Изображение предоставлено: НСО
Новая система адаптивной оптики помогает Национальной солнечной обсерватории получать гораздо более яркие изображения Солнца. С новой системой НСО; однако, солнечные телескопы теперь могут быть построены 4 метра и больше. Это должно позволить солнечным астрономам лучше понять процессы солнечного магнетизма и другие виды деятельности.
Впечатляющие, четкие изображения Солнца могут быть получены с помощью усовершенствованной адаптивной оптической системы, которая даст новую жизнь существующим телескопам и откроет путь для поколения солнечных телескопов с большой апертурой. Эта система АО устраняет размытие, создаваемое турбулентной атмосферой Земли, и, таким образом, обеспечивает четкое видение самой маленькой структуры на Солнце.
Новая система AO76 - Adaptive Optics, 76 субапертур - является самой большой системой, предназначенной для солнечных наблюдений. Как недавно продемонстрировала команда из Национальной солнечной обсерватории в Санспоте, штат Нью-Мексико, AO76 производит более четкие изображения при худших условиях видимости для атмосферных искажений, чем система AO24, используемая с 1998 года.
«Первый свет» с новой системой AO76 был в декабре 2002 года, после чего в апреле 2003 года начались испытания новой высокоскоростной камеры, которая значительно улучшила систему.
«Если бы первые результаты в конце 2002 года с прототипом были впечатляющими, - сказал д-р Томас Риммеле, ученый из АО-проекта в НСО, - я бы назвал производительность, которую мы сейчас получаем, поистине потрясающей. Я в восторге от качества изображения, получаемого с помощью этой новой системы. Я считаю справедливым сказать, что изображения, которые мы получаем, являются лучшими из когда-либо созданных солнечным телескопом Данна ». Данн является одним из ведущих национальных наблюдательных центров на Солнце.
Программа двойного назначения
Новая система AO высокого порядка служит двум целям. Это позволит существующим солнечным телескопам, таким как 76-сантиметровый (30-дюймовый) Dunn, производить изображения с более высоким разрешением и значительно улучшать их научную продукцию в более широком диапазоне условий наблюдения. Он также демонстрирует способность масштабировать систему до нового поколения приборов с большой апертурой, включая предлагаемый 4-метровый солнечный телескоп с передовыми технологиями (см. Ниже), который будет видеть с более высоким разрешением, чем существующие телескопы.
Наблюдения Солнца в высоком разрешении становятся все более важными для решения многих нерешенных проблем физики Солнца. Изучение физики элементов потока или тонкой структуры Солнца в целом требует спектроскопии и поляриметрии тонких структур. Длительность экспозиции обычно составляет около 1 секунды, а разрешение, достигаемое в настоящее время в спектроскопических / поляриметрических данных, обычно составляет 1 угловую секунду, что недостаточно для изучения тонких солнечных структур. Кроме того, теоретические модели предсказывают структуры ниже пределов разрешения 0,2 угловых секунд существующих солнечных телескопов. Для изучения важных физических процессов, происходящих в таких малых масштабах, необходимы наблюдения ниже предела разрешения 0,2 дуги в секунду. Только АО может обеспечить постоянное пространственное разрешение 0,1 дуги в секунду или лучше от наземных обсерваторий.
Технология AO объединяет компьютеры и гибкие оптические компоненты для уменьшения влияния размытия атмосферы («видения») на астрономические изображения. Солнечная система AO76 от Sunspot основана на корреляционной технике Шака-Гартмана. По сути, это делит входящее изображение на массив субапертур, просматриваемых камерой датчика волнового фронта. Один субапертуры выбрана в качестве опорного изображения. Цифровые сигнальные процессоры (ЦСП) Рассчитайте, как настроить каждую субапертуру для соответствия эталонного изображения. Затем DSP дают команду 97 исполнительным органам изменить форму тонкого, 7,7 см (3-дюймового) деформируемого зеркала, чтобы устранить большую часть размытия. DSP также может управлять зеркалом наклона / наконечника, установленным перед системой AO, которое устраняет грубое движение изображения, вызванное атмосферой.
Закрытие цикла для более четких изображений
«Основная проблема для астрономов - это корректировка света, попадающего в их телескопы, на влияние атмосферы Земли», - пояснил Кит Ричардс, ведущий инженер проекта АО НСО. «Воздух разной температуры, смешивающийся над телескопом, создает атмосферу, похожую на резиновую линзу, которая изменяет себя примерно сто раз в секунду». Это более серьезно для солнечных астрономов, наблюдающих в течение дня, когда Солнце нагревает поверхность Земли, но по-прежнему вызывает мерцание звезд ночью.
Кроме того, солнечные физики хотят изучать протяженные яркие области с низким контрастом. Это усложняет для системы AO корреляцию одних и тех же частей нескольких слегка различающихся субапертур и поддержание корреляции от одного кадра изображения к другому, когда атмосфера меняет форму.
(Ночная астрономия использовала другую технику в течение нескольких лет. Лазеры генерируют искусственные ориентиры в атмосфере, позволяя астрономам измерять и корректировать атмосферные искажения. Это нецелесообразно для приборов, наблюдающих Солнце.)
В 1998 году NSO впервые применила систему AO24 низкого порядка для наблюдений за Солнцем. Он имеет 24 апертуры и компенсирует 1200 раз в секунду (1200 Гц [Гц]). С августа 2000 года команда сосредоточилась на масштабировании системы до AO76 высокого порядка с 76 апертурами и двойной коррекцией, 2500 Гц. Прорывы начались в конце 2002 года.
Во-первых, сервопривод был успешно замкнут на новой системе AO высокого порядка во время первого технического запуска в Данне в декабре. В сервосистеме с «замкнутым контуром» выход подается обратно на вход, а ошибки устанавливаются на 0. Система «с разомкнутым контуром» обнаруживает ошибки и вносит исправления, но исправленный выход не возвращается на вход. Сервосистема не знает, удаляет ли она все ошибки или нет. Этот тип системы быстрее, но очень трудно откалибровать и постоянно калибровать. В этот момент система использовала камеру DALSA, которая работает на частоте 955 Гц, в качестве временного датчика волнового фронта. Оптическая установка не была завершена и предварительная; «Голое» программное обеспечение управляло системой.
Высокоскоростной датчик волнового фронта
Даже в этом предварительном состоянии, предназначенном для демонстрации того, что компоненты работают вместе как система, и в условиях посредственного видения система АО высокого порядка дает впечатляющие изображения с ограниченной дифракцией. Временные последовательности скорректированных и нескорректированных изображений показывают, что новая система АО обеспечивает достаточно стабильную визуализацию с высоким разрешением, даже если зрение существенно различается, что характерно для дневного видения.
После этого этапа команда установила новую высокоскоростную камеру датчика волнового фронта, разработанную для проекта AO Baja Technology и Ричардса из NSO. Он работает со скоростью 2500 кадров в секунду, что более чем вдвое увеличивает пропускную способность сервопривода с обратной связью, возможную с камерой DALSA. Ричардс также внедрил улучшенное программное обеспечение для контроля. Кроме того, система была модернизирована для управления зеркалом коррекции наклона / наклона либо непосредственно от датчика волнового фронта АО, либо от отдельной системы корреляции / точечного отслеживания, которая работает на частоте 3 кГц.
Новый AO76 высокого порядка был впервые испытан в апреле 2003 года и сразу же начал создавать превосходные изображения в более широком диапазоне условий наблюдения, которые обычно исключали бы изображения с высоким разрешением. Новый AO76 высокого порядка был впервые испытан в апреле 2003 года и сразу же начал создавать превосходные изображения в более широком диапазоне условий видения, которые обычно исключали бы изображения с высоким разрешением. Разительные различия при включенном и выключенном АО хорошо видны на изображениях активных областей, грануляции и других функций.
«Это не значит, что видение больше не имеет значения», - отметил Риммеле. «Напротив, видение таких эффектов, как анизопланатизм - различия волнового фронта между целью корреляции и областью, которую мы хотим изучить, - все еще является ограничивающим фактором. Но на полпути приличное зрение мы можем сосредоточиться на грануляции и записывать отличные изображения ».
Чтобы сделать большие инструменты, такие как солнечные телескопы с передовыми технологиями, систему AO высокого порядка необходимо увеличить более чем в десять раз, по крайней мере, до 1000 субапертур. И НСО смотрит дальше этого на более сложную технику, мультиконъюгатную АО. Этот подход, уже разработанный для ночной астрономии, строит трехмерную модель турбулентной области, а не рассматривает ее как простую искаженную линзу.
На данный момент, однако, команда проекта сконцентрируется на завершении оптической установки в Данне, установке скамьи AO в Солнечной обсерватории Big Bear с последующими инженерными работами, оптимизации уравнений реконструкции и управления серво-контуром, а также характеристике системы. производительность на обоих сайтах. Затем система Dunn AO начнет функционировать осенью 2003 года. Планируется использование дифракционного ограниченного спектрополяриметра (DLSP), основного научного инструмента, который может использовать преимущества качества изображения с ограниченной дифракцией, предоставляемого АО высокого порядка. для его первых вводов в эксплуатацию осенью 2003 года. НСО разрабатывает DLSP в сотрудничестве с Высотной обсерваторией в Боулдере.
Первоисточник: пресс-релиз НСО
