ゴールデンウイーク初日に久しぶりに太陽に復帰したのですが、まだいまいち調子が出ません。
今回も改めて認識できたのですが、長年懸念の大きな課題が２つあります。
この記事では、まずはPSTのHαの良蔵範囲について考えたいと思います。
最近のPSTを使っての太陽のHα画像を見ていて、どうもシマシマやモジャモジャのみえる良蔵範囲が狭いのではないかと思うようになってきました。まずはエタロンの設置角度が悪いのではと思い、最初に分解して以来、久しぶりにエタロン部を分解してエタロン本体を取り出してみました。
いい機会なのでついでにエタロンを少し観察してみます。
エタロンは、開発者のCharles FabryとAlfred Perotの二人の名前を冠したファブリーペロー干渉計などとも呼ばれ、2枚の鏡を合わせ鏡状態で平行に並べた光共振器になっています。鏡の平行度がとても大切で、鏡が傾いて取り付けられると光がうまく干渉せず、共振状態になりません。どれくらいの角度の精度が必要かは鏡間の距離に依存しますが、評価はTEM(Transverse ElectroMagnetic、横モード)00モードが他の高次モードに比べてどれだけ出てくるかで評価します。PSTでは2枚の鏡の間に等厚のスペーサを4つ入れて、角度の精度を出しているようです。上の写真をよく見ると、鏡の隙間の中にスペーサーがあるのが分かります。
エタロンを正面から見てみましょう。
4隅にスペーサーがあるのがわかると思います。でもスペーサーの形が超適当です。これは下手なカットをして端部で厚みが変わるのを避けているためと思われます。接着はこの手のものはオプティカルコンタクト（表面の平面度を出して、分子間力で接合する方法）かと思われます。
裏面を見てみます。PSTのやばいデザインの一つ、スポンジでの固定です。
これも理由がきちんとあって、PSTの回転リングでエタロン本体にかかる圧力を変えて透過波長を調節します。スポンジでDC的な圧力変動に対して追随するというわけです。
このスポンジも面白くて、2つのカケラを貼り付けることで平行度を出しているようです。真横から見ると、この2つのかけらがあって初めてまっ平になっているように見えます。一番上の写真を見直してみると、スポンジに欠けがあります。これはわざとなのかたまたまなのか、理由も含めてよくわかりません。でもなんか欠け際に焦げたような跡が見えるので、もしかしたら何か意味があるのかもしれません。
よくよく考えると、なぜエタロン外側の回転リングを回すと入射光に対してエタロンの角度が変わるのか、まだ理解できていません。回転リングはぱっと見平行に回しているように見えます。言い換えると、均等に圧をかけているだけの気がします。これだけだと角度変化にならない気がします。もしかしたらスポンジの裏面のカケラを置くことで、スポンジの密度を変えていて、そこを支点に入射光に対するエタロンの角度が変わっているのかもしれません。もしそうならコストを抑えたものすごいアイデアです。
とりあえず、見ている限り設置でのエタロンの平行度は問題なさそうなので、元に戻します。
PSTですが、なぜか自宅にもう一台転がっています。以前やったPST分解講座の前にジャンクで安く出てたのを購入しておいたものです。
今回、2台のPSTを2/3インチのセンサーサイズの大きいApollo-M MINIを使って、少し広い範囲で見てみました。結果はというと、
2. 一方、スジ状に良像が変化する場合は、エタロンの鏡の平行度がおかしいとか、エタロンが傾いて取り付けられているなどの可能性があります。
いずれにせよ、Apolloに比べて1/3インチセンサーのASI290MMの方が狭い範囲を見ていて、この範囲内に良像が入っていればいいという観点で判断します。
実際の画像を見てみます。ASI290MMで撮影しています。まずはこれまでのPSTです。前日水曜日に撮ったもので、クロップ前のものです。Hαのシマシマが出ている良像範囲としては中央から右と右下方向のみで全画面の4分の1からせいぜい3分の1程度でしょうか。
念のため良像範囲を検討した時の2019年の画像を見てみると、点々でなくきちんとHαのシマシマが出ているのはやはり4分の１程度です。
これまで、大きな黒点とかはそこを中心にしてクロップするので、うまく写っていないところをカットして良く見せているだけでした。なので今回撮影したように、中くらいの大きさの複数の黒点が画面全体に広がっている場合は、それらを全部入れようとするとどうしてもHαが出ないところがあるというわけです。
少なくとも2019年から良像の割合はほとんど変わっていないので、エタロンの経年劣化などはないと判断しました。逆にいうと、今回エタロンを取り出してまた入れ直したりしましたが、それくらいでは良像範囲は大きく変わらないということです。エタロンは平行度が命で、自分の手で何かをして良像範囲を劇的に改善するのはかなり難しいとも言えます。
次に、2台目のPSTで連休２日目の木曜に撮ったものです。
2日目のほうがシーイングが悪いので分解能は出てないのですがそれは無視するとして、Hαという意味ではどうも新しいPSTの方が良蔵範囲が広いようです。全画像の半分以上はシマシマが出ているように見えます。
一見黒点付近ではそれにも増して分解能が悪いようも見えますが、波長がHαに近づいてくると（シマシマがより見えるようになるために）白色光では良く見える黒点の形が分かりにくくなってくるはずで、シーイングのせいで分解能が悪いのを差っ引いても、正しい方向に向かっている気がします。
補足:
そもそもエタロンの劣化はあまり考えにくく、ダメになる時は鏡がずれてしまったりで全く見えなくなる可能性の方が高いと思います。徐々に見えなくなるというシナリオは、鏡の反射面になんらかの支障が出る場合ですが、合わせ鏡の内側のことで、汚れたりコーティングが徐々に劣化していくことも稀かと思います。エタロンというよりは、BF(ブロッキングフィルター)やERFの経年劣化の可能性の方が遥かに高く、全体に暗くなったとかは大抵エタロン以外が原因です。実際エタロンが全く見えなくなった話はたまに聞きますが、だんだん見えなくなってきたという話はこれまで聞いたことがありません。
良像範囲はほぼエタロンの出来で決まるので、ユーザーは改善の手立てがあまりありません。せいぜい傾いていないかの位置調整くらいです。その確認の意味で、先のエタロンの位置を確認してみたというわけです。以前の議論にも書きましたが、物によっては当たりのエタロンもあり、そういったものを手に入れられるなら、大きな範囲で安定したHα像を得られるはずです。そのようなことを議論したのが、4年前の記事:
になります。今回やっと、この時不満に思っていたことを、2台目のPSTと見比べることにより、多少なりとも改善、進化に繋げることができるのかと思います。
2台のPSTの比較で、一応の結論は出ました。
今回も改めて認識できたのですが、長年懸念の大きな課題が２つあります。
- 一つはPSTのHαの良蔵範囲が小さいのが気になること、
- もう一つがシーイングはそこそこなのに粒状斑がなかなか出ないこと
この記事では、まずはPSTのHαの良蔵範囲について考えたいと思います。
エタロン取り出し
最近のPSTを使っての太陽のHα画像を見ていて、どうもシマシマやモジャモジャのみえる良蔵範囲が狭いのではないかと思うようになってきました。まずはエタロンの設置角度が悪いのではと思い、最初に分解して以来、久しぶりにエタロン部を分解してエタロン本体を取り出してみました。
いい機会なのでついでにエタロンを少し観察してみます。
エタロンは、開発者のCharles FabryとAlfred Perotの二人の名前を冠したファブリーペロー干渉計などとも呼ばれ、2枚の鏡を合わせ鏡状態で平行に並べた光共振器になっています。鏡の平行度がとても大切で、鏡が傾いて取り付けられると光がうまく干渉せず、共振状態になりません。どれくらいの角度の精度が必要かは鏡間の距離に依存しますが、評価はTEM(Transverse ElectroMagnetic、横モード)00モードが他の高次モードに比べてどれだけ出てくるかで評価します。PSTでは2枚の鏡の間に等厚のスペーサを4つ入れて、角度の精度を出しているようです。上の写真をよく見ると、鏡の隙間の中にスペーサーがあるのが分かります。
エタロンを正面から見てみましょう。
4隅にスペーサーがあるのがわかると思います。でもスペーサーの形が超適当です。これは下手なカットをして端部で厚みが変わるのを避けているためと思われます。接着はこの手のものはオプティカルコンタクト（表面の平面度を出して、分子間力で接合する方法）かと思われます。
裏面を見てみます。PSTのやばいデザインの一つ、スポンジでの固定です。
これも理由がきちんとあって、PSTの回転リングでエタロン本体にかかる圧力を変えて透過波長を調節します。スポンジでDC的な圧力変動に対して追随するというわけです。
このスポンジも面白くて、2つのカケラを貼り付けることで平行度を出しているようです。真横から見ると、この2つのかけらがあって初めてまっ平になっているように見えます。一番上の写真を見直してみると、スポンジに欠けがあります。これはわざとなのかたまたまなのか、理由も含めてよくわかりません。でもなんか欠け際に焦げたような跡が見えるので、もしかしたら何か意味があるのかもしれません。
よくよく考えると、なぜエタロン外側の回転リングを回すと入射光に対してエタロンの角度が変わるのか、まだ理解できていません。回転リングはぱっと見平行に回しているように見えます。言い換えると、均等に圧をかけているだけの気がします。これだけだと角度変化にならない気がします。もしかしたらスポンジの裏面のカケラを置くことで、スポンジの密度を変えていて、そこを支点に入射光に対するエタロンの角度が変わっているのかもしれません。もしそうならコストを抑えたものすごいアイデアです。
とりあえず、見ている限り設置でのエタロンの平行度は問題なさそうなので、元に戻します。
2台目のPST
PSTですが、なぜか自宅にもう一台転がっています。以前やったPST分解講座の前にジャンクで安く出てたのを購入しておいたものです。
今回、2台のPSTを2/3インチのセンサーサイズの大きいApollo-M MINIを使って、少し広い範囲で見てみました。結果はというと、
- これまでのPSTはPSTのリングを回すと円状に明るく(Hαからずれている)なったり暗く(Hαに合っている)なったりします。
- 2台目のPSTはPSTのリングを回すと筋状に明るく(Hαからずれている)なったり暗く(Hαに合っている)なったりします。
2. 一方、スジ状に良像が変化する場合は、エタロンの鏡の平行度がおかしいとか、エタロンが傾いて取り付けられているなどの可能性があります。
いずれにせよ、Apolloに比べて1/3インチセンサーのASI290MMの方が狭い範囲を見ていて、この範囲内に良像が入っていればいいという観点で判断します。
実際の画像を見てみます。ASI290MMで撮影しています。まずはこれまでのPSTです。前日水曜日に撮ったもので、クロップ前のものです。Hαのシマシマが出ている良像範囲としては中央から右と右下方向のみで全画面の4分の1からせいぜい3分の1程度でしょうか。
念のため良像範囲を検討した時の2019年の画像を見てみると、点々でなくきちんとHαのシマシマが出ているのはやはり4分の１程度です。
これまで、大きな黒点とかはそこを中心にしてクロップするので、うまく写っていないところをカットして良く見せているだけでした。なので今回撮影したように、中くらいの大きさの複数の黒点が画面全体に広がっている場合は、それらを全部入れようとするとどうしてもHαが出ないところがあるというわけです。
少なくとも2019年から良像の割合はほとんど変わっていないので、エタロンの経年劣化などはないと判断しました。逆にいうと、今回エタロンを取り出してまた入れ直したりしましたが、それくらいでは良像範囲は大きく変わらないということです。エタロンは平行度が命で、自分の手で何かをして良像範囲を劇的に改善するのはかなり難しいとも言えます。
次に、2台目のPSTで連休２日目の木曜に撮ったものです。
2日目のほうがシーイングが悪いので分解能は出てないのですがそれは無視するとして、Hαという意味ではどうも新しいPSTの方が良蔵範囲が広いようです。全画像の半分以上はシマシマが出ているように見えます。
一見黒点付近ではそれにも増して分解能が悪いようも見えますが、波長がHαに近づいてくると（シマシマがより見えるようになるために）白色光では良く見える黒点の形が分かりにくくなってくるはずで、シーイングのせいで分解能が悪いのを差っ引いても、正しい方向に向かっている気がします。
補足:
そもそもエタロンの劣化はあまり考えにくく、ダメになる時は鏡がずれてしまったりで全く見えなくなる可能性の方が高いと思います。徐々に見えなくなるというシナリオは、鏡の反射面になんらかの支障が出る場合ですが、合わせ鏡の内側のことで、汚れたりコーティングが徐々に劣化していくことも稀かと思います。エタロンというよりは、BF(ブロッキングフィルター)やERFの経年劣化の可能性の方が遥かに高く、全体に暗くなったとかは大抵エタロン以外が原因です。実際エタロンが全く見えなくなった話はたまに聞きますが、だんだん見えなくなってきたという話はこれまで聞いたことがありません。
良像範囲はほぼエタロンの出来で決まるので、ユーザーは改善の手立てがあまりありません。せいぜい傾いていないかの位置調整くらいです。その確認の意味で、先のエタロンの位置を確認してみたというわけです。以前の議論にも書きましたが、物によっては当たりのエタロンもあり、そういったものを手に入れられるなら、大きな範囲で安定したHα像を得られるはずです。そのようなことを議論したのが、4年前の記事:
になります。今回やっと、この時不満に思っていたことを、2台目のPSTと見比べることにより、多少なりとも改善、進化に繋げることができるのかと思います。
まとめ
2台のPSTの比較で、一応の結論は出ました。
- エタロン自体の改善はユーザーレベルではやはり難しい。
- ASI290MMの範囲で見る限り、2台目の方が良像範囲が広い。
コメント
コメント一覧 (6)
PSTについてお聞きしたいことがあります。天文ガイド2023年1月号の「太陽望遠鏡の仕組み」という記事にPSTの概略図が掲載されています。その図を見るとコリメーターの平凹レンズの向きが、対物側が平面、エタロン側が凹面になっています。実機もその様になっているのでしょうか。恐れ入りますがお教え頂けたら大変ありがたいのですが、宜しくお願い致します。
銀命堂さんこんばんは。私は結局SCA260に移ってしまい、VISACには敗北した感が否めませんが、その節はどうもお世話になりました。
PSTの対物レンズとエタロンの間に入っているレンズの向きということですが、理屈の上では天文ガイドに載っているように、対物側が平面、エタロン側が凹面というようになるべきです。
理由はご存知かもしれませんが、一応書いておきます。
1. レンズ前後の光ですが、エタロンの性質上エタロン側が平行光になり、対物側は光はレンズに向かって絞られるような形になります。
2. もし対物側の光にレンズの凹面側が当たるとレンズ面と光が垂直入射から遠ざかっていき、収差などが増える方向になります。
3. 一方、もしレンズの凹面側がエタロン側へと平行光を出す場合は、レンズ面と出射光のなす角が上の2の場合よりもより垂直に近くなります。対物側は光が絞られるので垂直にはならないですが、凹面が来ているよりも平面が来ている方がマシなはずです。
以上のことから、対物側が平面、エタロン側が凹面というのが理屈上は正しいはずです。
理屈はさておき、現物はどうなっているでしょうか？実際にPSTを分解してみてみました。すると、やはり理屈と同じで対物側が平面、エタロン側が凹面というようになっていました。現物もレンズは正しく置かれているようです。
実際に確認していただきありがとうございます。
また丁寧な説明もありがとうございます。太陽望遠鏡について調べていて疑問に思っていたことで、大変勉強になりました。
太陽望遠鏡について駄文を書きました。先日PSTのコリメーターレンズの向きなどという変なことをお聞きした理由が書いてあります。内容はスカスカでお読みいただくのも恥ずかしいのですが、お手を煩わせたのでお知らせしておこうと思った次第です。ありがとうございました。
http://ginmei-dou.jugem.jp/?cid=8
相変わらずの詳細なレポート、本当に素晴らしいです。
C8だとまだまだ改善の余地があることもよくわかりました。実際、私はほぼ中心部しか使うことができていません。
あと、ハンドルネームですが、SumではなくSamです...。