Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 35
Саммари: Нечем будет указывать, куда телескоп должен смотреть, нечем фильтровать свет с конкретной стороны, слишком будет дорого получить такую же светосилу.
Не раскрыта тема массива из N сравнительно маленьких телескопов, данные с которых программно суммируются для повышения качества общей картинки.
вы удивитесь но разрешение камеры вояджера 400 х400 пикселей но картинки от него мы получали в фуллHD! Откуда? а вот дело в том что вселенная почти статичный обьект. а если чтото и движется то мы знаем скорость и направление. Значит мы можем коректировать направление одного мелкого телескопа так чтоб захватывать нужные нам сегменты а потом сшивать их воедино. Это уже давно применяют на хабле и на наземных телескопах для увеличения разрешения, повышения четкости и т.д. основополагающим в этом деле есть качество зеркала и качество плоскости матрицы ибо уже вышли на десятые микрона погрешности и этого всеравно мало! вы же по нимаете что рычаг 1 к 10^26 метрам не позволяет даже молекуламв кристалической решетке неравномерно валяться :) на том конце миллионы километров будет отклонение.
В фантастике уже реализовано. К примеру: Астровитянка. Куча телескопов по всей солнечной системе соединяются в одну сеть и работают по одной программе с учетом положения/расстояния/типа.
Вопрос в длине волны. Для радиотелескопов такое уже применяется. А для интерферометров вообще могут работать наземные и космические совместно. Но для видимого, инфракрасного и и ультрафиолетового такое пока недостижимо.
Можно по-научному: зеркала и линзы формируют на матрице ПЗС преобразование Фурье от комплексного распределения амплитуды и фазы поля световой волны на апертуре входного зеркала или линзы. Направление, с которого пришла волна, определяет линейное распределение фазы по апертуре, и именно это распределение определяет положение точки, куда будет сфокусирована волна с данного направления. ПЗС позволяет измерять мощность света, что даёт возможность вместе с зеркалом регистрировать распределение света по направлениям, откуда этот свет пришёл. Но ПЗС не может регистрировать фазу, да ещё в широком спектре.
Если бы достаточно было бы одной длины волны, то тогда фазу тоже можно было бы регистрировать с помощью интерференции, добавив свой опорный источник света, и тогда появилась бы возможность восстанавливать и направление, как изображение с голограммы. Но на одной длине волны или в спектральном интервале, настолько узком, чтобы подобную схему можно было бы реализовать — слишком мало света.
Беззеркальную систему можно будет реализовать, если заменить ПЗС на матрицу антенн микроскопического размера (фазированную решётку оптического диапазона) с возможностью передачи всей амплитудно-фазовой информации в компьютер для последующего восстановления. Но это пока — из области невозможного: нет ни антенн таких с малыми потерями, ни возможности передачи и обработки такого огромного объёма информации.
Если бы достаточно было бы одной длины волны, то тогда фазу тоже можно было бы регистрировать с помощью интерференции, добавив свой опорный источник света, и тогда появилась бы возможность восстанавливать и направление, как изображение с голограммы. Но на одной длине волны или в спектральном интервале, настолько узком, чтобы подобную схему можно было бы реализовать — слишком мало света.
Беззеркальную систему можно будет реализовать, если заменить ПЗС на матрицу антенн микроскопического размера (фазированную решётку оптического диапазона) с возможностью передачи всей амплитудно-фазовой информации в компьютер для последующего восстановления. Но это пока — из области невозможного: нет ни антенн таких с малыми потерями, ни возможности передачи и обработки такого огромного объёма информации.
А почему нельзя вместо линзы использовать плоский метаматериал?
Собственно, это очень простой метаматериал — выпуклая линза, склеенная выпуклой частью с вогнутой стороной вогнутой линзы. Нужно просто будет для вогнутой линзы использовать материал с меньшим коэффициентом преломления. Вроде бы стеклянная пластина, а свет фокусирует. Вот оно, волшебство технологий XXI века! А уже если про линзу Френеля вспомнить… Ух!
Как вообще можно сделать фазированную решетку на таком коротковолоновом диаппазоне как оптический? Представляю что то типа чипа, он же проводит первичный анализ. но стоимость такой антены получится мягко говоря дорогой, где каждый квадратный сантиметр даже в лучшем случае десятки баксов.
А если на волноводах? Линза или зеркало формируют преобразование Фурье (см. выше), а это, грубо говоря — суммирование на пикселе ПЗС волн от (вспомнили принцип Гюйгенса) разных точек апертуры зеркала или линзы с фазовой задержкой, определяемой расстоянием от этих точек до данного пикселя. А теперь — сделаем дискретное преобразование Фурье: от разных входных элементов нашей фазовой решётки введём разные фазовые задержки с помощью волноводов и ветвителей — элементами интегральной оптики… Ну, как это сделать и можно ли сделать вообще — я пока не знаю… Можно попробовать пофантазировать… Например, придумать элемент, выполняющий операцию «бабочка» быстрого преобразования Фурье. Дерзайте! :)
А ничего делать и не надо.
Все просто — идешь в Thorlabs и покупаешь жидкокристаллический spatial light modulator (SLM) — Holoeye
Либо какой-нибудь другой подобный
Вот и фазированная решетка в оптическом диапазоне.
На ее основе можно сделать сенсор волнового фронта в разрешением 100500 раз большем чем у датчика Шака-Гартмана
Или свет фокусировать — вместо линзы.
Только для телескопа это не нужно — зеркалом сподручнее. Кстати, звездный интерферометер — это тоже фазированная решетка, только там зеркала играют роль «антенн»
Все просто — идешь в Thorlabs и покупаешь жидкокристаллический spatial light modulator (SLM) — Holoeye
Либо какой-нибудь другой подобный
Вот и фазированная решетка в оптическом диапазоне.
На ее основе можно сделать сенсор волнового фронта в разрешением 100500 раз большем чем у датчика Шака-Гартмана
Или свет фокусировать — вместо линзы.
Только для телескопа это не нужно — зеркалом сподручнее. Кстати, звездный интерферометер — это тоже фазированная решетка, только там зеркала играют роль «антенн»
>> spatial light modulator (SLM) — Holoeye
Ничего не понимаю, причем тут это, даже если это то о чем я подумал, то нужна опорная волна для интерференции, инопланетяне когерентным лазером светить нам не собираются
Ничего не понимаю, причем тут это, даже если это то о чем я подумал, то нужна опорная волна для интерференции, инопланетяне когерентным лазером светить нам не собираются
В реальности — ни причем. Тут же фантазируют, как прикрутить фазированную антенны в оптическом диапазоне. Вот это и пример такой антенны.
Вы подаете фазу на эту матрицу, например, для сканирования по углу. Подав квадратичную фазу — можно фокусировать и получить изображение. Ну, а если разделить пучок от телескопа на два, то такой штукой можно вносить фазовый сдвиг для звездного интерферометра
А для чего нужна опорная волна? Вы собираетесь записать голограмму и восстанавить трехмерное изображение звезды, которая находится в бесконечности?
А если просто нужно записать фазу волнового фронта, то ставить датчики волного фронта — либо на SLM, либо, например, light-field sensor, как в Lytro камере
Только это непрактично. Рассматривайте это, как фантазии
Кстати, свет от звезды вполне когерентный. На чем и звездны интерферометер основан
Вы подаете фазу на эту матрицу, например, для сканирования по углу. Подав квадратичную фазу — можно фокусировать и получить изображение. Ну, а если разделить пучок от телескопа на два, то такой штукой можно вносить фазовый сдвиг для звездного интерферометра
А для чего нужна опорная волна? Вы собираетесь записать голограмму и восстанавить трехмерное изображение звезды, которая находится в бесконечности?
А если просто нужно записать фазу волнового фронта, то ставить датчики волного фронта — либо на SLM, либо, например, light-field sensor, как в Lytro камере
Только это непрактично. Рассматривайте это, как фантазии
Кстати, свет от звезды вполне когерентный. На чем и звездны интерферометер основан
Можно интерферометрировать и без опорного источника света — интерферометры радиального и поперчного сдвига. Да и тот же звездний интерферометер
Можно и беззеркальную систему сделать. ТОлько придется ее делать такого же размера, как первичное зеркало. Иначе ничего не видно не будет (разрешение опеределяется диамтером зеркала, так ведь из Гюйгенса получается?)
Можно и беззеркальную систему сделать. ТОлько придется ее делать такого же размера, как первичное зеркало. Иначе ничего не видно не будет (разрешение опеределяется диамтером зеркала, так ведь из Гюйгенса получается?)
Давно уже всё придумали, линзы и зеркала не нужны. Пинхол. Заодно можно будет попасть в Книгу рекордов Гинесса с телескопом с самой маленькой апертурой.
Совсем недавно как раз слышал о том что можно обойтись без линз если правильно программно обрабатывать получаемый на таком безлинзовом телескопе «белый шум».
Там же говорилось о том что таким образом уже повышали четкость снимков Хаббла, пока его не отремонтировали.
Опять ученый изнасиловал журналиста?
Там же говорилось о том что таким образом уже повышали четкость снимков Хаббла, пока его не отремонтировали.
Опять ученый изнасиловал журналиста?
Все-таки Итан великолепен. Каждой новой публикацией пробивать очередное дно, демонстрируя свою невероятнейшую безграмотность — это не каждому дано.
Видимо его в детстве сильно напугала задачка «видны ли звезды из глубокого колодца».
Видимо его в детстве сильно напугала задачка «видны ли звезды из глубокого колодца».
Вы разрушили мою детскую мечту — залезть в колодец и увидеть Южний крест.
Я на интервью у оптиков спрашиваю — можно ли увидеть звезды днем и, если да, то что для этого нужно.
Я на интервью у оптиков спрашиваю — можно ли увидеть звезды днем и, если да, то что для этого нужно.
На безоблачном небе? Да запросто! Одну — точно можно. Только долго на неё не смотрите.
Ну, во время солнечного затмения — сами понимаете. А про остальное можно тоже пофантазировать: откачать атмосферу Земли на время, запретить специальным указом рэлеевское рассеяние… Ну, нарисуйте себе звезду, наконец, и смотрите на неё хоть днём, хоть ночью!
Ну, во время солнечного затмения — сами понимаете. А про остальное можно тоже пофантазировать: откачать атмосферу Земли на время, запретить специальным указом рэлеевское рассеяние… Ну, нарисуйте себе звезду, наконец, и смотрите на неё хоть днём, хоть ночью!
Погода безоблачная, мы смотрим в сторону противоположную солнцу. Смотрим в телескоп.
Небо является протяженным источником света. Поэтому яркость (пренебрегая потерями в оптике) остается неизменной.
Количество света, которое попадает в глаз от звезды, пропорционально площади зеркала/линзы телескопа.
Звезда — точечный объект, которий глазом не разрешить, т.е. весь свет от звезды попадает на один светочувствительный элемент сетчатки.
Соответственно, выбирая приличный диаметр телескопа можно добиться того, чтобы световая энергия от звезды создавала большую освещенность на этом элементе сетчатки, чем небо. Тогда мы увидим звезду.
Все данные можно взять из гугла. Насколько я помню, диаметр телескопа нужен пару метров при средней освещенности неба 7 kcd/m2, если хочется увидеть Сириус (примерно -1.5 звездная величина)
Небо является протяженным источником света. Поэтому яркость (пренебрегая потерями в оптике) остается неизменной.
Количество света, которое попадает в глаз от звезды, пропорционально площади зеркала/линзы телескопа.
Звезда — точечный объект, которий глазом не разрешить, т.е. весь свет от звезды попадает на один светочувствительный элемент сетчатки.
Соответственно, выбирая приличный диаметр телескопа можно добиться того, чтобы световая энергия от звезды создавала большую освещенность на этом элементе сетчатки, чем небо. Тогда мы увидим звезду.
Все данные можно взять из гугла. Насколько я помню, диаметр телескопа нужен пару метров при средней освещенности неба 7 kcd/m2, если хочется увидеть Сириус (примерно -1.5 звездная величина)
Неплохо. Но тогда смотреть лучше в сторону, перпендикулярную направлению на Солнце — рэлеевское рассеяние от неба в этом направлении меньше. Можно ещё попробовать поляризационный фильтр.
Насколько я помню, диаметр телескопа нужен пару метров при средней освещенности неба 7 kcd/m2, если хочется увидеть Сириус (примерно -1.5 звездная величина)
Эка вы загнули. Для Сириуса гляделки в 30-40 мм должно хватить.
Делаем расчёт на коленке:
Интернет говорит, что яркость неба -5m с квадратной минуты.
Я регулярно вижу Венеру невооружённым глазом при яркости -3,5m, если она не прямо у Солнца. Значит моему глазу достаточно добавки в 2,5^(-5+3.5) = 0.25. В одну четверть яркости, чтобы увидеть. Пусть нетренированный наблюдатель увидит при яркости Венеры в -4m — что соответствует добавке в 0.4.
При наблюдении в телескоп протяжённых объектов их размер увеличивается и поверхностная яркость может только падать, однако звёзды для телескопа являются точечными объектами и их размер ограничивается лишь кружком Эри, который виден только при больших увеличениях.
Предположим, что у нас в распоряжении есть некая подзорная труба для дневных наблюдений. Днём зрачок человека равен примерно 2-3 мм. Если кратность трубы, например 30 крат, то чтобы весь свет, собираемый объективом попал в зрачок, его диаметр должен быть 2 мм * 30 = 60 мм. Если мы поставим бо́льшее увеличение, то поверхностная яркость неба упадёт, но мы пока остановимся на этом.
Теперь мы наблюдаем участок неба в 30 раз меньше, при этом сохранив его яркость. Однако звезда своего размера не изменила, а труба собрала её света в (60 мм / 2 мм)^2 = 900 раз больше. То есть мы сможем наблюдать в 900 раз более слабые объекты, чем просто невооружённым глазом. 900 раз — это почти 7,5 звёздных величин. Если раньше самое тусклое, что мы видели — это -4, то теперь это будут звёзды +3,5 величины! Что явно тусклее Сириуса, т.е. увидеть его в такую гляделку будет легче лёгкого (только бы знать, где искать, что является основной проблемой при дневных наблюдениях)
Интересно оценить в обратную сторону. Какой минимальный диаметр объектива потребуется:
Мы должны улучшить проницающую способность глаза на: -4m — (-1,5m) = -2.5m
Если объект тусклее на -2.5m — это примерно в 10 раз.
(x мм / 2 мм)^2 = 10 => x = 2 мм * (10)^0.5 = 6.3 мм.
При этом кратность должна быть 6.3 мм / 2 мм = 3.15.
Короче театрального бинокля для Сириуса хватит. :D
Да, приношу извинения, с двумя метрами я загнул. Память фиговая стала. Нашел бумажки.
Я по-другому считал.
Яркость неба — Lsky=7e3 cd/м2
Зрачок глаза 3 мм диаметром,
Площадь зрачка: Sp=7.1е-6 м2
Разрешение глаза — deye = 1 минута (=0.017 градуса = 3.e-4 rad)
Звездная величина Сириуса М= -1.5
Освещенность от Сириуса: Estar=10^[(−14.18−M)/2.5]=1.е-5 Люкс
Поле зрения окуляра телескопа: alpha — (обычно от 30 градусов до 100 у широкоугольных)
Соответствующий телесный угол: omega=2pi(1-cos(alpha/2))=4pi*(sin(alpha/4))^2=pi*alpha^2/4 (для небольших углов)
Число пикселов (=минимально разрешаемых элементов) глаза по линейному углу: Na=alpha/deye. Несколько натянуто, поскольку разрешение глаза быстро падает от центра к краю, но мы считаем примерно, пренебрегая потерями в оптике, падению освещенности в оптике по углу и т.д.
Число пикселов глаза по телесному углу: Nsolid=pi*Na^2/4=pi*alpha^2/(4*deye^2)
Поток от неба в зрачок глаза: Fsky=Lsky*omega*Sp=Lsky*pi*alpha^2*Sp
Световой поток от неба на пиксель: Fpixel=Fsky/Nsolid=[Lsky*pi*alpha^2/4*Sp]/[pi*alpha^2/(4*deye^2)]=Lsky*Sp*deye^2=3.85e-9 Lm
Световой поток от звезды (попадает на один пиксел глаза): Fstar=Estar*pi*Diam^2/4=7.85e-6*Diam^2 Lm
Отсюда диаметр (Fpixel<Fstar): Diam=sqrt(3.85e-9/7.85e-6)=22 mm
Для зрачка глаза в 2 мм (как в вашем расчете): Diam=15 mm
В вашем расчете меня смущает:
Я по-другому считал.
Яркость неба — Lsky=7e3 cd/м2
Зрачок глаза 3 мм диаметром,
Площадь зрачка: Sp=7.1е-6 м2
Разрешение глаза — deye = 1 минута (=0.017 градуса = 3.e-4 rad)
Звездная величина Сириуса М= -1.5
Освещенность от Сириуса: Estar=10^[(−14.18−M)/2.5]=1.е-5 Люкс
Поле зрения окуляра телескопа: alpha — (обычно от 30 градусов до 100 у широкоугольных)
Соответствующий телесный угол: omega=2pi(1-cos(alpha/2))=4pi*(sin(alpha/4))^2=pi*alpha^2/4 (для небольших углов)
Число пикселов (=минимально разрешаемых элементов) глаза по линейному углу: Na=alpha/deye. Несколько натянуто, поскольку разрешение глаза быстро падает от центра к краю, но мы считаем примерно, пренебрегая потерями в оптике, падению освещенности в оптике по углу и т.д.
Число пикселов глаза по телесному углу: Nsolid=pi*Na^2/4=pi*alpha^2/(4*deye^2)
Поток от неба в зрачок глаза: Fsky=Lsky*omega*Sp=Lsky*pi*alpha^2*Sp
Световой поток от неба на пиксель: Fpixel=Fsky/Nsolid=[Lsky*pi*alpha^2/4*Sp]/[pi*alpha^2/(4*deye^2)]=Lsky*Sp*deye^2=3.85e-9 Lm
Световой поток от звезды (попадает на один пиксел глаза): Fstar=Estar*pi*Diam^2/4=7.85e-6*Diam^2 Lm
Отсюда диаметр (Fpixel<Fstar): Diam=sqrt(3.85e-9/7.85e-6)=22 mm
Для зрачка глаза в 2 мм (как в вашем расчете): Diam=15 mm
В вашем расчете меня смущает:
Пусть нетренированный наблюдатель увидит при яркости Венеры в -4m — что соответствует добавке в 0.4.
Я беру яркость неба -5m. Если яркость Венеры -4m и наблюдатель её видит, то на некую общую подставку яркостью X приходится добавка от Венеры. Разность в одну звёздную величину соответствует (100)^(1/5) ~ 2.5 при этом шкала логарифмическая, т.е. каждое изменение на одну величину равно изменению яркости в 2,5 раза. У нас Венера тусклее, поэтому её яркость равна 1/2,5 от фона = 40%
А если не увидит?
Я могу кое-как днем, во второй половине дня, увидеть луну в стороне, противоположной солнцу. Звездная величина -13. Но Венеру — да не жисть мне не увидеть. Тем более днем. Поэтому я сказал, что меня смущает это венерическое значение, как пороговое.
Пошуршав по Инету, нашел, что можно увидеть Венеру рано утром. Но тогда яркость неба будет меньше, чем днем. Что отразится на расчете
Все это, на самом деле, не принципиально важно. Звезды можно видеть днем.
Я могу кое-как днем, во второй половине дня, увидеть луну в стороне, противоположной солнцу. Звездная величина -13. Но Венеру — да не жисть мне не увидеть. Тем более днем. Поэтому я сказал, что меня смущает это венерическое значение, как пороговое.
Пошуршав по Инету, нашел, что можно увидеть Венеру рано утром. Но тогда яркость неба будет меньше, чем днем. Что отразится на расчете
Все это, на самом деле, не принципиально важно. Звезды можно видеть днем.
Вы просто не знаете куда смотреть, как и большинство. Я Венеру регулярно днём наблюдаю, если условия (погода и расстояние от солнца >20 градусов) позволяют. И многим своим знакомым показываю.
1) Смотришь по планетарию где она должна быть и на каком расстоянии.
2) Ищешь. Самая муторная часть. Иногда от Солнца всё-таки приходится спрятаться за тенью какого-нибудь дерева-здания.
3) После того как нашёл повторно найти намного легче, поэтому берёшь знакомого и подводишь его в такое место, где есть какой-то земной, но далёкий (чтобы резкость была наведена на бесконечность) ориентир. Ветка, угол дома, антенна телевизионная, желательно так, чтобы они указывали на планету или были прямо под ней.
4) ???
5) Profit! Пока что у всех, у кого нет близорукости получалось увидеть при таком подходе.
Как я уже говорил, основная проблема — непонятно куда смотреть, чтобы увидеть эту белую точечку, но как только есть ориентир — всё просто.
1) Смотришь по планетарию где она должна быть и на каком расстоянии.
2) Ищешь. Самая муторная часть. Иногда от Солнца всё-таки приходится спрятаться за тенью какого-нибудь дерева-здания.
3) После того как нашёл повторно найти намного легче, поэтому берёшь знакомого и подводишь его в такое место, где есть какой-то земной, но далёкий (чтобы резкость была наведена на бесконечность) ориентир. Ветка, угол дома, антенна телевизионная, желательно так, чтобы они указывали на планету или были прямо под ней.
4) ???
5) Profit! Пока что у всех, у кого нет близорукости получалось увидеть при таком подходе.
Как я уже говорил, основная проблема — непонятно куда смотреть, чтобы увидеть эту белую точечку, но как только есть ориентир — всё просто.
Давно уже используют гиганские матрицы без линз зеркал и фильтров — солнечная батарея называется
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Спросите Итана: почему бы нам не сделать телескоп без зеркал или линз?