Kredyt na zdjęcia :: Keck
10-metrowe obserwatorium Keck II zrobiło ostatnio znaczący krok naprzód, kiedy rozpoczęło obserwacje dzięki nowemu adaptacyjnemu układowi optycznemu. System używa lasera do tworzenia fałszywej gwiazdy na wysokości około 90 kilometrów na niebie - komputer może następnie użyć go do obliczenia, jak usunąć wpływ zakłóceń atmosferycznych. Adaptacyjna optyka została zastosowana w mniejszych teleskopach, ale po raz pierwszy została zastosowana w teleskopie tak dużym jak potężny Keck II; dostosowanie obserwatorium zajęło dziewięć lat.
Ważny kamień milowy w historii astronomii miał miejsce niedawno w W.M. Obserwatorium Keck, gdy naukowcy po raz pierwszy użyli lasera do stworzenia sztucznej gwiazdy prowadzącej na 10-metrowym teleskopie Keck II, aby skorygować rozmycie gwiazdy za pomocą optyki adaptacyjnej (AO). Gwiazdy laserowe zostały użyte w mniejszych teleskopach, ale jest to ich pierwsze udane zastosowanie w obecnej generacji największych teleskopów na świecie. Powstały obraz (ryc. 1), uchwycony kamerą na podczerwień NIRC2, był pierwszą demonstracją układu adaptacyjnej optyki laserowej gwiazdy prowadzącej (LGS AO) na dużym teleskopie. Po zakończeniu, system LGS AO wyznaczy nową erę astronomii, w której astronomowie będą mogli zobaczyć praktycznie każdy obiekt na niebie z klarownością optyki adaptacyjnej.
„To jedna z najbardziej satysfakcjonujących chwil w moim życiu w Keck” - zauważył dr Frederic Chaffee, dyrektor W.M. Obserwatorium Keck wieczorem dokonano obserwacji. „Jak każdy pozytywny wynik pierwszego światła, wiele można zrobić, aby system mógł zostać uznany za operacyjny. Ale jak każdy pozytywny wynik z pierwszego światła, pokazuje, że da się to zrobić, i daje nam wielki optymizm, że nasze cele nie są niemożliwymi marzeniami, ale osiągalną rzeczywistością. ”
Optyka adaptacyjna jest techniką, która zrewolucjonizowała astronomię naziemną dzięki zdolności do usuwania rozmycia światła gwiazd spowodowanego atmosferą ziemską. Wymóg stosunkowo jasnej „gwiazdy przewodniej” w tym samym polu widzenia, co naukowy obiekt badań, ogólnie ograniczył użycie AO do około jednego procent obiektów na niebie.
Aby pokonać to ograniczenie, w 1994 r. W.M. Obserwatorium Kecka rozpoczęło współpracę z Lawrence Livermore National Labs (LLNL) w celu opracowania sztucznego układu gwiezdnego przewodnika. Używając lasera do stworzenia „wirtualnej gwiazdy”? astronomowie mogą badać dowolny obiekt w pobliżu znacznie słabszych obiektów (do 19 magnitudo) z adaptacyjną optyką i zmniejszać jego zależność od jasnych, naturalnie występujących gwiazd przewodnich. W ten sposób zwiększy się zasięg nieba dla adaptacyjnej optyki Keck z około jednego procentu wszystkich obiektów na niebie, do ponad 80 procent.
„Ta nowa możliwość użycia gwiazdy przewodnika laserowego z dużym teleskopem zaprosiła astronomów do eksploracji nocnego nieba w znacznie bardziej kompleksowy sposób” - powiedział Adam Contos, inżynier optyki w W.M. Obserwatorium Kecka. „W przyszłości spodziewałbym się, że większość dużych obserwatoriów instaluje podobne systemy, aby skorzystać z tego niesamowitego rozszerzenia swoich możliwości AO.”
W styczniu 2001 roku, po ponad siedmiu latach rozwoju, zespoły Keck i LLNL świętowały ukończenie systemu gwiazd laserowego przewodnika Keck. Sztuczna gwiazda powstaje, gdy światło 15-watowego lasera barwnikowego powoduje, że naturalnie występująca warstwa atomów sodu świeci około 90 km (56 mil) nad powierzchnią ziemi. Zajmie to kolejne dwa lata zaawansowanych badań i projektowania, zanim system laserowy będzie mógł zostać zintegrowany z adaptacyjnym systemem optycznym Keck II.
We wczesnych godzinach porannych 20 września wszystkie podsystemy wreszcie się połączyły, aby ujawnić wyjątkową zdolność systemu AO Keck LGS i jego potencjał w zakresie rozwiązywania bardzo słabych obiektów. Układ zablokował się na gwiazdy 15 magnitudo, członka znanego układu podwójnego T Tauri zwanego HK Tau i ujawnił szczegóły dysku okołogwiazdowego gwiazdy towarzyszącej. Po raz pierwszy adaptacyjny układ optyczny na bardzo dużym teleskopie użył sztucznej gwiazdy prowadzącej do rozwiązania słabego obiektu.
Kluczowym wyzwaniem, przed którym stanął zespół LGS AO, było powodzenie wysiłków na rzecz integracji i uzyskania dobrych pomiarów wydajności dla każdego wymaganego podsystemu. Obawy dotyczące mocy lasera i jego jakości punktowej, działania laserowego systemu kontroli ruchu, zdolności nowych czujników do blokowania słabszych gwiazd prowadzących oraz możliwości optymalizacji jakości obrazu poprzez dokładne zrozumienie aberracji, które mogłyby nie były mierzone za pomocą gwiazdy laserowej, wszystkie zostały uwzględnione w wieczornych obserwacjach.
„Pierwsze światło było wspaniałym wysiłkiem zespołu” - powiedział dr Peter Wizinowich, lider zespołu zespołu optyki adaptacyjnej w W.M. „To było bardzo satysfakcjonujące, że każdy z wielu podsystemów działał tak dobrze przy naszej pierwszej próbie. Cytując Wergiliusza „Audentes Fortuna Juvat”, fortuna sprzyja odważnym. ”
Jakość pierwszych zdjęć LGS AO była wyjątkowo wysoka. System Keck LGS AO, wprawiony w gwiazdę 14 magnitudo, zarejestrował „stosunki Strehla” wynoszące 36 procent (przy długości fali 2,1 mikrona, 30 sekundowy czas ekspozycji, ryc. 3), w porównaniu do czterech procent dla zdjęć nieskorygowanych. Współczynniki Strehla mierzą stopień, w jakim układ optyczny zbliża się do doskonałości „ograniczonej dyfrakcją”, czyli teoretyczne ograniczenie wydajności teleskopu.
Kolejną miarą wydajności, „pełnej szerokości w połowie maksimum” (FWHM), dla tej gwiazdy o jasności 14 magnitudo było 50 milisekund łuku, w porównaniu do 183 milisekund łuku dla obrazu nieskorygowanego. Pomiary FWHM pomagają astronomom określić rzeczywiste krawędzie obiektu, w przypadku których wykrycie może być niedokładne lub trudne do ustalenia. Pomiar 50 milisekund łuku jest w przybliżeniu równoznaczny z możliwością rozróżnienia pary reflektorów samochodowych w Nowym Jorku stojąc w Los Angeles.
Przez cały wieczór gwiazda przewodnika laserowego utrzymywała się na stałym i jasnym poziomie, świecąc w przybliżeniu 9,5 magnitudo, około 25 razy jaśniej niż to, co widzi ludzkie oko, ale idealnie nadaje się do adaptacyjnego układu optycznego Keck do mierzenia i korygowania zniekształceń atmosferycznych.
Trwają dodatkowe prace, zanim system Keck LGS AO zostanie uznany za w pełni operacyjny. System Keck LGS AO będzie dostępny w przyszłym roku w ramach ograniczonej nauki o wspólnym ryzyku, z pełnym wdrożeniem w społeczności użytkowników Keck w 2005 r.
„Nawet po tym pierwszym teście astronomowie już domagają się wykorzystania układu gwiazd laserowego do badania odległych galaktyk o niespotykanej rozdzielczości i mocy” - powiedział dr David Le Mignant, naukowiec w dziedzinie optyki adaptacyjnej w W.M. Keck Observatory, California Association for Research in Astronomy. „W przyszłym roku adaptacyjna optyka zostanie wykorzystana do zbadania bogatej historii formacji wczesnych galaktyk”.
Znaczenie tego przełomu dla światowej astronomii podsumował dr Matt Mountain, dyrektor Gemini Observatory, który obsługuje bliźniacze 8-metrowe teleskopy, jeden na Mauna Kea i jeden na Cerro Pachon w Chile: „To jest kamień milowy dla całej astronomii naziemnej, nie tylko dla naszej obecnej generacji teleskopów klasy od 8 do 10 metrów, ale także dla naszych marzeń o teleskopach 30-metrowych. ”
Członkowie zespołu odpowiedzialni za system Keck LGS AO to Antonin Bouchez, Jason Chin, Adam Contos, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Chris Neyman, Paul Stomski, Doug Summers, Marcos van Dam i Peter Wizinowich, wszyscy z WM Zespół podziękował szczególnie swoim współpracownikom z LLNL: Dee Pennington, Curtis Brown i Pam Danforth.
System adaptacyjnej optyki laserowej z gwiazdą prowadzącą został sfinansowany przez W.M. Fundacja Kecka.
W.M. Obserwatorium Keck jest prowadzone przez California Association for Research in Astronomy, partnerstwo naukowe California Institute of Technology.
Oryginalne źródło: Keck News Release
