Źródło zdjęcia: NSO
Nowy adaptacyjny układ optyczny pomaga National Solar Observatory robić znacznie bardziej żywe obrazy Słońca. Z nowym systemem NSO; Jednak teleskopy słoneczne można teraz budować o długości 4 metrów i większej. Powinno to umożliwić astronomom słonecznym lepsze zrozumienie procesów magnetyzmu słonecznego i innych działań.
Imponujące, ostre obrazy Słońca można uzyskać dzięki zaawansowanemu adaptacyjnemu układowi optycznemu, który ożywi istniejące teleskopy i otworzy drogę dla generacji teleskopów słonecznych o dużej aperturze. Ten system AO usuwa rozmycie wprowadzone przez burzliwą atmosferę Ziemi, a tym samym zapewnia wyraźną wizję najmniejszej struktury Słońca.
Nowy system AO76 - Adaptive Optics, 76 subapertures - to największy system przeznaczony do obserwacji Słońca. Jak niedawno wykazał zespół z National Solar Observatory w Sunspot, NM, AO76 wytwarza ostrzejsze obrazy w gorszych warunkach widzenia pod kątem zniekształceń atmosferycznych niż system AO24 stosowany od 1998 roku.
„Pierwsze światło” z nowym systemem AO76 miało miejsce w grudniu 2002 r., A następnie testy rozpoczęły się w kwietniu 2003 r. Z nową szybką kamerą, która znacznie ulepszyła system.
„Gdyby pierwsze wyniki prototypu pod koniec 2002 roku były imponujące” - powiedział dr Thomas Rimmele, naukowiec projektu AO w NSO, „nazwałbym wydajność, którą teraz osiągamy, naprawdę niesamowitą. Jestem bardzo podekscytowany jakością obrazu zapewnianą przez ten nowy system. Uważam za słuszne stwierdzenie, że obrazy, które otrzymujemy, są najlepszymi, jakie kiedykolwiek wyprodukował teleskop słoneczny Dunn. ” Dunn jest jednym z najlepszych w kraju obiektów do obserwacji Słońca.
Program podwójnego zastosowania
Nowy system AO wysokiego poziomu służy dwóm celom. Umożliwi to istniejącym teleskopom słonecznym, takim jak Dunn 76 cm (30 cali), wytwarzanie obrazów o wyższej rozdzielczości i znacznie poprawi ich wyniki naukowe w szerszym zakresie warunków widzenia. Pokazuje także możliwość skalowania systemu w celu umożliwienia nowej generacji instrumentów o dużej aperturze, w tym proponowanego 4-metrowego teleskopu słonecznego z zaawansowaną technologią (patrz poniżej), który będzie widział przy wyższych rozdzielczościach niż obecne teleskopy.
Obserwacje Słońca w wysokiej rozdzielczości stają się coraz ważniejsze przy rozwiązywaniu wielu nierozstrzygniętych problemów fizyki słonecznej. Badanie fizyki elementów topnika lub ogólnie drobnej struktury słonecznej wymaga spektroskopii i polarymetrii drobnych struktur. Ekspozycje trwają zwykle około 1 sekundy, a rozdzielczość obecnie uzyskiwana w danych spektroskopowych / polarymetrycznych zwykle wynosi 1 sekundę łukową, co jest niewystarczające do badania drobnych struktur słonecznych. Ponadto modele teoretyczne przewidują struktury poniżej limitów rozdzielczości 0,2 sekundy łukowej istniejących teleskopów słonecznych. Konieczne są obserwacje poniżej granicy rozdzielczości 0,2 sekundy łukowej, aby zbadać ważne procesy fizyczne zachodzące w tak małych skalach. Tylko AO może zapewnić spójną rozdzielczość przestrzenną 0,1 sekundy łukowej lub lepszą z naziemnych obserwatoriów.
Technologia AO łączy komputery i elastyczne komponenty optyczne w celu ograniczenia wpływu rozmycia atmosferycznego („widzenia”) na zdjęcia astronomiczne. Słoneczny system AO76 firmy Sunspot oparty jest na technice korelacji Shacka-Hartmanna. Zasadniczo dzieli to przychodzący obraz na szereg podpunktów oglądanych przez kamerę z czujnikiem fali. Jeden obraz podrzędny jest wybierany jako obraz odniesienia. Cyfrowe procesory sygnałowe (DSP) obliczają, w jaki sposób dopasować każdą subapertę do obrazu odniesienia. Następnie DSP nakazują 97 siłownikom przekształcenie cienkiego, odkształcalnego zwierciadła o przekątnej 7,7 cm (3 cale), aby anulować większość rozmycia. DSP może również sterować lustrem uchylno-obrotowym, zamontowanym przed systemem AO, który usuwa gwałtowny ruch obrazu spowodowany atmosferą.
Zamknięcie pętli w celu uzyskania ostrzejszych zdjęć
„Głównym wyzwaniem dla astronomów jest korekta światła docierającego do ich teleskopów pod kątem wpływu atmosfery ziemskiej” - wyjaśnił Kit Richards, główny inżynier projektu AO w NSO. „Powietrze o różnych temperaturach mieszające się nad teleskopem tworzy atmosferę jak gumowa soczewka, która zmienia się około sto razy na sekundę”. Jest to poważniejsze dla astronomów słonecznych obserwujących w ciągu dnia, gdy Słońce nagrzewa powierzchnię Ziemi, ale wciąż powoduje, że gwiazdy migoczą w nocy.
Ponadto fizycy słoneczni chcą badać rozszerzone jasne regiony o niskim kontraście. Utrudnia to systemowi AO skorelowanie tych samych części kilku nieco odmiennych podpaperów i utrzymanie korelacji między poszczególnymi ramkami obrazu, gdy atmosfera zmienia kształt.
(W astronomii nocnej od kilku lat stosuje się inną technikę. Lasery wytwarzają sztuczne gwiazdy prowadzące w atmosferze, pozwalając astronomom mierzyć i korygować zniekształcenia atmosferyczne. Nie jest to praktyczne w przypadku instrumentów obserwujących Słońce.)
W 1998 r. NSO jako pierwszy zastosowało system AO24 niskiego rzędu do obserwacji Słońca. Ma 24 otwory i kompensuje 1200 razy na sekundę (1200 Hz [Hz]). Od sierpnia 2000 r. Zespół skupił się na skalowaniu systemu do wysokiej klasy AO76 z 76 przysłonami i korekcji dwa razy szybciej, 2500 Hz. Przełom rozpoczął się pod koniec 2002 roku.
Po pierwsze, pętla serwomechanizmu została pomyślnie zamknięta w nowym systemie AO wysokiego rzędu podczas pierwszego uruchomienia inżynieryjnego w Dunn w grudniu. W systemie serwomechanizmu „zamkniętej pętli” wyjście jest doprowadzane z powrotem do wejścia, a błędy są doprowadzane do 0. System „otwartej pętli” wykrywa błędy i dokonuje korekt, ale skorygowane wyjście nie jest przesyłane z powrotem do wejścia. System serwo nie wie, czy usuwa wszystkie błędy, czy nie. Ten typ systemu jest szybszy, ale bardzo trudny do skalibrowania i skalibrowania. W tym momencie system wykorzystał kamerę DALSA, która działa z częstotliwością 955 Hz, jako tymczasowy czujnik czoła fali. Układ optyczny nie został sfinalizowany i wstępny; Oprogramowanie „bez kości” obsługiwało system.
Szybki czujnik czoła fali
Nawet w tym wstępnym stanie - mającym na celu wykazanie, że komponenty działały razem jako system - i w przeciętnych warunkach widzenia, system AO wysokiego rzędu wytwarzał imponujące obrazy o ograniczonej dyfrakcji. Sekwencje czasowe skorygowanych i nieskorygowanych obrazów pokazują, że nowy system AO zapewnia dość spójne obrazowanie w wysokiej rozdzielczości, nawet gdy widzenie różni się znacznie, co jest typowe dla widzenia w ciągu dnia.
Po tym kamieniu milowym zespół zainstalował nową szybką kamerę z czujnikiem falowym opracowaną specjalnie dla projektu AO przez Baja Technology i Richarda z NSO. Działa z prędkością 2500 klatek / sekundę, co ponad dwukrotnie zwiększa przepustowość serwomechanizmu w pętli zamkniętej możliwej w przypadku kamery DALSA. Richards wdrożył również ulepszone oprogramowanie sterujące. Ponadto system został zmodernizowany, aby napędzał lustro korekcji przechyłu / przechyłu albo bezpośrednio z czujnika falowego AO, albo z oddzielnego systemu śledzenia korelacji / punktu działającego przy częstotliwości 3 kHz.
Nowy AO76 wysokiego poziomu został po raz pierwszy przetestowany w kwietniu 2003 roku i natychmiast zaczął produkować doskonałe obrazy w szerszym zakresie warunków widzenia, które normalnie wykluczałyby obrazy o wysokiej rozdzielczości. Nowy AO76 wysokiego poziomu został po raz pierwszy przetestowany w kwietniu 2003 roku i natychmiast zaczął produkować doskonałe obrazy w szerszym zakresie warunków widzenia, które normalnie wykluczałyby obrazy o wysokiej rozdzielczości. Uderzające różnice przy włączonym i wyłączonym AO są łatwo widoczne na obrazach obszarów aktywnych, granulacji i innych funkcji.
„Nie oznacza to, że widzenie nie ma już znaczenia” - zauważył Rimmele. „Przeciwnie, obserwowanie efektów takich jak anizoplanatyzm - różnice frontu między celem korelacji a obszarem, który chcemy badać - nadal są czynnikami ograniczającymi. Ale w połowie przyzwoitym widokiem możemy zablokować granulację i nagrywać doskonałe obrazy. ”
Aby umożliwić stosowanie dużych instrumentów, takich jak zaawansowany teleskop słoneczny, system AO wysokiego rzędu będzie musiał zostać powiększony ponad dziesięciokrotnie do co najmniej 1000 subaperur. A NSO patrzy poza to na bardziej złożoną technikę, AO multikoniugatu. Podejście to, opracowane już dla astronomii nocnej, tworzy trójwymiarowy model regionu burzliwego, a nie traktuje go jako zwykłą zniekształconą soczewkę.
Na razie jednak zespół projektowy skoncentruje się na zakończeniu instalacji optycznej w Dunn, instalacji stanowiska AO w Obserwatorium Słonecznym Big Bear, a następnie pracach inżynieryjnych, optymalizacji równań rekonstrukcji i kontroli pętli serwomechanizmu oraz charakterystyce systemu wydajność w obu witrynach. Następnie system Dunn AO ma zacząć działać jesienią 2003 r. Planowany jest spektroskopowo-polarymetr z ograniczoną dyfrakcją (DLSP), główny instrument naukowy, który może korzystać z jakości obrazu o ograniczonej dyfrakcji dostarczanej przez AO wysokiego rzędu. jego pierwsze uruchomienie nastąpi jesienią 2003 r. NSO opracowuje DLSP we współpracy z Obserwatorium Wysokości w Boulder.
Oryginalne źródło: NSO News Release
