Bildekreditt :: Keck
Det 10 meter store Keck II-observatoriet tok et viktig skritt fremover nylig da det begynte observasjoner med sitt nye adaptive optiske system. Systemet bruker en laser for å lage en falsk stjerne omtrent 90 kilometer opp på himmelen - en datamaskin kan deretter bruke denne til å beregne hvordan man kan fjerne effekten av atmosfæriske forstyrrelser. Adaptiv optikk har blitt brukt på mindre teleskoper, men dette er første gang det blir brukt på et så stort teleskop som den mektige Keck II; det tok ni år å tilpasse observatoriet.
En stor milepæl i astronomisk historie fant sted nylig ved W.M. Keck Observatory da forskere for første gang brukte en laser for å lage en kunstig ledestjerne på Keck II 10 meter teleskop for å korrigere uskarpheten til en stjerne med adaptiv optikk (AO). Laserguidestjerner har blitt brukt på mindre teleskoper, men dette er deres første vellykkede bruk på den nåværende generasjonen av verdens største teleskoper. Det resulterende bildet (figur 1), tatt av NIRC2 infrarøde kamera, var den første demonstrasjonen av et laserguidestjerners adaptiv optikk (LGS AO) -system på et stort teleskop. Når det er fullført, vil LGS AO-systemet markere en ny epoke med astronomi der astronomer vil kunne se praktisk talt ethvert objekt på himmelen med klarhet i adaptiv optikk.
"Dette er et av de mest gledelige øyeblikkene i alle mine år på Keck," bemerket Dr. Frederic Chaffee, direktør for W.M. Keck Observatory den kvelden observasjonene ble gjort. "Som ethvert positivt resultat fra første lys, er det mye som må gjøres før systemet kan betraktes som operasjonelt. Men også som ethvert positivt resultat fra første lys viser det at det kan gjøres, og gir oss stor optimisme om at målene våre ikke er umulige drømmer, men i stedet er oppnåelige realiteter. ”
Adaptiv optikk er en teknikk som har revolusjonert bakkebasert astronomi gjennom sin evne til å fjerne uskarphet av stjernelys forårsaket av jordens atmosfære. Kravet om en relativt lys "guide-stjerne" i samme synsfelt som det vitenskapelige objektet for studien har generelt begrenset bruken av AO til omtrent en prosent av objektene på himmelen.
For å overvinne denne begrensningen, W.M. Keck Observatory begynte å samarbeide med Lawrence Livermore National Labs (LLNL) for å utvikle et kunstig ledestjernesystem. Ved å bruke en laser for å lage en? Virtuell stjerne ,? astronomer kan studere ethvert objekt i nærheten av mye svakere (opp til 19. størrelsesorden) objekter med adaptiv optikk og redusere avhengigheten av lyse, naturlig forekommende ledestjerner. Hvis du gjør det, vil det øke himmeldekningen for det adaptive optiske systemet Keck fra anslagsvis en prosent av alle objekter på himmelen, til mer enn 80 prosent.
"Denne nye muligheten til å bruke en laserguidestjerne med et stort teleskop har invitert astronomer til å begynne å utforske nattehimmelen på en mye mer omfattende måte," sa Adam Contos, optikkingeniør ved W.M. Keck observatorium. "I fremtiden vil jeg forvente at de fleste store observatorier installerer lignende systemer for å dra nytte av denne utrolige forbedringen til AO-kapasitetene sine."
I januar 2001, etter mer enn syv år i utvikling, feiret Keck- og LLNL-teamet ferdigstillelsen av Keck laserguidestjerner. Den kunstige stjernen blir resultatet når lys fra en 15-watt fargelaser får et naturlig forekommende lag med natriumatomer til å gløde omtrent 90 km over jordoverflaten. Det skulle ta ytterligere to år med sofistikert forskning og design før lasersystemet kunne integreres i det adaptive optiske systemet Keck II.
I de tidlige morgentimene 20. september kom endelig alle delsystemer sammen for å avsløre den unike evnen til Keck LGS AO-system og dets potensial til å løse ekstremt svake objekter. Systemet låst på en stjerne i 15. størrelse, et medlem av en velkjent binær T Tauri kalt HK Tau og avslørte detaljer om den omsluttende disken til ledsagerstjernen. Det var første gang et adaptivt optikksystem på et veldig stort teleskop noensinne hadde brukt en kunstig ledestjerne for å løse en svak gjenstand.
En viktig utfordring LGS AO-teamet sto overfor var hvor vellykket innsatsen ville være å integrere og oppnå gode ytelsesmålinger for hvert enkelt undersystem. Bekymringer om lasers kraft og dens spotkvalitet, drift av lasertrafikkontrollsystemet, de nye sensorenes mulighet til å låse på svakere ledestjerner og å kunne optimalisere bildekvaliteten gjennom en nøyaktig forståelse av avvikene som kan ikke måles ved bruk av laserlederstjernen, alle ble tatt med på kveldens observasjon.
"Første lys var en suveren teaminnsats," sa Dr. Peter Wizinowich, teamleder for det adaptive optikkteamet ved W.M. ”Det var veldig tilfredsstillende å få hvert av de mange delsystemene til å fungere så bra på vårt første forsøk. For å sitere Virgil, "Audentes Fortuna Juvat," favoriserer formuen det dristige. ”
Kvaliteten på LGS AOs første lysbilder var ekstremt høy. Keck LGS AO-systemet lå i en 14-stjernersstørrelse "Strehl-forhold" på 36 prosent (med 2,1 mikron bølgelengde, 30 sekunders eksponeringstid, figur 3), sammenlignet med fire prosent for ikke korrigerte bilder. Strehl-forholdstall måler i hvilken grad et optisk system nærmer seg "diffraksjonsbegrenset" perfeksjon, eller den teoretiske ytelsesgrensen, for teleskopet.
En annen ytelsesmetrikk, "full bredde ved halvparten av maksimum" (FWHM), for denne 14-stjernersstørrelsen var 50 milli-arke-sekunder, sammenlignet med 183-milli-buesekunder for det ikke korrigerte bildet. FWHM-målinger hjelper astronomer med å bestemme de faktiske kantene på et objekt, der deteksjonen kan være upresis eller vanskelig å bestemme. Målingen på 50 milli-arksekunder tilsvarer omtrent det å kunne skille et par billys i New York mens du står i Los Angeles.
Utover kvelden holdt laserlederstjernen stødig og lys, og skinte i en omtrentlig styrke på 9,5, omtrent 25 ganger svakere enn hva det menneskelige øye kan se, men ideelt for Keck adaptive optiske system for å måle og korrigere for atmosfæriske forvrengninger.
Ytterligere arbeid pågår før Keck LGS AO-systemet kan betraktes som fullt operativt. Keck LGS AO-system vil være tilgjengelig for begrenset vitenskap om delt risiko neste år, med full distribusjon til Keck-brukerfellesskapet i 2005.
"Selv med bare denne første testen, kjemper astronomer allerede for å bruke laserguidestjernesystemet for å studere fjerne galakser med en enestående oppløsning og kraft," sier Dr. David Le Mignant, adaptiv optikerinstrumentforsker ved W.M. Keck Observatory, California Association for Research in Astronomy. "Til neste år vil adaptiv optikk bli brukt til å studere den tidlige galaksenes rike formasjonshistorie."
Viktigheten av dette gjennombruddet for verdensomspennende astronomi ble oppsummert av Dr. Matt Mountain, direktøren for Gemini-observatoriet, som driver tvilling-8-teleskop, en på Mauna Kea og en på Cerro Pachon i Chile: “Dette er en kritisk milepæl for all bakkebasert astronomi, ikke bare for vår nåværende generasjon av åtte til 10 meter teleskoper, men også for våre drømmer om 30 meter teleskoper. ”
Teammedlemmer som er ansvarlige for Keck LGS AO-systemet er Antonin Bouchez, Jason Chin, Adam Contos, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Chris Neyman, Paul Stomski, Doug Summers, Marcos van Dam og Peter Wizinowich, alle fra WM Teamet ga spesiell takk til sine samarbeidspartnere på LLNL: Dee Pennington, Curtis Brown og Pam Danforth.
Det adaptive optiske systemet for laserguidestjerner ble finansiert av W.M. Keck Foundation.
W.M. Keck Observatory drives av California Association for Research in Astronomy, et vitenskapelig partnerskap av California Institute of Technology.
Originalkilde: Keck News Release
