Credit imagine: NSO
Un nou sistem de optică adaptivă ajută Observatorul Solar Național să realizeze imagini mult mai vii ale Soarelui. Cu noul sistem NSO; cu toate acestea, telescoapele solare pot fi acum construite cu 4 metri și mai mari. Acest lucru ar trebui să le permită astronomilor solari să înțeleagă mai bine procesele de magnetism solar și alte activități.
Imagini impresionante și ascuțite ale Soarelui pot fi produse cu un sistem optic adaptiv avansat, care va da viață nouă telescoapelor existente și va deschide calea pentru o generație de telescoape solare cu deschidere mare. Acest sistem AO elimină estomparea introdusă de atmosfera turbulentă a Pământului și oferă astfel o viziune clară a celei mai mici structuri de pe Soare.
Noul sistem AO76 - Optica adaptativă, 76 subpertorii - este cel mai mare sistem conceput pentru observații solare. Așa cum a demonstrat recent o echipă de la Observatorul Național Solar de la Sunspot, NM, AO76 produce imagini mai clare în condiții mai slabe de distorsiune atmosferică decât sistemul AO24 angajat din 1998.
„Prima lumină” cu noul sistem AO76 a fost în decembrie 2002, urmate de teste începând cu aprilie 2003 cu o nouă cameră de mare viteză care a îmbunătățit semnificativ sistemul.
„Dacă primele rezultate la sfârșitul anului 2002 cu prototipul ar fi fost impresionante”, a spus dr. Thomas Rimmele, omul de știință al proiectului AO la NSO, „aș numi performanțele pe care le obținem acum cu adevărat uimitoare. Sunt foarte încântat de calitatea imaginii oferită de acest nou sistem. Cred că este corect să spunem că imaginile pe care le obținem sunt cele mai bune produse vreodată de Dunn Solar Telescope. " Dunn este una dintre primele instalații de observare solară a țării.
Program dublu scop
Noul sistem AO de înaltă comandă are două scopuri. Acesta va permite telescoapelor solare existente, cum ar fi Dunn-ul de 76 cm (30 inci), să producă imagini cu rezoluție mai mare și să-și îmbunătățească foarte mult producția științifică într-o gamă mai largă de condiții de vedere. De asemenea, demonstrează capacitatea de a extinde sistemul pentru a permite o nouă generație de instrumente cu diafragmă mare, inclusiv telescopul tehnologic avansat propus de 4 metri (vezi mai jos), care se va vedea la rezoluții mai mari decât pot obține telescoapele actuale.
Observațiile de înaltă rezoluție ale Soarelui au devenit din ce în ce mai importante pentru rezolvarea multor probleme remarcabile din fizica solară. Studierea fizicii elementelor de flux, sau a structurii solare fine în general, necesită spectroscopie și polarimetrie a structurilor fine. Expunerile sunt în general de aproximativ 1 secundă, iar rezoluția obținută în prezent în datele spectroscopice / polarimetrice este de obicei de 1 secundă de arc, ceea ce este insuficient pentru studiul structurilor solare fine. Mai mult, modelele teoretice prezic structuri sub limitele de rezoluție de 0,2 arc-sec de telescoape solare existente. Observațiile sunt necesare sub limita de rezoluție de 0.2 arc-sec pentru a studia procesele fizice importante care apar la astfel de scări mici. Doar AO poate oferi o rezoluție spațială consistentă de 0,1 arc sec sau mai bine din observatoarele de la sol.
Tehnologia AO combină calculatoarele și componentele optice flexibile pentru a reduce efectele estompării atmosferice („a vedea”) asupra imaginilor astronomice. Sistemul solar AO76 de la Sunspot se bazează pe tehnica de corelare Shack-Hartmann. În esență, aceasta împarte o imagine de intrare într-o serie de subaperturi vizualizate de o cameră senzoră de undă. Un subpertoriu este selectat ca imagine de referință. Procesoarele digitale de semnal (DSPs) calculează modul de ajustare a fiecărei subpertorii pentru a se potrivi cu imaginea de referință. DSP-urile comandă apoi 97 de actuatoare să remodeleze o oglindă subțire de 7,7 cm (3 inci) deformabilă pentru a anula o mare parte din estompare. De asemenea, DSP poate conduce o oglindă înclinată / în vârf, montată în fața sistemului AO, care elimină mișcarea brută a imaginii cauzată de atmosferă.
Închiderea buclei pentru imagini mai clare
„O provocare majoră pentru astronomi este corectarea luminii care intră în telescopurile lor pentru efectul atmosferei Pământului”, a explicat Kit Richards, inginerul principal al proiectului AO din cadrul NSO. „Aerul cu temperaturi diferite care se amestecă deasupra telescopului face ca atmosfera să fie ca un obiectiv de cauciuc care se remodelează de aproximativ o sută de ori pe secundă.” Acest lucru este mai sever pentru astronomii solari care observă în timpul zilei cu suprafața Pământului care încălzește Soarele, dar totuși face ca stelele să strălucească noaptea.
Mai mult, fizicienii solari vor să studieze regiunile luminoase extinse cu contrast redus. Acest lucru face mai dificil pentru un sistem AO să coreleze aceleași părți ale mai multor subpertorii ușor diferite și să mențină corelația de la un cadru de imagine la altul, deoarece atmosfera își schimbă forma.
(Astronomia nocturnă a folosit o tehnică diferită de câțiva ani. Laserele generează stele de ghidare artificiale în atmosferă, permițând astronomilor să măsoare și să corecteze distorsiunea atmosferică. Acest lucru nu este practic cu instrumente care observă Soarele.)
În 1998, NSO a fost pionier în utilizarea unui sistem AO24 de ordin scăzut pentru observații solare. Are 24 de deschideri și compensează 1.200 de ori / secundă (1.200 Hertz [Hz]). Din august 2000, echipa s-a concentrat pe scalarea sistemului până la AO76 de înaltă ordine cu 76 de deschideri și corectarea de două ori mai rapidă, 2.500 Hz. Descoperirile au început la sfârșitul anului 2002.
În primul rând, bucla servo a fost închisă cu succes pe noul sistem AO de înaltă ordine în timpul primului său proiect de inginerie la Dunn în decembrie. Într-un sistem de serviciu „cu buclă închisă”, ieșirea este redusă la intrare și erorile sunt conduse la 0. Un sistem „buclă deschisă” detectează erorile și face corecții, dar ieșirea corectată nu este readusă la intrare. Sistemul servo nu știe dacă elimină toate erorile sau nu. Acest tip de sistem este mai rapid, dar foarte greu de calibrat și de păstrat calibrat. În acest moment, sistemul a folosit o cameră DALSA, care funcționează la 955 Hz, ca senzor interimar de front de unde. Setarea optică nu a fost finalizată și preliminară; Software-ul „cu ochi goi” a operat sistemul.
Senzor de viteză de mare viteză
Chiar și în această stare preliminară - destinată să demonstreze că componentele funcționau împreună ca sistem - și în condiții de viziune mediocre, sistemul AO de înaltă ordine a produs imagini impresionante, limitate prin difracție. Secvențele de timp ale imaginilor corectate și necorectate arată că noul sistem AO oferă imagini de rezoluție înaltă relativ consistente, chiar dacă vizionarea variază substanțial, așa cum este tipic pentru vizionarea de zi.
În urma acestei repere, echipa a instalat un nou aparat de fotografiat senzor de mare viteză personalizat dezvoltat pentru proiectul AO de Baja Technology și Richards de la NSO. Funcționează la 2.500 de cadre / secundă, ceea ce face mai mult decât dublați lățimea de bandă servo cu buclă închisă posibilă cu camera DALSA. De asemenea, Richards a implementat un software de control îmbunătățit. În plus, sistemul a fost modernizat pentru a conduce oglinda de corecție a vârfului / înclinării fie direct de la senzorul frontului de undă AO, fie de la un sistem separat de corelație / localizare care funcționează la 3 kHz.
Noul AO76 de înaltă comandă a fost testat pentru prima dată în aprilie 2003 și a început imediat să producă imagini excelente într-o gamă mai largă de condiții de vizionare care, în mod normal, ar împiedica imaginile de înaltă rezoluție. Noul AO76 de înaltă comandă a fost testat pentru prima dată în aprilie 2003 și a început imediat să producă imagini excelente într-o gamă mai largă de condiții de vizionare care, în mod normal, ar împiedica imaginile de înaltă rezoluție. Diferențele marcante cu AO pe versus off sunt vizibile cu ușurință în imaginile din zone active, granulație și alte caracteristici.
„Asta nu înseamnă că vizionarea nu mai contează”, a remarcat Rimmele. „Dimpotrivă, observarea efectelor precum anisoplanatismul - diferențe de front de undă între ținta de corelație și zona pe care vrem să o studiem - sunt încă factori limitanți. Dar, la jumătatea drumului decent, putem bloca granulația și înregistra imagini excelente. "
Pentru a face posibilă instrumente mari precum Telescopul Solar de Tehnologie Avansată, sistemul AO de înaltă ordină va trebui să fie amplasat de mai mult de zece ori la cel puțin 1.000 de sub-suprapertorii. Și NSO caută dincolo de asta către o tehnică mai complexă, AO multiconjugat. Această abordare, dezvoltată deja pentru astronomie nocturnă, construiește un model tridimensional al regiunii turbulente, mai degrabă decât tratarea acesteia ca o lentilă simplă distorsionată.
Deocamdată, totuși, echipa de proiect se va concentra pe finalizarea configurației optice la Dunn, instalarea băncii AO la Big Bear Solar Observatory urmată de rulări inginerești, optimizarea ecuațiilor de reconstrucție și controale servo loop și caracterizarea sistemului performanță la ambele site-uri. Apoi, sistemul Dunn AO va deveni operațional în toamna anului 2003. Programul Diffraction Limited Spectro-Polarimeter (DLSP), principalul instrument științific care poate profita de calitatea imaginii limitate prin difracție livrată de AO de ordin înalt. pentru prima sa punere în funcțiune în toamna anului 2003. NSO dezvoltă DLSP în colaborare cu High Altitude Observatory din Boulder.
Sursa originală: Comunicat de presă al NSO
