Bildkredit :: Keck
Det 10 meter stora Keck II-observatoriet tog ett viktigt steg framåt nyligen när det började observationer med sitt nya adaptiva optiksystem. Systemet använder en laser för att skapa en falsk stjärna ungefär 90 kilometer upp på himlen - en dator kan sedan använda detta för att beräkna hur man tar bort effekten av atmosfärstörningar. Anpassningsoptik har använts på mindre teleskop, men det är första gången det används på ett lika stort teleskop som den mäktiga Keck II; det tog nio år att anpassa observatoriet.
En viktig milstolpe i astronomisk historia ägde rum nyligen vid W.M. Keck Observatory när forskare för första gången använde en laser för att skapa en konstgjord ledstjärna på Keck II 10-meters teleskop för att korrigera suddigheten hos en stjärna med adaptiv optik (AO). Laserguidestjärnor har använts på mindre teleskop, men detta är deras första framgångsrika användning på den nuvarande generationen av världens största teleskop. Den resulterande bilden (figur 1), fångad av NIRC2-infraröda kameran, var den första demonstrationen av ett laserguidestjärns adaptiv optik (LGS AO) på ett stort teleskop. När det är klart kommer LGS AO-systemet att markera en ny era av astronomi där astronomer kommer att kunna se praktiskt taget alla objekt på himlen med klarheten i adaptiv optik.
"Detta är en av de mest glädjande stunderna i alla mina år på Keck," kommenterade Dr. Frederic Chaffee, chef för W.M. Keck Observatory kvällen observationerna gjordes. ”Liksom alla positiva resultat från första ljuset är det mycket att göra innan systemet kan betraktas som operativt. Men också som alla positiva resultat från första ljuset visar det att det kan göras och ger oss stor optimism att våra mål inte är omöjliga drömmar, utan istället är uppnåeliga verkligheter. ”
Adaptiv optik är en teknik som har revolutionerat markbaserad astronomi genom dess förmåga att ta bort suddighet av stjärnljus orsakat av jordens atmosfär. Dess krav på en relativt ljus "guidestjärna" i samma synfält som det vetenskapliga objektet för studien har i allmänhet begränsat användningen av AO till cirka en procent av objekten på himlen.
För att övervinna denna begränsning 1994 W.M. Keck Observatory började arbeta med Lawrence Livermore National Labs (LLNL) för att utveckla ett konstgjordt ledstjärnsystem. Genom att använda en laser för att skapa en "virtuell stjärna"? astronomer kan studera alla objekt i närheten av mycket svagare objekt (upp till 19: e storleken) med adaptiv optik och minska dess beroende av ljusa, naturligt förekommande guidestjärnor. Om du gör det kommer du att öka täckningen av himlen för det adaptiva optiksystemet från Keck från uppskattningsvis en procent av alla objekt på himlen till mer än 80 procent.
"Denna nya förmåga att använda en laserguidestjärna med ett stort teleskop har bjudit astronomer att börja utforska natthimlen på ett mycket mer omfattande sätt," sade Adam Contos, optikingenjör vid W.M. Keck Observatorium. "I framtiden förväntar jag mig att de flesta större observatorier installerar liknande system för att dra nytta av den otroliga förbättringen av deras AO-kapacitet."
I januari 2001, efter mer än sju års utveckling, firade Keck- och LLNL-teamet färdigställandet av Keck-laserguidestjärnsystemet. Den konstgjorda stjärnan resulterar när ljus från en 15-watt färgämneslaser får ett naturligt förekommande skikt av natriumatomer att glöda cirka 90 km över jordytan. Det skulle ta ytterligare två år av sofistikerad forskning och design innan lasersystemet kunde integreras i det adaptiva optiska systemet Keck II.
Under de tidiga morgontimmarna den 20 september sammanställdes slutligen alla delsystem för att avslöja Keck LGS AO-systemets unika förmåga och dess potential att lösa extremt svaga föremål. Systemet låsts på en 15: e storstjärna, en medlem av en välkänd T Tauri-binär som heter HK Tau och avslöjade detaljer om den medföljande stjärnans circumstellar-skiva. Det var första gången ett adaptivt optiksystem på ett mycket stort teleskop någonsin använde en konstgjord ledstjärna för att lösa ett svagt föremål.
En viktig utmaning som LGS AO-teamet mötte var hur framgångsrika ansträngningarna skulle vara att integrera och uppnå goda prestandamätningar för varje nödvändigt delsystem. Oro för laserns kraft och dess spotkvalitet, funktionen för lasertrafikstyrningssystemet, de nya sensorns förmåga att låsa på svagare guidestjärnor och att kunna optimera bildkvaliteten genom en exakt förståelse för de avvikelser som kan inte mätas med hjälp av laserguidestjärnan, alla togs med i kvällens observationer.
"Första ljuset var en utmärkt teaminsats," säger Dr. Peter Wizinowich, teamledare för det adaptiva optikgruppen på W.M. ”Det var mycket tillfredsställande att ha vart och ett av de många delsystemen presterat så bra vid vårt första försök. För att citera Virgil, 'Audentes Fortuna Juvat,' förmåner det djärva. '
Kvaliteten på de första ljusbilderna från LGS AO var extremt hög. Keck LGS AO-systemet låste fast vid en 14: e storstjärna, och registrerade "Strehl-förhållanden" på 36 procent (vid 2,1 mikron våglängd, 30 sekunders exponeringstid, figur 3), jämfört med fyra procent för okorrigerade bilder. Strehl-förhållanden mäter graden i vilken ett optiskt system närmar sig "diffraktionsbegränsad" perfektion, eller den teoretiska prestationsgränsen, för teleskopet.
En annan prestandametrik, "full bredd vid halva maximala" (FWHM), för denna 14: e storleksstjärna var 50 milli-arcsekunder, jämfört med 183 milli-arcseconds för den okorrigerade bilden. FWHM-mätningar hjälper astronomer att bestämma de faktiska kanterna på ett objekt, där upptäckten kan vara upresis eller svår att fastställa. Mätningen av 50 milli-bågsekunder motsvarar ungefär att man kan skilja ett par bilstrålkastare i New York när man står i Los Angeles.
Under hela kvällen höll laserledarstjärnan stadigt och ljust och skenade i en ungefärlig storlek på 9,5, ungefär 25 gånger svårare än vad det mänskliga ögat kan se, men idealiskt för Keck adaptiva optiksystem för att mäta och korrigera för atmosfäriska snedvridningar.
Ytterligare arbete pågår innan Keck LGS AO-systemet kan betraktas som fullt fungerande. Keck LGS AO-system kommer att finnas tillgängligt för begränsad delad riskvetenskap nästa år, med full distribution till Keck-användarsamhället 2005.
"Även med bara detta första test klamrar astronomer redan för att använda laserguidestjärnsystemet för att studera avlägsna galaxer med en oöverträffad upplösning och kraft," säger Dr David Le Mignant, adaptiv optikerinstrumentforskare vid W.M. Keck Observatory, Kalifornien förening för forskning i astronomi. "Vid nästa år kommer adaptiv optik att användas för att studera den tidiga galaxernas rika formationshistoria."
Betydelsen av detta genombrott för världsomspännande astronomi sammanfattades av Dr. Matt Mountain, direktören för Gemini-observatoriet, som driver tvilling 8-meters teleskop, ett på Mauna Kea och ett på Cerro Pachon i Chile: ”Detta är en kritisk milstolpe för all markbaserad astronomi, inte bara för vår nuvarande generation av åtta till 10 meter teleskop, utan också för våra drömmar om 30 meter teleskop. ”
Teammedlemmar som ansvarar för Keck LGS AO-systemet är Antonin Bouchez, Jason Chin, Adam Contos, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Chris Neyman, Paul Stomski, Doug Summers, Marcos van Dam och Peter Wizinowich, alla från WM Teamet tackade deras samarbetare på LLNL: Dee Pennington, Curtis Brown och Pam Danforth.
Det adaptiva optiska systemet med laserguidestjärnor finansierades av W.M. Keck Foundation.
W.M. Keck Observatory drivs av California Association for Research in Astronomy, ett vetenskapligt partnerskap från California Institute of Technology.
Originalkälla: Keck News Release
