Crédito de imagen: NSO
Un nuevo sistema de óptica adaptativa está ayudando al Observatorio Solar Nacional a tomar imágenes mucho más vívidas del Sol. Con el nuevo sistema NSO; sin embargo, los telescopios solares ahora se pueden construir a 4 metros o más. Esto debería permitir a los astrónomos solares comprender mejor los procesos del magnetismo solar y otras actividades.
Se pueden producir imágenes impresionantes y nítidas del Sol con un avanzado sistema óptico adaptativo que dará nueva vida a los telescopios existentes y abrirá el camino para una generación de telescopios solares de gran apertura. Este sistema AO elimina el desenfoque introducido por la turbulenta atmósfera de la Tierra y, por lo tanto, proporciona una visión clara de la estructura más pequeña del Sol.
El nuevo sistema AO76 - Óptica adaptativa, 76 subaperturas - es el sistema más grande diseñado para observaciones solares. Como lo demostró recientemente un equipo del Observatorio Solar Nacional en Sunspot, NM, AO76 produce imágenes más nítidas en condiciones de distorsión atmosférica peores que el sistema AO24 empleado desde 1998.
La "primera luz" con el nuevo sistema AO76 fue en diciembre de 2002, seguida de pruebas que comenzaron en abril de 2003 con una nueva cámara de alta velocidad que mejoró significativamente el sistema.
"Si los primeros resultados a finales de 2002 con el prototipo fueran impresionantes", dijo el Dr. Thomas Rimmele, científico del proyecto AO en la NSO, "diría que el rendimiento que estamos obteniendo ahora es realmente sorprendente. Estoy bastante emocionado con la calidad de imagen que ofrece este nuevo sistema. Creo que es justo decir que las imágenes que estamos obteniendo son las mejores producidas por el Dunn Solar Telescope ". El Dunn es una de las principales instalaciones de observación solar del país.
Programa de doble propósito
El nuevo sistema AO de alto orden tiene dos propósitos. Permitirá que los telescopios solares existentes, como el Dunn de 76 cm (30 pulgadas), produzcan imágenes de mayor resolución y mejoren en gran medida su producción científica en un rango más amplio de condiciones de visión. También demuestra la capacidad de escalar el sistema para permitir una nueva generación de instrumentos de gran apertura, incluido el Telescopio Solar de Tecnología Avanzada de 4 metros propuesto (ver más abajo) que verá a resoluciones más altas que las que pueden alcanzar los telescopios actuales.
Las observaciones de alta resolución del Sol se han vuelto cada vez más importantes para resolver muchos de los problemas pendientes en la física solar. Estudiar la física de los elementos de flujo, o la estructura solar fina en general, requiere espectroscopía y polarimetría de las estructuras finas. Las exposiciones son típicamente de aproximadamente 1 segundo de duración y la resolución que se logra actualmente en datos espectroscópicos / polarimétricos es típicamente de 1 segundo de arco, lo que es insuficiente para el estudio de estructuras solares finas. Además, los modelos teóricos predicen estructuras por debajo de los límites de resolución de 0.2 segundos de arco de los telescopios solares existentes. Se necesitan observaciones por debajo del límite de resolución de 0.2 segundos de arco para estudiar los procesos físicos importantes que ocurren en escalas tan pequeñas. Solo AO puede proporcionar una resolución espacial consistente de 0.1 segundos de arco o mejor desde observatorios terrestres.
La tecnología AO combina computadoras y componentes ópticos flexibles para reducir los efectos del desenfoque atmosférico ("ver") en las imágenes astronómicas. El sistema solar AO76 de Sunspot se basa en la técnica de correlación de Shack-Hartmann. En esencia, esto divide una imagen entrante en un conjunto de subaperturas vistas por una cámara con sensor de frente de onda. Se selecciona una subapertura como imagen de referencia. Los procesadores de señal digital (DSP) calculan cómo ajustar cada subapertura para que coincida con la imagen de referencia. Luego, los DSP ordenan a los 97 actuadores que modifiquen un espejo deformable delgado de 7,7 cm (3 pulgadas) para cancelar gran parte del desenfoque. El DSP también puede conducir un espejo de inclinación / inclinación, montado frente al sistema AO, que elimina el movimiento de imagen grave causado por la atmósfera.
Cerrar el ciclo para imágenes más nítidas
"Un desafío importante para los astrónomos es corregir la luz que ingresa a sus telescopios por el efecto de la atmósfera de la Tierra", explicó Kit Richards, ingeniero de proyecto principal de AO de NSO. "El aire de diferentes temperaturas que se mezcla sobre el telescopio hace que la atmósfera sea como una lente de goma que se reforma a sí misma unas cien veces por segundo". Esto es más severo para los astrónomos solares que observan durante el día con el Sol calentando la superficie de la Tierra, pero aún así hace que las estrellas parpadeen por la noche.
Además, los físicos solares quieren estudiar regiones brillantes extendidas con bajo contraste. Eso hace que sea más difícil para un sistema AO correlacionar las mismas partes de varias subaperturas ligeramente diferentes y mantener la correlación de un cuadro de imagen a otro a medida que la atmósfera cambia de forma.
(La astronomía nocturna ha utilizado una técnica diferente durante varios años. Los láseres generan estrellas guía artificiales en la atmósfera, lo que permite a los astrónomos medir y corregir la distorsión atmosférica. Esto no es práctico con instrumentos que observan el Sol).
En 1998, NSO fue pionera en el uso de un sistema AO24 de bajo orden para observaciones solares. Tiene 24 aperturas y compensa 1,200 veces / segundo (1,200 Hertz [Hz]). Desde agosto de 2000, el equipo se centró en escalar el sistema hasta el AO76 de alto orden con 76 aperturas y corregir el doble de rápido, 2,500 Hz. Los avances comenzaron a finales de 2002.
Primero, el servo loop se cerró con éxito en el nuevo sistema AO de alto orden durante su primera ejecución de ingeniería en Dunn en diciembre. En un servo sistema de "circuito cerrado", la salida se realimenta a la entrada y los errores se conducen a 0. Un sistema de "circuito abierto" detecta los errores y realiza correcciones, pero la salida corregida no se retroalimenta a la entrada. El servo sistema no sabe si está eliminando todos los errores o no. Este tipo de sistema es más rápido pero muy difícil de calibrar y mantener calibrado. En este punto, el sistema utilizaba una cámara DALSA, que funciona a 955 Hz, como sensor de frente de onda provisional. La configuración óptica no fue finalizada y preliminar; El software "básico" operaba el sistema.
Sensor de frente de onda de alta velocidad
Incluso en este estado preliminar, destinado a demostrar que los componentes funcionaban juntos como un sistema, y en condiciones de visión mediocres, el sistema AO de alto orden produjo imágenes impresionantes, limitadas por difracción. Las secuencias de tiempo de imágenes corregidas y sin corregir muestran que el nuevo sistema AO proporciona imágenes de alta resolución bastante consistentes, incluso cuando la visión varía sustancialmente, como es típico en la visión diurna.
Después de este hito, el equipo instaló una nueva cámara con sensor de frente de onda de alta velocidad desarrollada a medida para el proyecto AO por Baja Technology y Richards de NSO. Funciona a 2.500 cuadros / segundo, lo que duplica con creces el ancho de banda servo de bucle cerrado posible con la cámara DALSA. Richards también implementó un software de control mejorado. Además, el sistema se actualizó para impulsar el espejo de corrección de inclinación / inclinación directamente desde el sensor de frente de onda AO o desde un sistema de seguimiento de correlación / punto separado que funciona a 3 kHz.
El nuevo AO76 de alto orden se probó por primera vez en abril de 2003 e inmediatamente comenzó a producir imágenes excelentes en un rango más amplio de condiciones de visualización que normalmente impedirían imágenes de alta resolución. El nuevo AO76 de alto orden se probó por primera vez en abril de 2003 e inmediatamente comenzó a producir imágenes excelentes en un rango más amplio de condiciones de visualización que normalmente impedirían imágenes de alta resolución. Las diferencias notables con el AO activado y desactivado son fácilmente visibles en imágenes de áreas activas, granulación y otras características.
"Eso no quiere decir que ver ya no importe", señaló Rimmele. “Por el contrario, ver efectos como el anisoplanatismo (las diferencias de frente de onda entre el objetivo de correlación y el área que queremos estudiar) aún son factores limitantes. Pero a la mitad de la vista decente podemos encerrarnos en la granulación y grabar imágenes excelentes ".
Para hacer posibles instrumentos grandes como el Telescopio solar de tecnología avanzada, el sistema AO de alto orden tendrá que ampliarse más de diez veces a al menos 1,000 subaperturas. Y NSO está mirando más allá de eso hacia una técnica más compleja, el AO multiconjugado. Este enfoque, que ya se está desarrollando para la astronomía nocturna, construye un modelo tridimensional de la región turbulenta en lugar de tratarlo como una simple lente distorsionada.
Por ahora, sin embargo, el equipo del proyecto se centrará en la finalización de la configuración óptica en el Dunn, la instalación del banco AO en el Observatorio Solar Big Bear seguido de corridas de ingeniería, optimización de ecuaciones de reconstrucción y controles de servo loop, y caracterización del sistema. rendimiento en ambos sitios. Luego, el sistema Dunn AO comenzará a funcionar en el otoño de 2003. El espectroespecímetro de difracción limitada (DLSP), el principal instrumento científico que puede aprovechar la calidad de imagen limitada por difracción entregada por el AO de alto orden, está programado. para su primera puesta en marcha en otoño de 2003. NSO está desarrollando el DLSP en colaboración con el Observatorio de Altitud Alta en Boulder.
Fuente original: Comunicado de prensa de NSO
