鏡面境界層流の拡散手法は
主鏡面温度と環境温度の差をなくす試みとしての
ActiveCoolingとは対極とも言える異なるアプローチである。
主鏡温度と環境温度の差を容認し
境界層流という光学系に直接影響を与える
屈折率の空間的なゆらぎを拡散させることで
除去しようという試みである。
SCTにおける境界層流の発生源は３種類ある。
１．主鏡・・・上昇流
２．鏡筒・・・下降流
金属鏡筒の熱伝導による内面の冷却
３．CP・・・下降流
薄いガラス面の外部冷却による内面の冷却
それらを一挙に除去可能な方法が
鏡筒内部の空気を均一に撹拌するファンを設置することである。
効率よく空気を循環させるために
鏡筒内に渦流を生み出すようなファンの吹き出し方を
工夫した。
鏡筒を熱的に外部環境と遮断することは
外部環境が大きく変化しても鏡筒からの
空気冷却による下降流の影響が少なくなる効果がある。
CPの開口が大きいが面積比率として鏡筒の
熱遮断の効果は大きいと考えられる。
結果として内部温度と外部温度の差は
持続あるいは拡大することになるはずだが
以外に実観測環境で温度差は時間経過で
スムーズに減少している。
実は望遠鏡が向いている
超低温の天空への熱放射が相当に
大きいことが影響していると思われ
この点に関してのさらなる考察が必要である。
注）
観測開始時の環境温度から徐々に温度が
低下していき明け方に最低に至る。
という標準的な変化を想定した記述である。
C14で惑星を観測するAmateurAstronomerのSiteです。
2016/10/31
ActiveCoolingの意味
主鏡ガラスの温度と
主鏡の置かれている環境温度との間に差がある時
空気を媒体とした熱伝達（対流）が起こる。
これが筒内気流の最も大きな原因となる
物理現象である。
空気の温度差＝空気の密度の差＝浮力の差で起こる流れであり
空気の密度差＝屈折率の差であるので
大きく光学系に影響をあたえるわけである。
主鏡の熱容量が圧倒的に大きいため
環境温度の変化速度に対し主鏡温度の変化は
緩慢で対流が長時間起こる。
温度差がなくなるまで対流は続くわけだが
温度差に比例して対流に基づく伝達熱量が
決まるので原理的に差は0にはならない。
いわゆる主鏡の温度順応というものは
環境温度が変化しなければいずれは主鏡も
同じ温度になり対流は起こらなくなる。
というありそうもない仮定の上に成り立っている。
主鏡と環境温度の差がない＝対流が起こらない
という条件をみたすことは、大きな主鏡になればなるほど
困難度は増す。殆ど不可能とも言える。
在来の技術の範囲では
自然対流熱伝達→強制対流熱伝達
というファンの利用による時間短縮であったわけである。
恐らく根本的な解決策の方向性は主鏡を環境温度より
低い温度で冷却することしかない。
それがActiveCoolingである。
鏡面境界層流の拡散手法は対極とも言える
異なるアプローチであるので別に取り上げよう。
主鏡の置かれている環境温度との間に差がある時
空気を媒体とした熱伝達（対流）が起こる。
これが筒内気流の最も大きな原因となる
物理現象である。
空気の温度差＝空気の密度の差＝浮力の差で起こる流れであり
空気の密度差＝屈折率の差であるので
大きく光学系に影響をあたえるわけである。
主鏡の熱容量が圧倒的に大きいため
環境温度の変化速度に対し主鏡温度の変化は
緩慢で対流が長時間起こる。
温度差がなくなるまで対流は続くわけだが
温度差に比例して対流に基づく伝達熱量が
決まるので原理的に差は0にはならない。
いわゆる主鏡の温度順応というものは
環境温度が変化しなければいずれは主鏡も
同じ温度になり対流は起こらなくなる。
というありそうもない仮定の上に成り立っている。
主鏡と環境温度の差がない＝対流が起こらない
という条件をみたすことは、大きな主鏡になればなるほど
困難度は増す。殆ど不可能とも言える。
在来の技術の範囲では
自然対流熱伝達→強制対流熱伝達
というファンの利用による時間短縮であったわけである。
恐らく根本的な解決策の方向性は主鏡を環境温度より
低い温度で冷却することしかない。
それがActiveCoolingである。
鏡面境界層流の拡散手法は対極とも言える
異なるアプローチであるので別に取り上げよう。
2016/10/28
C14の鏡筒内気流制御（２）
鏡筒内の気流制御に関しての
幾つかの手法を分類しておきます。
１．主鏡面の温度を環境温度に順応させる
１-1. 積極的に低温に冷やす（ActiveCooling）
1-2. 外気で空冷する（PassiveCooling）
（排気ファン）
２．筒内気流を制御する
２-1. 筒の中の気流の乱れの影響を避ける
2-1-1. 鏡筒に出来る限り開口部をつける（トラス等）
2-1-2. 鏡筒を大口径にする
いずれも鏡筒に添った境界層流の影響を避ける
2-2. 筒の中の気流を積極的にファンで乱す
温度差（温度差による空気屈折率の変化）のある上昇、
下降気流を細かい乱流で混合して均一化する。
３．主鏡面に添って発生する境界層流を制御する
ファンで直接あるいは周囲に風を送り境界流を吹き消す
鏡筒上部に送り出す（ATM参照）、あるい主鏡周囲で吹き出させる
といった手法がある。（S&T)
これらの手法を、開放鏡筒（Newton）、閉鎖鏡筒（SCT）の
特徴を踏まえて選択する。
また観測地の気候条件も大きく選択に影響する。
日本は昼夜の温度変化が少なく湿度が高いが
外国では大陸性の温度変化が大きく湿度が低い環境もある。
これはオーストラリアやアリゾナでActiveCoolingを選ぶ例が
あることにも関係する。
主鏡の温度順応が環境温度の変化に追いつかないことが
大きな選択理由であり、また冷やしても結露しにくいことで
実用になっているといえる。
このあたりの事情を踏まえ
日本におけるActiveCoolingの可能性をこれから考えていきたい。
１．SpotCoolerの利用
２．TEC（ThermoElectricCooling）の利用
この２つについて進めていく。
C14 Collimation Knob （２）
C14には製造年やFastar, EdgeHD等バリエーションがあって
コリメーションネジの仕様がM3というメートルネジではなく
古いものではインチ系のネジである可能性もある。
その場合でも現物で調べて長ネジをインチ仕様に変えるだけで
ノブはそのまま対応できる。
（一応注記しておく）
私のC14は
C14-AF XLT (CGE) OPTICAL TUBE ASSEMBLY
http://www.celestron.com/browse-shop/astronomy/optical-tubes/c14-af-xlt-(cge)-optical-tube-assembly
もともとのコリメーションネジの様子のメモ写真があった。
普通のM3ナベネジである。
コリメーションネジの仕様がM3というメートルネジではなく
古いものではインチ系のネジである可能性もある。
その場合でも現物で調べて長ネジをインチ仕様に変えるだけで
ノブはそのまま対応できる。
（一応注記しておく）
私のC14は
C14-AF XLT (CGE) OPTICAL TUBE ASSEMBLY
http://www.celestron.com/browse-shop/astronomy/optical-tubes/c14-af-xlt-(cge)-optical-tube-assembly
もともとのコリメーションネジの様子のメモ写真があった。
2016/10/27
火星 20161026
順行しているので火星の高度は高くなり始めているが
視直径は7.7秒と急激に小さくなっている。
加えてこのところ気流は悪化しつつある。
昼間快晴でも夕方から低空は薄雲や霞で透明度が
悪くなる事が多い。今夕はあっという間に撮像不可能な
ほど薄雲が広がってしまった。
その前の束の間の薄明時の晴れ間に
かろうじて得た画像である。
2016/10/26
投稿惑星画像を一覧できるフォトギャラリーを作りました。
2012年よりALPOーJapanに投稿したすべての
木星・土星・火星の画像を一覧できるフォトギャラリーを
GooglePhotoを利用して作成しました。
以下のURLでリンクされています。
ALPO Jupiter2016 https://goo.gl/photos/nCBpLphTmXCZvfu67
ALPO Jupiter2015 https://goo.gl/photos/7ekUHBM281xcYWBa7
ALPO Jupiter2014 https://goo.gl/photos/Koo1MzY7Cg7hDQxw8
ALPO Jupiter2013 https://goo.gl/photos/QSynAUKvEMpY2Qsz7
ALPO Jupiter2012 https://goo.gl/photos/359acvxWLxs1ji5HA
ALPO Saturn2016 https://goo.gl/photos/dMpwR5b6oMiG8oU97
ALPO Saturn2015 https://goo.gl/photos/x3XX2CmHgPJWa7XA8
ALPO Saturn2014 https://goo.gl/photos/SRVVMZhfCoQxPkyu7
ALPO Saturn2013 https://goo.gl/photos/oR6vr2k72qfCvTag9
ALPO Mars2016 https://goo.gl/photos/mRRJZe5ZzPcrexVS8
ALPO Mars2014 https://goo.gl/photos/bQNZHCKPfLdvQMMs7
著作権の問題がないので私の画像のみで恐縮ですが
ざっと惑星の状況を一覧するのに役に立ちます。
木星・土星・火星の画像を一覧できるフォトギャラリーを
GooglePhotoを利用して作成しました。
以下のURLでリンクされています。
ALPO Jupiter2016 https://goo.gl/photos/nCBpLphTmXCZvfu67
ALPO Jupiter2015 https://goo.gl/photos/7ekUHBM281xcYWBa7
ALPO Jupiter2014 https://goo.gl/photos/Koo1MzY7Cg7hDQxw8
ALPO Jupiter2013 https://goo.gl/photos/QSynAUKvEMpY2Qsz7
ALPO Jupiter2012 https://goo.gl/photos/359acvxWLxs1ji5HA
ALPO Saturn2016 https://goo.gl/photos/dMpwR5b6oMiG8oU97
ALPO Saturn2015 https://goo.gl/photos/x3XX2CmHgPJWa7XA8
ALPO Saturn2014 https://goo.gl/photos/SRVVMZhfCoQxPkyu7
ALPO Saturn2013 https://goo.gl/photos/oR6vr2k72qfCvTag9
ALPO Mars2016 https://goo.gl/photos/mRRJZe5ZzPcrexVS8
ALPO Mars2014 https://goo.gl/photos/bQNZHCKPfLdvQMMs7
著作権の問題がないので私の画像のみで恐縮ですが
ざっと惑星の状況を一覧するのに役に立ちます。
木星 20161025
5時前に準備を始めた。湿度は97％を超え、結露対策に
フードをつけた。
シーイングは昨日より悪いかもしれないが
時間の余裕があったのでLRGB,Methaneを撮影した。
高度はまだ20度前後。日の出時刻。
明らかに昨日の位相と異なってNTB outbreak が
LRGB画像に見える。
2016/10/25
木星 20161024
今シーズン最初の木星観測。
ALPOのサイトに報告した。
NTBのOutbreakが観測されていると
堀川氏より情報が流れていたが
今朝の位相では確認できなかった。
まだ全周に至っていないのかもしれない。
この画像は赤道儀の不調もあって日の出後の
撮影となった。
太陽高度2.5度・木星高度23度。
赤外画像をなんとか撮る事ができた。
Atmospheric Dispersion Corrector ＆ Optical Train
大気分散補正器とでも訳すのだろうか？
ADCという略語が簡単でよい。
Pierro AstroというメーカのADCを使っている。
2013年5月に発注して手に入れた。
直接メーカで購入したが380ユーロもした。
作りは頑丈で品質は良い。
ADCの理屈、使い方などで最もまとまっているサイトが
Martin Lewis氏のものだったがなぜか最近アクセスできない。
私の記憶ではZWOがADCを作り始めて
ZWOの製品を機種紹介の欄に加えたところまでフォローしたが
その後、いつしかリンクが切れたようだ。
ZWOなしの古い版だがPDFがPierro社のサイトにあるので
URLを記しておく。
www.pierro-astro.com/images/fichiers/ADC.pdf
なんといってもオリジナルの論文は情報が豊富である。
その中に水平の軸をみてADCのレバーの開角を決めることが
書かれている。
それによってプリズムの開角によって画像の位置があちこちに
ブレるのを垂直方向のみに限定できて使い勝手が圧倒的に
良くなる。
水平軸を見出すのが現実的にはドーム内では難しく
結構苦労していた。
長文になるが全体の撮像光学系の概要を示して
その中にあるADCのセッティングを説明しよう。
■撮像光学系
一応火星の撮影時に使っているOptical Trainだが
AstroPhysics Barlow
↓
Pierro Astro ADC
↓
Orion Nautilus Moterized Filter Wheel ７X1.25"
↓
ZWO ASI290MM
これでF30になる。
これは木星のときのBarlowの配置
2inch系の延長スリーブをはずして
Barlowの光学系だけを取り付ける。
これでF20.4の拡大率になる。
■ADCセッティングの工夫
FilterWheeｌ上に貼ってある三角の白マークが
ADCの可動域の中心を示している。
ここから均等に開角すれば
直線に画像が移動する。
このマークを水平にすれば先に述べた
プリズムの正しい位置が出るわけである。
上の写真を見れば明らかであるが
FilterWheelのケーシングの側面に
水準器を両面テープで貼り付けてある。
この水平は先のマークが水平となるようにする。
以上で惑星位置が変化しても
水準器を合わせて全体の光学系を回転すれば
良いことになる。
高度の変化に対しては開角を操作する必要がある。
・FireCaptureなどのTooｌ
・惑星高度から開角度を予め目盛って合わせる
といった方法になる。
ADCという略語が簡単でよい。
Pierro AstroというメーカのADCを使っている。
2013年5月に発注して手に入れた。
直接メーカで購入したが380ユーロもした。
作りは頑丈で品質は良い。
ADCの理屈、使い方などで最もまとまっているサイトが
Martin Lewis氏のものだったがなぜか最近アクセスできない。
私の記憶ではZWOがADCを作り始めて
ZWOの製品を機種紹介の欄に加えたところまでフォローしたが
その後、いつしかリンクが切れたようだ。
ZWOなしの古い版だがPDFがPierro社のサイトにあるので
URLを記しておく。
www.pierro-astro.com/images/fichiers/ADC.pdf
なんといってもオリジナルの論文は情報が豊富である。
その中に水平の軸をみてADCのレバーの開角を決めることが
書かれている。
それによってプリズムの開角によって画像の位置があちこちに
ブレるのを垂直方向のみに限定できて使い勝手が圧倒的に
良くなる。
水平軸を見出すのが現実的にはドーム内では難しく
結構苦労していた。
長文になるが全体の撮像光学系の概要を示して
その中にあるADCのセッティングを説明しよう。
■撮像光学系
AstroPhysics Barlow
↓
Pierro Astro ADC
↓
Orion Nautilus Moterized Filter Wheel ７X1.25"
↓
ZWO ASI290MM
これでF30になる。
2inch系の延長スリーブをはずして
Barlowの光学系だけを取り付ける。
これでF20.4の拡大率になる。
■ADCセッティングの工夫
FilterWheeｌ上に貼ってある三角の白マークが
ADCの可動域の中心を示している。
ここから均等に開角すれば
直線に画像が移動する。
このマークを水平にすれば先に述べた
プリズムの正しい位置が出るわけである。
上の写真を見れば明らかであるが
FilterWheelのケーシングの側面に
水準器を両面テープで貼り付けてある。
この水平は先のマークが水平となるようにする。
以上で惑星位置が変化しても
水準器を合わせて全体の光学系を回転すれば
良いことになる。
高度の変化に対しては開角を操作する必要がある。
・FireCaptureなどのTooｌ
・惑星高度から開角度を予め目盛って合わせる
といった方法になる。
2016/10/24
Dome Wind Screen & Blind
ドームでもスリットから吹き込む風で
鏡筒が振動して撮影に影響することがある。
ドームのスリットを一部布で覆ったりして
良い方法を模索した結果たどり着いたのが
可動の軽量スクリーンの使用である。
鏡筒が振動して撮影に影響することがある。
ドームのスリットを一部布で覆ったりして
良い方法を模索した結果たどり着いたのが
可動の軽量スクリーンの使用である。
ドームのスリット脇にもう一連のプラスチックレールを
設置して、軽量のプラスチックダンボールを加工して
作ったScreenをスライド移動して風を防ぐ。
Screenの上下位置・枚数は必要に応じて調整する。
スタッキングできる形状に作っているので
不使用のときドーム内においてもじゃまにならない。
もう一つの効用は
住宅地での目隠しスクリーンになることである。
特に夕方明るいうちにドームを開けて冷却するときに
気兼ねがない。
Collimation Tool
以前の記事で触れたが
SCTコリメーション
コリメーションで困るのがどのネジを回せば修正できるがが
わかりにくいことだ。その解決法として
大変優れていると評価したので
オリジナルをリンクで見ていただきたい。
私の作ったものは若干の改良をしたものだ。
ボスターの裏打ちなどに使うスチレンボードを単に
2枚重ねて作ったいい加減なものだが
溝が切ってあるので筒のエッジに添って
適当にハマって常に中心に向った状態で
手を離しても安定するところがオリジナルより
優れている。
せめてもう少しデザインでもしたいところだが
機能的には十分。
SCTコリメーション
コリメーションで困るのがどのネジを回せば修正できるがが
わかりにくいことだ。その解決法として
大変優れていると評価したので
オリジナルをリンクで見ていただきたい。
私の作ったものは若干の改良をしたものだ。
ボスターの裏打ちなどに使うスチレンボードを単に
2枚重ねて作ったいい加減なものだが
溝が切ってあるので筒のエッジに添って
適当にハマって常に中心に向った状態で
手を離しても安定するところがオリジナルより
優れている。
せめてもう少しデザインでもしたいところだが
機能的には十分。
C14 Collimation Knob
C14のコリメーションにHEXレンチを用いるのは
あまり得策ではない。
寒いときなどとてもではないが手が動かない。
いろいろ試行錯誤の上現在は以下のノブを
自作して使っている。
自作のCollimation Screw
C14の副鏡のコリメーションネジはM3×18㎜である。
M3のローレットネジを使うことは可能だが
つまめる部分の径が小さく力が入らない。
有名なBob's Knobは値段が高い上に径が小さい。
左端の丸頭＋ネジがオリジナルのコリメーションネジ
以下HexCapボルト・ローレットネジ・Bob's Knob
そこで見つけたのが3mmシャフト径につかう金属製のノブ。
ノブのシャフト深さが12mmなので30mmの長ネジを
差し込んで使えばちょうど18mmのネジ下になる。
参考までにサトーパーツのこのノブのURLを記しておく。
http://www.satoparts.co.jp/jp/K/K-29-3.3.html
Bob's Knob より使いやすいし安価。
あまり得策ではない。
寒いときなどとてもではないが手が動かない。
いろいろ試行錯誤の上現在は以下のノブを
自作して使っている。
C14の副鏡のコリメーションネジはM3×18㎜である。
M3のローレットネジを使うことは可能だが
つまめる部分の径が小さく力が入らない。
有名なBob's Knobは値段が高い上に径が小さい。
有名なBob's Knob
白いスペーサはネジ下を18mmにするためについている
以下HexCapボルト・ローレットネジ・Bob's Knob
そこで見つけたのが3mmシャフト径につかう金属製のノブ。
ノブのシャフト深さが12mmなので30mmの長ネジを
差し込んで使えばちょうど18mmのネジ下になる。
参考までにサトーパーツのこのノブのURLを記しておく。
http://www.satoparts.co.jp/jp/K/K-29-3.3.html
Bob's Knob より使いやすいし安価。
2016/10/22
SpotCoolerのトライアル
主鏡を環境温度より下げる手段としてSpotCooｌerの
導入をした。
オークションで1万円強で入手したので
まずは主鏡面うらの後鋳物セル部分を
大きなビニール袋で覆ってテストをした。
詳細は後ほどレポートするが
１．恐らく万能薬ではないが有効なケースもある
２．結露に対する対策が必要。
３．急冷するので鏡面・鏡筒の温度分布が
ある程度均一化する馴染む時間が必要。
といったところ。
環境温度が秋も深まって下がってきているので
あまり有り難みを感じる日は巡ってこないかもしれません。
導入をした。
オークションで1万円強で入手したので
まずは主鏡面うらの後鋳物セル部分を
大きなビニール袋で覆ってテストをした。
１．恐らく万能薬ではないが有効なケースもある
２．結露に対する対策が必要。
３．急冷するので鏡面・鏡筒の温度分布が
ある程度均一化する馴染む時間が必要。
といったところ。
環境温度が秋も深まって下がってきているので
あまり有り難みを感じる日は巡ってこないかもしれません。
観測ノートアーカイブ 1990年よりの記録
同時にドームを設置し観測ノートを付け始めた。
簡単な備忘録で基本は観測日や時間の記録のレベルであるが
続けてきたことが価値を持つことを痛感している。
第1巻 19900922~19920923 これのみハードカバーのメモ帳
第2巻 19920927~19961006 あとはどこでも売っているCroquisノート
第3巻 19961012~20030919
第4巻 20030923~20120901
第5巻 20120901~20140103
第6巻 20140101~20150726
第7巻 20150727~現在
観測日、撮像できた日、ALPOに
報告した日、シーイングなどの
一覧を作りたいと思っている。
（いつになることやら・・・・・）
20161021記
2016/10/20
2016/10/18
Thermal Management In Newtonian Reflectors
2002 January S&T telescope techniques
Thermal Management In Newtonian Reflectors
Alan Adler
この論文は筆者の観測経験から改良された
鏡の境界層流の除去に寄与する手法について
書かれたものです。
何と言ってもLick天文台の36inch屈折と
そのドームの外で筆者の8inchNewtonが
良シーイングの中見せた火星像の素晴らしさの
話は説得力がある。
http://www.skyandtelescope.com/wp-content/uploads/Adler-NewtThermal.pdf
その他にも参考になる考察が満載である。
Thermal Management In Newtonian Reflectors
Alan Adler
この論文は筆者の観測経験から改良された
鏡の境界層流の除去に寄与する手法について
書かれたものです。
何と言ってもLick天文台の36inch屈折と
そのドームの外で筆者の8inchNewtonが
良シーイングの中見せた火星像の素晴らしさの
話は説得力がある。
http://www.skyandtelescope.com/wp-content/uploads/Adler-NewtThermal.pdf
その他にも参考になる考察が満載である。
ATM Amateur Telescope Making 2
Willmann-Bell, Inc.が1996年に3巻の書籍として
復刻したものを持っている。
オリジナルは
1926 第1巻
1937 第2巻
1953 第3巻
復刻版の第2巻の冒頭は
Chapter
A.1 Reflectors versus Refractors
A.1.1 Inｔroduction
A.1.2 An Inexpensive Mounting and Shelter
A.1.2.1 The Questions of Air Currents in the Tube
A.1.2.2 The Diffraction Rings
といったContentsで
William H.Pickering
Popular Astronomy, March 1930
を転載したものだとある。
PickeringはあのSeeingScaleを作った人である。
http://www.damianpeach.com/pickering.htm
筒内気流の影響に関して興味深い記述があるが
中でもFanの効用について観測者の実践例から
論じているところが素晴らしい。
ミラーの側のWindowからファンの気流を送り鏡筒の
上に吹き出させる。観測時にも止めないがブレを
防ぐためクッションで支えるとある。
http://iwalab.blogspot.com/2016/10/thermal-management-in-newtonian.html
2016/10/16
2016/10/15
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