Obrazový kredit: NSO
Nový systém adaptívnej optiky pomáha Národnému slnečnému observatóriu snímať oveľa živšie zábery Slnka. S novým systémom NSO; solárne ďalekohľady však môžu byť teraz postavené 4 metre a väčšie. To by malo solárnym astronómom umožniť lepšie porozumieť procesom slnečného magnetizmu a iným činnostiam.
Pôsobivé, ostré obrazy Slnka sa dajú vytvoriť pomocou moderného adaptívneho optického systému, ktorý dá nový život existujúcim ďalekohľadom a otvorí cestu pre generáciu veľkoformátových slnečných ďalekohľadov. Tento systém AO odstraňuje rozmazanie spôsobené turbulentnou atmosférou Zeme a poskytuje tak jasný pohľad na najmenšiu štruktúru Slnka.
Nový systém AO76 - Adaptive Optics, 76 subapertures - je najväčší systém určený pre slnečné pozorovania. Ako nedávno preukázal tím na Národnom solárnom observatóriu v Sunspot, NM, AO76 vytvára ostrejšie snímky za horších podmienok videnia pre atmosférické skreslenie ako systém AO24 používaný od roku 1998.
„Prvé svetlo“ s novým systémom AO76 bolo v decembri 2002, po ktorom nasledovali testy začínajúce v apríli 2003 s novou vysokorýchlostnou kamerou, ktorá výrazne zlepšila systém.
„Ak by boli prvé výsledky na konci roku 2002 s prototypom pôsobivé,“ povedal Dr. Thomas Rimmele, vedec projektu AO na NSO, „nazval by som výkon, ktorý teraz dosahujeme, skutočne úžasný. Kvalita obrazu, ktorú prináša tento nový systém, som celkom nadšená. Verím, že je spravodlivé povedať, že obrázky, ktoré získavame, sú tie najlepšie, aké kedy solárny ďalekohľad Dunn dosiahol. “ Dunn je jedným z popredných solárnych pozorovacích zariadení v krajine.
Program dvojakého použitia
Nový systém AO vysokej objednávky slúži na dva účely. Umožní existujúcim solárnym ďalekohľadom, napríklad 76-cm (30-palcový) Dunn, vytvárať snímky s vyšším rozlíšením a výrazne zlepšiť ich vedecký výkon za širšieho spektra podmienok videnia. Preukazuje to tiež schopnosť škálovať systém tak, aby umožňoval novú generáciu prístrojov s veľkou apertúrou, vrátane navrhovaného 4-metrového solárneho ďalekohľadu Advanced Technology (pozri nižšie), ktorý bude vidieť pri vyššom rozlíšení, ako je možné dosiahnuť pri súčasných ďalekohľadoch.
Pozorovania Slnka s vysokým rozlíšením sa stali stále dôležitejšími pri riešení mnohých vynikajúcich problémov v slnečnej fyzike. Štúdium fyziky prvkov toku alebo solárnej jemnej štruktúry všeobecne vyžaduje spektroskopiu a polarimetriu jemných štruktúr. Expozície sú typicky asi 1 sekundu dlhé a rozlíšenie, ktoré je v súčasnosti dosiahnuté v spektroskopických / polarimetrických údajoch, je typicky 1 oblúková sekunda, čo nestačí na štúdium jemných solárnych štruktúr. Teoretické modely ďalej predpovedajú štruktúry pod medzou rozlíšenia existujúcich slnečných teleskopov 0,2 arc-s. Na pozorovanie dôležitých fyzikálnych procesov, ktoré sa vyskytujú v takýchto malých mierkach, sú potrebné pozorovania pod medzou rozlíšenia 0,2 arc-sek. Iba AO môže poskytovať konzistentné priestorové rozlíšenie 0,1 arc-s alebo lepšie z pozemných observatórií.
Technológia AO kombinuje počítače a flexibilné optické komponenty na zníženie účinkov atmosférického rozmazania („videnie“) na astronomické snímky. Solárny systém AO76 spoločnosti Sunspot je založený na korelačnej technike Shack-Hartmann. V podstate to rozdeľuje prichádzajúci obraz na pole podtlakov zobrazených kamerou senzora vlny. Ako referenčný obrázok je vybraná jedna podtvára. Procesory digitálneho signálu (DSP) vypočítavajú, ako nastaviť každú subapertúru tak, aby sa zhodovala s referenčným obrázkom. DSP potom prikazujú 97 ovládačom, aby pretvorili tenké, 7,7 cm (3-palcové) deformovateľné zrkadlo, aby sa odstránila veľká časť rozmazania. DSP môže tiež poháňať zrkadlo naklonenia / špičky namontované pred systémom AO, ktoré odstraňuje hrubý obrazový obraz spôsobený atmosférou.
Uzatvorenie slučky pre ostrejšie obrázky
„Hlavnou výzvou pre astronómov je korekcia svetla vstupujúceho do ich ďalekohľadov na vplyv zemskej atmosféry,“ vysvetlil Kit Richards, hlavný inžinier projektu NSO spoločnosti ASO. „Vzduch s rôznymi teplotami, ktorý sa mieša nad teleskopom, vytvára atmosféru ako gumová šošovka, ktorá sa pretvára stokrát za sekundu.“ Je to závažnejšie pre slnečných astronómov, ktorí počas dňa pozorujú slnečné zahrievanie zemského povrchu, ale stále spôsobujú, že sa hviezdy v noci blikajú.
Ďalej, slneční fyzici chcú študovať rozšírené svetlé oblasti s nízkym kontrastom. Preto je pre systém AO náročnejšie korelovať rovnaké časti niekoľkých mierne odlišných čiastkových otvorov a udržiavať koreláciu z jedného obrazového rámca do nasledujúceho, keď sa atmosféra mení tvar.
(Nočná astronómia už niekoľko rokov používa inú techniku. Lasery vytvárajú umelé vodiace hviezdy v atmosfére, umožňujú astronómom merať a korigovať atmosférické skreslenie. Toto nie je praktické s prístrojmi, ktoré pozorujú Slnko.)
V roku 1998 NSO priekopníkom vo využívaní systému AO24 s nízkym rádom pre slnečné pozorovania. Má 24 otvorov a kompenzuje 1 200-krát za sekundu (1 200 Hertzov [Hz]). Od augusta 2000 sa tím zameriaval na škálovanie systému na AO76 vysokej triedy s 76 otvormi a korekciu dvakrát rýchlejšie ako 2 500 Hz. Prielom sa začal koncom roku 2002.
Po prvé, servo slučka bola úspešne uzavretá na novom systéme AO vysokej objednávky počas jeho prvého inžinierskeho behu v Dunne v decembri. V servosystéme s „uzavretou slučkou“ je výstup privádzaný späť na vstup a chyby sú privedené na 0. Systém „otvorenej slučky“ detekuje chyby a vykonáva opravy, ale opravený výstup sa nevracia späť na vstup. Servopohon nevie, či odstráni všetky chyby alebo nie. Tento typ systému sa dá kalibrovať rýchlejšie, ale je ťažké ho kalibrovať. V tomto bode systém použil ako dočasný snímač čelnej vlny kameru DALSA, ktorá pracuje pri 955 Hz. Optická zostava nebola dokončená a predbežná; Systém ovládal softvér „holá kosť“.
Vysokorýchlostný snímač čela vlny
Dokonca aj v tomto predbežnom stave - s cieľom demonštrovať, že komponenty spolu pracovali ako systém - a za priemerných podmienok videnia, AO systém vysokého poriadku produkoval pôsobivé obrazy s obmedzenou difrakciou. Časové sekvencie korigovaných a nekorigovaných obrazov ukazujú, že nový systém AO poskytuje pomerne konzistentné zobrazovanie vo vysokom rozlíšení, aj keď sa videnie podstatne mení, ako je to typické pre denné videnie.
V nadväznosti na tento medzník tím nainštaloval novú vysokorýchlostnú senzorovú kameru s vlnovou dĺžkou vyvinutú pre projekt AO spoločnosťou Baja Technology a spoločnosťou Richards spoločnosti NSO. Funguje rýchlosťou 2 500 snímok za sekundu, čo viac ako zdvojnásobuje možnú šírku pásma servopohonu s fotoaparátom DALSA. Richards tiež implementoval vylepšený riadiaci softvér. Okrem toho bol systém aktualizovaný tak, aby poháňal korekčné zrkadlo hrotu / náklonu buď priamo zo senzora čela vlny AO alebo zo samostatného systému sledovania korelácie / bodu, ktorý pracuje pri 3 kHz.
Nový AO76 s vysokým poradím bol prvýkrát testovaný v apríli 2003 a okamžite začal produkovať vynikajúce snímky za širšieho spektra podmienok videnia, ktoré by normálne vylučovali obrázky s vysokým rozlíšením. Nový AO76 s vysokým poradím bol prvýkrát testovaný v apríli 2003 a okamžite začal vyrábať vynikajúce snímky za širšieho spektra podmienok videnia, ktoré by normálne vylučovali obrázky s vysokým rozlíšením. Na obrázkoch aktívnych oblastí, granulácii a ďalších vlastnostiach sú zreteľne viditeľné výrazné rozdiely v porovnaní s AO.
„To neznamená, že na videní už nezáleží,“ poznamenala Rimmele. „Naopak, obmedzenia, ako je anisoplanatizmus - rozdiely medzi vlnami medzi korelačným cieľom a oblasťou, ktorú chceme študovať - sú stále obmedzujúcimi faktormi. Ale v polovici slušného videnia môžeme uzamknúť granuláciu a zaznamenať vynikajúce obrázky. “
Na to, aby bolo možné vyrábať veľké nástroje, ako je napríklad solárny ďalekohľad Advanced Technology, bude potrebné systém AO vysokého stupňa zväčšiť viac ako desaťnásobne na najmenej 1 000 subapertúr. A NSO sa pozerá ďalej na zložitejšiu techniku, multikonjugovaný AO. Tento prístup, ktorý sa už vyvinul pre nočnú astronómiu, vytvára skôr trojrozmerný model turbulentnej oblasti, než aby sa považoval za jednoduchú zdeformovanú šošovku.
Doteraz sa však projektový tím zameria na dokončenie optického nastavenia v Dunne, inštaláciu lavice AO v solárnom observatóriu Big Bear, po ktorej nasledujú technické skúšky, optimalizácia rekonštrukčných rovníc a ovládanie servok slučiek a charakterizácia systému. výkon na oboch stránkach. Potom bude systém Dunn AO uvedený do prevádzky na jeseň roku 2003. Je naplánovaný difrakčný limitovaný spektro-polarimeter (DLSP), hlavný vedecký nástroj, ktorý môže využívať výhodu kvality obrazu s obmedzenou difrakciou poskytovanej vysoko-riadeným AO. pre svoje prvé uvedenie do prevádzky na jeseň roku 2003. NSO vyvíja DLSP v spolupráci s observatóriom vysokej nadmorskej výšky v Boulder.
Pôvodný zdroj: NSO News Release
