Tag Archives: адаптивна оптика

Дупки в небето над Паранал


Прикачената снимка на четирите лазера, всеки с мощност от около 20 вата, с които се създават изкуствени звезди над ВЛТ е направена преди два дни с патетичния ми джобен цифров фотоапарат-сапунерка. Снимка, направена с професионален фотоапарат може да се види тук: https://www.eso.org/public/teles-instr/vlt/vlt-instr/4lgsf/

Отстрани този експеримент наистина прилича на опит за пробиване на дупки в небето. Това е шега, разбира се. Идеята е не да се пробие небето, а да се „запалят“ в него няколко ярки изкуствени звезди, които да се ползват за коригиране на деформациите на вълновия фронт, които атмосферата над нас създава.

Деформация, вълнов фронт…

За какво става дума?

Представете си една звезда. За простота нека да разгледаме само светлината, която звездата излъчва в един безкрайно къс интервал – това ще е къс светлнинен импулс. Какво се случва с него? – Той се разпространява под формата на идеална кръгла сфера, без деформации, с център съвпадащ със центъра на звездата. Повърхността на сферата – която е именно споменатият по-нагоре вълнов фронт – се разширява със скоростта на светлината и продължава да си е идеално сферична (ефектите от разредения материал в междузвездното пространство са пренебрежими), докато не се сблъска с въздуха в … земната атмосфера.

Земната атмосфера, ни по-малко, ни повече, прави възможен живота на Земята, но за нас астрономите тя е досадна пречка. Проблемът ни е, че тя е динамична – в нея има слоеве в различно налягане и температура, въздухът се движи, плътността му се сменя и заедно с всички тези процеси се менят и оптичните му свойства. Спомнете си, как трептят звездите, когато ги наблюдаваме близо до хоризонта или как се мени формата на морското дъно, когато го гледате през плискащата се вода…

Същото се случва и със звездната светлина, когато навлезе в атмосферата: повърхността на идеалната сфера се нагърчва и далечните звезди вече не изглеждат като точки, а като малки дискове. Грубо казано, размерът на тези дискове се нарича астрономическо качество на изображението (seeing), и е важна характеристика на мястото, където се строят обсерваториите. Според това изискване Чилийските Анди, Хаваите и Южният полюс са някои от местата, най-подходящи за строеж на обсерватории.

За съжаление дори и там атмосферата изиграва своята роля, а да се изкарват телескопите в космоса, над нея, е скъпо удоволствие (за справка космическият телескоп Хъбъл струва около 2.5 милиарда долара, а всеки един от четирите ВЛТ – около 80 милиона евро; за поддръжката д не говорим – един ремонтен полет до Хъбъл струваше около половин милиард, а годишната издръжка на 4-те телескопа на Паранал – тук не броя по-малките – е около двадесет пъти по-евтина).

Но как да направим така, че наземните телескопи да „виждат“ толкова ясно, както космическите?

През 1953 година американският астроном Хоръс Бабкок предлага да се използва деформируемо огледало, чиято форма се контролира с компютър толкова бързо, че може да проследява „трептенето“ на звездите и да ги „заковава“ на едно място, така че да изглеждат като точкови източници, а не като дискове, каквито ги прави атмосферата (може да видите как изглежда изображението на една звезда без и с използване на адаптивна оптика: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Ao_movie.gif).

Адаптивната оптика не бива да се бърка с активната оптика, която само компенсира деформациите на големите телескопни огледала заради неравномерното им натоварване, включително и от собственото им тегло.

Трябва да минат десетилетия, преди да се появят две технологии, които да направят възможна адаптивната оптика: достатъчно бързи компютри и достатъчно чувствителни детектори (по времето на Бабкок астрономите използват фотографски филми и плаки, които регистрират едва няколко процента от падащите върху тях фотони; съвременните цифрови детектори регистрират 90-95 процента от фотоните).

Първи използват адаптивната оптика американските военно-въздушни сили по времето на Студената война за да наблюдават Съветски спътници (интересна статия за това, но на английски: http://www.npr.org/2013/06/24/190986008/for-sharpest-views-scope-the-sky-with-quick-change-mirrors).

През 90-те години постепенно новата технология става цивилна и започва да се използва в астрономията. Тя обаче има едно изискване – да се наблюдават ярки обекти, чието „трептене“ се проследява и коригира. Уви, интересните звезди не са така ярки като съветските спътници. В началото това ограничава астрономическите приложения на адаптивната оптика до изследване на околностите на ярки звезди – например за да се търсят около тях планети – точно по този метод преди повече от десет години беше наблюдавана за пръв път планета в друга слънчева система именно в нашата обсерватория (https://www.eso.org/public/news/eso0428/).

Не знам на кого принадлежи идеята да се използва лазер, за да се заобиколи това ограничение, но тя се свежда до следното – високо в атмосферата, на около 20-30 километра има слой от натрий. Ако насочим нагоре натриев лазер, светлината излъчена от него ще бъде погълната от натриевите атоми в този слой и ще бъде преизлъчена, но във всички посоки; част от преизлъчената светлина ще се върне към нас и в резултат ще се получи изкуствена звезда.

Четирите лъча от снимката създават точно такива ярки изкуствени звезди. А са четири, за да може да се коригира качеството на астрономическото изображение върху по-голяма площ на небето. Апаратурата все още се изпробва. Една от първите й задачи ще бъде да наблюдава центъра на нашата Галактика, към който в момента се приближава голям газов облак. Той едва ли ще е достатъчен за да направи от Млечния път истинска активна галактика (за щастие), но наблюденията на процесите, които ще съпътстват преминаването му от там със сигурност ще ни кажат нещо интересно за нашия дом, Млечния Път.

sam_2795a

Advertisements

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science