Tecnologia - Astronômica
Artigo Publicado »English language Adaptive Optics sharpens telescopes' sight - 23 May 1990 ESO
Produzindo imagens mais nítidas do que quatro vezes possível antes, a 3,6 m telescópio é agora capaz de registrar imagens até dezesseis vezes mais fraca do que antes. Com a nova técnica de seu potencial de observação na região espectral do infravermelho é insuperável por qualquer outro telescópio terrestres ou espaço.
As observações foram feitas por uma equipe astrônomo / engenheiro com um novo dispositivo, o Optics protótipo do sistema VLT Adaptive, desenvolvido em colaboração entre o ESO, o Escritório Nacional d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA), LASERDOT (anteriormente Laboratoires de Marcoussis) e do Observatório de Paris-Meudon em França. O princípio da óptica adaptativa baseia-se, um espelho deformável pequena controlado por computador, que neutraliza o efeito de manchar a turbulência atmosférica. Mais detalhes podem ser encontrados no Apêndice no final deste Press Release.
Eliminando a turbulência atmospherical
Durante um período de boas condições de observação, as imagens foram obtidas em diferentes bandas de onda na região do infravermelho do espectro, que vão desde a banda-J (no comprimento de onda de 1,2 um) para o M-banda (4,8 uM). O atmosfericamente induzida "ver", ou seja, o diâmetro das imagens estelares registradas pelo telescópio, foi de cerca de 0,8 segundos de arco; o accionamento do sistema óptico adaptáveis reduzida este por um factor de quatro na banda L (3,5 uM), para o menor valor possível teoricamente, 0,22 segundos de arco. A imagem que acompanha este Press Release ilustra a melhoria dramática na nitidez da imagem. Com os óptica adaptativa, o telescópio facilmente separa os componentes de uma estrela dupla que estão a uma distância de apenas 0,38 segundos de arco.
Esta realização implica que o efeito de manchas imagem da turbulência na atmosfera acima do telescópio foi quase completamente eliminado. Ele já não tem qualquer influência sobre a nitidez da imagem e para observações neste comprimento de onda, portanto, o telescópio de 3,6 m funcionava como se estivesse situado no espaço.
O presente protótipo de sistema de óptica adaptativa é otimizado para esta região de comprimento de onda, mas uma melhoria substancial também foi visto em comprimentos de onda mais curtos. Por exemplo, o diâmetro da imagem na banda K (2,2 | iM) foi medido como 0,18 segundos de arco. Este é o menor tamanho de imagem já obtida de forma contínua e em tempo real em uma grande telescópio terrestre e é apenas ligeiramente acima do limite teórico nesta faixa de onda, 0,13 segundos de arco.
Desenvolvimentos futuros
Após a demonstração bem sucedida do princípio de óptica adaptativa no 3.6-m telescópio, a equipe de astrônomos e engenheiros do ESO e na França agora visa a rápida implementação de refinamentos tecnológicos em uma segunda geração instrumento de óptica adaptativa.
Ao aumentar o número de suportes controlados por computador ("accionadores") para o espelho deformável 19-52 e melhorando a velocidade de cálculo das correcções de espelho por um factor de 2,5 ou mais, espera-se que se torne possível conseguir o limite teórico nitidez em comprimentos de onda mais curtos, por exemplo, na banda H (1,65 uM). Isso também iria melhorar ainda mais o desempenho em comprimentos de onda mais curtos; a presente configuração já reduz os diâmetros de imagem no J-banda (1,2 mm) por um factor de cerca de três, de 0,31 segundos de arco, enquanto que o limite teórico para esta banda de frequências é de 0,07 segundos de arco. Espera-se que os novos desenvolvimentos irão requerer cerca de 18 meses.
Não só óptica adaptativa aumentar a nitidez da imagem, ela também concentra a luz melhor (ver o quadro). Isto é de grande importância, a fim de aumentar a eficiência dos detectores modernos no telescópio.
Há pouca dúvida de que a óptica adaptativa irá desempenhar um papel cada vez mais importante na astronomia terrestre. A eliminação dos efeitos adversos da turbulência atmosférica permite um telescópio terrestre se aproximar - na faixa de comprimento de onda limitado quando a atmosfera da Terra é transparente, ou seja, principalmente nos comprimentos de onda do infravermelho próximo - os limites de um, mas a um baseado no espaço custo muito menor. Esta técnica é, portanto, inteiramente complementar ao conceito do telescópio espacial Hubble.
Óptica adaptativa irá proporcionar uma vantagem decisiva para o modo interferométrico de 16 m Very Large Telescope do ESO (VLT), uma característica única deste projeto que combina vários telescópios.
Mas existem limitações? Sim, o princípio de óptica adaptativa só funciona em um campo do céu pequeno em torno de uma estrela de referência relativamente brilhante. A luz desta estrela dá a informação que é necessário para controlar o espelho deformável.
Apêndice: o que é a óptica adaptativa?
Desde a invenção do telescópio no início do século 17, os astrônomos tiveram de aceitar que a nitidez das imagens astronômicas obtidas com instrumentos baseados em terra é severamente limitada por um fator que está além de seu controle, que é a turbulência na atmosfera da Terra .
Esta turbulência é percebida pelo olho como abrir e fechar de estrelas. Bem acima do observador, principalmente em altitudes entre 5 e 10 km, existem muitas pequenas, as células de ar, cada um dos quais produz um "sub-imagem" da mesma estrela em movimento; o resultado é um enxame de mover sub-imagens.
Para um observador a olho nu, o número de sub-imagens, que se insere na periferia de sua pupila do olho muda o tempo todo. A intensidade percebida da estrela varia; a estrela brilha.
Em um telescópio, do tamanho (isto é, a nitidez) de uma imagem estelar, é igual à área em que este enxame de sub-imagens movimentos. Quanto maior a turbulência do ar, maior é nesta área ea menos nítida são as imagens resultantes. Devido a este efeito, um aumento do tamanho de um telescópio não melhorar a sua capacidade de resolver os detalhes dos objectos, uma vez que o astronómicas abertura do telescópio seja superior a 10 ou 20 cm; a melhor nitidez de imagem possível, até mesmo pela alta qualidade, grandes telescópios astronômicos, é efetivamente determinada pelo estado da atmosfera, e é referido como "seeing astronômico" durante a exposição. Por esta razão, telescópios são colocados em locais onde a turbulência atmosférica é tão pequena quanto possível, por exemplo La Sila.
A técnica de "ótica adaptável" supera esse limite natural. Expresso em termos simples, ele permite que o telescópio para "pegar" todas as subimages por meio de um espelho pequeno, deformável que "concentra" essas imagens em um, imagem nítida. Ele também pode ser descrita em termos de corrigir as distorções introduzidas atmosfericamente a frente de onda de luz da estrela.
Baseia-se em um circuito de alimentação de retorno, e o sistema óptico contém um espelho deformável que pode alterar o seu perfil de superfície de uma maneira que compense exactamente as distorções da frente de onda de luz depois de ter passado através da atmosfera. As informações sobre a forma como a deformar o espelho vem de um sensor de frente de onda, que permite medir a forma da frente de onda distorcida luz. Ele requer um computador muito potente e rápida para calcular como os actuadores localizados atrás do espelho deformável tem que empurrar e puxar a superfície do espelho.
O protótipo do sistema atual tem um espelho com 19 atuadores. O espelho é deformada, por conseguinte, a frente de onda é corrigida, a 100 vezes por segundo.
Note-se que a técnica de óptica adaptativa, como descrito aqui, é complementar a óptica ativa, um sistema que permite manter grandes espelhos astronômicos na forma ideal quando a gravidade, vento e calor distorcê-las, e que vem sendo implementado com tanto sucesso no ESO Nova Technology Telescope.