Изображение предоставлено :: Keck
Недавно 10-метровая обсерватория Keck II сделала важный шаг вперед, начав наблюдения с помощью новой адаптивной оптической системы. Система использует лазер, чтобы создать фальшивую звезду на высоте около 90 километров в небе - компьютер может затем использовать ее для расчета того, как устранить влияние атмосферных помех. Адаптивная оптика использовалась на небольших телескопах, но это первый раз, когда она использовалась на телескопе такого размера, как могучий Keck II; потребовалось девять лет, чтобы адаптировать обсерваторию.
Важная веха в астрономической истории произошла недавно в W.M. Обсерватория Keck, когда ученые впервые использовали лазер для создания искусственной направляющей звезды на 10-метровом телескопе Keck II для коррекции размытия звезды с помощью адаптивной оптики (AO). Лазерные направляющие звезды использовались на небольших телескопах, но это их первое успешное использование на нынешнем поколении крупнейших в мире телескопов. Полученное изображение (рис. 1), снятое инфракрасной камерой NIRC2, стало первой демонстрацией системы адаптивной оптики с лазерной направляющей звездой (LGS AO) на большом телескопе. По завершении система LGS AO ознаменует новую эру астрономии, в которой астрономы смогут видеть практически любой объект в небе с ясностью адаптивной оптики.
«Это один из самых приятных моментов за все мои годы в Кеке», - отметил доктор Фредерик Чаффи, директор W.M. Кекская обсерватория вечером были сделаны наблюдения. «Как и в случае любого положительного результата в первом свете, многое еще предстоит сделать, прежде чем систему можно будет считать работоспособной. Но также, как и любой положительный результат «первого света», он показывает, что это возможно, и вселяет в нас большой оптимизм в отношении того, что наши цели не являются несбыточными мечтами, а являются достижимыми реальностями ».
Адаптивная оптика - это техника, которая произвела революцию в наземной астрономии благодаря своей способности удалять размытие звездного света, вызванное земной атмосферой. Требование относительно яркой «звезды-ориентира» в том же поле зрения, что и научный объект исследования, обычно ограничивало использование АО примерно одним процентом объектов в небе.
Чтобы преодолеть это ограничение, в 1994 году В.М. Обсерватория Кека начала работать с Ливерморскими национальными лабораториями им. Лоуренса (LLNL) над созданием системы искусственных звезд. Используя лазер для создания «виртуальной звезды» Астрономы могут изучать любой объект в окрестностях гораздо более тусклых (вплоть до 19-й величины) объектов с помощью адаптивной оптики и уменьшать его зависимость от ярких, естественных направляющих звезд. Это увеличит покрытие неба для системы адаптивной оптики Keck с примерно одного процента всех объектов в небе до более чем 80 процентов.
«Эта новая возможность использования лазерной направляющей звезды с большим телескопом предложила астрономам начать более глубокое исследование ночного неба», - сказал Адам Контос, инженер по оптике в W.M. Кекская обсерватория. «В будущем я ожидаю, что большинство крупных обсерваторий будут устанавливать подобные системы, чтобы воспользоваться этим невероятным улучшением своих возможностей AO».
В январе 2001 года, после более чем семи лет разработки, команды Keck и LLNL отпраздновали завершение системы лазерных направляющих Keck. Искусственная звезда возникает, когда свет 15-ваттного лазера на красителе заставляет естественный слой атомов натрия светиться примерно на 90 км (56 миль) над поверхностью земли. Потребуются еще два года сложных исследований и разработок, прежде чем лазерная система сможет быть интегрирована в систему адаптивной оптики Keck II.
В ранние утренние часы 20 сентября все подсистемы наконец собрались вместе, чтобы раскрыть уникальную способность системы Keck LGS AO и ее способность разрешать чрезвычайно слабые объекты. Система заперлась на звезде 15-й величины, входящей в хорошо известный двоичный файл T Tauri по имени HK Tau, и раскрыла детали околозвездного диска звезды-компаньона. Впервые система адаптивной оптики на очень большом телескопе использовала искусственную направляющую звезду для обнаружения слабого объекта.
Основная проблема, с которой столкнулась команда LGS AO, заключалась в том, насколько успешными будут усилия по интеграции и достижению хороших показателей производительности для каждой необходимой подсистемы. Обеспокоенность по поводу мощности лазера и его точечного качества, работы лазерной системы управления движением, способности новых датчиков блокировать более слабые направляющие звезды и возможности оптимизировать качество изображения посредством точного понимания аберраций, которые могут не измеряться с помощью лазерной направляющей звезды, все они были учтены в вечерних наблюдениях.
«Первый свет был превосходным командным усилием», - сказал д-р Питер Визинович, руководитель группы по адаптивной оптике в W.M. «Было очень приятно, что каждая из многих подсистем работала так хорошо с нашей первой попытки. По словам Вирджила, «Audentes Fortuna Juvat», удача благоволит смелым ».
Качество первых светлых изображений LGS AO было чрезвычайно высоким. Будучи зафиксированным на звезде 14-й величины, система Keck LGS AO зафиксировала «коэффициенты Штреля», равные 36 процентам (при длине волны 2,1 микрона, 30-секундной выдержке, рис. 3), по сравнению с четырьмя процентами для нескорректированных изображений. Отношения Штреля измеряют степень, в которой оптическая система приближается к «ограниченному дифракцией» совершенству или теоретическому пределу производительности телескопа.
Другой показатель производительности, «полная ширина на половине максимума» (FWHM), для этой звезды 14-й величины составлял 50 миллисекунд, по сравнению с 183 миллисекундами для нескорректированного изображения. Измерения FWHM помогают астрономам определить фактические границы объекта, где обнаружение может быть неточным или трудным для определения. Измерение в 50 миллисекунд примерно эквивалентно возможности различить пару автомобильных фар в Нью-Йорке, стоя в Лос-Анджелесе.
В течение всего вечера лазерная направляющая звезда держалась ровно и ярко, сияя приблизительно с величиной 9,5, примерно в 25 раз слабее, чем может видеть человеческий глаз, но идеально подходит для адаптивной оптической системы Keck для измерения и коррекции атмосферных искажений.
Ведется дополнительная работа, прежде чем систему Keck LGS AO можно будет считать полностью работоспособной. Система LGS AO Keck будет доступна для ограниченного совместного анализа рисков в следующем году, а полное внедрение в сообществе пользователей Keck состоится в 2005 году.
«Даже с помощью только этого первого теста астрономы уже требуют использовать звездную систему лазерного наведения для изучения далеких галактик с беспрецедентным разрешением и мощностью», - сказал доктор Дэвид Ле Миньян, специалист по адаптивной оптике в W.M. Обсерватория Кека, Калифорнийская ассоциация исследований в области астрономии. «К следующему году адаптивная оптика будет использоваться для изучения богатой истории формирования ранних галактик».
Д-р Мэтт Маунт, директор Обсерватории Близнецов, которая управляет двумя 8-метровыми телескопами, один на Мауна-Кеа и один на Серро-Пачоне в Чили, подытожил важность этого прорыва для мировой астрономии: «Это важный этап для всей наземной астрономии, не только для наших нынешних поколений телескопов класса 8-10 метров, но и для наших мечтаний о 30-метровых телескопах ».
Членами команды, ответственными за систему Keck LGS AO, являются Антонин Бушез, Джейсон Чин, Адам Контос, Скотт Хартман, Эрик Йоханссон, Роберт Лафон, Дэвид Ле Миньян, Крис Нейман, Пол Стомски, Дуг Саммерс, Маркос ван Дам и Питер Визинович, все из WM Команда поблагодарила своих сотрудников в LLNL: Ди Пеннингтона, Кертиса Брауна и Пэм Данфорт.
Система адаптивной оптики с лазерной направляющей звездой была профинансирована W.M. Фонд Кек.
У.М. Обсерватория Кека находится в ведении Калифорнийской ассоциации исследований в области астрономии, научного партнерства Калифорнийского технологического института.
Первоисточник: Пресс-релиз Keck
