Crédito da imagem: NSO
Um novo sistema de óptica adaptativa está ajudando o Observatório Nacional Solar a capturar imagens muito mais vívidas do Sol. Com o novo sistema NSO; no entanto, telescópios solares agora podem ser construídos com 4 metros ou mais. Isso deve permitir que os astrônomos solares entendam melhor os processos de magnetismo solar e outras atividades.
Imagens impressionantes e nítidas do Sol podem ser produzidas com um sistema óptico adaptativo avançado que dará nova vida aos telescópios existentes e abrirá o caminho para uma geração de telescópios solares de grande abertura. Este sistema AO remove a desfocagem introduzida pela atmosfera turbulenta da Terra e, portanto, fornece uma visão clara da menor estrutura do Sol.
O novo sistema AO76 - Ótica Adaptativa, 76 subaperturas - é o maior sistema projetado para observações solares. Conforme demonstrado recentemente por uma equipe do Observatório Nacional Solar em Sunspot, NM, o AO76 produz imagens mais nítidas sob piores condições de distorção atmosférica do que o sistema AO24 empregado desde 1998.
A “primeira luz” com o novo sistema AO76 foi em dezembro de 2002, seguida de testes iniciados em abril de 2003 com uma nova câmera de alta velocidade que aprimorou significativamente o sistema.
"Se os primeiros resultados no final de 2002 com o protótipo fossem impressionantes", disse o Dr. Thomas Rimmele, cientista do projeto AO da NSO, "eu chamaria o desempenho que estamos obtendo agora de verdadeiramente surpreendente. Estou muito emocionado com a qualidade da imagem fornecida por este novo sistema. Acredito que seja justo dizer que as imagens que estamos obtendo são as melhores já produzidas pelo Telescópio Solar Dunn. ” O Dunn é uma das principais instalações de observação solar do país.
Programa de dupla finalidade
O novo sistema AO de alta ordem atende a dois propósitos. Ele permitirá que os telescópios solares existentes, como o Dunn de 76 cm (30 polegadas), produzam imagens com resolução mais alta e melhorem bastante sua produção científica sob uma faixa mais ampla de condições de visualização. Também demonstra a capacidade de escalar o sistema para permitir uma nova geração de instrumentos de grande abertura, incluindo o telescópio solar de tecnologia avançada de 4 metros (veja abaixo) que terá resoluções maiores do que os atuais telescópios.
As observações de alta resolução do Sol tornaram-se cada vez mais importantes para resolver muitos dos problemas pendentes da física solar. O estudo da física dos elementos de fluxo, ou estrutura solar fina em geral, requer espectroscopia e polarimetria das estruturas finas. As exposições têm tipicamente cerca de 1 segundo de comprimento e a resolução atualmente alcançada em dados espectroscópicos / polarimétricos normalmente é de 1 arco-segundo, o que é insuficiente para o estudo de estruturas solares finas. Além disso, modelos teóricos prevêem estruturas abaixo dos limites de resolução de 0,2 arco-s de telescópios solares existentes. São necessárias observações abaixo do limite de resolução de 0,2 arc-s para estudar os importantes processos físicos que ocorrem em escalas tão pequenas. Somente a AO pode fornecer uma resolução espacial consistente de 0,1 arco-s ou melhor a partir de observatórios terrestres.
A tecnologia AO combina computadores e componentes ópticos flexíveis para reduzir os efeitos do desfoque atmosférico ("visão") nas imagens astronômicas. O sistema solar AO76 da Sunspot é baseado na técnica de correlação Shack-Hartmann. Em essência, isso divide uma imagem recebida em uma variedade de subaperturas visualizadas por uma câmera com sensor de frente de onda. Uma subapertura é selecionada como uma imagem de referência. Os processadores de sinal digital (DSPs) calculam como ajustar cada subapertura para corresponder à imagem de referência. Os DSPs, então, comandam 97 atuadores para remodelar um espelho deformável fino de 7,7 cm (3 polegadas) para cancelar grande parte do desfoque. O DSP também pode acionar um espelho de inclinação / ponta, montado na frente do sistema AO, que remove o movimento grosseiro da imagem causado pela atmosfera.
Fechando o loop para imagens mais nítidas
"Um grande desafio para os astrônomos é corrigir a luz que entra em seus telescópios para o efeito da atmosfera da Terra", explicou Kit Richards, engenheiro líder do projeto AO da NSO. "O ar de diferentes temperaturas que se misturam acima do telescópio cria a atmosfera como uma lente de borracha que se remodela cerca de cem vezes a cada segundo." Isso é mais severo para os astrônomos solares observando durante o dia com o Sol aquecendo a superfície da Terra, mas ainda faz com que as estrelas brilhem à noite.
Além disso, os físicos solares querem estudar regiões brilhantes estendidas com baixo contraste. Isso torna mais desafiador para um sistema AO correlacionar as mesmas partes de várias subaperturas ligeiramente diferentes e manter a correlação de um quadro de imagem para o próximo, à medida que a atmosfera muda de forma.
(A astronomia noturna usa uma técnica diferente há vários anos. Os lasers geram estrelas-guia artificiais na atmosfera, permitindo que os astrônomos medam e corrijam a distorção atmosférica. Isso não é prático com instrumentos que observam o Sol.)
Em 1998, a NSO foi pioneira no uso de um sistema AO24 de baixa ordem para observações solares. Possui 24 aberturas e compensa 1.200 vezes / segundo (1.200 Hertz [Hz]). Desde agosto de 2000, a equipe se concentrou em escalar o sistema até o AO76 de alta ordem, com 76 aberturas e corrigir duas vezes mais rápido, 2.500 Hz. As inovações começaram no final de 2002.
Primeiro, o loop servo foi fechado com sucesso no novo sistema AO de alta ordem durante sua primeira execução de engenharia no Dunn em dezembro. Em um sistema servo de “circuito fechado”, a saída é retornada à entrada e os erros são levados a 0. Um sistema de “circuito aberto” detecta os erros e faz as correções, mas a saída corrigida não é realimentada para a entrada. O sistema servo não sabe se está removendo todos os erros ou não. Esse tipo de sistema é mais rápido, mas muito difícil de calibrar e manter calibrado. Nesse ponto, o sistema usava uma câmera DALSA, que opera a 955 Hz, como sensor interino de frente de onda. A configuração óptica não foi finalizada e preliminar; O software “bare-bone” operava o sistema.
Sensor de frente de onda de alta velocidade
Mesmo neste estado preliminar - destinado a demonstrar que os componentes funcionavam juntos como um sistema - e sob condições de visão medíocres, o sistema AO de alta ordem produzia imagens impressionantes e limitadas por difração. As sequências temporais de imagens corrigidas e não corrigidas mostram que o novo sistema AO fornece imagens de alta resolução razoavelmente consistentes, mesmo quando a visão varia substancialmente, como é típico na visão diurna.
Após esse marco, a equipe instalou uma nova câmera de sensor de frente de onda de alta velocidade personalizada desenvolvida para o projeto AO pela Baja Technology e Richards da NSO. Opera a 2.500 quadros / segundo, o que mais do que duplica a largura de banda servo de malha fechada possível com a câmera DALSA. Richards também implementou um software de controle aprimorado. Além disso, o sistema foi atualizado para acionar o espelho de correção de inclinação / inclinação diretamente do sensor de frente de onda AO ou de um sistema separado de correlação / rastreador de ponto que opera a 3 kHz.
O novo AO76 de alta ordem foi testado pela primeira vez em abril de 2003 e imediatamente começou a produzir excelentes imagens sob uma ampla gama de condições de visualização que normalmente impediriam imagens de alta resolução. O novo AO76 de alta ordem foi testado pela primeira vez em abril de 2003 e imediatamente começou a produzir excelentes imagens sob uma ampla gama de condições de visualização que normalmente impediriam imagens de alta resolução. Diferenças marcantes com o AO ativado ou desativado são facilmente visíveis em imagens de áreas ativas, granulação e outros recursos.
"Isso não quer dizer que ver não importa mais", observou Rimmele. “Pelo contrário, ver efeitos como o anisoplanatismo - diferenças de frente de onda entre o alvo de correlação e a área que queremos estudar - ainda são fatores limitantes. Mas, no meio da visão decente, podemos bloquear a granulação e gravar excelentes imagens. ”
Para possibilitar grandes instrumentos como o Telescópio Solar de Tecnologia Avançada, o sistema AO de alta ordem terá que ser aumentado em mais de dez vezes, para pelo menos 1.000 subaperturas. E a NSO está olhando além disso para uma técnica mais complexa, AO multiconjugado. Essa abordagem, já desenvolvida para a astronomia noturna, constrói um modelo tridimensional da região turbulenta, em vez de tratá-la como uma simples lente distorcida.
Por enquanto, no entanto, a equipe do projeto se concentrará na conclusão da configuração óptica no Dunn, na instalação do banco AO no Observatório Solar Big Bear, seguido de execuções de engenharia, na otimização das equações de reconstrução e nos controles do servo loop e na caracterização do sistema. desempenho nos dois sites. Então, o sistema Dunn AO entrará em operação no outono de 2003. O Espectro-Polarímetro Difraction Limited (DLSP), o principal instrumento científico que pode tirar proveito da qualidade de imagem limitada por difração fornecida pelo AO de alta ordem, está programado para sua primeira execução no outono de 2003. A NSO está desenvolvendo o DLSP em colaboração com o Observatório de Alta Altitude em Boulder.
Fonte original: NSO News Release
