Bildekreditt: NSO
Et nytt adaptivt optikksystem hjelper National Solar Observatory til å ta mye mer levende bilder av solen. Med det nye NSO-systemet; Imidlertid kan solcelle-teleskoper nå bygges 4 meter og større. Dette skal gjøre det mulig for solastronomer å forstå solprosessorene og andre aktiviteter.
Imponerende, skarpe bilder av solen kan produseres med et avansert, adaptivt optisk system som vil gi nytt liv til eksisterende teleskoper og åpne for en generasjon solteleskoper med stor blenderåpning. Dette AO-systemet fjerner uskarphet introdusert av jordas turbulente atmosfære og gir dermed en klar visjon av den minste strukturen på Solen.
Det nye AO76-systemet - Adaptive Optics, 76 subapertures - er det største systemet designet for solobservasjoner. Som demonstrert nylig av et team ved National Solar Observatory på Sunspot, NM, produserer AO76 skarpere bilder under dårligere settende forhold for atmosfærisk forvrengning enn AO24-systemet som er brukt siden 1998.
“Første lys” med det nye AO76-systemet var i desember 2002, etterfulgt av tester som startet i april 2003 med et nytt høyhastighetskamera som forbedret systemet betydelig.
"Hvis de første resultatene i slutten av 2002 med prototypen var imponerende," sa Dr. Thomas Rimmele, AO-prosjektforsker ved NSO, "jeg vil kalle ytelsen som vi nå får, virkelig fantastisk. Jeg er ganske begeistret for bildekvaliteten levert av dette nye systemet. Jeg tror det er rimelig å si at bildene vi får er de beste noensinne produsert av Dunn Solar Telescope. ” The Dunn er et av landets fremste solobservasjonsanlegg.
Program med to formål
Det nye høye ordre AO-systemet tjener to formål. Det vil gjøre det mulig for eksisterende solteleskoper, som 76-cm (30-tommers) Dunn, å produsere bilder med høyere oppløsning og forbedre deres vitenskapelige produksjon under et bredere spekter av forhold. Det demonstrerer også evnen til å skalere systemet opp for å muliggjøre en ny generasjon instrumenter med stor blenderåpning, inkludert det foreslåtte 4-meters Advanced Technology Solar Telescope (se nedenfor) som vil se i høyere oppløsninger enn dagens teleskoper kan oppnå.
Observasjoner med høy oppløsning av sola har blitt stadig viktigere for å løse mange av de enestående problemene innen solfysikk. Å studere fysikken til flukselementer, eller solstruktur generelt, krever spektroskopi og polarimetri av de fine strukturene. Eksponeringene er typisk omtrent 1 sekund lange, og oppløsningen som for øyeblikket oppnås i spektroskopiske / polarimetriske data er typisk 1 bue-sekund, noe som ikke er tilstrekkelig for studier av fine solkonstruksjoner. Videre forutsier teoretiske modeller strukturer under oppløsningsgrensene for 0,2 lysbåser for eksisterende solteleskoper. Observasjoner er nødvendige under 0,2 arc-sec oppløsningsgrense for å studere de viktige fysiske prosessene som oppstår på så små skalaer. Bare AO kan gi en jevn romlig oppløsning på 0,1 arc-sec eller bedre fra bakkebaserte observatorier.
AO-teknologi kombinerer datamaskiner og fleksible optiske komponenter for å redusere effekten av atmosfærisk uskarphet ("å se") på astronomiske bilder. Sunspots solcelleanlegg AO76 er basert på Shack-Hartmann korrelerende teknikk. I hovedsak deler dette et innkommende bilde inn i en rekke underdeler sett av et bølgefront sensorkamera. Én underapertur er valgt som referansebilde. Digitale signalprosessorer (DSP-er) beregner hvordan du justerer hver underapertur slik at den samsvarer med referansebildet. DSP-ene befaler deretter 97 aktuatorer om å omforme et tynt, 7,7 cm (3-tommers) deformerbart speil for å avbryte mye av uskarpheten. DSP-en kan også drive et vipp- / tippspeil, montert foran AO-systemet, som fjerner grov bevegelse av bildet forårsaket av atmosfæren.
Lukke løkken for skarpere bilder
"En stor utfordring for astronomer er å korrigere lyset som kommer inn i teleskopene for effekten av jordens atmosfære," forklarte Kit Richards, NSOs prosjektleder for AO. "Luft med forskjellige temperaturer som blander seg over teleskopet, gjør atmosfæren som en gummilins som omformer seg omtrent hundre ganger hvert sekund." Dette er mer alvorlig for solastronomer som observerer i løpet av dagen med soloppvarmingen jordoverflaten, men får fortsatt stjernene til å skjule om natten.
Solfysikere ønsker videre å studere utvidede, lyse regioner med lav kontrast. Det gjør det mer utfordrende for et AO-system å korrelere de samme delene av flere litt forskjellige underordninger, og å opprettholde korrelasjonen fra en bilderamme til den neste når atmosfæren endrer form.
(Nattronomi har brukt en annen teknikk i flere år. Lasere genererer kunstige ledestjerner i atmosfæren, og lar astronomer måle og korrigere for atmosfærisk forvrengning. Dette er ikke praktisk med instrumenter som observerer solen.)
I 1998 var NSO pioner for bruk av et lavordens AO24-system for solobservasjoner. Den har 24 blenderåpninger og kompenserer 1 200 ganger / sekund (1 200 Hertz [Hz]). Siden august 2000 fokuserte teamet på å skalere systemet opp til den høye ordre AO76 med 76 blenderåpninger og korrigere dobbelt så raskt, 2500 Hz. Gjennombruddene startet i slutten av 2002.
Først ble servosløyfen med suksess lukket på det nye høye ordre AO-systemet under det første ingeniørkjøringen ved Dunn i desember. I et "closed loop" -servosystem blir matingen returnert til inngangen og feilene blir kjørt til 0. Et "open loop" -system oppdager feilene og gjør rettelser, men den korrigerte utgangen mates ikke tilbake til inngangen. Servosystemet vet ikke om det fjerner alle feilene eller ikke. Denne typen system er raskere, men veldig vanskelig å kalibrere og holde kalibrert. På dette tidspunktet brukte systemet et DALSA-kamera, som fungerer på 955 Hz, som den midlertidige bølgefrontsensoren. Det optiske oppsettet ble ikke ferdigstilt og foreløpig; “Bare-bone” -programvaren betjente systemet.
Høyhastighets bølgefrontsensor
Selv i denne foreløpige tilstanden - beregnet på å demonstrere at komponentene jobbet sammen som et system - og under middelmådige synsvilkår, produserte det høye ordre AO-systemet imponerende, diffraksjonsbegrensede bilder. Tidssekvenser av korrigerte og ukorrigerte bilder viser at det nye AO-systemet gir ganske jevn høyoppløselig bildebehandling, selv om sikten varierer betydelig, noe som er typisk for dagtidssyn.
Etter denne milepælen installerte teamet et nytt høyhastighets bølgefront sensorkamera tilpasset AO-prosjektet av Baja Technology og NSOs Richards. Den fungerer med 2500 bilder / sekund, noe som mer enn dobler servobåndbredden med lukket sløyfe med DALSA-kameraet. Richards implementerte også forbedret kontrollprogramvare. I tillegg ble systemet oppgradert for å drive spiss- / vippekorreksjonsspeilet enten direkte fra AO-bølgefronttsensoren eller fra et eget korrelasjons- / spotsporingssystem som fungerer ved 3 kHz.
Den nye høyordre AO76 ble først testet i april 2003 og begynte umiddelbart å produsere utmerkede bilder under et bredere spekter av forhold som normalt vil utelukke bilder med høy oppløsning. Den nye høyordre AO76 ble først testet i april 2003 og begynte umiddelbart å produsere utmerkede bilder under et bredere spekter av forhold som normalt vil utelukke bilder med høy oppløsning. Slående forskjeller med AO på kontra av er lett synlige i bilder av aktive områder, granulering og andre funksjoner.
"Det er ikke dermed sagt at det å se ikke betyr noe lenger," bemerket Rimmele. ”Tvert imot, å se effekter som anisoplanatisme - bølgeforskjeller mellom korrelasjonsmålet og området vi ønsker å studere - er fortsatt begrensende faktorer. Men i halvveis anstendig å se kan vi låse oss fast på granulering og ta gode bilder. ”
For å gjøre store instrumenter som Advanced Technology Solar Telescope mulig, vil det høye ordre AO-systemet må skaleres opp mer enn tidoblet til minst 1000 underdeler. Og NSO ser over det til en mer kompleks teknikk, multiconjugate AO. Denne tilnærmingen, som allerede er utviklet for nattastronomi, bygger en tredimensjonal modell av det turbulente området i stedet for å behandle det som en enkel forvrengt linse.
For nå vil imidlertid prosjektgruppen fokusere på fullføring av det optiske oppsettet på Dunn, installasjon av AO-benken ved Big Bear Solar Observatory etterfulgt av ingeniørkjøringer, optimalisering av gjenoppbyggingsligninger og servosløyfekontroller, og karakterisering av systemet ytelse på begge nettsteder. Deretter skal Dunn AO-systemet tas i bruk høsten 2003. Diffraksjon Limited Spectro-Polarimeter (DLSP), det viktigste vitenskapelige instrumentet som kan dra nytte av den diffraksjonsbegrensede bildekvaliteten levert av den høye ordren AO, er planlagt for de første igangkjøringene høsten 2003. NSO utvikler DLSP i samarbeid med High Altitude Observatory i Boulder.
Originalkilde: NSO News Release
