Πιστωτική εικόνα: NSO
Ένα νέο προσαρμοστικό οπτικό σύστημα βοηθά το Εθνικό Ηλιακό Παρατηρητήριο να πάρει πολύ πιο ζωντανές εικόνες του Ήλιου. Με το νέο σύστημα NSO. Ωστόσο, τα ηλιακά τηλεσκόπια μπορούν τώρα να κατασκευαστούν 4 μέτρα και μεγαλύτερα. Αυτό θα επιτρέψει στους ηλιακούς αστρονόμους να κατανοήσουν καλύτερα τις διαδικασίες του ηλιακού μαγνητισμού και άλλων δραστηριοτήτων.
Εντυπωσιακές, ευκρινείς εικόνες του Ήλιου μπορούν να παραχθούν με ένα προηγμένο προσαρμοστικό οπτικό σύστημα που θα δώσει νέα ζωή στα υπάρχοντα τηλεσκόπια και θα ανοίξει το δρόμο για μια γενιά ηλιακών τηλεσκοπίων μεγάλου διαφράγματος. Αυτό το σύστημα AO απομακρύνει το θόλωμα που εισήχθη από την ταραχώδη ατμόσφαιρα της Γης και παρέχει έτσι μια σαφή εικόνα της μικρότερης δομής στον Ήλιο.
Το νέο σύστημα AO76 - Adaptive Optics, 76 subapertures - είναι το μεγαλύτερο σύστημα σχεδιασμένο για ηλιακές παρατηρήσεις. Όπως αποδείχθηκε πρόσφατα από μια ομάδα στο Εθνικό Ηλιακό Παρατηρητήριο στο Sunspot, NM, το AO76 παράγει ευκρινέστερες εικόνες κάτω από συνθήκες χειρότερης όρασης για ατμοσφαιρική παραμόρφωση από το σύστημα AO24 που χρησιμοποιείται από το 1998.
Το "First light" με το νέο σύστημα AO76 ήταν τον Δεκέμβριο του 2002, ακολουθούμενο από δοκιμές που ξεκίνησαν τον Απρίλιο του 2003 με μια νέα κάμερα υψηλής ταχύτητας που βελτίωσε σημαντικά το σύστημα.
«Εάν τα πρώτα αποτελέσματα στα τέλη του 2002 με το πρωτότυπο ήταν εντυπωσιακά», δήλωσε ο Δρ Thomas Rimmele, ο επιστήμονας του έργου AO στο NSO, «θα έλεγα την παράσταση που έχουμε τώρα πραγματικά εκπληκτική. Είμαι πολύ ενθουσιασμένος με την ποιότητα εικόνας που προσφέρει αυτό το νέο σύστημα. Πιστεύω ότι είναι δίκαιο να πούμε ότι οι εικόνες που παίρνουμε είναι οι καλύτερες που παράγονται ποτέ από το Ηλιακό Τηλεσκόπιο Dunn. " Το Dunn είναι μία από τις κορυφαίες εγκαταστάσεις ηλιακής παρατήρησης του έθνους.
Πρόγραμμα διπλού σκοπού
Το νέο σύστημα υψηλής ποιότητας ΑΟ εξυπηρετεί δύο σκοπούς. Θα επιτρέψει στα υπάρχοντα ηλιακά τηλεσκόπια, όπως το Dunn 76 εκατοστών (30 ιντσών), να παράγουν εικόνες υψηλότερης ανάλυσης και να βελτιώσουν σημαντικά την επιστημονική τους παραγωγή σε ένα ευρύτερο φάσμα συνθηκών όρασης. Δείχνει επίσης την ικανότητα κλιμάκωσης του συστήματος για να επιτρέψει μια νέα γενιά οργάνων μεγάλου διαφράγματος, συμπεριλαμβανομένου του προτεινόμενου Ηλιακού Τηλεσκοπίου Προηγμένης Τεχνολογίας 4 μέτρων (βλ. Παρακάτω) που θα δει σε υψηλότερες αναλύσεις από ό, τι τα σημερινά τηλεσκόπια μπορούν να επιτύχουν.
Οι παρατηρήσεις υψηλής ανάλυσης του Ήλιου έχουν γίνει όλο και πιο σημαντικές για την επίλυση πολλών από τα εκκρεμή προβλήματα της ηλιακής φυσικής. Η μελέτη της φυσικής των στοιχείων ροής, ή η ηλιακή λεπτή δομή γενικά, απαιτεί φασματοσκοπία και πολωμετρία των λεπτών δομών. Οι εκθέσεις είναι συνήθως περίπου 1 δευτερόλεπτο και η ανάλυση που επιτυγχάνεται επί του παρόντος σε φασματοσκοπικά / πολωμετρικά δεδομένα είναι συνήθως 1 τόξο-δευτερόλεπτο, το οποίο δεν επαρκεί για τη μελέτη των λεπτών ηλιακών κατασκευών. Επιπλέον, τα θεωρητικά μοντέλα προβλέπουν δομές κάτω από τα όρια ανάλυσης των 0,2 arc-sec των υπαρχόντων ηλιακών τηλεσκοπίων. Απαιτούνται παρατηρήσεις κάτω από το όριο ανάλυσης 0,2 arc-sec για τη μελέτη των σημαντικών φυσικών διεργασιών που συμβαίνουν σε τέτοιες μικρές κλίμακες. Μόνο το AO μπορεί να παρέχει σταθερή χωρική ανάλυση 0,1 arc-sec ή καλύτερη από επίγεια παρατηρητήρια.
Η τεχνολογία AO συνδυάζει υπολογιστές και εύκαμπτα οπτικά στοιχεία για τη μείωση των επιπτώσεων της ατμοσφαιρικής θόλωσης («θέαση») στις αστρονομικές εικόνες. Το ηλιακό σύστημα AO76 της Sunspot βασίζεται στην τεχνική συσχέτισης Shack-Hartmann. Στην ουσία, αυτό διαιρεί μια εισερχόμενη εικόνα σε μια σειρά από υποδιαστάσεις που προβάλλονται από μια κάμερα αισθητήρων μπροστά. Επιλέγεται μία υποπεριοχή ως εικόνα αναφοράς. Οι ψηφιακοί επεξεργαστές σήματος (DSP) υπολογίζουν πώς να ρυθμίσετε κάθε υποπεριοχή ώστε να ταιριάζει με την εικόνα αναφοράς. Στη συνέχεια, οι DSP διατάσσουν 97 ενεργοποιητές να αναδιαμορφώσουν έναν λεπτό, 7,7 cm (3-ιντσών) παραμορφώσιμο καθρέφτη για να ακυρώσουν μεγάλο μέρος του θολώματος. Το DSP μπορεί επίσης να οδηγήσει έναν καθρέφτη κλίσης / άκρης, τοποθετημένο μπροστά από το σύστημα AO, που αφαιρεί την ακαθάριστη κίνηση εικόνας που προκαλείται από την ατμόσφαιρα.
Κλείσιμο του βρόχου για ευκρινέστερες εικόνες
«Μια μεγάλη πρόκληση για τους αστρονόμους είναι η διόρθωση του φωτός που εισέρχεται στα τηλεσκόπια τους για το αποτέλεσμα της ατμόσφαιρας της Γης», εξήγησε ο Kit Richards, επικεφαλής μηχανικός του NO. «Ο αέρας διαφορετικών θερμοκρασιών που αναμιγνύεται πάνω από το τηλεσκόπιο κάνει την ατμόσφαιρα σαν ελαστικό φακό που αναμορφώνεται περίπου εκατό φορές κάθε δευτερόλεπτο.» Αυτό είναι πιο σοβαρό για τους ηλιακούς αστρονόμους που παρατηρούν κατά τη διάρκεια της ημέρας με τον ήλιο να θερμαίνει την επιφάνεια της Γης, αλλά εξακολουθεί να προκαλεί τα αστέρια να αναβοσβήνουν τη νύχτα.
Επιπλέον, οι ηλιακοί φυσικοί θέλουν να μελετήσουν εκτεταμένες φωτεινές περιοχές με χαμηλή αντίθεση. Αυτό καθιστά πιο δύσκολο για ένα σύστημα ΑΟ να συσχετίζει τα ίδια μέρη πολλών ελαφρώς διαφορετικών υποπεδίων και να διατηρήσει τη συσχέτιση από το ένα πλαίσιο εικόνας στο άλλο καθώς η ατμόσφαιρα αλλάζει σχήμα.
(Η νυχτερινή αστρονομία έχει χρησιμοποιήσει μια διαφορετική τεχνική για αρκετά χρόνια. Τα λέιζερ δημιουργούν τεχνητά αστέρια καθοδήγησης στην ατμόσφαιρα, επιτρέποντας στους αστρονόμους να μετρήσουν και να διορθώσουν την ατμοσφαιρική παραμόρφωση. Αυτό δεν είναι πρακτικό με όργανα που παρατηρούν τον Ήλιο.)
Το 1998 η NSO πρωτοστάτησε στη χρήση ενός συστήματος χαμηλής τάξης AO24 για ηλιακές παρατηρήσεις. Έχει 24 ανοίγματα και αντισταθμίζει 1.200 φορές / δευτερόλεπτο (1.200 Hertz [Hz]). Από τον Αύγουστο του 2000, η ομάδα επικεντρώθηκε στην κλιμάκωση του συστήματος μέχρι την υψηλή τάξη AO76 με 76 ανοίγματα και διόρθωση δύο φορές πιο γρήγορα, 2.500 Hz. Οι ανακαλύψεις ξεκίνησαν στα τέλη του 2002.
Πρώτον, το σερβο βρόχο έκλεισε με επιτυχία στο νέο σύστημα υψηλής τάξης AO κατά τη διάρκεια της πρώτης μηχανικής εκτέλεσης στο Dunn τον Δεκέμβριο. Σε ένα σερβο σύστημα «κλειστού βρόχου» η έξοδος τροφοδοτείται πίσω στην είσοδο και τα σφάλματα οδηγούνται στο 0. Ένα σύστημα «ανοιχτού βρόχου» εντοπίζει τα σφάλματα και κάνει διορθώσεις, αλλά η διορθωμένη έξοδος δεν τροφοδοτείται με την είσοδο. Το σερβο σύστημα δεν γνωρίζει εάν καταργεί όλα τα σφάλματα ή όχι. Αυτός ο τύπος συστήματος είναι ταχύτερος αλλά πολύ δύσκολο να βαθμονομηθεί και να διατηρηθεί βαθμονομημένος. Σε αυτό το σημείο το σύστημα χρησιμοποίησε μια κάμερα DALSA, η οποία λειτουργεί στα 955 Hz, ως ενδιάμεσος αισθητήρας μπροστινού κύματος. Η οπτική ρύθμιση δεν ολοκληρώθηκε και ήταν προκαταρκτική. Το λογισμικό "bare-bone" χρησιμοποίησε το σύστημα.
Αισθητήρας μπροστινού κύματος υψηλής ταχύτητας
Ακόμα και σε αυτήν την προκαταρκτική κατάσταση - με σκοπό να αποδείξει ότι τα συστατικά συνεργάστηκαν ως σύστημα - και υπό μέτριες συνθήκες θέασης, το σύστημα ΑΟ υψηλής τάξης παρήγαγε εντυπωσιακές, περιορισμένες στη διάθλαση εικόνες. Οι χρονικές ακολουθίες των διορθωμένων και μη διορθωμένων εικόνων δείχνουν ότι το νέο σύστημα AO παρέχει αρκετά συνεπή απεικόνιση υψηλής ανάλυσης, ακόμη και όταν το θέαμα ποικίλλει σημαντικά, όπως είναι τυπικό για την παρακολούθηση της ημέρας.
Μετά από αυτό το ορόσημο, η ομάδα εγκατέστησε μια νέα κάμερα υψηλής ταχύτητας αισθητήρα με κύμα που αναπτύχθηκε για το έργο AO από την Baja Technology και την NSO's Richards. Λειτουργεί με 2.500 καρέ / δευτερόλεπτο, το οποίο υπερδιπλασιάζει το δυνατό εύρος ζώνης σερβο κλειστού βρόχου με την κάμερα DALSA. Η Richards εφάρμοσε επίσης βελτιωμένο λογισμικό ελέγχου. Επιπλέον, το σύστημα αναβαθμίστηκε για να οδηγήσει τον καθρέφτη διόρθωσης άκρης / κλίσης είτε απευθείας από τον αισθητήρα AO wavefront είτε από ξεχωριστό σύστημα συσχέτισης / εντοπισμού σημείων που λειτουργεί στα 3 kHz.
Το νέο υψηλής ποιότητας AO76 δοκιμάστηκε για πρώτη φορά τον Απρίλιο του 2003 και άρχισε αμέσως να παράγει εξαιρετικές εικόνες κάτω από ένα ευρύτερο φάσμα συνθηκών θέασης που συνήθως αποκλείουν εικόνες υψηλής ανάλυσης. Το νέο υψηλής ποιότητας AO76 δοκιμάστηκε για πρώτη φορά τον Απρίλιο του 2003 και άρχισε αμέσως να παράγει εξαιρετικές εικόνες κάτω από ένα ευρύτερο φάσμα συνθηκών θέασης που συνήθως αποκλείουν εικόνες υψηλής ανάλυσης. Οι εντυπωσιακές διαφορές με το AO σε σχέση με το off είναι άμεσα ορατές σε εικόνες ενεργών περιοχών, κοκκοποίησης και άλλων χαρακτηριστικών.
«Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν έχει σημασία πια το να βλέπεις», σημείωσε ο Rimmele. «Αντιθέτως, βλέποντας επιδράσεις όπως ο ανισοπλανατισμός - διαφορές στο κύμα μεταξύ του στόχου συσχέτισης και της περιοχής που θέλουμε να μελετήσουμε - εξακολουθούν να είναι περιοριστικοί παράγοντες. Αλλά στη μέση της αξιοπρεπούς βλέπουμε μπορούμε να κλειδώσουμε την κοκκοποίηση και να καταγράψουμε εξαιρετικές εικόνες. "
Για να καταστούν δυνατά μεγάλα όργανα όπως το ηλιακό τηλεσκόπιο προηγμένης τεχνολογίας, το σύστημα AO υψηλής τάξης θα πρέπει να κλιμακωθεί περισσότερο από δέκα φορές σε τουλάχιστον 1.000 υποπεριοχές. Και το NSO κοιτάζει πέρα από αυτό σε μια πιο περίπλοκη τεχνική, το multiconjugate AO. Αυτή η προσέγγιση, που έχει ήδη αναπτυχθεί για τη νυχτερινή αστρονομία, χτίζει ένα τρισδιάστατο μοντέλο της ταραχώδους περιοχής αντί να το αντιμετωπίζει ως έναν απλό παραμορφωμένο φακό.
Προς το παρόν, όμως, η ομάδα του έργου θα επικεντρωθεί στην ολοκλήρωση της οπτικής εγκατάστασης στο Dunn, στην εγκατάσταση του πάγκου AO στο Big Bear Solar Observatory ακολουθούμενη από μηχανικές διαδρομές, βελτιστοποίηση εξισώσεων ανοικοδόμησης και χειριστήρια servo loop και χαρακτηρισμό του συστήματος απόδοση και στους δύο ιστότοπους. Στη συνέχεια, το σύστημα Dunn AO πρόκειται να τεθεί σε λειτουργία το φθινόπωρο του 2003. Το Diffactions Limited Spectro-Polarimeter (DLSP), το κύριο επιστημονικό όργανο που μπορεί να επωφεληθεί από την περιορισμένη περίθλαση ποιότητα εικόνας που παραδίδεται από την υψηλής τάξης AO, είναι προγραμματισμένη για την πρώτη θέση σε λειτουργία το φθινόπωρο του 2003. Η NSO αναπτύσσει το DLSP σε συνεργασία με το Παρατηρητήριο Υψηλού Υψόμετρου στο Boulder.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων NSO
