voor de atmosfeer?

Het adaptieve gedeelte van de spiegel is volledig gericht op corrigeren voor de vervorming door de atmosfeer. Bij het optimaliseren van het licht dat wordt opgevangen gaat het om goede optische coating en goede spiegeloppervlakken. Verschillende coatings kunnen verschillende golflengten reflecteren, dus is het optimaliseren van de coatings erg belangrijk. Dat is niet altijd even gemakkelijk, zoals bij licht in het infrarode deel van het spectrum, waarbij opwarmen op de loer ligt. Daarnaast is het belangrijk dat het spiegeloppervlak op nanometerschaal zo glad en egaal mogelijk is.

Het concept van een laser launch telescope, hier in de vorm van vier krachtige lasers bij ESO's Very Large Telescope

Hoe werkt dat corrigeren voor de atmosfeer? Om de actuatoren te kunnen aansturen en de spiegel op de juiste wijze te laten vervormen, moet je eerst de optische effecten van de turbulentie in de atmosfeer meten. Bij nachtelijke observaties worden vaak zogeheten laser launch telescopes gebruikt. Daarmee worden laserstralen gericht op de mesosfeer, een laag in de atmosfeer op een hoogte van 90 tot 110km. Dat leidt tot een soort gloeiende plek in de atmosfeer, ook wel een artificiële ster genoemd. Deze artificiële ster wordt veroorzaakt door natriumatomen die door het laserlicht in een geëxciteerde of aangeslagen toestand komen. Het fluorescerend licht van deze 'ster' wordt vervolgens opgevangen en in kaart gebracht door een golffrontsensor.

Schematische weergave van hoe adaptieve optiek werkt

Dit licht wordt op dezelfde manier beïnvloed door de atmosfeer als het licht afkomstig van onze zon of andere sterren. De golffrontsensor, specifiek een Shack-Hartmannsensor, meet hoe de fotonen zijn afgebogen of hoe scheef de lichtstralen binnenkomen. Zo wordt bepaald hoe de atmosfeer zich als een slechte lens gedraagt en wordt een referentieniveau bereikt op basis waarvan de spiegel wordt vervormd. Bij observatie van de zon overdag is het achterliggende principe hetzelfde, maar kan men geen gebruikmaken van een artificiële ster. In plaats daarvan kijken astronomen naar structuren op het oppervlak van de zon, de zogeheten granulatie, om de mate van verstoring door de atmosfeer te bepalen.

Het effect van adaptieve spiegeltechnologie, in dit geval bij de Very Large Telescope.

Dat vervormen gaat zo precies en snel dat op bepaalde golflengten zelfs betere resultaten worden behaald dan bijvoorbeeld met de Hubble-ruimtetelescoop die helemaal geen last heeft van de aardse atmosfeer. Met een adaptieve spiegel is het dus mogelijk het effect van de atmosfeer grotendeels te negeren en observeer je alsof je een telescoop gebruikt die in de ruimte hangt. Ruimtetelescopen hebben echter het nadeel van extra complexiteit en kosten, en bij aardse telescopen kunnen veel grotere spiegels worden gebruikt.

Laser launch telescope voor de Very Large Telescope

Volgens Maniscalco vergt het correctieproces niet veel computerkracht, al is er wel steeds meer rekenkracht nodig naar mate er meer actuatoren worden ingezet. Hij stelt dat moderne computers hier al goed genoeg voor zijn; het inzetten van ruim tweeduizend actuatoren met een correctiesnelheid van meer dan een 1kHz is daarmee goed te doen. Al zou dat tien of twintig jaar geleden wel een grotere uitdaging zijn geweest, denkt de Amerikaan.

Heruitgevonden actuatoren

Naar eigen zeggen is dé technologische innovatie dan ook de door TNO ontwikkelde actuator. Maniscalco zegt dat TNO de actuator opnieuw heeft uitgevonden en dat deze variant nooit eerder is gebouwd. Hij duidt hem aan met de term variable reluctance actuator. "De belangrijkste concurrent van ons (Adoptica, een joint-venture van twee Italiaanse bedrijven, red.) gebruikt een voice coil actuator waarbij het draait om dezelfde soort beweging als waarmee een luidspreker werkt. Het gaat om een spiegel waarbij duizenden magneten op de achterkant zijn aangebracht en waarbij koperen spoelen achter de magneten zitten om er een magnetische kracht op uit te oefenen. Dit betekent dat de spiegel moet zweven en dat vergt een grote mate van controle waarbij elke actuator een hoogwaardige, dure sensor moet hebben."

Impressie van de adaptieve secundaire spiegel voor de EST

De technologie die TNO gebruikt, wijkt daarvan af, legt Maniscalco uit. "In plaats van een floating voice coil balanceren we drie krachten. We hebben middels een pin een fysieke verbinding tussen de actuator en de spiegel. Die pin is verbonden met een veer die een kracht uitoefent. Daarnaast zijn er nog twee krachten in een actuator. Er zijn magnetische spoelen en harde magneten aan elke zijde van de veer. Hiermee balanceer je de magnetische kracht van de harde magneten. Je gebruikt de elektromagneten om de veer voor te spannen en de harde magneten komen daarbij voor extra kracht, zodat er niet zoveel elektromagnetische kracht nodig is. Alles is hiermee ook heel dicht bij elkaar te houden, waarbij het gaat om bewegingen met een precisie van enkele nanometers."

"Door deze drie krachten te balanceren, kun je de actuator heel lineair maken", vervolgt Maniscalco. "Bij actuatoren op basis van zwevende magneten is dat heel anders. Bij magneten groeit de kracht kwadratisch als je dichter bij de magneet komt. Dat betekent dat je een heel non-lineaire kracht hebt, waardoor je systeem inherent instabiel wordt en je bij elke actuator extra sensoren met een heel hoge precisie nodig hebt. Zonder de feedback van die sensoren krijg je het systeem niet werkend, maar ze brengen veel kosten, complexiteit en storingsgevoeligheid met zich mee. Bij onze actuatoren hebben we die drie krachten gebalanceerd en hebben we zulke hoogwaardige sensoren niet nodig. Onze actuatoren kunnen worden gekalibreerd zodat ze zonder sensor hun afstand weten, op basis van welke spanning je gebruikt. Met sensoren wordt dat nog iets beter, maar je hebt er veel minder van nodig en ze kunnen van een veel eenvoudiger type zijn."

Schematische weergave van hoe de actuatoren zijn bevestigd bij de UH88-telescoop op Hawaï

Sensoren voegen dus veel extra complexiteit toe en daarnaast zijn ze erg gevoelig voor omgevingsinvloeden en eventuele vervuiling. Dat laatste is niet ondenkbaar, aangezien deze adaptieve spiegel voor de EST werkt in de buitenlucht, met aanzienlijke variaties in temperatuur en luchtvochtigheid, en met blootstelling aan stof. Dat beperkt de betrouwbaarheid, terwijl robuustheid en betrouwbaarheid juist heel belangrijk zijn voor een adaptieve spiegel die in het hart van de telescoop zit. Eventuele down-time is immers erg kostbaar.

Hitteprobleem door tweeduizend actuatoren?

Tot nu toe heeft TNO spiegels gemaakt waarbij zo'n honderd tot tweehonderd actuatoren zijn geïntegreerd om de spiegel daadwerkelijk te kunnen laten vervormen. Bij de EST zullen dat er meer dan tweeduizend worden. De complexiteit wordt daarmee een stuk hoger. Elke keer dat zo'n actuator beweegt, wordt een beetje warmte gegenereerd. De actuatoren van TNO zijn volgens het ontwikkelteam tien keer energie-efficiënter dan concurrerende ontwerpen, waardoor ze ook zo'n tien keer minder warmte genereren. Dat leidt er bijvoorbeeld toe dat de vervormbare spiegels met actuatoren van concurrenten zelfs bij nachttelescopen moeten worden gekoeld, terwijl dat met de technologie van TNO niet zou hoeven. Maar dat betreft dus telescopen die 's nachts opereren en geen last hebben van opwarming door de zon.

Vervormbare spiegel van de UH88-telescoop op Hawaï

De European Solar Telescope is een zonnetelescoop en er zullen dus hoe dan ook thermische issues bij optreden, hoe goed de actuatoren ook zijn ontworpen. Bij reguliere nachttelescopen is luchtkoeling normaal gesproken voldoende, maar bij de EST zal waarschijnlijk vloeistofkoeling moeten worden ingezet. "De meeste grote telescopen gebruiken glycol, in feite wat je in de radiator van je auto gebruikt", zegt Maniscalco. "Er zijn echter wel wat problemen met dit middel. Zo is het niet goed voor spiegels als er glycol lekt, wat weleens is gebeurd. Bij dit project zou ook nog voor koeling op basis van water kunnen worden gekozen. Het koelsysteem is onderdeel van de huidige breadboarding-fase."

Ook de keuze voor het framemateriaal speelt een rol. Onder de spiegel zit een frame dat de actuatoren op hun plaats houdt. Dat frame zal waarschijnlijk uit siliciumcarbide bestaan, een materiaal met goede warmtegeleidende eigenschappen. Als er koelvloeistof doorheen loopt, kan het gehele frame dus makkelijk op dezelfde temperatuur blijven. Daarnaast heeft siliciumcarbide een erg lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Het materiaal kan heel heet worden, maar zet vervolgens nauwelijks uit. Maniscalco noemt het 'magisch materiaal', maar wijst ook op de nadelen: het is lastig te maken en vrij breekbaar. Je moet dus leren hoe je er onderdelen op kunt bevestigen. TNO heeft daar al ervaring mee opgedaan tijdens de Gaia-ruimtemissie van de ESA. Bij deze ruimtetelescoop is veel silciumcarbide gebruikt.

Slot: wachten op EST en upgrades voor andere telescopen

UH-88-telescoop op Hawaï

Het gaat nog wel zo'n vijf tot zes jaar duren voordat de adaptieve spiegel voor de European Solar Telescope gereed zal zijn. Daarbij moet ook nog blijken of het ontwerp van TNO daadwerkelijk als winnaar uit de bus komt en of de meer dan tweeduizend actuatoren samen met het Nederlandse bedrijf VDL ETG daadwerkelijk worden gebouwd.

Het Nederlandse onderzoeksinstituut richt zich echter niet alleen op de EST. Als onderdeel van een gezamenlijke investering met de Universiteit van Hawaï ontwierp het team twee jaar geleden al een adaptieve secundaire spiegel met een diameter van 63cm voor de UH88-telescoop in Hawaï. Dit wordt een upgrade; de spiegel die over 210 actuatoren zal beschikken, wordt momenteel gebouwd. TNO bouwde eerder ook al vervormbare spiegels voor de ESA en het Center for Adaptive Optics van de University of California.

Kees Buijsrogge, directeur Space & Scientific Instrumentation bij TNO, vertelde eerder dat de belangstelling voor het EST-project ook moet worden gezien als een belangrijke stap voor het verwezenlijken van TNO's doelstelling, namelijk 'de vooraanstaande observatoria in de wereld voorzien van de technologie die het universum het scherpst in beeld kan brengen'. Met andere woorden: bestaande telescopen zoals die van Hawaï upgraden door middel van adaptieve spiegeltechnologie, waarbij dus een nieuwe spiegel wordt ingepast. Daarbij denkt het instituut ook aan andere belangrijke telescopen met statische secundaire spiegels, zoals Keck, Gemini en de toekomstige Thirty Meter Telescope (TMT).

Meter-class mirror support structure van TNO en VDL

In het geval van de laatstgenoemde telescoop zal zo'n implementatie volgens Maniscalco betrekkelijk eenvoudig zijn, mede omdat de technologie van TNO low profile is. De statische, secundaire spiegel van de TMT is al enkele centimeters dik, louter om zijn eigen gewicht te ondersteunen. Een vervormbare spiegel is echter slechts enkele millimeters dik en de actuatoren zijn niet veel langer dan de dikte van de spiegel van de TMT. Als deze conventionele spiegel wordt weggehaald, past TNO's spiegel met de bijbehorende actuatoren en de ondersteunende structuur dus betrekkelijk naadloos in hetzelfde volume. Dit is precies wat zal gaan gebeuren met de UH88-telescoop op Hawaï. Het is nog even geduld hebben voordat de EST het levenslicht zal zien, maar in de tussentijd lijken de spiegels van TNO een lichtend voorbeeld te worden van hoe met een 'simpele' aanpassing meer uit hetzelfde licht valt te halen.

Reacties (29)

[Patrick4]

Het toepassen van een vormbare spiegel wordt ook door ASML gebruikt in de FlexRay module in de DUV en EUV scanners. Hier kunnen ze de lichtbundel mee vormen. Dit werkt met 4000 actuatoren en flexibele spiegeltjes.

As chip features become smaller, pupil shapes are becoming more complex and tailored to get the optimal resolution out of the light. In the past, diffractive optical elements (DOE) to create the desired pupil shape would be manually inserted into the illuminator to get the best possible result. But in our industry, time is money. In today’s ASML DUV systems, the FlexRay free-form illuminator features an array of 4,000 individually controllable mirrors that, together, can instantaneously create any pupil shape you can imagine. In our EUV systems, the FlexPupil free-form illuminator fulfills a similar role.

[h.logtenberg]

Komt deze ook van TNO?

[svenvbins]

TNO is wel intensief betrokken bij ASML en EUV-onderzoek, maar kon zo gauw niets over die FlexPupil vinden, die komt vermoedelijk dus niet van TNO.

[svenvbins]

Die FlexPupil is echter wel van een compleet ander design: Daar vormen 4000 losse spiegeltjes een geheel, terwijl het hier besproken AOsysteem één spiegel is die op zo'n 2000 punten vervormd kan worden.

Ken de Flexpupil verder ook niet, maar als ik de toepassing begrijp (niet meer hoeven wisselen van optische elementen, maar gewoon de spiegels wat anders vormen) vermoed ik ook dat die een stuk trager is dan het systeem in de EST.

[Jeroen hofman]

.

[Reactie gewijzigd door Jeroen hofman op 24 juli 2024 09:38]

[T-men]

De grote, primaire spiegel van de EST is cruciaal voor het opvangen van zoveel mogelijk licht en het zichtbaar maken van zoveel mogelijk details van de zon.

Grappig... ik moet juist een zonnebril opzetten om minder licht in mijn ogen te krijgen zo ook maar iets van de zon zelf te kunnen zien. Menig camera is ook snel defect als 'ie te lang op de zon gericht wordt.

Hoe zit het eigenlijk met deze camera's die moeten aardig wat licht en warmte kunnen verwerken, lijkt me ? Hoe doen ze dat ?

[svenvbins]

Kijk vooral even hier, ik heb er zelf nog niet uitgebreid gekeken maar ziet er wel interessant uit. In de rechter zijbalk staan verschillende componenten, met ook meer informatie.

Kort samengevat:
* De eerste spiegel vangt zo'n 13.5kW aan optisch vermogen.
* In het focal plane blijft daar nog zo'n 700-2000W van over.

Ik verwacht dat er ook wel de nodige beamsplitters (om beeld naar één van de 12 instrumenten te splitsen) en filters in zullen zitten zodat je de camera niet direct verdampt.

Ben het overigens met je eens dat "zoveel mogelijk licht verzamelen" hier een vreemd argument lijkt. Voor een niet-zonnetelescoop absoluut logisch, hier zie ik het nut ook niet zozeer. Wat wel speelt is dat je met een grotere spiegel kleinere details kunt waarnemen, dus ik vermoed dat dat de hoofdreden is geweest.

[M_I_E_S]

Resolutie wanneer de seeing meewerkt?

[mbovenka]

Die vervormbare spiegel is nu juist bedoeld om de 'seeing' onbelangrijk te maken. Maar inderdaad, het gaat om de te behalen scheidend vermogen. Licht krijgen ze genoeg :-)

[M_I_E_S]

Ik heb zelf een zonnetelescoop van Lunt, daar zit in de lichtweg een ERF (Energy Rejection Filter) die filter een groot deel van de niet relevante golflengte eruit waardoor het extreem nauwkeurig etalon veel minder warm wordt.

[Reactie gewijzigd door M_I_E_S op 24 juli 2024 09:38]

[svenvbins]

Semi-offtopic: Hoewel zowel frequentie als golflengte correct zijn, had ik altijd het idee dat frequentie gebruikelijker was in het RF-domein, en golflengte in het optisch domein. Zijn mensen met een zonnetelescoop een vreemde eend in de bijt, of klopt mijn aanname niet?

[M_I_E_S]

Je hebt gelijk, maar je begreep gelukkig wel mijn bericht.

[svenvbins]

Haha, was zeker niet bedoeld om te corrigeren hoor, maar zag het zo af en toe op deze manier voorbijkomen en besloot toch eens iemand te vragen

[Fermion]

Is het straks met Spacex niet goedkoper een telescoop in de ruimte te lanceren ?

[Jan Onderwater]

"Ruimtetelescopen hebben echter het nadeel van extra complexiteit en kosten, en bij aardse telescopen kunnen veel grotere spiegels worden gebruikt."

Bij telescopen is de grote van de spiegel erg belangrijk, optisch geldt de regel hoe groter, hoe beter het beeld, realiseerbaarheid daarvan is afhankelijk van veel factoren. Maar het is niet voor niets dat er nog steeds telescopen op aarde worden neergezet. Dat is veel eenvoudiger te realiseren. Kijk naar de James Webb telescoop, project loopt als sinds 1989, in 1997 werd de opdracht gegeven, zou in 2007 gelanceerd worden, maar is nog steeds niet klaar. Dat ligt niet aan de raket

[A n]

Ruimtetelescopen kennen veel problemen, waarvan kosten er slechts één is.
Ten eerste kan je ze zo goed als niet onderhouden of upgraden: In tijdens van de spaceshuttle kon dat wel, maar ook dat had beperkingen. De Hubble had bijvoorbeeld een dusdanig grote lensfout dat hij zo goed als onbruikbaar was, het vereiste een spaceshuttle missie om dit te fixen. Echter, de opvolger van de Hubble, de James Webb Space Telescope gaat veel verder weg van de aarde, waardoor dit niet meer zo makkelijk te bereiken is voor een ruimtevoertuig. Upgrades en reparaties zijn dus uitgesloten. De JWST moet ook gekoeld worden en het doel is hem ca. 10 jaar operationeel te houden. Geschatte kosten: 10 miljard. De lancering zelf is bij ruimtetelescopen niet de limiterende factor, maar het feit dat deze relatief compact en langdurig zelfstandig operationeel moet zijn.
Even ter vergelijking, de UH-88 in Hawaii uit dit artikel werd operationeel in 1970 en functioneert nu nog prima, omdat deze dus constant geüpgraded kan worden.

Laten we dus hopen dat spacex de reflectie van starlink satelieten in het gareel kan houden, want observaties vanaf aarde zullen voorlopig nog essentieel voor de wetenschap zijn.

[Reactie gewijzigd door A n op 24 juli 2024 09:38]

[BadRespawn]

Zo'n telescoop kost een veelvoud van wat een lancering kost (de EST 10x zo veel als de lancereing van een hergebruikte Falcon 9), en de adaptive optics is niet het duurste onderdeel. Bovendien moet je de telescoop dan zo maken dat geschikt is om in de ruimte te functioneren en geen/weinig onderhoud nodig heeft, dat maakt het alleen maar duurder.

[silenoz]

@T-men

Is het niet zo dat een telescoop als je ver inzoemt maar naar een klein deel het totale plaatje wat je ontvangt kijkt?

Want het lijkt mij inderdaad niet handig om het beeld van 14m2 op een sensor van een paar cm2 te projecteren.

Ze zullen wel een hoop licht frequenties eruit filteren voordat het beeld uberhaupt de telescoop in gaat.

[Reactie gewijzigd door silenoz op 24 juli 2024 09:38]

[n00bs]

???
"zoom"

Zoomen is maar een rare terminologie vind ik zelf en zeker in de sterrenkunde.
Waar jij het over hebt, is in feite hoe beeldvullend zie je een object of een component van een object.

Dit (beeldhoek) wordt bepaald door het brandpuntafstand (noem het voor het gemak de lengte van een lenzentelescoop) van de lens/spiegel en de diameter van de lens/spiegel bepaald weer het scheidend vermogen (detail/resolutie). Brandpunt / diameter van een lens/spiegel = diafragma en bepaald weer de helderheid bij eenzelfde belichtingstijd.

Een telescoop in de sterrenkunde kan niet zoomen. Je kan wel door de oculairen (waar je met het oog doorheen kijkt) kan je wel de vergroting wijzigen. Maar ook daar zitten beperkingen aan en hangt af van veel componenten en vooral de diameter van de lens/spiegel.

Fotograferen door een telescoop geschiedt vaak in het primair brandpunt, dus verwijderen oculair en achter de telescoop de camera of speciale astronomische sensor(en) plaatsen.

[PjgV]

@Anoniem: 119658
Het blijft altijd fascinerende techniek.
Apart dat TNO ook zelf dingen bouwt: het is toch primair een onderzoeksinstelling, zoals in de missie staat: "TNO is een onafhankelijke onderzoeksorganisatie".

Een paar opmerkingen:
1. verschillende breadbords: dat moet denk ik breadboards zijn?
2. "ster wordt veroorzaakt door sodiumatomen die door het laserlicht "
Sodiumatomen? Die ken ik niet, we hebben in NL wel 'natriumatomen'.
NB Misschien is er iets fout gegaan bij het vertalen uit EN.
3. ook wel een artificiële ster genoemd. In de astronomie wordt dit een Laser Guide Star genoemd.
Dit is trouwens een techniek die al in 1982 ontwikkeld is (voor het geheime SDI programma) en in 2006 voor het eerst toegepast in een telescoop.
Trouwens: Dat de laser op de mesosfeer wordt gericht is nu juist omdat (alleen) daar die natriumgasatomen zitten.

[RobRapido]

Apart dat TNO ook zelf dingen bouwt: het is toch primair een onderzoeksinstelling, zoals in de missie staat: "TNO is een onafhankelijke onderzoeksorganisatie".

TNO is een onafhankelijke onderzoeksorganisatie met als doel het ondersteunen van de Nederlandse samenleving middels toegepast wetenschappelijk onderzoek. Veelal neemt TNO het eerste initiatief naar aanleiding van vragen uit de wetenschap en ontwikkeld zij de benodigde kennis. Vervolgens is er een kennistransfer aan Nederlandse bedrijven die het feitenlijke "bouwen" en "supporten" van deze complexe systemen uitvoeren. Dat bouwen en supporten genereert duurzame werkgelegenheid = bijdrage aan Nederlands verdienvermogen; en van de opgedane kennis wordt Nederland weer een stukje slimmer.

[teacup]

TNO is al een tijdje met die adaptieve optiek bezig. Toen ik daar rond 1997 een tijd werkte maakte het gedeelte van TNO, dat met optica en statisch bepaald construeren bezig was, volgens mij haar eerste aarzelende stapjes in die adaptieve optiek. Het TNO departement (dat toen TNO-TPD heette, Technisch Physische Dienst) ontplooide toen twee experimenteerrichtingen.

Het eerste waarmee werd geëxperimenteerd was electronica met geïntegreerde vervormbare folies. Door die folies via de ook geïntegreerde actuator te vervormen konden signalen worden overgebracht. Zie die signalen meer als een binaire schakelaar dan als dat het folie als spiegel een zuiver optisch beeld produceerde.

Het tweede initiatief kwam dichter bij dit artikel. In dat onderzoek werd een breadboard opstelling gebruikt met een ronde aluminium spiegel die aan de randen afsteunde op struts en in het midden door een actuator kon worden vervormd. De actuator die hiervoor toen gekozen werd was een piezo actuator. Doordat uiteinden van de struts dunner waren gemaakt konden deze uiteinden die vervorming van de actuator "volgen" omdat in die uiteinden een kleine hoekverdraaiing wordt toegelaten. Gevolg: de spiegel vervormt in het midden in de richting loodrecht op het spiegeloppervlak. De rand van de spiegel kan de vervorming volgen door wat naar binnen te kantelen. Dit kantelen wordt toegelaten door de vervormende strutuiteinden. Zuiver statisch bepaald was deze breadboard nog niet echt. Ze was ook vooral bedoeld als verkenning van mogelijkheden en effecten. Ze was wel een oervorm voor de constructies in dit artikel.

Met een statisch bepaalde constructie (actuatorassembly) zal de mechanica zelf een neutraal uitgebalanceerde beweging "zoeken" wat actieve correctie dus onnodig maakt. Ik moet eerlijk zeggen dat ik de beschrijving van de actuator in het artikel zonder verklarend plaatje moeilijk kan volgen. Ik herken namelijk het statisch bepaalde aspect er lastig in. Wil een zuivere lineaire beweging worden gemaakt dan heb je bijvoorbeeld 2 groepen van 3 bladveren nodig. Verdeeld in 2 sets boven elkaar kunnen 3 bladveren in hoeken van 120 graden ten opzichte van elkaar, liggend in een gemeenschappelijk vlak, een beweging maken loodrecht op dat vlak. Die tweede groep, die zich op wat afstand onder die eerste groep bevindt, zorgt voor het uitbalanceren van de beweging en borgt de parallelliteit. Last but not least, die twee bladveren groepen zijn met elkaar verbonden door een gemeenschappelijk lichaam. En dit lichaam maakt dan de parallelle beweging. Verwerk hierin wat elektromagneten en je hebt een, zij het een wat bulky, lineaire actuator.

[Unstable Element]

Ik kwam daar een aantal jaar later achteraan.
Als afstudeer opdracht voor mijn opleiding maakte ik feedbackloop tussen de Shack-Hartmann Sensor en de het vervormbare folie in combinatie met een beweegbare spiegel om de tip en tilt er uit te krijgen. Een collega student was in die tijd bezig om een nieuw soort sensor te ontwikkelen.

Voor de tweakers onder ons de computer hardware was redelijk exotisch.
We gebruikten een firewire camera omdat die direct het geheugen kon aanspreken.
Omdat 1 computer niet snel genoeg was voor het verwerken van alle data waren er twee aan elkaar geknoopt met reflective memory. Dit waren geheugen modules die je op een gewone geheugenbank aansloot met een glasvezel er tussen. Alle bitjes die je op pc 1 om zette werden ook op pc 2 omgezet.
Dit hield wel in dat je uit die geheugens moest blijven voor gewone OS taken.
Vandaar dat we een speciale Linux versie gebruikten.

Een van de problemen die je tegen komt is dat je het licht de tijd dat je aan het rekenen bent moet laten "wachten" wij deden dit door het licht tig keer tussen twee spiegels heen en weer te kaatsen en dan nog waren we te laat en moesten we dus gaan voorspellen wat de waarden zouden zijn.

Veel uitdagingen maar leuk dat ze er nu iets mee kunnen.

[Flori]

Hoe groter de spiegel (of lens) van een telescoop hoe groter het scheidend vermogen (grotere scherpte). Het scheidend vermogen is ook nog afhankelijk van de golflengte.
De formule hiervoor is: S = (1,22 * λ / D) * (180/π). λ is de golflengte, D de diameter van spiegel of lens, en S het scheidend vermogen uitgedrukt als hoek in graden aan de hemel.
Als we de golflengte even vergeten is er de veel eenvoudiger formule van de Dawes limiet:
S = 11,6/D. D in centimeters, S in boogseconden.

Een grotere telescoop heeft bij zwakke objecten 's nachts een tweede voordeel: het lichtverzamelend vermogen. Bij een zonnetelescoop is dit natuurlijk niet nodig, er is juist veel te veel licht.

Daarom hebben alle zonnetelescopen een zogenaamde heat-stop: simpel gezegd een spiegel die het grootste deel (>90%) van het zonlicht (en de hitte) uit de telescoop kaatst. Ook de constructie van het gebouw en vloeistofkoeling helpen om de warmte binnen de perken te houden, zoals bij de Inouye zonnetelescoop. Wil je hier meer over weten lees dan deze PDF over een nieuw ontwerp voor een heat stop.

[Reactie gewijzigd door Flori op 24 juli 2024 09:38]

[EliteGhost]

Beetje offtopic grapje maar: is dit de volwassen versie van iemand die het vroeger leuk vond om insecten met een vergrootglas te roosteren?

[Fiander]

Nee, daar gebruikt een beetje tweaker een nubm 31t laser diode voor.

edit: numb <> nubm typo

[Reactie gewijzigd door Fiander op 24 juli 2024 09:38]

[numm!e]

Sinds de LBT (telescoop in Arizona) in 2005 operationeel werd wil iedereen FLAO techniek (adaptieve spiegels) gebruiken. De resultaten waren zo goed dat men dacht dat er een fout gemaakt was in het meten van het resultaat.
De CGST is ook in ontwikkeling, een Chinese telescoop die misschien wel een 8 meter spiegel krijgt.
Maar super dat TNO kan meespelen op wereldniveau!

[Jeroen hofman]

TNO’s adaptieve spiegeltechnologie zal gedetailleerd onderzoek van de zon mogelijk maken.
De ontwikkeling en bouw van Europa’s grootste zonnetelescoop European Solar Telescope (EST) is in volle gang. TNO begint met het ontwerp van een essentieel onderdeel van deze telescoop: adaptieve spiegeltechnologie. Onder meer dankzij deze technologie zal gedetailleerd onderzoek van de zon mogelijk worden.....................
https://www.maakindustrie...an-de-zon-mogelijk-maken/