Crédit d'image: NSO
Un nouveau système d'optique adaptative aide l'Observatoire solaire national à prendre des images beaucoup plus vives du Soleil. Avec le nouveau système NSO; cependant, les télescopes solaires peuvent maintenant être construits de 4 mètres et plus. Cela devrait permettre aux astronomes solaires de mieux comprendre les processus du magnétisme solaire et d'autres activités.
Des images impressionnantes et nettes du Soleil peuvent être produites avec un système optique adaptatif avancé qui donnera une nouvelle vie aux télescopes existants et ouvrira la voie à une génération de télescopes solaires à grande ouverture. Ce système AO élimine le flou introduit par l'atmosphère turbulente de la Terre et offre ainsi une vision claire de la plus petite structure du Soleil.
Le nouveau système AO76 - Adaptive Optics, 76 sous-ouvertures - est le plus grand système conçu pour les observations solaires. Comme l'a récemment démontré une équipe de l'Observatoire solaire national de Sunspot, NM, l'AO76 produit des images plus nettes dans des conditions de vision de la distorsion atmosphérique plus mauvaises que le système AO24 utilisé depuis 1998.
La «première lumière» avec le nouveau système AO76 a eu lieu en décembre 2002, suivie par des tests débutant en avril 2003 avec une nouvelle caméra haute vitesse qui a considérablement amélioré le système.
"Si les premiers résultats à la fin de 2002 avec le prototype étaient impressionnants", a déclaré le Dr Thomas Rimmele, scientifique du projet AO au NSO, "j'appellerais la performance que nous obtenons maintenant vraiment incroyable. Je suis ravi de la qualité d’image offerte par ce nouveau système. Je pense qu'il est juste de dire que les images que nous obtenons sont les meilleures jamais produites par le télescope solaire Dunn. » Le Dunn est l'une des principales installations d'observation solaire du pays.
Programme à double usage
Le nouveau système AO de haut niveau a deux objectifs. Il permettra aux télescopes solaires existants, comme le Dunn de 76 cm (30 pouces), de produire des images de plus haute résolution et d'améliorer considérablement leur rendement scientifique dans un plus large éventail de conditions de vision. Il démontre également la capacité de faire évoluer le système pour permettre une nouvelle génération d'instruments à grande ouverture, y compris le télescope solaire de technologie avancée de 4 mètres proposé (voir ci-dessous) qui verra à des résolutions plus élevées que les télescopes actuels peuvent atteindre.
Les observations à haute résolution du Soleil sont devenues de plus en plus importantes pour résoudre bon nombre des problèmes en suspens en physique solaire. L'étude de la physique des éléments de flux, ou de la structure fine solaire en général, nécessite la spectroscopie et la polarimétrie des structures fines. Les expositions durent généralement environ 1 seconde et la résolution actuellement atteinte dans les données spectroscopiques / polarimétriques est généralement de 1 seconde d'arc, ce qui est insuffisant pour l'étude des structures solaires fines. De plus, les modèles théoriques prédisent des structures inférieures aux limites de résolution de 0,2 seconde d'arc des télescopes solaires existants. Des observations sont nécessaires en dessous de la limite de résolution de 0,2 seconde d'arc pour étudier les processus physiques importants qui se produisent à de si petites échelles. Seul l'AO peut fournir une résolution spatiale cohérente de 0,1 arc-sec ou mieux à partir d'observatoires basés au sol.
La technologie AO combine des ordinateurs et des composants optiques flexibles pour réduire les effets du flou atmosphérique («voir») sur les images astronomiques. Le système solaire AO76 de Sunspot est basé sur la technique de corrélation de Shack-Hartmann. Essentiellement, cela divise une image entrante en un ensemble de sous-ouvertures vues par une caméra à capteur de front d'onde. Une sous-ouverture est sélectionnée comme image de référence. Les processeurs de signaux numériques (DSP) calculent comment ajuster chaque sous-ouverture pour correspondre à l'image de référence. Les DSP commandent ensuite à 97 actionneurs de remodeler un miroir déformable fin de 7,7 cm (3 pouces) pour annuler une grande partie du flou. Le DSP peut également piloter un miroir inclinable / inclinable, monté devant le système AO, qui supprime le mouvement d'image brutal provoqué par l'atmosphère.
Fermer la boucle pour des images plus nettes
"Un défi majeur pour les astronomes est de corriger la lumière entrant dans leurs télescopes pour l'effet de l'atmosphère terrestre", a expliqué Kit Richards, ingénieur principal du projet AO de NSO. «L'air de températures différentes se mélangeant au-dessus du télescope fait de l'atmosphère une lentille en caoutchouc qui se remodèle une centaine de fois par seconde.» Ceci est plus grave pour les astronomes solaires observant pendant la journée avec le soleil chauffant la surface de la Terre, mais fait toujours scintiller les étoiles la nuit.
De plus, les physiciens solaires veulent étudier des régions lumineuses étendues avec un faible contraste. Cela rend plus difficile pour un système AO de corréler les mêmes parties de plusieurs sous-ouvertures légèrement différentes et de maintenir la corrélation d'une image à l'autre au fur et à mesure que l'atmosphère change de forme.
(L'astronomie nocturne utilise une technique différente depuis plusieurs années. Les lasers génèrent des étoiles guides artificielles dans l'atmosphère, permettant aux astronomes de mesurer et de corriger la distorsion atmosphérique. Ce n'est pas pratique avec des instruments qui observent le Soleil.)
En 1998, NSO a lancé l'utilisation d'un système AO24 d'ordre inférieur pour les observations solaires. Il possède 24 ouvertures et compense 1 200 fois / seconde (1 200 Hertz [Hz]). Depuis août 2000, l'équipe s'est concentrée sur la mise à l'échelle du système jusqu'à l'AO76 de haut niveau avec 76 ouvertures et la correction deux fois plus rapide, 2500 Hz. Les percées ont commencé fin 2002.
Premièrement, la boucle d'asservissement a été fermée avec succès sur le nouveau système AO de haut niveau lors de sa première exécution technique à Dunn en décembre. Dans un système d'asservissement en «boucle fermée», la sortie est renvoyée à l'entrée et les erreurs sont entraînées à 0. Un système en «boucle ouverte» détecte les erreurs et effectue des corrections mais la sortie corrigée n'est pas renvoyée à l'entrée. Le système d'asservissement ne sait pas s'il supprime toutes les erreurs ou non. Ce type de système est plus rapide mais très difficile à calibrer et à maintenir calibré. À ce stade, le système a utilisé une caméra DALSA, qui fonctionne à 955 Hz, comme capteur de front d'onde provisoire. La configuration optique n'a pas été finalisée et préliminaire; Un logiciel «à nu» faisait fonctionner le système.
Capteur de front d'onde à grande vitesse
Même dans cet état préliminaire - destiné à démontrer que les composants fonctionnaient ensemble en tant que système - et dans des conditions de vision médiocres, le système AO d'ordre élevé produisait des images impressionnantes et limitées par la diffraction. Les séquences temporelles d'images corrigées et non corrigées montrent que le nouveau système AO fournit une imagerie à haute résolution assez cohérente même si la vision varie considérablement, comme c'est généralement le cas pour la vision de jour.
Après cette étape importante, l'équipe a installé une nouvelle caméra à capteur de front d'onde à haute vitesse développée spécialement pour le projet AO par Baja Technology et Richards de NSO. Il fonctionne à 2500 images / seconde, ce qui fait plus que doubler la bande passante servo en boucle fermée possible avec la caméra DALSA. Richards a également mis en œuvre un logiciel de contrôle amélioré. En outre, le système a été mis à niveau pour piloter le miroir de correction d'inclinaison / inclinaison soit directement à partir du capteur de front d'onde AO, soit à partir d'un système distinct de corrélation / suivi spot qui fonctionne à 3 kHz.
Le nouvel AO76 de haut niveau a été testé pour la première fois en avril 2003 et a immédiatement commencé à produire d'excellentes images dans une gamme plus large de conditions de vision qui, normalement, empêcheraient les images à haute résolution. Le nouvel AO76 de haut niveau a été testé pour la première fois en avril 2003 et a immédiatement commencé à produire d'excellentes images dans une gamme plus large de conditions de vision qui, normalement, empêcheraient les images à haute résolution. Des différences frappantes avec l'AO activé ou désactivé sont facilement visibles sur les images des zones actives, de la granulation et d'autres caractéristiques.
"Cela ne veut pas dire que voir n'a plus d'importance", a noté Rimmele. «Au contraire, voir des effets tels que l'anisoplanatisme - les différences de front d'onde entre la cible de corrélation et la zone que nous voulons étudier - sont toujours des facteurs limitatifs. Mais à moitié décent, nous pouvons verrouiller la granulation et enregistrer d'excellentes images. »
Pour rendre possible de grands instruments comme le télescope solaire à technologie avancée, le système AO de haut niveau devra être multiplié par dix pour atteindre au moins 1 000 sous-ouvertures. Et NSO envisage au-delà de cela une technique plus complexe, l'AO multiconjugué. Cette approche, déjà développée pour l'astronomie nocturne, construit un modèle tridimensionnel de la région turbulente plutôt que de la traiter comme une simple lentille déformée.
Pour l'instant, cependant, l'équipe du projet se concentrera sur l'achèvement de la configuration optique au Dunn, l'installation du banc AO au Big Bear Solar Observatory suivi de cycles d'ingénierie, l'optimisation des équations de reconstruction et des commandes de boucle d'asservissement, et la caractérisation du système performances sur les deux sites. Ensuite, le système Dunn AO deviendra opérationnel à l'automne 2003. Le Spectro-Polarimeter Diffraction Limited (DLSP), le principal instrument scientifique qui peut tirer parti de la qualité d'image limitée par la diffraction fournie par l'AO d'ordre élevé, est prévu pour sa première mise en service à l'automne 2003. NSO développe le DLSP en collaboration avec l'Observatoire de haute altitude de Boulder.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ONS
