太阳望远镜像差时变特性的实测研究

High spatial and temporal resolution observation for the magnetic field and dynamic properties is one of the major science cases of modern solar telescope with large aperture. It requires telescope with high image quality, and the telescope aberrations should be limited strictly during the phase of design, mamufacture，installation and alignment. However, due to the complex environment, aberrations will appear inevitablly during the observation, which will degrade the image quality of solar telescope， and the defocus is one of the most obvious aberrations among them. New Vacuum Solar Telescope (NVST) is completed, which provides a good platform for studying the time-variant characteristics of the aberrations of the solar telescope. We propose to carry out real-time measurements of the aberrations of NVST by wavefront sensor. For one thing, we will use the defocus measured as the feedback signal for the close loop control of focussing so as to improve the observation efficiency of NVST. For the other thing, we will study the time-variant characteristics of the aberrations and analyse their causes with the opto-mechanical model of NVST and the other environment measurements. This study will not only improve the image quality of NVST, but also enrich experience for the development of future giant solar telesocpes.

高时空分辨率的磁场和流场观测是现代大口径太阳望远镜的主要科学目标之一，为此对望远镜的像质提出了很高的要求，并在设计、加工、装调过程中对像差进行严格控制。但是由于太阳望远镜观测环境复杂，并直接面对太阳辐射，不可避免的产生时变像差，影响高分辨观测质量，其中最明显的是离焦像差。一米太阳望远镜（NVST）建成并投入观测，为研究像差的时变特性提供了很好的平台。本项目将在NVST上利用波前探测器对望远镜像差进行实时监测，一方面从中提取离焦信息作为反馈量，对NVST实现闭环焦点补偿，提高NVST的观测效率；另一方面结合其他环境参数的测量和望远镜光机模型对像差时变特性和其产生原因进行分析和研究。本项目的研究不仅能够提高NVST的成像质量，同时也为下一代巨型太阳望远镜的研制积累经验。

高时空分辨率的磁场和流场观测是现代大口径太阳望远镜的主要科学目标之一，为此对望 远镜的像质提出了很高的要求，并在设计、加工、装调过程中对像差进行严格控制。但是由于太阳望远镜观测环境复杂，并直接面对太阳辐射，不可避免的产生时变像差，影响高分辨观测质量，其中最明显的是离焦像差。此外还有因为镜筒弯沉导致的彗差。一米太阳望远镜（NVST）建成并投入观测，为研究像差的时变特性提供了很好的平台。本项目研制了一台Shack -Hartmann波前探测器，位于NVST 705.8nm的光球观测波段的一个分支光路，能够在不影响常规观测的情况下实时的监测NVST运行过程中的像差变化，其中提取的离焦像差量，结合NVST M3的调焦装置，能够有效补偿NVST在运行过程中时变离焦对高分辨观测的影响。本项目还对NVST的镜筒温度和封窗温度，环境温度以及太阳辐射功率进行了长期的监测和量化研究，并结合望远镜的光机模型，对NVST时变像差的特性进行了相关性分析和研究。研究表明NVST时变的离焦像差主要与太阳辐射功率有关，在刚开始观测的一段时间会有较快的变化，在12:00-14:00会持续一段时间变化比较平稳，之后会较快的下降，此外还跟主镜的重力下沉有关，与环境温度的关系不大。在离焦像差快变的时段，夏季的离焦像差变化率比冬季大一倍。封窗的热致像差对离焦像差有一定的贡献，约占其三分之二，剩余的离焦像差由主副镜连接机构和主镜的热变形分担，由于主镜的影响不大，剩余三分之一即使全部由连接机构热变形承担，其量级也不大，可以看出铟钢连接有效的减少了结构热变形导致的离焦像差。此外，NVST还具有100-150nm的彗差和像散，说明镜筒还是具有一定的弯沉，但是这个量级的彗差和像差对成像质量没有太大影响。本项目的离焦补偿保证了NVST的像质，提高了NVST的观测效率，像差时变特性的研究结果也为下一代巨型太阳望远镜的研制积累经验。