Obrazový kredit: NSO
Nový systém adaptivní optiky pomáhá Národní sluneční observatoři pořídit mnohem živější snímky Slunce. S novým systémem NSO; solární dalekohledy však mohou být nyní postaveny 4 metry a větší. To by mělo solárním astronomům umožnit lépe porozumět procesům slunečního magnetismu a dalším činnostem.
Působivé, ostré obrazy Slunce lze vytvořit pomocí pokročilého adaptivního optického systému, který dá nový život stávajícím dalekohledům a otevře cestu pro generaci velkoformátových solárních dalekohledů. Tento systém AO odstraňuje rozmazání způsobené zemskou turbulentní atmosférou a poskytuje tak jasnou vizi nejmenší struktury na Slunci.
Nový systém AO76 - Adaptive Optics, 76 subapertures - je největší systém určený pro sluneční pozorování. Jak nedávno ukázal tým na Národní solární observatoři v Sunspotu, NM, AO76 vytváří ostřejší snímky za horších podmínek vidění pro atmosférické zkreslení než systém AO24 používaný od roku 1998.
„První světlo“ s novým systémem AO76 bylo v prosinci 2002, po kterém následovaly testy začínající v dubnu 2003 s novou vysokorychlostní kamerou, která systém významně vylepšila.
"Pokud by první výsledky na konci roku 2002 s prototypem byly působivé," řekl Dr. Thomas Rimmele, vědec projektu AO na NSO, "nazval bych výkon, který nyní získáváme, opravdu úžasný." Jsem docela nadšený kvalitou obrazu, který přináší tento nový systém. Věřím, že je spravedlivé říci, že snímky, které získáváme, jsou ty nejlepší, jaké kdy Dunn Solar Telescope vyrobil. “ Dunn je jedním z předních solárních pozorovacích zařízení v zemi.
Dvouúčelový program
Nový AO systém vysoké objednávky slouží dvěma účelům. Umožní existujícím solárním dalekohledům, jako je 76 cm (30 palců) Dunn, vytvářet snímky s vyšším rozlišením a výrazně zlepšit jejich vědeckou produkci za širšího spektra podmínek vidění. To také demonstruje schopnost škálovat systém tak, aby umožnil novou generaci přístrojů s velkou aperturou, včetně navrhovaného 4metrového solárního dalekohledu pro pokročilé technologie (viz níže), který bude vidět při vyšším rozlišení, než jaké mohou současné dalekohledy dosáhnout.
Pozorování Slunce s vysokým rozlišením se staly stále důležitějšími pro řešení mnoha vynikajících problémů ve sluneční fyzice. Studium fyziky tokových prvků nebo obecně sluneční jemné struktury vyžaduje spektroskopii a polarimetrii jemných struktur. Expozice jsou typicky asi 1 sekunda dlouhé a rozlišení, které je v současné době dosahováno ve spektroskopických / polarimetrických datech, je typicky 1 arc / s, což je nedostatečné pro studium jemných solárních struktur. Dále teoretické modely předpovídají struktury pod rozlišovacími limity 0,2 arc-s existujících solárních dalekohledů. K pozorování důležitých fyzikálních procesů, které se vyskytují v takových malých měřítcích, je zapotřebí pozorování pod mezí rozlišení 0,2 arc-s. Pouze AO může poskytovat konzistentní prostorové rozlišení 0,1 arc-s nebo lepší z pozemních observatoří.
Technologie AO kombinuje počítače a flexibilní optické komponenty a snižuje vlivy atmosférického rozmazání („vidění“) na astronomické snímky. Solární systém Sunspot AO76 je založen na korelační technice Shack-Hartmann. V podstatě to rozděluje příchozí obraz na řadu subapertur prohlížených kamerou senzoru wavefront. Jako referenční obrázek je vybrána jedna dílčí clona. Digitální signálové procesory (DSP) počítají, jak upravit každou dílčí clonu tak, aby odpovídala referenčnímu obrazu. DSP pak přikazují 97 akčním členům, aby přetvořili tenké 7,7 cm (3 palcové) deformovatelné zrcadlo, aby se zrušilo velké množství rozmazání. DSP může také ovládat zrcadlo náklonu / špičky namontované před systémem AO, které odstraňuje hrubý pohyb obrazu způsobený atmosférou.
Uzavření smyčky pro ostřejší obrázky
"Hlavní výzvou pro astronomy je korekce světla vstupujícího do jejich dalekohledů kvůli vlivu zemské atmosféry," vysvětlil Kit Richards, vedoucí projektu AO společnosti NSO. "Vzduch různých teplot, který se mísí nad dalekohledem, vytváří atmosféru jako gumová čočka, která se přetváří asi stokrát za sekundu." To je vážnější pro sluneční astronomy, kteří během dne pozorují sluneční povrch zahřívající zemský povrch, ale stále způsobují, že se hvězdy v noci třpytí.
Solární fyzici dále chtějí studovat rozšířené jasné oblasti s nízkým kontrastem. Proto je pro systém AO obtížnější korelovat stejné části několika mírně odlišných dílčích otvorů a udržovat korelaci od jednoho obrazového snímku k druhému, když se atmosféra mění tvar.
(Noční astronomie používá několik let jinou techniku. Lasery vytvářejí umělé vodící hvězdy v atmosféře, umožňují astronomům měřit a korigovat atmosférické zkreslení. To není praktické u přístrojů, které pozorují Slunce.)
V roce 1998 společnost NSO propagovala použití nízko objednávkového systému AO24 pro sluneční pozorování. Má 24 clon a kompenzuje 1200krát za sekundu (1200 Hertz [Hz]). Od srpna 2000 se tým zaměřil na škálování systému až na AO76 vysoké objednávky s 76 otvory a korekci dvakrát rychleji, 2 500 Hz. Průlomy začaly koncem roku 2002.
Zaprvé, servo smyčka byla úspěšně uzavřena na novém systému AO vysokého řádu během prvního technického běhu v Dunnu v prosinci. V servosystému „uzavřená smyčka“ je výstup přiváděn zpět na vstup a chyby jsou řízeny na 0. Systém „otevřená smyčka“ detekuje chyby a provádí opravy, ale opravený výstup se nevrací zpět na vstup. Servo systém neví, jestli odstraní všechny chyby nebo ne. Tento typ systému je rychlejší, ale velmi těžko kalibrovatelný a udržovaný v kalibraci. V tomto okamžiku systém používal DALSA kameru, která pracuje při 955 Hz, jako dočasný snímač čela vlny. Optické nastavení nebylo dokončeno a předběžné; Systém ovládal software „bare-bone“.
Vysokorychlostní snímač čela vlny
I v tomto předběžném stavu, jehož cílem bylo prokázat, že komponenty spolupracovaly jako systém - a za průměrných podmínek vidění, vytvořil systém AO vysokého řádu působivé obrazy s omezenou difrakcí. Časové sekvence opravených a nekorigovaných obrázků ukazují, že nový systém AO poskytuje poměrně konzistentní zobrazování s vysokým rozlišením, i když se vidění podstatně liší, jak je typické pro denní vidění.
V návaznosti na tento mezník tým nainstaloval novou vysokorychlostní vlnovou senzorovou kameru vyvinutou pro projekt AO společností Baja Technology a Nards's Richards. Funguje rychlostí 2 500 snímků za sekundu, což více než zdvojnásobí možnou šířku pásma servopohonu s kamerou DALSA. Richards také implementoval vylepšený řídicí software. Kromě toho byl systém upgradován tak, aby poháněl korekční zrcadlo náklonu / náklonu buď přímo ze senzoru AO wavefront, nebo ze samostatného systému korelačního / bodového sledování, který pracuje při 3 kHz.
Nový AO76 s vysokým řádem byl poprvé testován v dubnu 2003 a okamžitě začal produkovat vynikající snímky za širšího spektra podmínek vidění, které by normálně vylučovaly obrázky s vysokým rozlišením. Nový AO76 s vysokým řádem byl poprvé testován v dubnu 2003 a okamžitě začal produkovat vynikající snímky za širšího spektra podmínek vidění, které by normálně vylučovaly obrázky s vysokým rozlišením. Na obrázcích aktivních oblastí, granulace a dalších funkcí jsou snadno patrné výrazné rozdíly s AO na vypnuto.
"To neznamená, že na vidění už nezáleží," poznamenal Rimmele. „Naopak, omezujícími faktory jsou stále účinky, jako je anisoplanatismus - vlnoplošné rozdíly mezi korelačním cílem a oblastí, kterou chceme studovat. Ale na půli slušného vidění můžeme uzamknout granulaci a zaznamenat vynikající obrázky. “
Aby byly možné velké nástroje, jako je pokročilý technologický solární dalekohled, musí být systém AO vysokého řádu rozšířen více než desetkrát na nejméně 1 000 dílčích otvorů. A NSO se dívá za to na složitější techniku, multikonjugovaný AO. Tento přístup, který je již vyvíjen pro noční astronomii, vytváří spíše trojrozměrný model turbulentní oblasti, než aby jej považoval za jednoduchou zkreslenou čočku.
Prozatím se však projektový tým zaměří na dokončení optického nastavení v Dunnu, instalaci lavice AO na Sluneční observatoři Big Bear, následované inženýrskými běhy, optimalizací rekonstrukčních rovnic a servo smyček a charakterizací systému. výkon na obou stránkách. Poté bude systém Dunn AO uveden do provozu na podzim roku 2003. Je naplánován difrakční limitovaný spektro-polární měřič (DLSP), hlavní vědecký nástroj, který může využívat výhodu kvality obrazu s omezenou difrakcí poskytovanou vysoce řádným AO. pro své první uvedení do provozu na podzim roku 2003. NSO vyvíjí DLSP ve spolupráci s observatoří vysoké nadmořské výšky v Boulderu.
Původní zdroj: NSO News Release
