Kredit gambar: NSO
Sistem optik adaptif baru membantu National Solar Observatory mengambil gambar yang jauh lebih jelas dari Matahari. Dengan sistem NSO baru; Namun, teleskop surya sekarang dapat dibangun 4 meter dan lebih besar. Ini harus memungkinkan para astronom matahari untuk lebih memahami proses magnetisme matahari dan kegiatan lainnya.
Gambar yang mengesankan dan tajam dari Matahari dapat diproduksi dengan sistem optik adaptif canggih yang akan memberikan kehidupan baru bagi teleskop yang ada dan membuka jalan bagi generasi teleskop surya bukaan besar. Sistem AO ini menghilangkan kekaburan yang diperkenalkan oleh atmosfer bergejolak Bumi dan dengan demikian memberikan visi yang jelas tentang struktur terkecil di Matahari.
Sistem AO76 baru - Adaptive Optics, 76 subapertures - adalah sistem terbesar yang dirancang untuk pengamatan matahari. Seperti yang ditunjukkan baru-baru ini oleh sebuah tim di National Solar Observatory di Sunspot, NM, AO76 menghasilkan gambar yang lebih tajam di bawah kondisi penglihatan yang lebih buruk untuk distorsi atmosfer daripada sistem AO24 yang digunakan sejak 1998.
"Cahaya pertama" dengan sistem AO76 baru pada Desember 2002, diikuti dengan tes yang dimulai pada April 2003 dengan kamera baru berkecepatan tinggi yang secara signifikan meningkatkan sistem.
"Jika hasil pertama pada akhir tahun 2002 dengan prototipe itu mengesankan," kata Dr Thomas Rimmele, ilmuwan proyek AO di NSO, "Saya akan menyebut kinerja yang kita dapatkan sekarang benar-benar menakjubkan. Saya cukup senang dengan kualitas gambar yang dihasilkan oleh sistem baru ini. Saya percaya adil untuk mengatakan bahwa gambar yang kita dapatkan adalah yang terbaik yang pernah diproduksi oleh Dunn Solar Telescope. " Dunn adalah salah satu fasilitas pengamatan matahari utama bangsa.
Program tujuan ganda
Sistem AO orde tinggi baru melayani dua tujuan. Ini akan memungkinkan teleskop surya yang ada, seperti 76-cm (30-inci) Dunn, untuk menghasilkan gambar dengan resolusi lebih tinggi dan sangat meningkatkan keluaran ilmiah mereka di bawah berbagai kondisi penglihatan. Ini juga menunjukkan kemampuan untuk meningkatkan sistem untuk memungkinkan generasi baru instrumen bukaan besar, termasuk 4-meter Advanced Technology Solar Telescope yang diusulkan (lihat di bawah) yang akan melihat pada resolusi yang lebih tinggi daripada yang bisa dicapai oleh teleskop saat ini.
Pengamatan resolusi tinggi dari Matahari telah menjadi semakin penting untuk memecahkan banyak masalah luar biasa dalam fisika surya. Mempelajari fisika elemen fluks, atau struktur halus matahari secara umum, membutuhkan spektroskopi dan polarimetri struktur halus. Eksposur biasanya sekitar 1 detik dan resolusi saat ini dicapai dalam data spektroskopi / polarimetri biasanya 1 arc-detik, yang tidak cukup untuk studi struktur surya halus. Selanjutnya, model teoritis memprediksi struktur di bawah batas resolusi 0,2 busur-detik dari teleskop surya yang ada. Pengamatan diperlukan di bawah batas resolusi 0,2 arc-sec untuk mempelajari proses fisik penting yang terjadi pada skala kecil tersebut. Hanya AO yang dapat memberikan resolusi spasial yang konsisten 0,1 detik busur atau lebih baik dari observatorium berbasis darat.
Teknologi AO menggabungkan komputer dan komponen optik fleksibel untuk mengurangi efek kabur atmosfer ("melihat") pada gambar astronomi. Sistem AO76 surya Sunspot didasarkan pada teknik korelasional Shack-Hartmann. Intinya, ini membagi gambar yang masuk ke dalam array sub-struktur yang dilihat oleh kamera sensor muka gelombang. Satu subaperture dipilih sebagai gambar referensi. Pemroses sinyal digital (DSP) menghitung cara menyesuaikan setiap subaperture agar sesuai dengan gambar referensi. DSP kemudian memerintahkan 97 aktuator untuk membentuk kembali cermin deformable tipis, 7,7 cm (3 inci) untuk membatalkan sebagian besar pengaburan. DSP juga dapat menggerakkan tilt / tip mirror, yang dipasang di depan sistem AO, yang menghilangkan gerakan gambar kotor yang disebabkan oleh atmosfer.
Menutup lingkaran untuk gambar yang lebih tajam
"Tantangan utama bagi para astronom adalah mengoreksi cahaya yang memasuki teleskop mereka untuk efek atmosfer Bumi," jelas Kit Richards, insinyur proyek utama AO NSO. "Udara dengan temperatur berbeda bercampur di atas teleskop membuat atmosfer seperti lensa karet yang membentuk kembali dirinya sendiri sekitar seratus kali setiap detik." Ini lebih parah untuk diamati para astronom matahari pada siang hari dengan Matahari yang memanaskan permukaan Bumi, tetapi masih menyebabkan bintang-bintang bersinar di malam hari.
Lebih lanjut, fisikawan matahari ingin mempelajari daerah terang yang diperluas dengan kontras rendah. Itu membuatnya lebih menantang bagi sistem AO untuk mengkorelasikan bagian yang sama dari beberapa sub-struktur yang sedikit berbeda, dan untuk mempertahankan korelasi dari satu bingkai gambar ke yang berikutnya ketika atmosfer berubah bentuk.
(Astronomi malam hari telah menggunakan teknik yang berbeda selama beberapa tahun. Laser menghasilkan bintang panduan buatan di atmosfer, membiarkan para astronom mengukur dan mengoreksi distorsi atmosfer. Ini tidak praktis dengan instrumen yang mengamati Matahari.)
Pada tahun 1998 NSO memelopori penggunaan sistem AO24 tingkat rendah untuk pengamatan matahari. Ini memiliki 24 lubang dan mengkompensasi 1.200 kali / detik (1.200 Hertz [Hz]). Sejak Agustus 2000, tim fokus pada peningkatan sistem hingga AO76 tingkat tinggi dengan 76 lubang dan mengoreksi dua kali lebih cepat, 2.500 Hz. Terobosan dimulai pada akhir tahun 2002.
Pertama, loop servo berhasil ditutup pada sistem AO orde tinggi baru selama menjalankan teknik pertamanya di Dunn pada bulan Desember. Dalam sistem servo "loop tertutup" output diumpankan kembali ke input dan kesalahan didorong ke 0. Sistem "loop terbuka" mendeteksi kesalahan dan membuat koreksi tetapi output yang dikoreksi tidak mengumpan balik ke input. Sistem servo tidak tahu apakah itu menghapus semua kesalahan atau tidak. Jenis sistem ini lebih cepat tetapi sangat sulit untuk dikalibrasi dan tetap dikalibrasi. Pada titik ini sistem menggunakan kamera DALSA, yang beroperasi pada 955 Hz, sebagai sensor muka gelombang sementara. Pengaturan optik tidak selesai dan pendahuluan; Perangkat lunak "tulang kosong" mengoperasikan sistem.
Sensor muka gelombang berkecepatan tinggi
Bahkan dalam keadaan awal ini - dimaksudkan untuk menunjukkan bahwa komponen bekerja bersama sebagai sistem - dan dalam kondisi penglihatan biasa-biasa saja, sistem AO tingkat tinggi menghasilkan gambar yang mengesankan, terbatas difraksi. Urutan waktu dari gambar yang dikoreksi dan tidak dikoreksi menunjukkan bahwa sistem AO yang baru memberikan pencitraan resolusi tinggi yang cukup konsisten bahkan ketika penglihatan bervariasi secara substansial, seperti tipikal untuk penglihatan di siang hari.
Setelah tonggak ini, tim memasang kamera sensor gelombang muka berkecepatan tinggi yang dikembangkan untuk proyek AO oleh Baja Technology dan NSO's Richards. Ini beroperasi pada 2.500 frame / detik, yang lebih dari dua kali lipat bandwidth servo loop tertutup mungkin dengan kamera DALSA. Richards juga menerapkan perangkat lunak kontrol yang ditingkatkan. Selain itu, sistem ditingkatkan untuk mendorong cermin koreksi tip / miring baik secara langsung dari sensor wavefront AO atau dari sistem pelacak korelasi / spot terpisah yang beroperasi pada 3 kHz.
AO76 orde tinggi baru pertama kali diuji pada bulan April 2003 dan segera mulai menghasilkan gambar yang sangat baik di bawah berbagai kondisi penglihatan yang biasanya akan menghalangi gambar resolusi tinggi. AO76 orde tinggi baru pertama kali diuji pada bulan April 2003 dan segera mulai menghasilkan gambar yang sangat baik di bawah berbagai kondisi penglihatan yang biasanya akan menghalangi gambar resolusi tinggi. Perbedaan mencolok dengan AO on versus off mudah terlihat dalam gambar area aktif, granulasi, dan fitur lainnya.
"Itu bukan untuk mengatakan bahwa melihat tidak penting lagi," Rimmele mencatat. “Sebaliknya, melihat efek seperti anisoplanatisme - perbedaan muka gelombang antara target korelasi dan area yang ingin kita pelajari - masih merupakan faktor pembatas. Tapi dengan melihat setengah jalan kita bisa mengunci granulasi dan merekam gambar yang sangat bagus. ”
Untuk membuat instrumen besar seperti Teleskop Solar Teknologi Canggih dimungkinkan, sistem AO tingkat tinggi harus ditingkatkan lebih dari sepuluh kali lipat menjadi setidaknya 1.000 subkontur. Dan NSO melihat lebih jauh dari itu ke teknik yang lebih kompleks, multikonjugasi AO. Pendekatan ini, yang sudah dikembangkan untuk astronomi malam hari, membangun model tiga dimensi dari wilayah turbulen daripada memperlakukannya sebagai lensa sederhana yang terdistorsi.
Untuk saat ini, meskipun, tim proyek akan fokus pada penyelesaian pengaturan optik di Dunn, pemasangan bangku AO di Big Bear Solar Observatory diikuti oleh rekayasa berjalan, optimalisasi persamaan rekonstruksi dan kontrol loop servo, dan karakterisasi sistem kinerja di kedua situs. Kemudian, sistem Dunn AO akan mulai beroperasi pada musim gugur tahun 2003. Difraksi Terbatas Spectro-Polarimeter (DLSP), instrumen sains utama yang dapat mengambil keuntungan dari kualitas gambar terbatas difraksi yang disampaikan oleh AO tingkat tinggi, dijadwalkan untuk menjalankan commissioning pertamanya pada musim gugur 2003. NSO sedang mengembangkan DLSP bekerja sama dengan High Altitude Observatory di Boulder.
Sumber Asli: Rilis Berita NSO
