Billedkredit :: Keck
Keck II-observatoriet på 10 meter tog et vigtigt skridt fremad for nylig, da det begyndte observationer med sit nye adaptive optiksystem. Systemet bruger en laser til at skabe en falsk stjerne omkring 90 kilometer op i himlen - en computer kan derefter bruge denne til at beregne, hvordan man fjerner effekten af atmosfæriske forstyrrelser. Adaptiv optik er blevet brugt på mindre teleskoper, men dette er første gang, det bliver brugt på et så stort teleskop som den mægtige Keck II; det tog ni år at tilpasse observatoriet.
En vigtig milepæl i astronomisk historie fandt sted for nylig på W.M. Keck-observatoriet, da forskere for første gang brugte en laser til at skabe en kunstig ledestjerne på Keck II-10-meter-teleskopet for at korrigere en slør fra en stjerne med adaptiv optik (AO). Laserguidestjerner er blevet brugt på mindre teleskoper, men dette er deres første succesrige anvendelse på den nuværende generation af verdens største teleskoper. Det resulterende billede (figur 1), der er taget af NIRC2-infrarøde kamera, var den første demonstration af et laserguidestjernens adaptive optik (LGS AO) -system på et stort teleskop. Når det er komplet, markerer LGS AO-systemet en ny æra med astronomi, hvor astronomer vil være i stand til at se praktisk talt ethvert objekt på himlen med klarheden i adaptiv optik.
”Dette er et af de mest glædelige øjeblikke i alle mine år på Keck,” bemærkede Dr. Frederic Chaffee, direktør for W.M. Keck-observatoriet om aftenen, observationer blev foretaget. ”Som ethvert positivt resultat af første lys er der meget, der skal gøres, før systemet kan betragtes som operationelt. Men også som ethvert positivt resultat af første lys viser det, at det kan gøres, og giver os stor optimisme, at vores mål ikke er umulige drømme, men i stedet er opnåelige realiteter. ”
Adaptiv optik er en teknik, der har revolutioneret jordbaseret astronomi gennem dens evne til at fjerne sløret af stjernelys forårsaget af jordens atmosfære. Dens krav om en relativt lys "guide-stjerne" i det samme synsfelt som det videnskabelige genstand for undersøgelse har generelt begrænset brugen af AO til ca. en procent af objekterne på himlen.
For at overvinde denne begrænsning i W.M. Keck Observatory begyndte at arbejde sammen med Lawrence Livermore National Labs (LLNL) for at udvikle et kunstigt ledestjernesystem. Ved at bruge en laser til at oprette en? Virtuel stjerne ,? astronomer kan studere ethvert objekt i nærheden af meget svagere (op til 19. størrelsesorden) objekter med adaptiv optik og reducere dets afhængighed af lyse, naturligt forekommende ledestjerner. Hvis du gør det, øges himmelens dækning for det Keck adaptive optiksystem fra anslået en procent af alle objekter på himlen til mere end 80 procent.
”Denne nye mulighed for at bruge en laserguidestjerne med et stort teleskop har opfordret astronomer til at begynde at udforske nattehimlen på en meget mere omfattende måde,” sagde Adam Contos, optikingeniør ved W.M. Keck Observatorium. ”I fremtiden forventer jeg, at de fleste større observatorier installerer lignende systemer for at drage fordel af denne utrolige forbedring af deres AO-kapaciteter.”
I januar 2001, efter mere end syv år i udvikling, fejrede Keck- og LLNL-holdene færdiggørelsen af Keck-laserguidestjernesystemet. Den kunstige stjerne resulterer, når lys fra en 15-watt farvestof laser får et naturligt forekommende lag af natriumatomer til at glød ca. 90 km (56 miles) over jordoverfladen. Det skulle tage yderligere to år med sofistikeret forskning og design, før lasersystemet kunne integreres i det adaptive optiksystem Keck II.
I de tidlige morgentimer den 20. september kom alle delsystemer endelig sammen for at afsløre Keck LGS AO-systems unikke evne og dets potentiale til at løse ekstremt svage objekter. Systemet låst fast på en stjerne i 15. størrelse, et medlem af en velkendt binær T Tauri kaldet HK Tau og afslørede detaljer om ledsagerstjernens omkretsstjerne. Det var første gang et adaptivt optiksystem på et meget stort teleskop nogensinde havde brugt en kunstig ledestjerne til at løse en svag genstand.
En af de største udfordringer, som LGS AO-teamet stod overfor, var, hvor vellykket indsatsen ville være at integrere og opnå gode præstationsmålinger for hvert krævet undersystem. Bekymringer om laserens styrke og dens spotkvalitet, betjening af lasertrafikstyringssystemet, de nye sensors evne til at låse på svagere ledestjerner og at være i stand til at optimere billedkvaliteten gennem en nøjagtig forståelse af de afvigelser, der kunne måles ikke ved hjælp af laserguidestjernen, alle blev indregnet i aftenens observation.
”Første lys var en fremragende teamindsats,” sagde Dr. Peter Wizinowich, teamleder for det adaptive optikhold hos W.M. ”Det var meget tilfredsstillende at få hvert af de mange undersystemer til at fungere så godt på vores første forsøg. For at citere Virgil, 'Audentes Fortuna Juvat', favoriserer formuen den dristige. ”
Kvaliteten af de første lysbilleder af LGS AO var ekstremt høj. Mens Keck LGS AO-systemet låst fast i en stjerne i 14. styrke, registrerede "Strehl-forhold" på 36 procent (ved 2,1 mikron bølgelængde, 30 sekunders eksponeringstid, figur 3), sammenlignet med fire procent for ukorrekt billeder. Strehl-forhold måler den grad, i hvilket et optisk system nærmer sig “diffraktionsbegrænset” perfektion eller den teoretiske ydelsesgrænse af teleskopet.
En anden ydelsesmetrik, "fuld bredde ved halvt maksimum" (FWHM), for denne 14. stjerne i størrelsesorden var 50 milli-arcsekunder, sammenlignet med 183 milli-arcseconds for det ikke-korrigerede billede. FWHM-målinger hjælper astronomer med at bestemme de faktiske kanter af en genstand, hvor detekteringen kan være upræcis eller vanskelig at bestemme. Målingen på 50 milli-arcseconds svarer omtrent til at være i stand til at skelne et par billygter i New York, mens de står i Los Angeles.
Gennem aftenen holdt laserguidestjernen stødig og lys og skinnede i en omtrentlig styrke på 9,5, cirka 25 gange svagere end hvad det menneskelige øje kan se, men ideelt til Keck adaptive optiksystem til at måle og korrigere for atmosfæriske forvrængninger.
Yderligere arbejde er i gang, før Keck LGS AO-systemet kan betragtes som fuldt operationelt. Keck LGS AO-systemet vil være tilgængeligt til begrænset videnskab om delt risiko næste år med fuld implementering til Keck-brugerfællesskabet i 2005.
”Selv med netop denne første test klynger astronomer allerede for at bruge laserguidestjernesystemet til at studere fjerne galakser med en hidtil uset opløsning og magt,” sagde Dr. David Le Mignant, videnskabsmand med adaptiv optikinstrument ved W.M. Keck Observatory, Californien Association for Research in Astronomy. ”I næste år vil adaptiv optik blive brugt til at studere den tidlige galaksers rige dannelseshistorie.”
Betydningen af dette gennembrud for verdensomspændende astronomi blev opsummeret af Dr. Matt Mountain, direktøren for Gemini-observatoriet, der driver to-meter-teleskoper, en på Mauna Kea og en på Cerro Pachon i Chile: ”Dette er en kritisk milepæl til al jordbaseret astronomi, ikke kun for vores nuværende generation af otte til 10 meter teleskoper, men også for vores drømme om 30 meter teleskoper. ”
Teammedlemmer, der er ansvarlige for Keck LGS AO-systemet er Antonin Bouchez, Jason Chin, Adam Contos, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Chris Neyman, Paul Stomski, Doug Summers, Marcos van Dam og Peter Wizinowich, alle fra WM Holdet takkede deres samarbejdspartnere i LLNL: Dee Pennington, Curtis Brown og Pam Danforth.
Det laseradaptive adaptive optiksystem blev finansieret af W.M. Keck Foundation.
W.M. Keck Observatory drives af Californiens forening for forskning i astronomi, et videnskabeligt partnerskab mellem Californiens teknologiske institut.
Original kilde: Keck News Release
