Кредит за изображение: NSO
Нова адаптивна оптична система помага на Националната слънчева обсерватория да направи много по-ярки изображения на Слънцето. С новата система NSO; обаче, слънчевите телескопи вече могат да бъдат изградени 4 метра и по-големи. Това трябва да позволи на слънчевите астрономи да разберат по-добре процесите на слънчевия магнетизъм и други дейности.
Впечатляващи, остри изображения на Слънцето могат да бъдат произведени с усъвършенствана адаптивна оптична система, която ще даде нов живот на съществуващите телескопи и ще отвори пътя за поколение слънчеви телескопи с голяма бленда. Тази AO система премахва замъгляването, въведено от бурната атмосфера на Земята и по този начин осигурява ясна визия на най-малката структура на Слънцето.
Новата система AO76 - Adaptive Optics, 76 субапертури - е най-голямата система, предназначена за слънчеви наблюдения. Както бе демонстрирано наскоро от екип от Националната слънчева обсерватория в Сънспот, NM, AO76 произвежда по-резки изображения при по-лоши видими условия за атмосферни изкривявания, отколкото системата AO24, използвана от 1998 г.
„Първата светлина“ с новата система AO76 беше през декември 2002 г., последвана от тестове, започващи през април 2003 г. с нова високоскоростна камера, която значително подобри системата.
„Ако първите резултати в края на 2002 г. с прототипа бяха впечатляващи“, казва д-р Томас Римеле, учен от AO проекта в NSO, „бих нарекъл изпълнението, което получаваме сега наистина невероятно. Доста съм възхитен от качеството на изображението, предоставено от тази нова система. Вярвам, че е справедливо да се каже, че изображенията, които получаваме, са най-добрите, произвеждани някога от слънчевия телескоп Dunn. " The Dunn е едно от най-добрите световни съоръжения за наблюдение на слънцето.
Програма с двойно предназначение
Новата AO система от висок ред служи за две цели. Това ще позволи на съществуващите слънчеви телескопи, като 76-сантиметровия (30-инчов) Dunn, да произвеждат изображения с по-висока разделителна способност и значително да подобрят научните си резултати при по-широк диапазон от условия за видимост. Той също така демонстрира способността за мащабиране на системата, за да позволи ново поколение инструменти с голяма бленда, включително предлагания 4-метров соларен телескоп за напреднали технологии (виж по-долу), който ще вижда с по-висока разделителна способност, отколкото настоящите телескопи могат да постигнат.
Наблюденията на Слънцето с висока резолюция стават все по-важни за решаването на много от нерешените проблеми в слънчевата физика. Изучаването на физиката на поточните елементи или на слънчевата фина структура като цяло изисква спектроскопия и поляриметрия на фините структури. Експозициите обикновено са с дължина около 1 секунда и разделителната способност, постигната в момента в спектроскопични / поляриметрични данни, обикновено е 1 дъга в секунда, което е недостатъчно за изследване на фините слънчеви структури. Освен това теоретичните модели предвиждат структури под границите на разделителната способност на 0,2 дъгови секции на съществуващи слънчеви телескопи. Необходими са наблюдения под лимита на разделителна способност от 0,2 дъга, за да се проучат важните физически процеси, които протичат в такива малки мащаби. Само AO може да осигури последователна пространствена резолюция от 0.1 дъга-сек или по-добре от наземните обсерватории.
AO технологията комбинира компютри и гъвкави оптични компоненти, за да намали ефекта на замъгляването в атмосферата („виждането“) върху астрономическите изображения. Соларната система AO76 на Sunspot се основава на корелационната техника Shack-Hartmann. По същество това разделя входящо изображение на масив от под-диаграми, гледани от сензорна камера с вълна. Един еталон е избран като еталонно изображение. Цифровите сигнални процесори (DSP) изчисляват как да настроите всеки субапертура, за да съответства на референтното изображение. Тогава DSP-тата командват 97 задействащи устройства да преобразуват тънко 7,7 см (3-инчово) деформиращо се огледало, за да премахнат голяма част от замъгляването. DSP също може да задвижва огледало с накланяне / върха, монтирано пред AO системата, което премахва грубото движение на изображението, причинено от атмосферата.
Затваряне на цикъла за по-резки изображения
„Основно предизвикателство за астрономите е да коригират светлината, влизаща в техните телескопи, за ефекта от земната атмосфера“, обясни Кит Ричардс, водещ инженер по AO проект на ASO. „Въздухът с различна температура, смесващ се над телескопа, прави атмосферата като гумена леща, която се преобразува около сто пъти всяка секунда.“ Това е по-тежко за слънчевите астрономи, които наблюдават през деня със слънцето, загряващо земната повърхност, но все пак причиняват звездите да мигат през нощта.
Освен това, соларните физици искат да изследват разширени ярки области с нисък контраст. Това прави по-предизвикателно за AO система да съпоставя едни и същи части от няколко малко по-различни субапертури и да поддържа корелацията от една рамка на изображението до следващата, тъй като атмосферата променя формата си.
(Нощната астрономия от няколко години използва различна техника. Лазерите генерират изкуствени водачи в звезди, позволявайки на астрономите да измерват и коригират атмосферните изкривявания. Това не е практично с инструменти, които наблюдават Слънцето.)
През 1998 г. NSO направи пионерно използване на система AO24 от нисък ред за слънчеви наблюдения. Той има 24 бленда и компенсира 1200 пъти / секунда (1200 Hertz [Hz]). От август 2000 г. екипът се фокусира върху мащабирането на системата до висококачествения AO76 със 76 бленда и коригиране на два пъти по-бързи, 2500 Hz. Пробивът започна в края на 2002 г.
Първо, серво цикълът бе успешно затворен на новата AO система от висок порядък по време на първото си инженерно изпълнение в Dunn през декември. При серво система със затворен цикъл изходът се връща към входа и грешките се задвижват до 0. Система „отворен цикъл“ открива грешките и прави корекции, но коригираният изход не се връща към входа. Серво системата не знае дали премахва всички грешки или не. Този тип система е по-бърза, но много трудна за калибриране и поддържа калибриране. В този момент системата използва DALSA камера, която работи на честота 955 Hz, като междинен сензор на вълната. Оптичната настройка не е финализирана и предварителна; Софтуерът с „голи кости“ управлява системата.
Високоскоростен сензор за вълна
Дори в това предварително състояние - предназначено да покаже, че компонентите са работили заедно като система - и при посредствени условия на виждане, AO системата от висок порядък създава впечатляващи, ограничени от дифракцията изображения. Временните последователности на коригирани и некоригирани изображения показват, че новата AO система осигурява сравнително последователни изображения с висока разделителна способност, дори когато видимостта варира значително, както е характерно за дневното виждане.
След този важен момент екипът инсталира нова високоскоростна сензорна камера за вълнообразна линия, разработена за AO проекта от Baja Technology и Richards на NSO. Той работи при 2500 кадъра / секунда, което повече от удвоява възможната широчина на серво честотната лента при DALSA камерата. Ричардс също внедри подобрен софтуер за контрол. В допълнение, системата беше модернизирана за задвижване на огледалото за корекция на върха / наклона или директно от AO вълновия сензор, или от отделна система за корелация / точков проследяване, която работи на 3 kHz.
Новият висок ред AO76 беше тестван за първи път през април 2003 г. и веднага започна да произвежда отлични изображения при по-широк диапазон от видими условия, които обикновено биха изключили изображенията с висока разделителна способност. Новият висок ред AO76 беше тестван за първи път през април 2003 г. и веднага започна да произвежда отлични изображения при по-широк диапазон от видими условия, които обикновено биха изключили изображенията с висока разделителна способност. Поразителните разлики с AO при изключване са лесно видими в изображения на активни зони, гранулиране и други характеристики.
„Това не означава, че виждането вече няма значение“, отбеляза Римеле. „Напротив, виждането на ефекти като анизопланатизъм - разлики на вълните между корелационната цел и областта, която искаме да изследваме, все още са ограничаващи фактори. Но при полупристойно виждане можем да заключим гранулиране и да запишем отлични изображения. "
За да бъдат възможни големи инструменти като слънчевия телескоп за напреднали технологии, високочестотната AO система ще трябва да бъде увеличена повече от десетократно до поне 1000 субапертура. И NSO търси отвъд това на по-сложна техника, мултиконюгатен AO. Този подход, който вече е разработен за нощна астрономия, изгражда триизмерен модел на турбулентния регион, вместо да го третира като обикновена изкривена леща.
Засега обаче екипът на проекта ще се съсредоточи върху завършването на оптичната настройка в Dunn, инсталирането на AO пейката в Solar Observatory Big Bear, последвано от инженерни работи, оптимизация на уравненията за реконструкция и управление на серво контура и характеризиране на системата производителност и на двата сайта. Тогава системата Dunn AO трябва да започне да функционира през есента на 2003 г. Планира се Дифракционният спектрално-поляриметър с ограничен спектър (DLSP), основен научен инструмент, който може да се възползва от дифракционното ограничено качество на изображението, доставено от висококачествения AO за първите си пускане в експлоатация започва през есента на 2003 г. NSO разработва DLSP в сътрудничество с Обсерваторията на голяма надморска височина в Боулдър.
Оригинален източник: NSO News Release
