中科院光電所突破下一代太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)
近日,中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所研究員饒長(zhǎng)輝帶領(lǐng)的太陽(yáng)高分辨力光學(xué)成像研究小組,突破下一代自適應(yīng)光學(xué)——多層共軛自適應(yīng)光學(xué)(Multi-Conjugate Adaptive Optics, MCAO)關(guān)鍵技術(shù),利用所研制的太陽(yáng)MCAO系統(tǒng)原理樣機(jī)與云南天文臺(tái)1米新真空太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)接,實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)的大視場(chǎng)閉環(huán)校正成像觀測(cè),在國(guó)內(nèi)首次利用MCAO技術(shù)獲取到太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)大視場(chǎng)高分辨力實(shí)時(shí)圖像。該試驗(yàn)的成功,標(biāo)志著我國(guó)在下一代自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域取得突破,使我國(guó)成為繼美國(guó)和德國(guó)之后,第三個(gè)掌握太陽(yáng)MCAO技術(shù)的國(guó)家。
太陽(yáng)爆發(fā)性活動(dòng)對(duì)地球及行星際空間環(huán)境影響較大,對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)準(zhǔn)確預(yù)警預(yù)報(bào)可以最大程度地避免災(zāi)害性空間天氣對(duì)人類正常活動(dòng)的影響,確保航天工程安全。為了研究太陽(yáng)活動(dòng)的動(dòng)力學(xué)起源,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的空間環(huán)境監(jiān)測(cè)和空間天氣預(yù)報(bào),需要獲得太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)的大視場(chǎng)高分辨力的觀測(cè)數(shù)據(jù)。 配備自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的地基大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡是開(kāi)展高分辨力太陽(yáng)觀測(cè)的主要手段。傳統(tǒng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)受到大氣非等暈性的限制,無(wú)法直接滿足對(duì)整個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)(典型尺度在1′~ 2′視場(chǎng))進(jìn)行高分辨力觀測(cè)的需求。為解決傳統(tǒng)自適應(yīng)光學(xué)校正視場(chǎng)小的問(wèn)題,科學(xué)家發(fā)展出了MCAO技術(shù),該技術(shù)在近年來(lái)得到長(zhǎng)足發(fā)展。 MCAO技術(shù)通過(guò)對(duì)地球大氣湍流引起的波前像差進(jìn)行分層探測(cè)和校正,實(shí)現(xiàn)三維立體補(bǔ)償,從而在大視場(chǎng)范圍內(nèi)消除大氣湍流的影響,獲得接近衍射極限的成像效果。相比于另一種大視場(chǎng)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)概念——地表層自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)(Ground Layer Adaptive Optics, GLAO),MCAO技術(shù)除校正地表層湍流波前像差外,還對(duì)高層大氣進(jìn)行補(bǔ)償,具有大視場(chǎng)衍射極限的成像能力,而GLAO只針對(duì)地表層湍流引起的波前像差進(jìn)行探測(cè)和校正,可以在大視場(chǎng)范圍內(nèi)有效改善大氣視寧度的影響,但成像分辨力遠(yuǎn)達(dá)不到望遠(yuǎn)鏡的衍射極限。 根據(jù)饒長(zhǎng)輝團(tuán)隊(duì)近日對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)NOAA12683的高分辨力觀測(cè)結(jié)果,與開(kāi)環(huán)數(shù)據(jù)和GLAO系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)據(jù)的對(duì)比表明,MCAO校正后能夠獲得太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)更高分辨力的成像觀測(cè)結(jié)果。 作為觀測(cè)學(xué)科,天文技術(shù)的突破和新一代天文學(xué)儀器的研制直接驅(qū)動(dòng)天文學(xué)的發(fā)展,進(jìn)而拓展人類的認(rèn)知范圍。多層共軛自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用,將幫助太陽(yáng)物理學(xué)家看到更清晰、更精細(xì)、更動(dòng)態(tài)化的太陽(yáng)活動(dòng),加深人類對(duì)恒星乃至宇宙的認(rèn)識(shí),也將為太陽(yáng)物理研究和空間天氣預(yù)報(bào)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。 研究工作獲得2017年度國(guó)家自然科學(xué)基金重大科研儀器項(xiàng)目的支持。饒長(zhǎng)輝團(tuán)隊(duì)將在5年內(nèi)為云南天文臺(tái)1米新真空太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡配備一套專用的MCAO系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的成功運(yùn)用。 饒長(zhǎng)輝團(tuán)隊(duì)觀測(cè)的太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)NOAA 12683的開(kāi)環(huán)、GLAO閉環(huán)以及MCAO閉環(huán)圖像(成像波段及帶寬:7057@6Å) 關(guān)鍵詞: 自適應(yīng)光學(xué)
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