Il telescopio AZT-24 (110cm)

L'AZT-24 è il maggiore dei telescopi dell'Osservatorio

AZT-24 Telescope Il telescopio AZT-24 è stato realizzato dalle Officine Ottiche LOMO a San Pietroburgo (Russia) e poi installato nella cupola Est dell'Osservatorio di Campo Imperatore nel 1996 nell'ambito di una collaborazione scientifica tra gli osservatori astronomici di Roma, Teramo e Pulkovo.

Dopo la rimozione degli apparati fotografici originali del progetto russo, è stata montata al piano focale del telescopio una camera (strumento per acquisizione di immagini) elettronica per l'osservazione nel vicino infrarosso tra 1 e 2.5 μm di lunghezza d'onda. La camera, chiamata SWIRCAM, è stata montata al telescopio durante l'estate del 1998 e la prima luce risale all'inizio del 1999, anno in cui è iniziato anche l'utilizzo scientifico dello strumento.

SWIRCAM opera alla temperatura di -196°C per ridurre i disturbi prodotti dall'emissione infrarossa dei suoi stessi componenti, ma per garantire un funzionamento ottimale la sua temperatura deve essere mantenuta costante per molti mesi attraverso il rifornimento quotidiano di azoto liquido. Nel 2011, per aumentare l'efficienza del sistema e contestualmente ridurre i costi di gestione, è stata completata l'installazione di un sistema a circuito chiuso per il riciclo dell'azoto di raffreddamento.

Attualmente l'AZT-24 viene impiegato principalmente nello studio (fotometrico e spettroscopico) di sorgenti variabili nelle bande del vicino infrarosso ed è stato in particolare utilizzato per la ricerca e l'osservazione di supernovae in galassie vicine.

Recentemente il telescopio è anche impiegato per osservazioni di asteroidi, satelliti e detriti in orbita attorno alla Terra.

AZT-24 Dome
 

LE PRESTAZIONI

Le prestazioni del sistema misurate direttamente al cielo.

Banda Mag. limite
(seeing 3", exp. 60 sec)
Mag. del cielo
J 18.2 15.25
H 17.0 13.44
K 16.4 12.60
 

L'OTTICA

Le ottiche del telescopio sono state realizzate dalle Officine Ottiche LOMO di San Pietroburgo (RU).

Configurazione ottica Ritchey-Chrétien (specchi iperbolici)
con correttore di campo asferico removibile
Lunghezza focale equivalente 7971 mm (senza correttore)
7965 mm (con correttore)
Specchio primario Diametro 1.10 m
Lunghezza focale 4553 mm
Peso 280 kg
Specchio secondario Diametro 600 mm
Distanza dallo
specchio primario
2605.5 mm (senza correttore)
2611.0 mm (con correttore)
Piano focale
(dimensioni del campo)
Dimensioni del
campo corretto
20' = 46 mm (senza correttore)
84' = 195 mm (con correttore)
Distanza dalla flangia
porta strumenti
397 mm (senza correttore)
398 mm (con correttore)
Rugosita' degli specchi circa lambda/30 rms
Parametri della PSF
(lambda = 623.8 nm)
FWHM di circa
0".25 sull'asse
74% di tutta la luce in un cerchio di 0".52
46% di tutta la luce in un cerchio di 0".31
FWHM di circa
0".30 fuori asse
66% di tutta la luce in un cerchio di 0".52
39% di tutta la luce in un cerchio di 0".31
 

LA MECCANICA
AZT-24 Telescope Gears

La struttura meccanica del telescopio è costituita da una montatura equatoriale di tipo tedesco, cioè con contrappeso a sbalzo sulla parte dell'asse polare opposta al tubo ottico. Una conseguenza di questo disegno è ovviamente il peso più elevato rispetto alle montature a forcella dove il tubo si muove attorno al suo baricentro senza necessità di contrappesi. Il peso dell'AZT-24 originale ammontava a 35ton, mentre nella versione alleggerita attuale è sceso a 25ton.

La qualità della realizzazione meccanica è assolutamente eccellente, con ogni asse mosso da una coppia di corone dentate del diametro di 1,8 metri. Una delle due corone risulta leggermente più grande dell'altra e lavorata con denti obliqui per essere accoppiata con una vite senza fine, l'altra leggermente più piccola è a denti dritti ed accoppiata con un pignone precaricato a molla per funzionare da recupero di gioco.

Tipo di montatura Montatura equatoriale tedesca
Motori Motori DC
0 / 4000 r.p.m.
800 W
Velocita' da 0° a 1°.9 al secondo
Risoluzion degli encoder 0.03 arcsec
(sulla vite senza fine)
Peso componenti in movimento 20000 kg
Peso totale 25000 kg
 

LA GESTIONE

I sistemi di controllo del telescopio sono attualmente basati su un'elettronica DSP con ogni asse (polare e di declinazione) controllato in dual-loop (cioè con un encoder a misurare l'angolo di posizione dell'asse e l'altro a monitorare la velocità del motore di azionamento).

La gestione è automatica (nel senso che delle macro-operazioni consistenti nell'acquisizione di molte immagini vengono comandate in un solo gesto dall'osservatore) e anche robotica (nel senso che le richieste di osservazioni vengono inviate direttamente al sistema di gestione che provvede ad organizzarle durante la notte).

A tal fine è notevole osservare che lo strumento oltre a fornire una precisione di puntamento migliore di 19" RMS al cielo (tramite applicazione di modello di puntamento computerizzato) è anche in grado di effettuare l'inseguimento senza l'ausilio di alcun dispositivo dedicato per tempi dell'ordine di 10 minuti, cioè ben maggiori di quelli massimi utilizzabili nell'infrarosso.

SWIRCAM

La camera SWIRCAM è equipaggiata con un array infrarosso di 256x256 pixel (HgCdTe) prodotto dalla Rockwell International Corporation.

Il disegno ottico (realizzato in collaborazione con l'Osservatorio Astronomico di Arcetri, Firenze) è standard per le camere infrarosse di questo tipo: sul piano focale del telescopio (internamente al criostato) è posta una ruota con un otturatore e alcune fenditure per uso spettroscopico, segue un collimatore, un cold-stop coincidente con la pupilla, un obiettivo e quindi il sensore. Lungo il fascio collimato, in prossimità della pupilla, ci sono due ruote portafiltri: la prima ospita tre filtri standard a banda larga (in dettaglio J, H e K) e il filtro K' (taglio a λ=2.32μm), la seconda contiene dei grism per spettroscopia a bassa risoluzione (R ~ 500). Sono presenti anche alcuni filtri a banda stretta.

La camera è stata realizzata dalla Infrared Labs (Tucson, USA). Le principali caratteristiche del sensore sono riportate di seguito.
 

Nome SWIRCAM
Intervallo delle
lunghezze d'onda
1 / 2.5 μm
Dimensione dei pixel 40 x 40 μm
Scala al piano
focale dell'AZT-24
1.03 ''/pxl
Temperatura di lavoro 77 K
Efficienza Quantica 50 / 70 %
Corrente di buio < 1 (effectiva 0.1) e-/s
Rumore di lettura ~15 e- con multiple sampling (29.2 e-)
Guadagno 4.2 e-/ADU
Full Well Capacity 0.2 / 0.5 10E6 e- at 0.5 V
 

I FILTRI DI SWIRCAM
SWIRCAM è equipaggiata con un set di filtri della BARR per il vicino infrarosso di cui seguono le caratteristiche a 77K.
 

Filtro λ0 [μm] larghezza [μm]
J 1.241 0.291
H 1.662 0.298
K 2.189 0.400
K' 2.166 0.328
FeII 1.646 0.0185
HeI 1.0825 0.0190
H2 2.125 0.0207
BrGamma 2.167 0.0207
 

Inoltre è presente una modalità spettroscopica tramite grism con fenditure da 1, 2 o 3 arcsec al cielo.
 

Filtro λmin [μm] λmax [μm]
Grism I-J 0.83 1.35
Grism H-K + Filtro HK 1.45 2.35
 

IL SISTEMA DI REFFREDDAMENTO DI SWIRCAM

Ogni sensore per uso astronomico, a causa dell'elevatissima sensibilità, è limitato nelle prestazioni dalla presenza di segnali spuri come la luce proveniente dall'inquinamento luminoso del cielo. Esistono però almeno due fenomeni, differenti per origine ma simili per effetto, che non possono essere eliminati semplicemente scegliendo un sito di osservazione buio. Si tratta della cosiddetta corrente di buio, cioè del segnale che viene prodotto all'interno del sensore stesso a causa della sua temperatura, e della radiazione luminosa emessa alle lunghezze d'onda del vicino infrarosso dalle varie componenti del telescopio come ad esempio ottiche, filtri, parti meccaniche, etc. Fortunatamente entrambi questi contributi possono essere fortemente limitati abbassando la temperatura del sensore stesso e di tutto ciò che si trova nelle sue immediate vicinanze.
Con il termine criostato ci si riferisce al contenitore che racchiude, sotto vuoto spinto, tutti questi componenti per permetterne il raffreddamento. Oltre il banco contenete ottiche e sensore, fanno parte del criostato di SWIRCAM anche due serbatoi della capacità complessiva di circa 15 litri contenenti azoto liquido. L'azoto liquido alla temperature di 77 Kelvin (-196°C) viene matenuto in contatto termico con il banco cosicché il calore, generato all'interno della camera e proveniente dall'ambiente circostante, trasforma parte del liquido in vapore che fuoriesce. In questo modo lo strumento viene mantenuto freddo a spese dell'evaporazione dellazoto liquido.
Per mantenere in temperatura e prevenire gli stress termici di SWIRCAM gli Osservatori di Roma e Teramo hanno realizzato un sistema automatico a circuito chiuso di gestione criogenica indicato genericamente col nome di liquefattore.

LA CUPOLA

AZT-24 Telescope L'AZT-24 è ospitato nella cupola EST dell'Osservatorio di Campo Imperatore.

La cupola ha un diametro interno di circa 9m ed un'apertura di 2m di larghezza svasata all'interno.

Per permettere al telescopio di osservare qualunque posizione del cielo, la cupola può ruotare indefinitamente attorno all'asse verticale e la sua apertura va dall'anello di rotazione fino oltre il vertice.

La rotazione è garantita da 3 motori elettrici a 380V che lavorano in sincrono a 120° di distanza l'uno dall'altro, mentre l'apertura è regolata da due motori elettrici da 1.5Hp e 220V indipendenti (uno per ciascun portellone) che tramite un sistema di 4 cavi di acciaio per ogni portello ne permettono l'azionamento.