画像クレジット：NSO
新しい補償光学システムは、国立太陽観測所が太陽のはるかに鮮やかな画像を撮るのに役立ちます。新しいNSOシステムでは、ただし、現在、太陽望遠鏡は4メートル以上に構築できます。これにより、太陽天文学者は太陽磁気やその他の活動の過程をよりよく理解できるようになります。
太陽の印象的で鮮明な画像は、既存の望遠鏡に新しい命を与え、大口径の太陽望遠鏡の世代への道を開く高度な適応光学システムで生成できます。このAOシステムは、地球の乱気流によってもたらされるぼやけを取り除き、太陽上の最小構造の明確なビジョンを提供します。
新しいAO76システム—アダプティブオプティックス、76サブアパーチャ—は、太陽観測用に設計された最大のシステムです。最近、ニューメキシコ州サンスポットにある国立太陽観測所のチームが示したように、AO76は、1998年以降に採用されたAO24システムよりも大気のゆがみが悪い状況下で、より鮮明な画像を生成します。
新しいAO76システムの「ファーストライト」は2002年12月でした。その後、システムを大幅に強化した新しい高速カメラを使用したテストが2003年4月に開始されました。
NSOのAOプロジェクトサイエンティストであるThomas Rimmele博士は、「プロトタイプを使用した2002年後半の最初の結果が印象的だった場合、私は今、本当に素晴らしいパフォーマンスを実現していると思います。この新しいシステムによってもたらされる画質に、私は非常に興奮しています。私たちが取得している画像は、ダン太陽望遠鏡によってこれまでに生成された最高のものであると言うのは公正だと思います。」ダンは全米有数の太陽観測施設の1つです。
兼用プログラム
新しい高次AOシステムには2つの目的があります。これにより、76 cm（30インチ）ダンのような既存の太陽望遠鏡がより高い解像度の画像を生成し、より広い範囲の観察条件下で科学的出力を大幅に向上させることができます。また、現在の望遠鏡が実現できるよりも高い解像度で表示できる、提案された4メートルのAdvanced Technology Solar Telescope（下記参照）を含む、新世代の大口径機器を可能にするためにシステムをスケールアップする機能も示します。
太陽の高解像度観測は、太陽物理学における未解決の問題の多くを解決するためにますます重要になっています。フラックス要素、または一般に太陽の微細構造の物理学を研究するには、微細構造の分光法と偏光測定が必要です。露出は通常約1秒で、分光/偏光測定データで現在達成されている解像度は通常1アーク秒であり、微細な太陽構造の研究には不十分です。さらに、理論モデルは、既存の太陽望遠鏡の0.2秒角の解像度の限界を下回る構造を予測します。このような小規模で発生する重要な物理的プロセスを研究するには、0.2秒角の解像度の限界を下回る観測が必要です。 AOのみが、地上ベースの観測所から0.1秒角以上の一貫した空間分解能を提供できます。
AOテクノロジーは、コンピューターと柔軟な光学コンポーネントを組み合わせて、天文画像に対する大気のぼやけ（「見ること」）の影響を低減します。 SunspotのソーラーAO76システムは、Shack-Hartmann相関技術に基づいています。本質的に、これは入ってくる画像を波面センサーカメラによって見られるサブアパーチャの配列に分割します。 1つのサブアパーチャが参照画像として選択されます。デジタルシグナルプロセッサ（DSP）は、各サブアパーチャを参照画像と一致するように調整する方法を計算します。 DSPは、97のアクチュエーターに薄い7.7 cm（3インチ）の変形可能なミラーの形状を変更して、ぼかしの多くをキャンセルするように命令します。 DSPは、AOシステムの前に取り付けられたチルト/チップミラーを駆動することもでき、大気によって引き起こされる全体的な画像の動きを取り除きます。
ループを閉じて画像をシャープにする
「天文学者にとっての主要な課題は、地球の大気の影響のために望遠鏡に入る光を補正することです」と、NSOのAOリードプロジェクトエンジニアであるキットリチャーズは説明しました。 「望遠鏡の上方で混合するさまざまな温度の空気は、毎秒約100回それ自体を再形成するゴム製レンズのような雰囲気を作ります。」これは、太陽が地球の表面を加熱している日中に観測している太陽天文学者にとってはより深刻ですが、それでも夜には星がきらめきます。
さらに、太陽物理学者は、低コントラストで拡張された明るい領域を研究したいと考えています。そのため、AOシステムでは、わずかに異なる複数のサブアパーチャの同じ部分を相互に関連付け、大気の形状が変化しても1つの画像フレームから次の画像フレームへの相関を維持することが難しくなります。
（夜間の天文学は数年前とは異なる手法を使用してきました。レーザーは大気中に人工ガイド星を生成し、天文学者が大気のゆがみを測定および修正できるようにします。これは太陽を観測する機器では実用的ではありません。）
1998年、NSOは太陽観測のための低次AO24システムの使用を開拓しました。 24の開口部を持ち、1秒あたり1,200回（1,200ヘルツ[Hz]）を補正します。 2000年8月以降、チームはシステムを76口径の高次AO76までスケーリングし、2倍の速度である2,500 Hzで補正することに焦点を当てました。ブレークスルーは2002年後半に始まりました。
最初に、サーボループは、12月のダンでの最初のエンジニアリング実行中に、新しい高次AOシステムで正常に閉じられました。 「閉ループ」サーボシステムでは、出力が入力にフィードバックされ、エラーは0に駆動されます。「開ループ」システムはエラーを検出して修正しますが、修正された出力は入力にフィードバックされません。サーボシステムは、すべてのエラーを削除しているかどうかを認識していません。このタイプのシステムは高速ですが、キャリブレーションとキャリブレーションの維持が非常に困難です。この時点で、システムは中間波面センサーとして955 Hzで動作するDALSAカメラを使用しました。光学系のセットアップは最終的なものではなく、予備的なものでした。 「ベアボーン」ソフトウェアがシステムを操作しました。
高速波面センサー
この予備的な状態でも、コンポーネントがシステムとして一緒に機能することを示すことを目的としており、平凡な観察条件下で、高次AOシステムは印象的な回折限界画像を生成しました。補正された画像と補正されていない画像の時系列は、新しいAOシステムが、日中の典型的な見方とは異なり、見方が大幅に異なる場合でも、かなり一貫した高解像度画像を提供することを示しています。
このマイルストーンに続いて、チームはBaja TechnologyとNSOのRichardsによってAOプロジェクト用に開発された新しい高速波面センサーカメラをインストールしました。 2,500フレーム/秒で動作し、DALSAカメラで可能な閉ループサーボ帯域幅の2倍以上です。リチャーズは改良された制御ソフトウェアも実装しました。さらに、A / O波面センサーから直接、または3 kHzで動作する別の相関/スポット追跡システムからチップ/チルト補正ミラーを駆動するようにシステムがアップグレードされました。
新しい高次のAO76は2003年4月に最初にテストされ、通常は高解像度の画像を妨げる幅広い観察条件の下ですぐに優れた画像の生成を開始しました。新しい高次のAO76は2003年4月に最初にテストされ、通常は高解像度の画像を妨げる幅広い観察条件の下ですぐに優れた画像の生成を開始しました。 AOオンとオフの顕著な違いは、アクティブ領域、肉芽、およびその他の機能の画像ですぐに確認できます。
「それは見ることはもはや重要ではないと言っているのではありません」とRimmeleは指摘しました。逆に、アニソプラナティズム（相関ターゲットと調査対象の領域の間の波面の違い）などの影響を見ることは、依然として制限要因です。しかし、中途半端に見ると、造粒に固執し、優れた画像を記録することができます。」
Advanced Technology Solar Telescopeのような大型の機器を実現するには、高次AOシステムを10倍以上に拡大して、少なくとも1,000のサブアパーチャにする必要があります。そして、NSOはさらに複雑な手法であるマルチ共役AOに目を向けています。このアプローチは、すでに夜間の天文学のために開発されており、乱流領域の3次元モデルを、単純な歪んだレンズとして扱うのではなく構築します。
ただし、現時点では、プロジェクトチームはDunnでの光学セットアップの完了、Big Bear太陽観測所でのAOベンチの設置、その後のエンジニアリングの実行、再構築方程式とサーボループ制御の最適化、およびシステムの特性評価に焦点を当てます両方のサイトでのパフォーマンス。その後、Dunn AOシステムは2003年秋に稼働する予定です。高次AOによって提供される回折限界の画質を利用できる主な科学機器であるDiffraction Limited Spectro-Polarimeter（DLSP）が予定されています。 NSOは、ボルダーの高高度天文台と共同でDLSPを開発しています。
元のソース：NSOニュースリリース
