Credito immagine: NSO
Un nuovo sistema di ottica adattiva sta aiutando l'Osservatorio solare nazionale ad acquisire immagini molto più vivide del sole. Con il nuovo sistema NSO; tuttavia, ora è possibile costruire telescopi solari di 4 metri o più. Ciò dovrebbe consentire agli astronomi solari di comprendere meglio i processi del magnetismo solare e altre attività.
Immagini impressionanti e nitide del sole possono essere prodotte con un avanzato sistema ottico adattivo che darà nuova vita ai telescopi esistenti e aprirà la strada a una generazione di telescopi solari ad ampia apertura. Questo sistema AO rimuove la sfocatura introdotta dall'atmosfera turbolenta della Terra e fornisce quindi una visione chiara della più piccola struttura sul Sole.
Il nuovo sistema AO76 - Adaptive Optics, 76 subapertures - è il più grande sistema progettato per le osservazioni solari. Come dimostrato di recente da un team del National Solar Observatory di Sunspot, NM, AO76 produce immagini più nitide in condizioni di visione peggiori per la distorsione atmosferica rispetto al sistema AO24 impiegato dal 1998.
La "prima luce" con il nuovo sistema AO76 è stata nel dicembre 2002, seguita dai test iniziati nell'aprile 2003 con una nuova fotocamera ad alta velocità che ha migliorato significativamente il sistema.
"Se i primi risultati alla fine del 2002 con il prototipo fossero impressionanti", ha affermato il dott. Thomas Rimmele, scienziato del progetto AO presso la NSO, "definirei la performance che stiamo ottenendo ora davvero incredibile. Sono abbastanza entusiasta della qualità dell'immagine fornita da questo nuovo sistema. Credo sia giusto affermare che le immagini che stiamo ottenendo sono le migliori mai prodotte dal Dunn Solar Telescope. ” Il Dunn è una delle principali strutture di osservazione solare della nazione.
Programma a doppio scopo
Il nuovo sistema AO di alto ordine ha due scopi. Permetterà ai telescopi solari esistenti, come il Dunn da 76 cm (30 pollici), di produrre immagini a risoluzione più elevata e di migliorare notevolmente la loro produzione scientifica in una gamma più ampia di condizioni di visione. Dimostra anche la capacità di scalare il sistema per consentire a una nuova generazione di strumenti di grande apertura, incluso il proposto telescopio solare a tecnologia avanzata di 4 metri (vedi sotto) che vedrà a risoluzioni più elevate di quelle che gli attuali telescopi possono raggiungere.
Le osservazioni del Sole ad alta risoluzione sono diventate sempre più importanti per risolvere molti dei problemi in sospeso nella fisica solare. Lo studio della fisica degli elementi di flusso, o della struttura fine solare in generale, richiede spettroscopia e polarimetria delle strutture fini. Le esposizioni sono in genere lunghe circa 1 secondo e la risoluzione attualmente raggiunta in dati spettroscopici / polarimetrici è in genere di 1 arco-secondo, che è insufficiente per lo studio di strutture solari fini. Inoltre, i modelli teorici prevedono strutture al di sotto dei limiti di risoluzione di 0,2 arc-sec di telescopi solari esistenti. Sono necessarie osservazioni al di sotto del limite di risoluzione di 0,2 arc-sec per studiare gli importanti processi fisici che si verificano su scale così piccole. Solo AO può fornire una risoluzione spaziale coerente di 0,1 arc-sec o migliore dagli osservatori a terra.
La tecnologia AO combina computer e componenti ottici flessibili per ridurre gli effetti della sfocatura atmosferica ("vedere") sulle immagini astronomiche. Il sistema solare AO76 di Sunspot si basa sulla tecnica correlata Shack-Hartmann. In sostanza, questo divide un'immagine in arrivo in una serie di sotto-coperture visualizzate da una fotocamera con sensore del fronte d'onda. Una sotto-facciata è selezionata come immagine di riferimento. I processori di segnale digitale (DSP) calcolano come regolare ciascuna sotto-gamma in modo che corrisponda all'immagine di riferimento. I DSP comandano quindi 97 attuatori per rimodellare un sottile specchio deformabile da 7,7 cm (3 pollici) per annullare gran parte della sfocatura. Il DSP può anche pilotare uno specchio di inclinazione / inclinazione, montato di fronte al sistema AO, che rimuove il movimento grossolano dell'immagine causato dall'atmosfera.
Chiusura del ciclo per immagini più nitide
"Una grande sfida per gli astronomi è correggere la luce che entra nei loro telescopi per l'effetto dell'atmosfera terrestre", ha spiegato Kit Richards, ingegnere capo del progetto AO di NSO. "L'aria di diverse temperature che si mescola al di sopra del telescopio rende l'atmosfera come una lente di gomma che si rimodella circa cento volte al secondo." Questo è più grave per gli astronomi solari che osservano durante il giorno con il Sole che riscalda la superficie terrestre, ma fa comunque brillare le stelle di notte.
Inoltre, i fisici solari vogliono studiare estese regioni luminose con basso contrasto. Ciò rende più difficile per un sistema AO correlare le stesse parti di diverse sottoaperture leggermente diverse e mantenere la correlazione da una cornice di immagine alla successiva quando l'atmosfera cambia forma.
(L'astronomia notturna utilizza una tecnica diversa da diversi anni. I laser generano stelle guida artificiali nell'atmosfera, permettendo agli astronomi di misurare e correggere la distorsione atmosferica. Questo non è pratico con strumenti che osservano il Sole.)
Nel 1998 NSO ha aperto la strada all'uso di un sistema AO24 di basso ordine per le osservazioni solari. Ha 24 aperture e compensa 1.200 volte / secondo (1.200 Hertz [Hz]). Dall'agosto 2000, il team si è concentrato sul ridimensionamento del sistema fino all'AO76 di alto ordine con 76 aperture e la correzione due volte più veloce, 2.500 Hz. Le scoperte sono iniziate alla fine del 2002.
Innanzitutto, il servo loop è stato chiuso con successo sul nuovo sistema AO di alto ordine durante la sua prima corsa di ingegneria al Dunn a dicembre. In un servosistema a "circuito chiuso" l'uscita viene rimandata all'ingresso e gli errori vengono portati a 0. Un sistema a "circuito aperto" rileva gli errori e corregge, ma l'uscita corretta non viene ritrasmessa all'ingresso. Il servosistema non sa se sta rimuovendo tutti gli errori oppure no. Questo tipo di sistema è più veloce ma molto difficile da calibrare e mantenere calibrato. A questo punto il sistema utilizzava una videocamera DALSA, che funziona a 955 Hz, come sensore temporaneo del fronte d'onda. La configurazione ottica non è stata finalizzata e preliminare; Il software “bare-bone” gestiva il sistema.
Sensore fronte d'onda ad alta velocità
Anche in questo stato preliminare - inteso a dimostrare che i componenti funzionavano insieme come un sistema - e in condizioni di visione mediocri, il sistema AO di alto ordine produceva immagini impressionanti, limitate dalla diffrazione. Le sequenze temporali delle immagini corrette e non corrette mostrano che il nuovo sistema AO fornisce immagini ad alta risoluzione abbastanza coerenti anche se la visione varia sostanzialmente, come è tipico per la visione diurna.
In seguito a questo traguardo, il team ha installato una nuova fotocamera con sensore a fronte d'onda ad alta velocità, sviluppata su misura per il progetto AO da Baja Technology e Richards di NSO. Funziona a 2.500 frame / secondo, il che raddoppia la larghezza di banda del servo ad anello chiuso possibile con la videocamera DALSA. Richards ha inoltre implementato un software di controllo migliorato. Inoltre, il sistema è stato aggiornato per pilotare lo specchio di correzione di inclinazione / inclinazione direttamente dal sensore del fronte d'onda AO o da un sistema di localizzazione / spot tracker separato che funziona a 3 kHz.
Il nuovo AO76 di alto ordine è stato testato per la prima volta nell'aprile del 2003 e ha immediatamente iniziato a produrre immagini eccellenti in una gamma più ampia di condizioni di visione che normalmente precludono le immagini ad alta risoluzione. Il nuovo AO76 di alto ordine è stato testato per la prima volta nell'aprile del 2003 e ha immediatamente iniziato a produrre immagini eccellenti in una gamma più ampia di condizioni di visione che normalmente precludono le immagini ad alta risoluzione. Differenze sorprendenti con AO acceso / spento sono facilmente visibili nelle immagini di aree attive, granulazione e altre caratteristiche.
"Questo non vuol dire che vedere non ha più importanza", ha osservato Rimmele. “Al contrario, vedere effetti come l'anisoplanatismo - differenze sul fronte d'onda tra l'obiettivo di correlazione e l'area che vogliamo studiare - sono ancora fattori limitanti. Ma a metà decente vedremo che possiamo bloccare la granulazione e registrare immagini eccellenti. ”
Per rendere possibili strumenti di grandi dimensioni come il Telescopio solare a tecnologia avanzata, il sistema AO di ordine superiore dovrà essere ridimensionato di oltre dieci volte fino ad almeno 1.000 sotto-coperture. E NSO guarda oltre a ciò per una tecnica più complessa, AO multi-coniugata. Questo approccio, già sviluppato per l'astronomia notturna, costruisce un modello tridimensionale della regione turbolenta piuttosto che trattarlo come una semplice lente distorta.
Per ora, tuttavia, il team del progetto si concentrerà sul completamento dell'installazione ottica presso il Dunn, sull'installazione del banco AO presso l'Osservatorio solare di Big Bear, seguito da corse ingegneristiche, ottimizzazione delle equazioni di ricostruzione e controlli del servo circuito e caratterizzazione del sistema prestazioni in entrambi i siti. Quindi, il sistema Dunn AO entrerà in funzione nell'autunno del 2003. È in programma lo Diffraction Limited Spectro-Polarimeter (DLSP), il principale strumento scientifico che può sfruttare la qualità dell'immagine limitata dalla diffrazione fornita dall'AO di alto ordine, per le sue prime esecuzioni nell'autunno del 2003. NSO sta sviluppando il DLSP in collaborazione con l'Osservatorio di alta quota di Boulder.
Fonte originale: Comunicato stampa NSO
