Úvodní strana  >  Články  >  Kosmonautika  >  Legendárna kamera ožíva alebo reinkarnácia Baker-Nunn

Legendárna kamera ožíva alebo reinkarnácia Baker-Nunn

Známa galaxia M31 zaznamenaná BNC Rothney Atrophysical Observatory v Kanade. Vynikne veľké zorné pole kamery.
Autor: Fabra ROA

V 50-tych a 60-tych rokoch minulého storočia obe svetové veľmoci hľadali možnosti, ako sledovať umelé telesá na obežnej dráhe, družice. Výsledkom úsilia bola na americkej strane sieť optických sledovacích staníc osadených kamerami systému Baker-Nunn. V neskoršom období boli síce kamery nahradené modernejším systémom GEODSS, ale napriek tomu si kamery Baker-Nunn nedávno našli cestu späť, a to dokonca do špičkových oblastí modernej astronómie.

História

Tento rok 4. októbra si pripomíname 60-te výročie vypustenia prvej umelej družice Zeme, Sputnik 1. Málokto z mladšej generácie (vrátane autora) si vie predstaviť, aký úžas, ohromenie ale aj strach táto udalosť vyvolala najmä na západnej hemisfére. Kým na východe jasali, v Pentagone pociťovali obavy a úzkosť pri predstave implikácií, ktoré let Sputnika 1 vyvolal. Let prvej umelej družice Zeme totiž znamenal, že Sovietsky zväz ako prvý disponuje použiteľnou interkontinentálnou balistickou strelou (raketa R-7). A práve spomínaná udalosť a potreba sledovania prvých umelých družíc má úzku väzbu na predmet tohto článku, sledovaciu kameru s konštrukciou Baker-Nunn (BNC).

Pôvodná BNC pre SAO. Úplne vpravo Joseph Nunn. Autor: bollerandchivens.com
Pôvodná BNC pre SAO. Úplne vpravo Joseph Nunn.
Autor: bollerandchivens.com
Ale aby sme sa preniesli od poézie k próze, americká strana z pragmatických dôvodov pracovala na sledovacom systéme od začiatku 50-tych rokov v rámci tzv. projektu Vanguard.  Projekt spočíval na dvoch hlavných komponentách, rádioelektronickej (Minitrack) a optickej (Baker-Nunn). Za optickú časť pritom zodpovedali Fred Whipple a J. Allen Hynek zo Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), pričom jej jadro malo tvoriť dvanásť pozorovacích staníc spolu s presnými časovými normálami umiestených v rôznych lokalitách sveta. Optický návrh bol zverený J. G. Bakerovi, konzultantovi spoločnosti Perkin-Elmer a mechanickú časť navrhol Joseph Nunn. Optiku následne konštruoval a dodával Perkin-Elmer a mechaniku Boller and Chivens. Pre doplnenie, Perkin-Elmer bude asi rozhľadenejším amatérom resp. fotografom znieť povedome, je to spoločnosť s dlhou tradíciou v oblasti optiky, ktorá stála napr. za (nekorigovanou) konštrukciou optiky pre Hubblov teleskop. Celkove bolo podľa dostupných informácií vyrobených približne 22 BNC, z toho 10 prevádzkovalo americké vojenské letectvo USAF v rámci vlastného programu sledovania a kategorizácie objektov na obežnej dráhe. Ohľadom presnej lokalizácie jednotlivých prístrojov panujú v dostupnej literatúre značné rozpory, napriek tomu sa autor pokúsil o sumarizáciu informácií, ktoré sú uvedené v tabuľke.

Schématický rez pôvodnou BNC Autor: bollerandchivens.com
Schématický rez pôvodnou BNC
Autor: bollerandchivens.com
Konštrukcia kamery je znázornená na fotografii vľavo. Z optického hľadiska je pôvodný Baker-Nunn katadioptrický aplanát s priemerom primárneho zrkadla 0,78 m a svetelnosťou 1,0 (!!!) s trojšošovkovým čiastočne asférickým korekčným členom s priemerom 0,5 m. Tento korekčný člen spolu s absenciou sekundárneho zrkadla je hlavným rozdielom oproti tradičnejším katadioptrickým systémom typu Schmidt-Cassegrain resp. Maksutov-Cassegrain, ktoré pozná asi každý fanúšik astronómie. Daňou za vysokú svetelnosť konštrukcie BN je práve korekčný člen s veľkou optickou mohutnosťou, ktorý tak do konštrukcie vnášal dodatočnú chromatickú aberáciu (tzv. farebná chyba).  Baker sa s tým vysporiadal tak, že pre dve vonkajšie šošovky korekčného člena použil exotické sklo Schott KzFS-2 a pre vnútornú šošovku sklo Schott SK-14. Obrazová rovina bola podobne ako v prípade klasickej Schmidtovej komory nerovinná. Cez ňu bol z postranných bubnových zásobníkov prevíjaný fotografický film Cinemascope so šírkou 55 mm, ktorý poskytoval zorné pole až 30°×5°.

Dobové rozmiestnenie sledovacíc staníc siete SAO a USAF Autor: NASA
Dobové rozmiestnenie sledovacíc staníc siete SAO a USAF
Autor: NASA
V danej dobe boli optické parametre systému fenomenálne. Systém umožňoval meranie pozícií satelitov s uhlovou presnosťou 2”. Presné pozorovania umožnili po prvýkrát určiť parametre ako odpor atmosféry pri pohybe satelitov, sploštenie Zeme, radiálne rozloženie hmoty Zeme a mnohé ďalšie. V noci 4. októbra 1957 bola prvá BNC ešte v rozloženom stave a prechádzala úpravami ale vzhľadom na eufóriu, ktoré vypustenie Sputnika 1 vyvolalo, boli už 17. októbra zhotovené prvé fotografické záznamy družice. Sledovacia sieť SAO pritom začala pracovať od r. 1958, s tým, že postupne dochádzalo k jej rozširovaniu a aj pomerne častým presunom jednotlivých kamier. Začiatkom 80-tych rokov, zároveň s príchodom modernejších pozorovacích technológií  ako GEODSS (Ground Based-Electro-Optical Deep Space Surveillance) to vyzeralo na labutiu pieseň BNC a väčšina systémov bola buď demontovaná alebo zrušená.

Na veľkú radosť fanúšikov (vrátane autora) ale masívny nástup CCD technológie v astronómii v priebehu 90-tych rokov a následný prechod k robotizácii ďalekohľadov a tzv. automatizovaným prehliadkam oblohy znamenal oživenie záujmu o vysokosvetelné systémy s veľkým zorným poľom. V tomto ohľade predstavuje BNC prakticky ideálne riešenie.

Pôvodná lokalita

Prevádzkovateľ

Aktuálny prevádzkovateľ/stav

Jupiter, Florida

USAF

Premiestnená do Dionysos, Grécko

Organ Pass, Nové Mexiko

SAO

r.  1968 na Mt. Hopkins, od r. 1980 do NASM

Olifantsfontein, Juhoafrická Republika

SAO

r. 1975 prevezená do St. Margarets, Kanada, aktuálne v EASM?

Cadiz, Španielsko

SAO

Fabra ROA, upgrade na CCD a robotizácia

Mitaka, Japonsko

SAO

Himeji Science Museum, Japonsko

Nainital, India

SAO

ARIES, upgrade na CCD

Arequipa, Peru

SAO

PHASTTER, plánovaný upgrade

Shiraz, Irán

SAO

V r. 1966 prevezená do Debre Zeit, Etiópia, v r. 2012 obeťou požiaru v EASM?

Curacao, Holandské Antily

SAO

V r. 1967, prevezená do Natal, Brazília, momentálne Center for Culture and Tourist Information

Villa Dolores, Argentína

SAO

Zrušená, ?

Comodoro Rivadavia, Argentína

SAO

Zrušená, ?

Haleakala, Havaj

SAO

Phoenix USAF, CCD

Woomera, Austrália

SAO

Prevezená do Siding Spring, APT, CCD, robotizácia

Dakar, Senegal

SAO

?

Edwards AFB, Kalifornia

USAF

?

Johnston Island

USAF

?

San Vito, Taliansko

USAF

Zrušená, aktuálne ?

Cold Lake, Kanada

USAF

Presun do RAO, Kanada, CCD

Harestua, Nórsko

USAF

Prevezená na Mt. John, Nový Zéland, aktuálne?

Santiago, Chile

USAF

?

Pulmosan, Južná Kórea

USAF

?

Kwajalein, US

USAF

?

SAO - Smithsonian Astrophysical Observatory, EASM – Evergreen Aviation and Space Museum

 

Návrat legendy

Ako vidieť z priloženej tabuľky, existuje v prípade viacerých prístrojov značná neistota ohľadom ich ďalšieho osudu. To sa týka najmä kamier prevádzkovaných USAF, kde je z pochopiteľných príčin ťažké vysledovať jednotlivé súvislosti. Čo ale vieme s určitosťou povedať je, že najmenej v štyroch prípadoch došlo k repasovaniu pôvodných prístrojov s následným upgradom na CCD. Týka sa to prístroja observatória Montsec Fabra ROA v Katalánsku, prístroja ARIES v indickom Nainital, Phoenix na Havaji, APT v austrálskom Siding Spring a observatória RAO v Kanade. Skupina okolo BN kamery v Arequipa sa pokúsila o získanie potrebných prostriedkov pre upgrade schémou „crowd funding“, ale podľa dostupných informácií zatiaľ neuspela.

BNC Fabra ROA na Montsec po rekonštrukcii Autor: Fabra ROA
BNC Fabra ROA na Montsec po rekonštrukcii
Autor: Fabra ROA
Ďalej si budeme všímať iba prípad teleskopu observatória Fabra ROA v Španielsku, ktorý sa z hľadiska realizovaných úprav dá považovať za typický, naviac je veľmi dobre zdokumentovaný. Popri rutinných úpravách, ktoré spočívali v opätovnom leštení optických plôch a znovupokrytí primárneho zrkadla reflexnou vrstvou (Diamond-BriteTM), resp. pokrytí ostatných prvkov ochrannými a antireflexnými vrstvami, hlavnú výzvu predstavovala konštrukcia dodatočného korekčného prvku pre vyrovnanie poľa v obrazovej rovine. Ako už bolo uvedené, pôvodná konštrukcia BNC využívala nerovinnú obrazovú rovinu, kým súčasná technológia CCD v princípe neumožňuje konštrukciu zakrivených CCD čipov. Korekčný člen pozostáva z troch prvkov: dvojvypuklej (bikonvexnej) šošovky z materiálu CaF2, čiastočne asférického menisku a planárneho farebného filtra. Úlohou menisku je korekcia astigmatizmu a poduškovitého skreslenia, ktoré do systému vnáša dodatočná bikonvexná šošovka. Kamera po rekonštrukcii vykazuje svetelnosť 0,96 s rovinným zorným poľom s rozmerom 4,4°×4,4° a celkovou priepustnosťou systému 63 %, t.j. 63 % svetla dopadajúceho na vstupnú apertúru kamery dopadne na plochu CCD detektora. Prístroj dáva uhlovú rozlišovaciu schopnosť 3,9” a limitnú magnitúdu V ~ 19.5 mag.

Optická konfigurácia BNC pred a po CCD upgrade Autor: Fabra ROA
Optická konfigurácia BNC pred a po CCD upgrade
Autor: Fabra ROA
Po rekonštrukcii sa španielsky (resp. katalánsky) prístroj využíva v dvoch ťažiskových pozorovacích programoch, ide o fotometrické vyhľadávanie exoplanét a monitoring tzv. kozmického smetia. Sekundárnym programom je sledovanie a monitoring populácie blízkozemných asteroidov. Nepochybne pôvodný tvorcovia BNC ani netušili, že ich výtvor bude veľmi žiadaným artiklom v repertoári astronómie 21. storočia, pričom kamera zostáva z hľadiska optiky unikátnou aj po uplynutí  šesťdesiatich rokov.

Opäť sa raz ukazuje, že dobrá optika nestarne. Pre príklady nemusíme chodiť ďaleko. Pracovníci Astronomického a geofyzikálneho observatória v Modre veľmi úspešne prevádzkujú tzv. „staroďalskú šesťdesiatku,“ t.j. newtonov ďalekohľad s priemerom primárneho zrkadla 60 cm konštrukcie Zeiss, ktorý bol pôvodne ešte v r. 1927 nainštalovaný na hvezdárni v Starej Ďale (súčasné Hurbanovo). Ďalekohľad sa tak tohto roku dožíva úctyhodných 90 rokov od prvej inštalácie.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] The Rothney Astrophysical Observatory
[2] NASA
[3] Telescope Fabra ROA Montsec
[4] Boller & Chivens
[5] bakernunn.org



O autorovi

Dušan Lorenc

Medzinárodné laserové centrum, Bratislava. Katedra fyzikálnej a teoretickej chémie, UK, Bratislava.

Štítky: Družice 


43. vesmírný týden 2017

43. vesmírný týden 2017

Přehled událostí na obloze od 23. 10. do 29. 10. 2017. Měsíc bude v první čtvrti. Saturn je večer nízko nad jihozápadem. Téměř celou noc jsou vidět planety Neptun a Uran, ráno navíc jasná Venuše a slabší Mars. Jupiter je za Sluncem. Aktivita Slunce je nízká. Dozvěděli jsme se, že poslední zdroj gravitačních vln, zachycený společně s Virgo, byl splynutím dvou neutronových hvězd. Rampa SLC-40 na Floridě, kde došlo loni k explozi rakety Falcon 9, už brzy bude hostit další starty. Na ISS skončila série tří údržbářských výstupů do volného prostoru.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Vteřiny před a po zatmění

Velké americké zatmění. Tak jej, pro nás přeci jen trochu velikášsky, nazvali sami Američané. Na druhou stranu se jim není co divit. Pás totality, tedy oblast viditelnosti úplného zatmění, se táhla skrze celou Ameriku. Prakticky od pustého severozápadu až po zalidněný jihovýchod. Zejména

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Startrails a lietadlo

20.10.2017; 21:35 LSEČ; Canon 350D+Samyang 8/3.5; 15x27s v 3s intervaloch. 1600ISO; Tesárske Mlyňany.

Další informace »