Large Binocular Telescope 1996

7/27/2019 Large Binocular Telescope 1996

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T h e L a r g e B i n o c u l a r T e l e s c o p e P r o j e c tJ . M . H i l l

U n i v e r s i t y o f A r i z o n a , L a r g e B i n o c u l a r T e l e s c o p e P r o j e c tS t e w a r d O b s e r v a t o r y , T u c s o n , A Z 8 5 7 2 1e m a i l : j h i 1 1 a s . a r i z o n a . e d u

A b s t r a c tT h e L a r g e B i n o c u l a r T e l e s c o p e ( L B T ) P r o j e c t h a s e v o l v e d f r o m c o n c e p t s f i r s t p r o p o s e d i n 1 9 8 5 . T

p r e s e n t p a r t n e r s i n v o l v e d i n t h e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f t h i s 2 x 8 . 4 m e t e r b i n o c u l a r t e l e s c o p e a rt h e U n i v e r s i t y o f A r i z o n a , I t a l y r e p r e s e n t e d b y t h e O s s e r v a t o r i o A s t r o f i s i c o d i A r c e t r i a n d t h e R e s e a r cC o r p o r a t i o n b a s e d i n T u c s o n . T h e s e t h r e e p a r t n e r s h a v e c o m m i t t e d s u f f i c i e n t f u n d s t o b u i l d t h e e n c l o s ua n d t h e t e l e s c o p e p o p u l a t e d w i t h a s i n g l e 8 . 4 m e t e r o p t i c a l t r a i n a p p r o x i m a t e l y 4 0 m i l l i o n d o l l a r( 1 9 8 9 ) . B a s e d o n t h i s c o m m i t m e n t , d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n a c t i v i t i e s a r e n o w m o v i n g f o r w a r d . A d d i t i o np a r t n e r s a r e b e i n g s o u g h t . T h e n e x t m i r r o r t o b e c a s t a t t h e S t e w a r d O b s e r v a t o r y M i r r o r L a b i n t h e f a l l1 9 9 6 w i l l b e t h e f i r s t b o r o s i l i c a t e h o n e y c o m b p r i m a r y f o r L B T . T h e b a s e l i n e o p t i c a l c o n f i g u r a t i o n o f L Bi n c l u d e s w i d e f i e l d C a s s e g r a i n s e c o n d a r i e s w i t h o p t i c a l f o c i a b o v e t h e p r i m a r i e s t o p r o v i d e a c o r r e c t e d o nd e g r e e f i e l d a t F / 4 . T h e i n f r a r e d F / 1 5 s e c o n d a r i e s a r e a G r e g o r i a n d e s i g n t o a l l o w m a x i m u m f l e x i b i l i tf o r a d a p t i v e o p t i c s . T h e F / 1 5 s e c o n d a r i e s a r e u n d e r s i z e d t o p r o v i d e a l o w t h e r m a l b a c k g r o u n d f o cp l a n e w h i c h i s u n v i g n e t t e d o v e r a 4 a r c m i n u t e d i a m e t e r f i e l d - o f - v i e w . T h e i n t e r f e r o m e t r i c f o c u s c o m b i n i nt h e l i g h t f r o m t h e t w o 8 . 4 m e t e r p r i m a r i e s w i l l r e i m a g e t w o f o l d e d G r e g o r i a n f o c a l p l a n e s t o a c e n t rl o c a t i o n . T h e t e l e s c o p e e l e v a t i o n s t r u c t u r e a c c o m m o d a t e s s w i n g a r m s w h i c h a l l o w r a p i d i n t e r c h a n g e t h e v a r i o u s s e c o n d a r y a n d t e r t i a r y m i r r o r s . M a x i m u m s t i f f n e s s a n d m i n i m a l t h e r m a l d i s t u r b a n c e c o n t i n ut o b e i m p o r t a n t d r i v e r s f o r t h e d e t a i l e d d e s i g n o f t h e t e l e s c o p e . T h e t e l e s c o p e s t r u c t u r e a c c o m m o d a t ei n s t a l l a t i o n o f a v a c u u m b e l l j a r f o r a l u m i n i z i n g t h e p r i m a r y m i r r o r s i n - s i t u o n t h e t e l e s c o p e . T h e d e t a i l ed e s i g n o f t h e t e l e s c o p e s t r u c t u r e w i l l b e c o m p l e t e d i n 1 9 9 6 b y A D S I t a l i a ( L e c c o ) a n d E u r o p e a n I n d u s t r i

E n g i n e e r i n g ( M e s t r e ) . T h e f i n a l e n c l o s u r e d e s i g n i s n o w i n p r o g r e s s a t M 3 E n g i n e e r i n g ( T u c s o n ) , E I E a nA D S I t a l i a . C o n s t r u c t i o n a c t i v i t i e s o n t h e E m e r a l d P e a k ( M t . G r a h a m ) s i t e h a v e r e s u m e d i n t h e s u m mo f 1 9 9 6 .K e y w o r d s : a s t r o n o m i c a l t e l e s c o p e s , i n t e r f e r o m e t r y , h o n e y c o m b m i r r o r s

1 . L B T P a r t n e r s a n d F u n d i n gT h e t o t a l b u d g e t f o r t h e L a r g e B i n o c u l a r T e l e s c o p e P r o j e c t i s $ 6 0 m i l l i o n ( $ 1 9 8 9 ) o r a b o u t $ 7 5 m i l l i o n c u r r e n t d o l l a r s . T h i s i n c l u d e s a b o u t $ 1 0 m i l l i o n f o r a n i n i t i a l c o m p l e m e n t o f i n s t r u m e n t a t i o n . A c c o u n t i ni s a l w a y s r e f e r e n c e d t o 1 9 8 9 d o l l a r s i n o r d e r t o c l e a r l y s e p a r a t e t h e e f f e c t s o f i n f l a t i o n a n d f l u c t u a t i ne x c h a n g e r a t e s f r o m d e s i g n c h a n g e s a n d u n c e r t a i n c o n s t r u c t i o n c o s t s . T h e b u d g e t i n c l u d e s a l l t h e c o s t s d e s i g n a n d t e c h n i c a l d e v e l o p m e n t a n d c o n s t r u c t i o n , b u t d o e s n o t i n c l u d e f u n d r a i s i n g c o s t s o r l e g a l e x p e n sr e l a t e d t o t h e s i t e . S o m e s a v i n g s h a v e b e e n a c h i e v e d b y s h a r i n g t h e c o s t s o f d e v e l o p i n g t h e h o n e y c o mm i r r o r t e c h n o l o g y a n d c o n t r o l s y s t e m s w i t h o t h e r p r o j e c t s s u c h a s t h e M M T C o n v e r s i o n ' a n d M a g e l l a n

0 2 7 7 - 7 8 6 X 1 9 7 / $ 1 o . o o S P I E V o ! . 2 8 7 1 / 5 7Downloaded from SPIE Digital Library on 14 Feb 2011 to 193.54.120.10. Terms of Use: http://spiedl.org/terms


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F i g u r e 1 : T h i s f i g u r e s h o w s t h e f i n a l L a r g e B i n o c u l a r T e l e s c o p e d e s i g n . T h e t e l e s c o p e f e a t u r e s t w o 8 . 4m e t e r d i a m e t e r p r i m a r y m i r r o r s . T h e s t r u c t u r e i n c l u d e s t w o F / 1 5 G r e g o r i a n f o c i a n d t w o t r a p p e d F / 4C a s s e g r a i n f o c i . T e r t i a r y m i r r o r s p r o v i d e a c c e s s t o s e v e r a l c e n t r a l F / 1 5 f o c a l s t a t i o n s f o r i n t e r f e r o m e t r i cu s e o f t h e t w o h a l v e s o f t h e t e l e s c o p e . T h e t e l e s c o p e d e s i g n h a s b e e n d o n e u n d e r a c o n t r a c t w i t h E u r o p e a nI n d u s t r i a l E n g i n e e r i n g ( M e s t r e ) a n d A D S I t a l i a ( L e c c o ) i n c o o p e r a t i o n w i t h S t e w a r d O b s e r v a t o r y ( T u c s o n )a n d A r c e t r i O b s e r v a t o r y ( F l o r e n c e ) . ( D r a w i n g b y A D S I t a l i a )T h e p r e s e n t c o n s o r t i u m p a r t n e r s a r e : T h e U n i v e r s i t y o f A r i z o n a c o m m i t t i n g $ 1 5 m i l l i o n ( $ 1 9 8 9 ) f o r a2 5 % s h a r e o f t h e t o t a l t e l e s c o p e ; I t a l y r e p r e s e n t e d b y t h e O s s e r v a t o r i o A s t r o f i s i c o d i A r c e t r i a l s o c o m m i t t i n g

a 2 5 % s h a r e ; T h e R e s e a r c h C o r p o r a t i o n b a s e d i n T u c s o n c o m m i t t i n g a 1 2 . 5 % s h a r e ; a n d T h e O h i o S t a t eU n i v e r s i t y r e t a i n i n g a 4 % s h a r e a f t e r w i t h d r a w i n g a s a m a j o r p a r t n e r i n 1 9 9 1 . T h e p r e s e n t p a r t n e r s h a v ea l r e a d y c o m m i t t e d s u f f i c i e n t f u n d s t o a s s u r e t h e c o m p l e t i o n o f t h e t e l e s c o p e , t h e e n c l o s u r e a n d a s i n g l e8 . 4 m e t e r o p t i c a l t r a i n . T h e b u d g e t f o r t h i s s o - c a l l e d " o n e - e y e d t e l e s c o p e " i s a p p r o x i m a t e l y $ 4 0 m i l l i o n( $ 1 9 8 9 ) . I t n o w a p p e a r s l i k e l y t h a t G e r m a n y w i l l j o i n a s a n a d d i t i o n a l p a r t n e r f o r u p t o a 2 5 % s h a r e . T h i sw i l l a s s u r e s u f f i c i e n t f u n d s f o r t h e p r o c u r e m e n t o f t h e s e c o n d o p t i c a l t r a i n a n d f u l l b i n o c u l a r o p e r a t i o n .A n a d d i t i o n a l p a r t n e r i s s t i l l b e i n g s o u g h t t o f i l l o u t t h e r e m a i n i n g 8 - 1 2 % o f t h e b a s e l i n e p r o j e c t .

5 8 I S P I E V o ! . 2 8 7 1

U t i l i t y D r a p e

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3 . O p t i c a l C o n f i g u r a t i o n3 . 1 . B a s e l i n e F o c a l S t a t i o n s

T h e p r i n c i p a l o p t i c a l f o c a l s t a t i o n s o n t h e L B T a r e t w i n t r a p p e d C a s s e g r a i n f o c i a t F / 4 . W i t h 3 -e l e m e n t r e f r a c t i v e c o r r e c t o r s t h e s e f o c a l s t a t i o n s p r o v i d e a 1 d e g r e e f i e l d - o f - v i e w . T h e m a i n u s e s o f t h it r a p p e d p o s i t i o n w i l l b e f o r i m a g i n g a n d m u l t i o b j e c t s p e c t r o s c o p y . S p a c e i s a l l o w e d f o r i n s t r u m e n t s u p t o2 m e t e r s i n d i a m e t e r .

T w i n G r e g o r i a n F / 1 5 f o c a l s t a t i o n s a r e o p t i m i z e d f o r i n f r a r e d p e r f o r m a n c e o v e r a 4 a r c m i n u t e u nv i g n e t t e d f i e l d - o f - v i e w w i t h t h e a p e r t u r e s t o p a t t h e u n d e r s i z e d s e c o n d a r y m i r r o r . I n s t r u m e n t s u p t o 3m e t e r s d i a m e t e r a n d 4 m e t e r s l e n g t h c a n b e m o u n t e d a t t h e d i r e c t G r e g o r i a n f o c i b e h i n d t h e p r i m a r ym i r r o r . F o r o b s e r v a t i o n s w h i c h w i l l t a k e a d v a n t a g e o f t h e p h a s e d c o m b i n e d f o c a l p l a n e o f t h e b i n o c u l a rt e l e s c o p e a p a i r o f t e r t i a r y m i r r o r s c a n r e d i r e c t t h e G r e g o r i a n f o c a l p l a n e s t o a n y o f t h r e e f o c a l s t a t i o n si n t h e c e n t e r o f t h e t e l e s c o p e b e t w e e n t h e t w o p r i m a r y m i r r o r s . A t t h e s e l o c a t i o n s , t h e G r e g o r i a n f o c a lp l a n e s c a n b e r e i m a g e d i n t o t h e b e a m c o m b i n a t i o n o p t i c s a s s h o w n i n F i g u r e 2 . T h e m i d d l e o f t h e s e t h r e ec e n t r a l f o c a l s t a t i o n s c a n a l s o b e u s e d a s a p s e u d o - N a s m y t h f o c u s w i t h t h e i n s t r u m e n t d e r o t a t e d i n t o ag r a v i t y i n v a r i a n t o r i e n t a t i o n .O t h e r f o c a l s t a t i o n s w h i c h a r e p o s s i b l e o n t h e t e l e s c o p e s t r u c t u r e , b u t w h i c h a r e n o t i n c l u d e d i n t h e

b a s e l i n e c o n f i g u r a t i o n a r e : o p t i c a l F / 1 5 G r e g o r i a n , c h o p p i n g F / 2 5 C a s s e g r a i n , c o m b i n e d F / 3 3 , p r i m e a n da p h a s e d c o u d b e a m w h i c h c o u l d a l s o f e e d a n i n t e r f e r o m e t r i c a r r a y .3 . 2 . S e c o n d a r y C o m p l e m e n t

T h e o p t i c a l C a s s e g r a i n s e c o n d a r i e s p r o d u c e a - ' F / 3 . 8 b e a m n a k e d w h i c h i s s l o w e d t o F / 4 . O b y a 3 -e l e m e n t r e f r a c t i v e c o r r e c t o r t o g i v e a f i e l d - o f - v i e w n e a r 1 d e g r e e . T h e o p t i c a l d e s i g n o f t h i s c o n f i g u r a t i o nh a s n o t b e e n c o m p l e t e l y f i n a l i z e d , b u t t h e s e c o n d a r i e s w i l l b e b e t w e e n 1 . 2 a n d 1 . 3 m e t e r s d i a m e t e r w i t h2 . 8 m e t e r d i a m e t e r b a f f l e s . T h e b a c k f o c a l d i s t a n c e f r o m t h e s e c o n d a r y i s a p p r o x i m a t e l y 3 . 6 m e t e r s . T h es e c o n d a r y , t h e c o r r e c t o r a n d t h e i n s t r u m e n t a l l s w i n g i n a n d o u t o f t h e b e a m t o g e t h e r o n a s w i n g a r m t ol e a v e a v e r y c l e a n t e l e s c o p e f o r i n f r a r e d u s e .T h e i n f r a r e d G r e g o r i a n F / 1 5 . O s e c o n d a r i e s a r e 8 7 1 m m i n d i a m e t e r . T h e s e c o r a v e m i r r o r s a r e u n -d e r s i z e d s e c t i o n s o f a n F / 1 4 . 7 p a r e n t t e l e s c o p e t o p l a c e t h e a p e r t u r e s t o p a t t h e s e c o n d a r y m i r r o r . T h ei n f r a r e d f i e l d - o f - v i e w w i t h o u t v i g n e t t i n g i s 4 a r c m i n u t e s d i a m e t e r . O p t i c a l i n s t r u m e n t s w i l l i n g t o t o l e r a ta s m a l l a m o u n t o f v i g n e t t i n g c a n u s e a f i e l d u p t o 1 0 a r c m i n u t e s i n d i a m e t e r . T h e f o c a l p l a n e s a r e 2 5 0 0m m b e h i n d t h e p r i m a r y v e r t i c e s w i t h c l a s s i c a l G r e g o r i a n o p t i c s ( p r i m a r y a s p h e r e : 1 . 0 0 0 0 ; s e c o n d a r ya s p h e r e : 0 . 7 3 2 6 ) I t i s v e r y p r o b a b l e t h a t t h e s e F / i S s e c o n d a r i e s w i l l b e f u l l y a d a p t i v e f r o m t h e s t a r t ot e l e s c o p e o p e r a t i o n . U s i n g t h e s e c o n d a r y a s t h e d e f o r m a b l e e l e m e n t p r o v i d e s a d a p t i v e c o r r e c t i o n w i t h o u ta n y a d d i t i o n a l o p t i c s t o a d d i n f r a r e d e m i s s i v i t y t o t h e t e l e s c o p e s y s t e m . L l o y d - H a r t e t a l . 8 a n d B r u n s e ta l . 9 d e s c r i b e a s i m i l a r a d a p t i v e m i r r o r f o r t h e M M T C o n v e r s i o n a n d s o m e r e s u l t s o f t e s t i n g a p r o t o t y p eS a l m a n e t a l . 5 ' 1 d e s c r i b e t h e p h i l o s o p h y o f t h e a d a p t i v e s e c o n d a r i e s i n g r e a t e r d e t a i l . T h e F / 1 5 s w i n ga r m s a l s o i n c l u d e p r o v i s i o n f o r a 5 0 0 m m f i a t m i r r o r a b o v e t h e s e c o n d a r y t o p r o j e c t a l a s e r b e a c o n f r o mt h e c e n t e r o f e a c h t e l e s c o p e . G r a y , W e s t & G a l l i e n i 1 1 d e s c r i b e t h e m o u n t i n g a n d a c t u a t i o n s c h e m e f o r t h es e c o n d a r i e s i n g r e a t e r d e t a i l .

3 . 3 . E r r o r B u d g e t a n d I m p r o v e m e n t s f o r I n f r a r e d I m a g i n gT h e e r r o r b u d g e t s p e c i f i e s t h a t t h e t e l e s c o p e a n d i t s o p t i c s w i l l p r o d u c e i m a g e s t o m a t c h a n r 0 = 4 5c m a t m o s p h e r e . H i l l 3 r e v i e w s t h e e r r o r b u d g e t a n d d e t a i l e d p e r f o r m a n c e s p e c i f i c a t i o n s . T h i s s p e c i f i c a t i o n

6 0 I S P / F V o l . 2 8 7 1Downloaded from SPIE Digital Library on 14 Feb 2011 to 193.54.120.10. Terms of Use: http://spiedl.org/terms


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F i g u r e 2 : T h i s f i g u r e s h o w s t h e r e i m a g i n g b e a m c o m b i n e r d e s i g n o f L B T . C o l l i m a t o r a n d c a m e r a l e n s e s a r eu s e d t o r e i m a g e a p a i r o f b e n t 8 . 4 m F / 1 5 G r e g o r i a n f o c a l p l a n e s t o t h e c o m b i n e d f o c u s . T h e r e i m a g i n gl e n s e s h a v e n o t b e e n o p t i m i z e d s o t h e d e s i g n s h o u l d b e c o n s i d e r e d i l l u s t r a t i v e o f t h e c o n c e p t . T h e i n d i v i d u a lr e i m a g e d p u p i l s a r e a p p r o x i m a t e l y 1 0 0 m m i n d i a m e t e r . T h e f o c a l l e n g t h o f t h e c a m e r a c a n b e s e l e c t e da c c o r d i n g t o t h e d e s i r e d p i x e l s c a l e a t t h e c o m b i n e d f o c a l p l a n e .p r o d u c e s a n i m a g e w h i c h i s 0 . 2 2 a r c s e c F W H M i n t h e v i s i b l e w i t h o u t i n c l u d i n g a n y a c t i v e o r a d a p t i v ec o r r e c t i o n b e y o n d a c t i v e f o c u s a n d a l i g n m e n t a t f r e q u e n c i e s l e s s t h a n 0 . 0 1 H z . B y i n c l u d i n g r a p i d t i p - t i l tg u i d i n g , a c t i v e f i g u r e c o r r e c t i o n a n d a d a p t i v e w a v e f r o n t c o r r e c t i o n , t h e d e t e c t e d i m a g e c a n b e i m p r o v e db y a f a c t o r o f t w o o r m o r e f o r w a v e l e n g t h s a r o u n d 2 , a m .

4 . T e l e s c o p e4 . 1 . T e l e s c o p e D e s i g n

T h e d e t a i l e d m e c h a n i c a l d e s i g n o f t h e t e l e s c o p e i s b e i n g d o n e b y t h e I t a l i a n e n g i n e e r i n g f i r m s A D SI t a l i a ( L e c c o ) a n d E u r o p e a n I n d u s t r i a l E n g i n e e r i n g ( M e s t r e ) . T h i s w o r k s h o u l d b e m o s t l y c o m p l e t e d b yJ u l y 1 9 9 6 . A l r e a d y o v e r 3 0 0 M B o f A u t o c a d d r a w i n g s h a v e b e e n g e n e r a t e d .T h e t e l e s c o p e s t r u c t u r e i s a n a l t i t u d e - a z i m u t h p l a t f o r m d e s i g n d e v e l o p e d i n i t i a l l y b y D a v i s o n a n dr e f i n e d o v e r t h e y e a r s . T h e a z i m u t h b e a r i n g i s a 1 4 m e t e r d i a m e t e r s t e e l t r a c k a t t a c h e d t o t h e t o p o f t h ep i e r . T h e t e l e s c o p e r i d e s o n t h i s t r a c k w i t h f o u r h y d r o s t a t i c b e a r i n g s o n t h e l o w e r c o r n e r s o f t h e a z i m u t hp l a t f o r m . T h e a z i m u t h t r a c k a n d a z i m u t h p l a t f o r m c a n b e s e e n i n F i g u r e 1 . O n t h e u p p e r c o r n e r s o f t h ea z i m u t h p l a t f o r m , f o u r a d d i t i o n a l h y d r o s t a t i c b e a r i n g s r i d e a g a i n s t t w o c u r v e d s e c t o r s o n t h e e l e v a t i o ns t r u c t u r e o f t h e t e l e s c o p e . T h e s e l a r g e " C - r i n g s " w h i c h a r e a l s o 1 4 m e t e r s i n d i a m e t e r f o r m t h e e l e v a t i o nb e a r i n g s o f t h e t e l e s c o p e . T h e a z i m u t h p l a t f o r m a n d t h e e l e v a t i o n s e c t o r s a l s o i n c l u d e t h e m o u n t i n g s f o rg e a r s e g m e n t s a n d F a r r a n d s t r i p e n c o d e r s . E i g h t D C t o r q u e m o t o r s o n t h e a z i m u t h p l a t f o r m d i r e c t l yd r i v e p i n i o n s a g a i n s t t h e g e a r s e g m e n t s f o r b o t h a x e s . T h e p l a t f o r m g e o m e t r y o f t h e t e l e s c o p e p r o v i d e s a

S P I E V o I . 2 8 7 1 / 6 1Downloaded from SPIE Digital Library on 14 Feb 2011 to 193.54.120.10. Terms of Use: http://spiedl.org/terms


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d i r e c t s t r u c t u r a l p a t h f r o m t h e m i r r o r c e l l s a n d e l e v a t i o n s e c t o r s d o w n t h r o u g h t h e a z i m u t h p l a t f o r m t ot h e t r a c k a n d t h e p i e r . T h i s d i r e c t l o a d p a t h a l l o w s u s t o a c h i e v e a l o w e s t e i g e n f r e q u e n c y o f 8 H z f o r t h es t r u c t u r e w i t h a r e l a t i v e l y m o d e s t w e i g h t o f 5 2 0 t o n s t o t a l m o v i n g m a s s i n c l u d i n g m i r r o r s a n d i n s t r u m e n t s .D e l V e c c h i o e t a l . 1 2 ' 1 3 r e p o r t o n t h e l a t e s t f i n i t e e l e m e n t o p t i m i z a t i o n s o f t h e t e l e s c o p e s t r u c t u r e .4 . 2 . T e l e s c o p e F a b r i c a t i o n

O n c e t h e d e s i g n d r a w i n g s o f t h e t e l e s c o p e a r e c o m p l e t e d i n t h e s u m m e r o f 1 9 9 6 , t h e p r o j e c t w i l l s o l i c i tb i d s w o r l d - w i d e t o s e l e c t t h e c o m p a n y o r c o m p a n i e s t o f a b r i c a t e a n d a s s e m b l e t h e t e l e s c o p e s t r u c t u r e . W ee x p e c t t o s e n d d e t a i l e d s p e c i f i c a t i o n s f o r a n u m b e r o f w o r k p a c k a g e s o u t t o b i d i n t h e f a l l o f 1 9 9 6 a n d t ob e g i n p l a c i n g o r d e r s i n e a r l y 1 9 9 7 . S o m e s m a l l e r p a r t s o f t h e t e l e s c o p e h a v e a l r e a d y b e e n f a b r i c a t e d a sp r o t o t y p e s a s c a n b e s e e n i n F i g u r e 3 .

F i g u r e 3 : T h i s f i g u r e s h o w s t h e f i r s t o f t h e c a b l e w r a p a s s e m b l i e s f o r t h e " s m a l l " i n s t r u m e n t r o t a t o r s i nt h e c e n t r a l s e c t i o n o f t h e t e l e s c o p e . ( P h o t o b y A D S I t a l i a )

5 . 1 . E n c l o s u r e D e s i g n5 . E n c l o s u r e

T h e d e t a i l e d a r c h i t e c t u r a l d e s i g n o f t h e e n c l o s u r e i s b e i n g d o n e b y a c o n s o r t i u m o f c o m p a n i e s h e a d e db y M 3 E n g i n e e r i n g & T e c h n o l o g y ( T u c s o n ) a n d i n c l u d i n g A D S ( L e c c o ) a n d E I E ( M e s t r e ) . T h e e n c l o s u r ed e s i g n i s n o w i n t h e " d e s i g n d e v e l o p m e n t " p h a s e . M a j o r c o n s t r u c t i o n o f t h e e n c l o s u r e a n d t e l e s c o p e p i e rs h o u l d b e g i n d u r i n g t h e 1 9 9 7 c o n s t r u c t i o n s e a s o n .A s d e s c r i b e d p r e v i o u s l y b y S a l m a n & H i l l ' 4 , t h e e n c l o s u r e i s a c o r o t a t i n g b o x d e s i g n w i t h t w o s l i d i n g

6 2 I S P I E V o l . 2 8 7 1Downloaded from SPIE Digital Library on 14 Feb 2011 to 193.54.120.10. Terms of Use: http://spiedl.org/terms


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s h u t t e r s o v e r t h e o b s e r v i n g a p e r t u r e s . I n a d d i t i o n t o t h e o b s e r v i n g a p e r t u r e s o n t h e f r o n t a n d t o p o f t h er o t a t i n g s e c t i o n o f t h e b u i l d i n g , t h e r e a r e l a r g e v e n t i l a t i o n d o o r s o n t h e s i d e s a n d b a c k o f t h e o b s e r v i n gc h a m b e r t o p r o m o t e w i n d f l u s h i n g a n d t h e r m a l e q u i l i b r a t i o n . T h e r o t a t i n g b u i l d i n g h a s a p a i r o f 3 2m e t r i c t o n c r a n e s o n a c o m m o n b r i d g e f o r h a n d l i n g t e l e s c o p e p a r t s . 5 t o n h o o k s a r e a v a i l a b l e f o r h a n d l i n gi n s t r u m e n t s a n d s m a l l e r e q u i p m e n t . E q u i p m e n t a n d i n s t r u m e n t s a r e r a i s e d f r o m t h e f i x e d p a r t o f t h ee n c l o s u r e t h r o u g h a 4 x 1 0 m e t e r f l o o r h a t c h . T h e h a t c h p r o v i d e s a c c e s s t o a g r o u n d - l e v e l h i g h b a y a r e aw h e r e i n s t r u m e n t s a n d t h e a l u m i n i z i n g b e l l j a r a r e s t o r e d . T h e t e l e s c o p e e l e v a t i o n a x i s i s l o c a t e d 3 0m e t e r s a b o v e t h e g r o u n d . T h e r o o f l i n e o f t h e e n c l o s u r e i s 5 0 m e t e r s a b o v e t h e g r o u n d . S u p p o r t e q u i p m e n tw h i c h r o t a t e s w i t h t h e t e l e s c o p e i s l o c a t e d i n a n i n s u l a t e d f l o o r b e n e a t h t h e o b s e r v i n g c h a m b e r . A m b i e nt e m p e r a t u r e a i r c i r c u l a t e d t h r o u g h t h e t e l e s c o p e a n d t h e s e e q u i p m e n t a r e a s i s e x h a u s t e d f r o m t h e r o t a t i n gs e c t i o n t h r o u g h w h i c h e v e r o f t h e 2 . 5 m e t e r d i a m e t e r t u b e s i s f a c i n g d o w n w i n d . T h e t o t a l r o t a t i n g m a s s i sa b o u t 1 5 0 0 t o n s s u p p o r t e d o n a c i r c u l a r s t e e l t r a c k w i t h f o u r s e t s o f b o g i e s . S t e e l f r a m i n g i n t h e o b s e r v i n gc h a m b e r i s d e s i g n e d w i t h c r o s s - s e c t i o n s s m a l l e r t h a n 1 5 m m w h e n e v e r p o s s i b l e t o k e e p t h e t h e r m a l t i m ec o n s t a n t o f t h e s t r u c t u r e s h o r t . T h e c o n t r o l r o o m , o f f i c e s a n d l i v i n g a r e a s a r e l o c a t e d o n t w o f i x e d f l o o r si n t h e l o w e r 1 2 m e t e r s o f t h e e n c l o s u r e . S n o w i s r e m o v e d f r o m t h e r o o f a n d s h u t t e r s b y m e l t i n g i t w i t hh o t a i r c i r c u l a t e d i n s i d e t h e r o o f s e c t i o n s . A d e s i g n d r a w i n g o f t h e e n c l o s u r e i s s h o w n i n F i g u r e 4 . T h ee n c l o s u r e i s d e s i g n e d t o p e r m i t a m a x i m u m o b s e r v i n g w i n d s p e e d o f 8 0 k m / h o u r a n d t o h a v e a m a x i m u ms u r v i v a l w i n d s p e e d o f 2 2 5 k m / h o u r .

6 . O b s e r v a t o r y S i t e6 . 1 . S i t e D e l a y s

T h e s i t e o f L B T i s l o c a t e d o n M t . G r a h a m i n t h e P i n a l e n o M o u n t a i n s i n s o u t h e a s t e r n A r i z o n a . T h es p e c i f i c p e a k s e l e c t e d i s E m e r a l d P e a k a t a n e l e v a t i o n o f 1 0 4 7 7 f e e t ( 3 1 9 4 m e t e r s ) . T r e e s o n t h e s i t e( E m e r a l d P e a k ) w e r e c u t i n D e c e m b e r 1 9 9 3 . G e o l o g y t e s t i n g w a s d o n e i n J a n u a r y 1 9 9 4 . A n a e r i a l v i e wo f t h e s i t e i s s h o w n i n F i g u r e 5 . I n c l u d i n g 0 . 3 a c r e s o f t r e e s r e m a i n i n g t o b e c u t a r o u n d t h e L B T s i t et h e e n t i r e M t . G r a h a m I n t e r n a t i o n a l O b s e r v a t o r y ( 3 t e l e s c o p e s , u t i l i t y b u i l d i n g a n d 2 m i l e a c c e s s r o a d )o c c u p i e s a t o t a l o f 8 . 6 a c r e s i n s i d e a 1 5 0 a c r e a s t r o p h y s i c a l p r e s e r v e . L e v e l i n g o f t h e s i t e a n d c o m p l e t i o no f t h e a c c e s s r o a d w e r e d e l a y e d b y a l a w s u i t a g a i n s t t h e U . S . F o r e s t S e r v i c e i n J u l y 1 9 9 4 . T e l e s c o p eo p p o n e n t s o b j e c t e d t h a t t h e s i t e f o r L B T h a d b e e n m o v e d a p p r o x i m a t e l y 4 0 0 m e t e r s i n a n a t t e m p t t om i n i m i z e t h e i m p a c t o f c o n s t r u c t i o n o n s o m e r e d s q u i r r e l s n o w l i v i n g o n a s i t e w h i c h h a d b e e n c o n s i d e r e df o r t h e C o l u m b u s P r o j e c t p r i o r t o 1 9 8 7 . I n 1 9 9 5 , t h e 9 t h C i r c u i t C o u r t i n S a n F r a n c i s c o r u l e d t h a t t h eE m e r a l d P e a k s i t e w a s i m p r o p e r l y a p p r o v e d b y t h e F o r e s t S e r v i c e i . e . t h a t i t w a s n o t i n c l u d e d i n t h ea p p r o v a l o f t h r e e t e l e s c o p e s g r a n t e d b y t h e A r i z o n a - I d a h o C o n s e r v a t i o n A c t p a s s e d b y t h e U . S . C o n g r e si n 1 9 8 8 . A s i g n i f i c a n t d e l a y o f t w o c o n s t r u c t i o n s e a s o n s r e s u l t e d b e c a u s e t h e s i t e i s s u e s w e r e u n r e s o l v e d .I n A p r i l 1 9 9 6 , t h e U . S . C o n g r e s s o n c e a g a i n p a s s e d l e g i s l a t i o n i n d i c a t i n g t h a t L B T s h o u l d b e a l l o w e d t op r o c e e d w i t h c o n s t r u c t i o n o n E m e r a l d P e a k . A s o f J u n e 1 4 , 1 9 9 6 , a l l t h e l e g a l o b s t a c l e s h a v e b e e n c l e a r e da w a y a n d w e a r e a b o u t t o b e g i n t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e t e l e s c o p e a n d e n c l o s u r e f o u n d a t i o n s .6 . 2 . S u m m a r y o f M t . G r a h a m F i r e

T h o s e o f u s w i t h f o r e s t e d m o u n t a i n s i n s o u t h e r n A r i z o n a o f t e n l o o k e n v i o u s l y a t t h e p h o t o g r a p h s ot r e e l e s s C e r r o P a r a n a l s h o w n b y M a s s i m o T a r e n g h i i n h i s p r e s e n t a t i o n o n t h e V L T . T h e t r e e s h a v e t h ee f f e c t o f r a i s i n g t h e t u r b u l e n t b o u n d a r y l a y e r f r o m t h e g r o u n d t o t h e t o p o f t h e t r e e c a n o p y . T h i s m e a n st h a t t e l e s c o p e s m u s t b e p l a c e d h i g h e r a b o v e t h e g r o u n d t o a v o i d t h e g r o u n d - l a y e r s e e i n g t h e e l e v a t i o na x i s o f L B T i s 3 0 m e t e r s a b o v e t h e g r o u n d . I j o k e t h a t w e h a v e f o u n d t h e s o l u t i o n t o t h i s p r o b l e m o f t r e e sw h e n t h e C l a r k P e a k f o r e s t f i r e s t a r t e d o n M t . G r a h a m . T h e f i r e w a s a b o u t 6 k m f r o m t h e o b s e r v a t o r yw h e n i t s t a r t e d o n A p r i l 1 5 , 1 9 9 6 . ( T h e f i r e w a s h u m a n - c a u s e d , b u t w a s n o t s t a r t e d b y a s t r o n o m e r s n o r b yS P I E V o l . 2 8 7 1 / 6 3



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F i g u r e 4 : T h i s f i g u r e s h o w s t h e d e s i g n o f t h e t e l e s c o p e e n c l o s u r e . T h e c a r s a n d a t r u c k w i t h a n 8 . 4 m e t e rm i r r o r i n d i c a t e t h e s c a l e . ( D r a w i n g b y M 3 E n g i n e e r i n g )o p p o n e n t s o f t h e o b s e r v a t o r y a s f a r a s I k n o w . ) T h e f i r e s p r e a d q u i c k l y d u e t o t h e u n u s u a l l y d r y c o n d i t i o n se x a c e r b a t e d b y m i n i m a l s n o w f a l l o v e r t h e p a s t w i n t e r . B y M a y 3 , t h e m a i n b o d y o f t h e f i r e a p p r o a c h e dt h e o b s e r v a t o r y s i t e . F l a m e s r e a c h e d w i t h i n 2 0 0 m e t e r s o f t h e e x i s t i n g t e l e s c o p e s , b u t n e i t h e r t h e V a t i c a nO b s e r v a t o r y 1 5 1 . 8 m e t e r o p t i c a l t e l e s c o p e n o r t h e H e r t z 1 0 m e t e r s u b m i l l i m e t e r r a d i o t e l e s c o p e ( S M T )w e r e d a m a g e d b y t h e f i r e . T h a n k s t o a l a r g e p r o t e c t i o n e f f o r t m o u n t e d b y t h e U . S . F o r e s t S e r v i c e , l o c a lf i r e c o m p a n i e s a n d t h e M t . G r a h a m I n t e r n a t i o n a l O b s e r v a t o r y s t a f f . S o m e f l a m e s s e e n n e a r t h e o b s e r v a t o ya r e s h o w n i n F i g u r e 6 . T h e f i r e w a s f i n a l l y c o n t a i n e d o n M a y 8 , 1 9 9 6 . A p p r o x i m a t e l y 6 5 0 0 a c r e s w e r eb u r n e d i n t o t a l a n d 1 1 0 0 p e r s o n s w e r e e v e n t u a l l y a s s i g n e d t o t h e f i r e f i g h t i n g e f f o r t s .

7 . P r i m a r y M i r r o r s7 . 1 . H o n e y c o m b M i r r o r s

T h e p r i m a r y m i r r o r b l a n k s f o r L B T a r e o f b o r o s i l i c a t e h o n e y c o m b c o n s t r u c t i o n d e v e l o p e d b y A n g e la n d H i l l . T h e s e b l a n k s a r e b e i n g p r o d u c e d a t t h e S t e w a r d O b s e r v a t o r y M i r r o r L a b a t t h e U n i v e r s i t y o f6 4 I S P I E V o l . 2 8 7 1

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F i g u r e 5 : T h i s f i g u r e s h o w s t h e L a r g e B i n o c u l a r T e l e s c o p e s i t e o n E m e r a l d P e a k ( M t . G r a h a m ) a s i ta p p e a r e d i n s p r i n g 1 9 9 4 . A l s o s h o w n a r e t h e V a t i c a n 1 . 8 m t e l e s c o p e a n d t h e H e r t z s u b m i l l i m e t e r t e l e s c o p e( S M T ) . T h e r e c e n t f o r e s t f i r e b u r n e d t h e a r e a j u s t t o t h e s o u t h w e s t ( l o w e r l e f t ) o f t h i s p h o t o .

A r i z o n a . T w o 6 . 5 m e t e r m i r r o r s h a v e p r e v i o u s l y b e e n p r o d u c e d . T h e d e t a i l s o f t h e c a s t i n g p r o c e s s h a v eb e e n d e s c r i b e d m o s t r e c e n t l y b y O l b e r t e t a l . 1 6 . T h e m o l d i s n o w u n d e r c o n s t r u c t i o n f o r t h e f i r s t o f t h et w o 8 . 4 m e t e r m i r r o r s f o r L B T a s s h o w n i n F i g u r e 7 . T h e c a s t i n g o f t h e 8 . 4 m e t e r b l a n k i s s c h e d u l e d f o rt h e f a l l o f 1 9 9 6 . E a c h m i r r o r h a s a f i n i s h e d d i a m e t e r o f 8 4 1 7 m m a n d a c l e a r o p t i c a l a p e r t u r e o f 8 4 0 8 m m .T h e m i r r o r s a r e p a r a b o l i c w i t h a f o c a l l e n g t h o f 9 6 0 0 m m t o g i v e a f o c a l r a t i o o f F / 1 . 1 4 2 . T h e s e w i l l b et h e m o s t a s p h e r i c l a r g e t e l e s c o p e m i r r o r s m a d e t o d a t e . T h e m i r r o r s h a v e a c e n t r a l h o l e o f 8 8 9 m m o r a na p e r t u r e a r o u n d t h e h o l e o f 8 9 8 m m . T h e c a s t h o n e y c o m b s t r u c t u r e h a s a 2 8 m m f a c e p l a t e t h i c k n e s s a n da 2 5 m m b a c k p l a t e t h i c k n e s s w i t h a t o t a l t h i c k n e s s a t t h e e d g e o f t h e p l a n o c o n c a v e b l a n k o f 8 9 4 m m . T h em i r r o r s w e i g h a l m o s t 1 6 m e t r i c t o n s e a c h w i t h t h e i n t e r n a l h o n e y c o m b s t r u c t u r e m a k i n g t h e m j u s t o v e r2 0 % o f s o l i d d e n s i t y . P a r o d i e t a l . 1 7 ' 1 8 d e s c r i b e t h e f i n i t e e l e m e n t c a l c u l a t i o n s u s e d t o d e s i g n t h e s u p p o r ta n d h a n d l i n g s y s t e m s o f t h e h o n e y c o m b m i r r o r s .T h e s e p r i m a r y m i r r o r s w i l l b e p o l i s h e d a t t h e S t e w a r d O b s e r v a t o r y M i r r o r L a b u s i n g t h e t e c h n i q u e sd e s c r i b e d b y M a r t i n e t a l . 1 9 . T h e p o l i s h i n g o f t h e f i r s t m i r r o r s h o u l d b e c o m p l e t e d i n e a r l y 2 0 0 0 . A f t e rt h e m i r r o r s h a v e b e e n p o l i s h e d , t h e y w i l l b e i n s t a l l e d i n t h e m i r r o r c e l l s u s i n g a v a c u u m l i f t i n g s y s t e m .T h e s e c o n d a r y m i r r o r s w i l l a l s o b e p o l i s h e d a t t h e S t e w a r d O b s e r v a t o r y M i r r o r L a b u s i n g t h e f a c i l i t i e s

d e s c r i b e d b y B u r g e 2 0 .

S P I E V o l . 2 8 7 1 / 6 5Downloaded from SPIE Digital Library on 14 Feb 2011 to 193.54.120.10. Terms of Use: http://spiedl.org/terms


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f r e q u e n c y > 8 H z ; t h e f i r s t 8 . 4 m e t e r h o n e y c o m b p r i m a r y m i r r o r m o l d i s u n d e r c o n s t r u c t i o n ; t h e f i n a le n c l o s u r e d e s i g n i s i n p r o g r e s s ; c o n s t r u c t i o n o n M t . G r a h a m i s u n d e r w a y a g a i n a s o f J u n e 1 9 9 6 .A t t h e p r e s e n t p a c e , f i r s t l i g h t w i t h a s i n g l e o p t i c a l t r a i n i s s c h e d u l e d f o r t h e y e a r 2 0 0 1 . S e c o n d l i g h tw i t h t h e f u l l b i n o c u l a r o p t i c s s h o u l d h a p p e n o n e o r t w o y e a r s l a t e r .

* A p o l o g i e s t o t h e v a s t m a j o r i t y o f e n v i r o n m e n t a l i s t s , l a w y e r s , A p a c h e s , c o n s e r v a t i v e s , l i b e r a l s a n da d m i n i s t r a t o r s t h a t w e c o n s i d e r t o b e o u r f r i e n d s .

F i g u r e 7 : T h i s f i g u r e s h o w s t h e m o l d f o r t h e 8 . 4 m e t e r c a s t i n g a s i t a p p e a r e d i n M a y 1 9 9 6 . T h e 8 . 4 m e t e rt u b h a s b e e n a s s e m b l e d i n t h e f u r n a c e , w r a p p e d w i t h I n c o n e l 6 0 1 b a n d s a n d l i n e d w i t h a l u m i n o s i l i c a t ef i b e r m o l d m a t e r i a l . T h e s t r u c t u r e o v e r t h e m o l d i s f o r g r i n d i n g t h e i n s i d e o f t h e m o l d t r u e . T h e f i r s th o n e y c o m b c o r e b o x e s w e r e i n s t a l l e d a t t h e e n d o f J u n e . ( P h o t o b y D . W a t s o n , S t e w a r d O b s e r v a t o r yM i r r o r L a b )9 . R e f e r e n c e s

1 . W e s t , S . C . , e t a l . 1 9 9 6 , " T o w a r d F i r s t L i g h t f o r t h e M M T 6 . 5 - m t e l e s c o p e " , S . P . I . E . , 2 8 7 1 , ( T h e s eP r o c e e d i n g s ) .2 . J o h n s , M . 1 9 9 6 , " M a g e l l a n 6 . 5 m T e l e s c o p e s P r o j e c t : s t a t u s r e p o r t " , S . P . I . E . , 2 8 7 1 , ( T h e s e P r o -c e e d i n g s ) .

3 . H i l l , J . M . 1 9 9 0 , " O p t i c a l d e s i g n , e r r o r b u d g e t a n d s p e c i f i c a t i o n s f o r t h e C o l u m b u s P r o j e c t T e l e s c o p e "S . P . I . E . , 1 2 3 6 , p p . 8 6 - 1 0 7 .4 . H i l l , J . M . a n d S a l m a n , P . 1 9 9 4 , " O p t o m e c h a n i c s o f t h e L a r g e B i n o c u l a r T e l e s c o p e " , S . P . I . E . , 2 1 9 9 ,p p . 6 4 - 7 5 .

S P 1 E V o l . 2 8 7 1 / 6 7Downloaded from SPIE Digital Library on 14 Feb 2011 to 193.54.120.10. Terms of Use: http://spiedl.org/terms


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1 Lg zI o nd S /9

OLT 6 9d6 6 T gu v c r sJo JJ!I uw o o u o qs o J o q r e ioO d d f l S , ,T 6 6 TLS W ! I l l MU ?U j j 3[U O S ! A GJ ' \ I1 1 1 1 1J AD .( s ui p a D o Jd)Ls ;c iIAo D s J I J j f l O U !J OSl lJ J9 6 6 TO I j X XQUdDT ! I T A T.( s up B

d)i L 8 z ;u i - r si o J J ! U !n p u o o sA U O 3f l9 6 6 T1r t I 1 ( s u T p x D o J di )T L 8T I . d r . SU O I S J A U O 3o s I Io u i j 'd T I n ' so jo i i u A r m u di 1 jOo q D u q J , ,9 6 6 TS MuU S O ) JH' HJ 'U ! J J TT ( s u ! p D o J dt )T L 8T I c f Si s A si i o d d n sos o pe u jq: s i o i n u in u m dw i , ,9 6 6 T! r U i jU O S I A QJ A1 1 1 1 1DO9T p O J d 9 O T OdP ! I f 1J I . pS d Z f l O l O U Y d L LO i W l t L d t U f l J U JU Vd o d p Jza t h o i josz po6 u z p a o j

' 1 s n q J _u n I o 3OJ O J J I U Iw o z u o qgi i o d d n g , ,6 6 Tu1 1 1 1' DP dT c T i 4 Td6 6 J d SuO ! S J A U O 3J ' \ I J A Tf l IJi o J J ! wWT 6 6 TU W U ! Hu1 1 1 1 1dI U VHT ( s u i p D o J d) 'L 8 7T I f o u q x j! As I O J d , ,9 6 6 T'' Dd d6 6 T ?T I Se I n D o u ! l lJ % r TOJ f l S O p U [, ,T 6 6 T: A 1f1 1 1 1 1! f l u ! p ?' T ( s u ! p o D o a dq j )1 L 8[I U S

'e I n D o U ! I 1I EO ! A IOO ! Z ! W ! d O , ,9 6 6 T0 ! P D AG ( s u ! p a o a dt )T L 8T I [Se i n : o u w ioJ n p n s o 1 T J , ,9 6 6 T! T ! I ' \ IO 3 JM! U 0 ! H D1 1U O S ! A GDO q D O G ( s u ! p a o is j )T L 8L T I 1 I W IT 7 UL J A T J A9 l l IJ o Jo r e p u o : s! Soo n p euo d d n S , ,9 6 6 T! U ! f f e Du1 'DT L T g( u i p i e )p j i j , ss ! n 1 d Oz i d v p Vu vz a you a i f u o 31 - O G I

0 4 JOJJT WI 1 ? U O SE d 1 p 1op n s6 6 Tf l O !u tO i q X X Ac [dJ 1 ?U !T .( s ui p o Jd)I cf SD U O0 J J ! Wn p u o D s I J " I J / ' , ,9 6 6 T:s n i iU ' ?tU ! i J ,DEI P SNH0E' s u n .( s ut p a o Jd) 1IV }I J J S YA o o i ds !I I OJJn s o JUw s 1 c sD ! d 0! d c pj p9qoU ! s o u , ,9 6 6 TV2yi H - p A O f l L c T - 9 Tdo of F cUs n jn o ucjr r iio i j uo js o p! d O , ,6 6 T! U p D U O [uN l l

6 1 Td ' o o gui - r so d o D s I J ,J JT 1j MU O J J i U !O Jf 6 6 TIl l ! H- p O D o J dq )T Lr v c r so s o i j " W E' TJ 2 , ,9 6 6 TL F U ! f e g

Large Binocular Telescope 1996

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