เครดิตภาพ: NSO
ระบบออพติกแบบปรับตัวได้ใหม่กำลังช่วยหอสังเกตการณ์พลังงานแสงอาทิตย์แห่งชาติในการถ่ายภาพดวงอาทิตย์ที่มีความสดใสมากขึ้น ด้วยระบบ NSO ใหม่ อย่างไรก็ตามกล้องโทรทรรศน์พลังงานแสงอาทิตย์สามารถสร้างได้ในระยะ 4 เมตรขึ้นไป สิ่งนี้น่าจะช่วยให้นักดาราศาสตร์สุริยะเข้าใจกระบวนการของแม่เหล็กแม่เหล็กสุริยะและกิจกรรมอื่น ๆ ได้ดีขึ้น
ภาพที่คมชัดและน่าประทับใจของดวงอาทิตย์สามารถผลิตได้ด้วยระบบออพติคอลแบบปรับขั้นสูงที่จะให้ชีวิตใหม่กับกล้องโทรทรรศน์ที่มีอยู่และเปิดทางสำหรับการสร้างกล้องโทรทรรศน์สุริยะที่มีรูรับแสงขนาดใหญ่ ระบบ AO นี้กำจัดการเบลอที่เกิดจากบรรยากาศปั่นป่วนของโลกและทำให้มองเห็นได้ชัดเจนถึงโครงสร้างที่เล็กที่สุดบนดวงอาทิตย์
ระบบ AO76 ใหม่ - Adaptive Optics, 76 subapertures - เป็นระบบที่ใหญ่ที่สุดที่ออกแบบมาสำหรับการสังเกตการณ์แสงอาทิตย์ ดังที่แสดงให้เห็นเมื่อเร็ว ๆ นี้โดยทีมงานที่หอสังเกตการณ์พลังงานแสงอาทิตย์แห่งชาติที่ซันสปอต, นิวเม็กซิโก, AO76 สร้างภาพที่คมชัดยิ่งขึ้นภายใต้สภาวะการมองเห็นที่ผิดเพี้ยนจากชั้นบรรยากาศมากกว่าระบบ AO24 ที่ใช้มาตั้งแต่ปี 2541
“ แสงแรก” กับระบบ AO76 ใหม่คือในเดือนธันวาคม 2545 ตามด้วยการทดสอบเริ่มต้นในเดือนเมษายน 2546 ด้วยกล้องความเร็วสูงใหม่ที่ปรับปรุงระบบอย่างมีนัยสำคัญ
“ หากผลลัพธ์แรกในปลายปี 2545 กับต้นแบบนั้นน่าประทับใจ” ดร. โธมัสริมเมเลนักวิทยาศาสตร์ของโครงการ AO ที่ NSO กล่าว“ ฉันจะเรียกการแสดงที่เราได้รับตอนนี้น่าทึ่งจริงๆ ฉันค่อนข้างตื่นเต้นกับคุณภาพของภาพที่ส่งมอบโดยระบบใหม่นี้ ฉันเชื่อว่ามันยุติธรรมที่จะบอกว่าภาพที่เราได้รับนั้นเป็นสิ่งที่ดีที่สุดที่เคยสร้างโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Dunn Solar” The Dunn เป็นหนึ่งในศูนย์สังเกตการณ์พลังงานแสงอาทิตย์ชั้นนำของประเทศ
โปรแกรมดูอัล
ระบบ AO ระดับสูงใหม่มีจุดประสงค์สองประการ มันจะช่วยให้กล้องโทรทรรศน์พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่เช่นดันน์ 76 ซม. (30 นิ้ว) สร้างภาพความละเอียดสูงขึ้นและปรับปรุงผลงานทางวิทยาศาสตร์ของพวกเขาอย่างมากภายใต้เงื่อนไขการมองที่กว้างขึ้น นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการขยายระบบเพื่อเปิดใช้งานเครื่องมือช่องรับแสงขนาดใหญ่รุ่นใหม่รวมถึงกล้องโทรทรรศน์ขั้นสูงเทคโนโลยีแสงอาทิตย์ขนาด 4 เมตร (ดูด้านล่าง) ที่จะเห็นความละเอียดสูงกว่ากล้องโทรทรรศน์ในปัจจุบัน
การสำรวจความละเอียดสูงของดวงอาทิตย์ได้กลายเป็นสิ่งสำคัญมากขึ้นสำหรับการแก้ปัญหาที่โดดเด่นหลายประการในฟิสิกส์แสงอาทิตย์ การศึกษาฟิสิกส์ขององค์ประกอบฟลักซ์หรือโครงสร้างพลังงานแสงอาทิตย์โดยทั่วไปนั้นต้องการสเปคโตรสโคปีและโพลาไรซ์ของโครงสร้างละเอียด โดยทั่วไปแล้วการเปิดรับแสงจะมีความยาวประมาณ 1 วินาทีและความละเอียดในปัจจุบันของข้อมูลทางสเปกโทรสโกปี / โพลาไรเมทริกคือ 1 อาร์ค - วินาทีซึ่งไม่เพียงพอสำหรับการศึกษาโครงสร้างของดวงอาทิตย์ นอกจากนี้แบบจำลองเชิงทฤษฎีทำนายโครงสร้างที่ต่ำกว่าขีดจำกัดความละเอียดที่ 0.2 ส่วนโค้งวินาทีของกล้องโทรทรรศน์สุริยะที่มีอยู่ การสังเกตจำเป็นต้องต่ำกว่าขีด จำกัด ความละเอียด 0.2 อาร์ค - วินาทีเพื่อศึกษากระบวนการทางกายภาพที่สำคัญที่เกิดขึ้นในเครื่องชั่งขนาดเล็กดังกล่าว เฉพาะ AO เท่านั้นที่สามารถให้ความละเอียดเชิงพื้นที่ที่สอดคล้องกันของ 0.1 arc-sec หรือดีกว่าจากการสังเกตการณ์ภาคพื้นดิน
เทคโนโลยี AO รวมคอมพิวเตอร์และส่วนประกอบออปติคัลยืดหยุ่นเพื่อลดผลกระทบของการเบลอของบรรยากาศ (“ การมอง”) ต่อภาพทางดาราศาสตร์ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ AO76 ของซันสปอตนั้นใช้เทคนิคที่สัมพันธ์กับ Shack-Hartmann ในสาระสำคัญนี้จะแบ่งภาพที่เข้ามาเป็นอาร์เรย์ของคำบรรยายที่ดูได้จากกล้องเซ็นเซอร์คลื่น หนึ่งโฟลเดอร์ย่อยถูกเลือกเป็นรูปภาพอ้างอิง ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (DSPs) คำนวณวิธีการปรับแต่ละ subaperture ให้ตรงกับภาพอ้างอิง DSPs สั่งให้แอคทูเอเตอร์ 97 ปรับรูปร่างกระจกที่ปรับขนาดได้บาง 7.7 ซม. (3 นิ้ว) เพื่อยกเลิกการเบลอของภาพ DSP ยังสามารถขับเคลื่อนกระจกเอียง / ปลายที่ติดตั้งอยู่ด้านหน้าของระบบ AO ซึ่งจะลบภาพเคลื่อนไหวขั้นต้นที่เกิดจากบรรยากาศ
การปิดลูปเพื่อให้ได้ภาพที่คมชัดยิ่งขึ้น
“ ความท้าทายที่สำคัญสำหรับนักดาราศาสตร์คือการแก้ไขแสงเข้าสู่กล้องโทรทรรศน์ของพวกเขาเพื่อผลของชั้นบรรยากาศของโลก” คิทริชาร์ดส์วิศวกรโครงการนำของ NSO อธิบาย “ อากาศที่มีอุณหภูมิต่างกันปะปนอยู่เหนือกล้องโทรทรรศน์ทำให้ชั้นบรรยากาศเหมือนเลนส์ยางที่ปรับรูปร่างตัวเองประมาณร้อยครั้งต่อวินาที” นี่เป็นเรื่องที่รุนแรงมากขึ้นสำหรับนักดาราศาสตร์สุริยจักรวาลที่สังเกตการณ์ในระหว่างวันด้วยความร้อนของพื้นผิวโลก แต่ก็ยังทำให้ดาวฤกษ์กระพริบในเวลากลางคืน
ยิ่งไปกว่านั้นนักฟิสิกส์แสงอาทิตย์ต้องการศึกษาบริเวณที่สว่างขึ้นโดยมีคอนทราสต์ต่ำ สิ่งนี้ทำให้ระบบ AO มีความท้าทายมากขึ้นในการเชื่อมโยงส่วนย่อยของข้อความย่อยที่แตกต่างกันเล็กน้อยและรักษาความสัมพันธ์จากกรอบภาพหนึ่งไปยังอีกภาพหนึ่งเมื่อบรรยากาศเปลี่ยนรูปร่าง
(ดาราศาสตร์ในเวลากลางคืนใช้เทคนิคที่แตกต่างกันเป็นเวลาหลายปีแสงเลเซอร์สร้างดาวนำทางเทียมในชั้นบรรยากาศปล่อยให้นักดาราศาสตร์วัดและแก้ไขความเพี้ยนของชั้นบรรยากาศซึ่งไม่สามารถนำไปใช้กับเครื่องมือที่สังเกตดวงอาทิตย์ได้)
ในปี 1998 NSO เป็นผู้บุกเบิกการใช้ระบบ AO24 ลำดับต่ำสำหรับการสังเกตแสงอาทิตย์ มันมี 24 ช่องและชดเชย 1,200 ครั้ง / วินาที (1,200 เฮิร์ตซ์ [Hz]) ตั้งแต่เดือนสิงหาคมปี 2000 ทีมมุ่งเน้นไปที่การปรับขนาดระบบให้สูงขึ้น AO76 ด้วย 76 ช่องและแก้ไขให้เร็วขึ้นเป็นสองเท่า 2,500 Hz การคิดค้นเริ่มขึ้นในปลายปี 2545
อย่างแรกเซอร์โวลูปถูกปิดสำเร็จในระบบ AO ระดับสูงใหม่ในระหว่างการดำเนินการทางวิศวกรรมครั้งแรกที่ Dunn ในเดือนธันวาคม ในระบบเซอร์โว“ Closed Loop” เอาต์พุตจะถูกป้อนกลับไปยังอินพุตและข้อผิดพลาดถูกขับเคลื่อนเป็น 0 ระบบ“ open loop” ตรวจพบข้อผิดพลาดและทำการแก้ไข แต่เอาต์พุตที่ถูกแก้ไขจะไม่ป้อนกลับไปยังอินพุต ระบบเซอร์โวไม่ทราบว่ามีการลบข้อผิดพลาดทั้งหมดหรือไม่ ระบบประเภทนี้เร็วกว่า แต่ยากที่จะสอบเทียบและสอบเทียบอย่างต่อเนื่อง ณ จุดนี้ระบบใช้กล้อง DALSA ซึ่งทำงานที่ 955 Hz เป็นเซ็นเซอร์คลื่นระหว่างกาล การตั้งค่าออปติคัลไม่ได้สรุปและเบื้องต้น ซอฟต์แวร์“ กระดูกเปลือย” ควบคุมระบบ
เซ็นเซอร์คลื่นความเร็วสูง
แม้จะอยู่ในสถานะเริ่มต้นนี้ - ตั้งใจที่จะแสดงให้เห็นว่าส่วนประกอบทำงานร่วมกันเป็นระบบ - และภายใต้เงื่อนไขการมองเห็นปานกลางระบบ AO ระดับสูงให้ภาพที่น่าประทับใจและ จำกัด การเลี้ยวเบน ลำดับเวลาของภาพที่ถูกแก้ไขและไม่ถูกแก้ไขแสดงให้เห็นว่าระบบ AO ใหม่ให้ภาพความละเอียดสูงที่สม่ำเสมอแม้ในขณะที่การดูแตกต่างกันไปอย่างมากเช่นเดียวกับการดูในเวลากลางวัน
หลังจากเหตุการณ์สำคัญนี้ทีมงานได้ติดตั้งกล้องเซ็นเซอร์คลื่นความเร็วสูงแบบใหม่ที่พัฒนาขึ้นสำหรับโครงการ AO โดย Baja Technology และ NSO's Richards มันทำงานที่ 2,500 เฟรม / วินาทีซึ่งมากกว่าสองเท่าของเซอร์โวแบนด์วิดท์วงปิดที่เป็นไปได้ด้วยกล้อง DALSA ริชาร์ดยังใช้ซอฟต์แวร์ควบคุมที่ได้รับการปรับปรุง นอกจากนี้ระบบยังได้รับการอัพเกรดเพื่อขับเคลื่อนกระจกแก้ไขคำแนะนำ / เอียงทั้งโดยตรงจากเซ็นเซอร์คลื่น wave AO หรือจากระบบสหสัมพันธ์ / จุดติดตามแยกต่างหากที่ทำงานที่ 3 kHz
AO76 ที่มีการสั่งซื้อสูงใหม่ได้รับการทดสอบครั้งแรกในเดือนเมษายน 2546 และเริ่มผลิตภาพที่ยอดเยี่ยมภายใต้เงื่อนไขการมองที่กว้างขึ้นซึ่งโดยปกติจะตัดทอนภาพความละเอียดสูง AO76 ที่มีการสั่งซื้อสูงใหม่ได้รับการทดสอบครั้งแรกในเดือนเมษายน 2546 และเริ่มผลิตภาพที่ยอดเยี่ยมภายใต้เงื่อนไขการมองที่กว้างขึ้นซึ่งโดยปกติจะตัดทอนภาพความละเอียดสูง ความแตกต่างที่โดดเด่นด้วย AO เมื่อเทียบกับปิดจะมองเห็นได้อย่างง่ายดายในภาพของพื้นที่ใช้งานแกรนูลและคุณสมบัติอื่น ๆ
“ นั่นไม่ได้หมายความว่าการเห็นนั้นไม่สำคัญอีกต่อไป” Rimmele กล่าว “ ในทางตรงกันข้ามการมองเห็นผลกระทบต่าง ๆ เช่น anisoplanatism - ความแตกต่างของคลื่นระหว่างเป้าหมายสหสัมพันธ์และพื้นที่ที่เราต้องการศึกษา - ยังคงเป็นปัจจัย จำกัด แต่พอเห็นครึ่งทางเราสามารถล็อคเม็ดเล็กและบันทึกภาพที่ยอดเยี่ยมได้”
เพื่อให้ได้เครื่องมือขนาดใหญ่เช่นกล้องโทรทรรศน์เทคโนโลยีขั้นสูงที่เป็นไปได้ระบบ AO ระดับสูงจะต้องมีการปรับขนาดขึ้นมากกว่าสิบเท่าเป็นอย่างน้อย 1,000 คำบรรยาย และ NSO นั้นมองไปไกลกว่านั้นเพื่อเทคนิคที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น AO multiconjugate วิธีนี้ได้รับการพัฒนาสำหรับดาราศาสตร์ตอนกลางคืนแล้วสร้างแบบจำลองสามมิติของภูมิภาคที่มีความวุ่นวายมากกว่าที่จะถือมันเป็นเลนส์ที่บิดเบี้ยวง่าย
สำหรับตอนนี้ทีมงานโครงการจะมุ่งเน้นไปที่การติดตั้งออพติคอลที่ Dunn, การติดตั้ง AO bench ที่ Big Bear Solar Observatory ตามด้วยการทำงานทางวิศวกรรม, การเพิ่มประสิทธิภาพของสมการการสร้างใหม่และการควบคุมเซอร์โวลูป ประสิทธิภาพที่ทั้งสองไซต์ จากนั้นระบบ Dunn AO จะเริ่มทำงานในฤดูใบไม้ร่วงของปี 2003 The Diffraction Limited Spectro-Polarimeter (DLSP) ซึ่งเป็นเครื่องมือวิทยาศาสตร์หลักที่สามารถใช้ประโยชน์จากคุณภาพของภาพที่มีการกระจาย จำกัด โดย AO อันดับสูงที่กำหนดไว้ สำหรับการทดสอบเดินเครื่องครั้งแรกในฤดูใบไม้ร่วงปี 2546 NSO กำลังพัฒนา DLSP โดยความร่วมมือกับหอสังเกตการณ์ระดับสูงในโบลเดอร์
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว NSO
