दृश्यमान तरंगदैर्ध्य के लिए अनुकूली प्रकाशिकी का उपयोग करके ग्राउंड-आधारित वेधशालाएं क्यों नहीं हैं?

अनुकूली प्रकाशिकी (एओ) तकनीक ग्राउंड आधारित वेधशालाओं को खगोलीय देखने के प्रभावों की सक्रिय रूप से क्षतिपूर्ति करके संकल्प को बेहतर बनाने की अनुमति देती है ।

वायुमंडलीय प्रभाव समय और स्थान दोनों में काफी परिवर्तनशील होते हैं। Isoplanatic Angle (IPA) नामक एक पैरामीटर को कोणीय सीमा से अधिक व्यक्त करने के लिए उपयोग किया जाता है, जो एक बिंदु (आमतौर पर एक गाइड स्टार, कृत्रिम या प्राकृतिक) के लिए अनुकूलित एक तरंग तरंग सुधार प्रभावी होगा। एक उदाहरण के रूप में, इस विशालकाय मैगेलन टेलीस्कोप संसाधन में तालिका 9.1 लगभग रैखिक रूप से आईपीए के लिए मूल्यों को दर्शाता है (वास्तव में: $\sim\lambda^{6/5}$ ) 20 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य पर 176 आर्सेकंड से 0.9 माइक्रोन पर केवल 4.2 आर्सेकंड से।

यह दृश्यमान तरंग दैर्ध्य के लिए 2 से 3 आर्सेकंड के एक आईपीए का सुझाव देता है, जो अपने आप में एक हत्यारा सीमा नहीं है।

हालांकि, ऐसा लगता है कि लगभग सभी वर्तमान में सक्रिय एओ कार्य विशेष रूप से विभिन्न अवरक्त तरंग दैर्ध्य में किया जाता है, जाहिरा तौर पर 0.9 माइक्रोन तक नीचे लेकिन आगे नहीं । ( रेडियोएस्ट्रोनॉमी में सरणी डेटा के लिए एओ को कम्प्यूटेशनल रूप से भी लागू किया जाता है ।)

क्या यह इसलिए है क्योंकि अवलोकन की गई तरंगदैर्ध्य को गाइड स्टार की निगरानी तरंगदैर्घ्य की तुलना में अधिक लंबा होना चाहिए? क्योंकि यह बस बहुत कठिन है और हमेशा दिखाई देने वाले काम के लिए वायुमंडल के ऊपर हबल है, इसलिए यह अतिरिक्त प्रयास के लायक नहीं है, या कोई अन्य मौलिक कारण है?

मैं अटकलें या राय की तलाश नहीं कर रहा हूं, मैं एक मात्रात्मक स्पष्टीकरण (यदि यह लागू होता है) की तरह होगा - उम्मीद है कि आगे पढ़ने के लिए एक लिंक के साथ - धन्यवाद!

— उह ओह
स्रोत

मैं इसे एक जवाब के रूप में प्रस्तावित नहीं कर रहा हूं क्योंकि यह एक राय है - और मैं पेशेवरों द्वारा किए जा रहे औचित्य पर बात नहीं कर सकता। लेकिन मुझे लगता है कि इसका कारण एनआईआर में किया जा रहा है, यह काफी हद तक है क्योंकि 'रोमांचक' खगोल विज्ञान अब गैर-दृश्यमान तरंगदैर्ध्य में किया जा रहा है, और अन्य गैर-दृश्यमान तरंगदैर्घ्य की तुलना में हमारे वातावरण में एनआईआर की कम विलोपन दर है।

— ईस्टऑफजुपिटर

@EastOfJupiter धन्यवाद! इसका कारण मैंने यह पूछा कि मैंने हाल ही में हबल के बारे में सुना है कि वह बहुत भारी ओवरसाइज्ड है। मैं यह नहीं पूछ रहा हूं कि अधिकांश काम आईआर में क्यों हैं, मैं पूछ रहा हूं कि कोई भी काम कभी भी दिखाई क्यों नहीं दे रहा है। यदि हबल (प्रतीत होता है) मानवता के सभी के लिए केवल डी-उप-आर्सेक दृश्यमान तरंग दैर्ध्य दूरबीन है, तो ऐसा लगता है कि कम से कम एक वैकल्पिक स्रोत को खोलने के लिए महत्वपूर्ण दबाव है। यह वह शून्य है जिसके बारे में मैं सोच रहा हूं।

— ऊह

अब लगभग 600nm तक उपकरण काम कर रहे हैं, लेकिन सवाल अभी भी खड़ा है।

— रोब जेफ्रीज

@RobJeffries मुझे उसके बारे में सुनना अच्छा लगेगा! आप अपनी 2016 की टिप्पणी में संभावना से पहले ही बाहर हो गए होंगे । कुछ हद तक संबंधित सवाल यह भी है कि क्या ई-ईएलटी दृश्यमान तरंगदैर्ध्य पर अनुकूली प्रकाशिकी का उपयोग करेगा?

— ऊह

जवाबों:

इस पृष्ठ पर एक बहुत अच्छी चर्चा है ।

काम के कई कारक हैं:

जैसा कि आप ध्यान दें, छोटा समस्थानिक कोण। यह इस बात को सीमित करता है कि आप एओ के साथ कितने आकाश का निरीक्षण कर सकते हैं, क्योंकि आपके लक्ष्य को एक उज्ज्वल प्रकाशीय संदर्भ स्टार के समस्थानिक कोण के भीतर होना चाहिए। (यहां तक कि लेजर गाइड सितारों के साथ, "टिप / टिल्ट" सुधार के लिए अभी भी एक संदर्भ स्टार की आवश्यकता है।) आकाश पर कोणीय क्षेत्र में अंतर का मतलब है कि आकाश का क्षेत्र जो सैद्धांतिक रूप से एओ के साथ मनाया जा सकता है, के बारे में होगा। निकट-आईआर में ऑप्टिकल की तुलना में 20 गुना बड़ा, सिर्फ आइसोप्लैनेटिक कोण के अंतर से।
अशांति के प्रभाव मजबूत होते हैं और ऑप्टिकल में कम समय होते हैं। इसके तीन प्रभाव हैं:

A. सुधारात्मक प्रकाशिकी (उदाहरण के लिए, विकृति दर्पण) में अधिक चल भागों की आवश्यकता होती है ("8-मी दूरबीन के साथ दृश्यमान प्रकाश (0.6 माइक्रोन) में किए गए अवलोकन के लिए एक निकट-पूर्ण सुधार के लिए ~ 6400 एक्ट्यूएटर की आवश्यकता होगी, जबकि एक समान 2 माइक्रोन पर प्रदर्शन को केवल 250 एक्ट्यूएटर की आवश्यकता होती है। ") और एक तेज समय पर संचालित करने की आवश्यकता है।

ख। इलेक्ट्रोमैकेनिकल जटिलता के अलावा, आपको उन सभी एक्ट्यूएटरों को चलाने के लिए गणनाओं के तरीके में और भी कम समय में करना होगा। इसलिए आवश्यक कंप्यूटिंग शक्ति बढ़ जाती है।

C. सुधारात्मक गणनाओं के लिए इनपुट प्रदान करने के लिए, आपको संदर्भ तारे को बहुत महीन कोणीय पैमाने पर देखने की आवश्यकता है ("एक्टुवेटर्स की एक बड़ी संख्या को वेवफ्रंट सेंसर में समान रूप से बड़ी संख्या में उप-प्रकार की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है कि सुधार के लिए।" दृश्यमान में, संदर्भ तारा अवरक्त में सही होने की तुलना में ~ 25 गुना तेज होना चाहिए। ")। यह इस बात को सीमित करता है कि आप AO को और अधिक के लिए कितना आकाश कर सकते हैं: एक सितारा जो किसी क्षेत्र को सही करने के लिए IR में पर्याप्त रूप से उज्ज्वल हो सकता है 20-30 आर्सेक चौड़ा चौड़ा आइसोप्लैनेटिक पैच उसी को सही करने के लिए पर्याप्त उज्ज्वल नहीं होगा आर्सेक-वाइड दृश्य में आइसोप्लैनेटिक पैच है।
सुधार करने के लिए, आपको ऑप्टिकल में संदर्भ ऑब्जेक्ट का निरीक्षण करना होगा। एक ऑप्टिकल / IR बीमप्लेटर का उपयोग करके निकट-आईआर सेटअप के साथ करना आसान है: एओ उपकरण को ऑप्टिकल प्रकाश भेजें और निकट-आईआर उपकरण को निकट-आईआर प्रकाश भेजें। ऑप्टिकल में, आप उपकरण को आधा प्रकाश और अन्य आधे को एओ उपकरण में भेजने के लिए एक ऑप्टिकल बीमस्प्लिटर का उपयोग करते हैं। इसका मतलब यह है कि एओ उपकरण केवल आधा प्रकाश प्राप्त करता है यदि इसका उपयोग निकट-आईआर उपकरण के साथ किया जाता था, जो सुधार करने के लिए इसे (यहां तक कि) कठिन बनाता है।

अंत में, स्वयं AO के लिए असंबंधित एक मुद्दा है, जो यह है कि आपको ऑप्टिकल या निकट-आईआर में काम कर रहे हैं या नहीं, इसके आधार पर विभिन्न विज्ञान उपकरणों की आवश्यकता है। ऑप्टिकल उपकरण पता लगाने के लिए सिलिकॉन सीसीडी का उपयोग करते हैं; ये केवल 0.9-1 माइक्रोन के प्रति संवेदनशील हैं। नियर-आईआर उपकरण विभिन्न डिटेक्टरों (आमतौर पर एचजीसीडीटी-आधारित) का उपयोग करते हैं, जो लगभग 1-3 माइक्रोन से अच्छे होते हैं। (निकट-आईआर उपकरण को टेलिस्कोप से थर्मल उत्सर्जन से संदूषण को कम करने के लिए एक अलग डिजाइन की आवश्यकता होती है और 2 माइक्रोन से अधिक तरंग दैर्ध्य पर टिप्पणियों के लिए प्रकाशिकी।) इसलिए अभ्यास में पसंद किया गया है: एओ को पास-आईआर उपकरण के साथ मिलाएं और अच्छा प्राप्त करें। सस्ती / व्यवहार्य तकनीक के साथ प्रदर्शन, या एक ऑप्टिकल उपकरण के साथ एओ को मिलाएं और अधिक महंगी (या हाल ही में, अप्राप्य तक) तकनीक के साथ बहुत सीमित प्रदर्शन प्राप्त करें।

फिर भी, वहाँ रहे हैं जैसे कुछ ऑप्टिकल ए ओ सिस्टम प्रकट करने के लिए शुरू, मैगलन दूरबीन पर Magao (जो दोनों एक ऑप्टिकल साधन है और एक लगभग आईआर साधन है, और दोनों एक साथ के लिए सही कर सकते हैं)।

— पीटर इरविन
स्रोत

दिलचस्प! मैं पूछ रहा हूं कि एओ को 0.9um से नीचे क्यों इस्तेमाल किया जाता है, लेकिन आगे नहीं - क्या आप अपनी संख्यात्मक तुलना 0.9 बनाम 0.5 के लिए कर सकते हैं? इन सभी कठिनाइयों को केवल मोटे तौर पर रैखिक रूप से मापें

1 / λ

$1/\lambda$ या वहाँ कुछ है कि बहुत अधिक दर से अधिक कठिन हो रहा है कि तुलना में तेजी से है? खगोलीय दूरबीन के लिए न्यूनतम तरंग दैर्ध्य AO लगातार कम हो रहा है क्योंकि प्रौद्योगिकी और समझ में सुधार हुआ है, या हमेशा 0.9um और दृश्य के बीच एक दीवार बन गई है?

— ऊह

@ ओहो मैंने वास्तव में आर और आई बैंड (600-800 एनएम) में लगभग 7 साल पहले टिप्पणियों को प्राप्त किया था, जिसमें विलियम हर्शेल टेलीस्कोप पर NAOMI नामक एक एओ प्रणाली थी। यह विवर्तन सीमा तक नहीं पहुंचा, जैसे 0.2-0.3 आर्सेकंड से अधिक, लेकिन उस समय अधिक-या-कम अद्वितीय था। लकी इमेजिंग को आमतौर पर ऑप्टिकल वेवलेंथ में सस्ता और अधिक सफल माना जाता है।

— रोब जेफ्रीज

@uhoh मुझे लगता है कि अपनी समझ में लापता टुकड़ा 0.9-1 माइक्रोन है है जादुई, लेकिन ए ओ की वजह से नहीं - क्योंकि तुम ऑप्टिकल बनाम पास आईआर के लिए विभिन्न विज्ञान उपकरणों की जरूरत है बस। मैंने इस बिंदु को शामिल करने के लिए अपना जवाब संपादित किया है (और ऑप्टिकल एओ मामले में प्रकाश के अतिरिक्त नुकसान के बारे में एक और बिंदु)।

— पीटर इरविन 9:16

उपग्रहों की जासूसी करने के लिए अमेरिकी वायु सेना (और शायद कुछ अन्य देशों) द्वारा उपयोग किए जाने वाले ऑप्टिकल एओ सिस्टम भी काम कर रहे हैं। ये छोटे (1-3 मीटर) दूरबीनों पर होते हैं, जिसका अर्थ है कि विवर्तन सीमा तक पहुंचने के लिए कम सुधार की आवश्यकता होती है, और वे अत्यंत (खगोलीय मानकों द्वारा) चमकदार वस्तुओं को देख रहे हैं, जो संभवतः चीजों को और अधिक संभव बनाता है।

— पीटर एर्विन

नामक कंपनी में एक पूर्व कर्मचारी के रूप में बोलते हुए, आपने यह अनुमान लगाया, "अनुकूली प्रकाशिकी एसोसिएट्स," मैं यहाँ उत्तर और टिप्पणियों में बहुत अधिक हर चीज की पुष्टि कर सकता हूं।

— कार्ल विट्ठॉफ्ट ने

तरंग दैर्ध्य भाग के लिए सरल उत्तर यह है कि एओ सिस्टम का प्रदर्शन आपके द्वारा दिखने वाली तरंग दैर्ध्य में छोटे को नीचा दिखाता है। जैसा कि आप प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को कम करने के लिए जाते हैं, की मूल बातें, आपको देखने में भिन्नता का पता लगाने के लिए एक महीन प्लेट स्केल की आवश्यकता होती है जिसमें बहुत महंगे (और कुछ मामलों में गैर-मौजूद) हार्डवेयर की आवश्यकता होती है। प्रकाश की उच्च आवृत्ति के लिए आपको एक उच्च एओ आवृत्ति (प्रकाश और विकृति को मापने / दूरबीन को रिफ्लेक्स करने की क्षमता) की आवश्यकता होती है, यह फिर से बहुत महंगा हार्डवेयर लेता है यदि यह आवश्यक आवृत्ति पर मौजूद हो।

इसका कारण यह है बुनियादी गणना (नहीं ले रही है में से कुछ Zernike बहुआयामी पद खाते में) पर आधारित हैं Strehl अनुपात और यहाँ (आदर्श छवि की तुलना में एक aberrated छवि के चोटी की तीव्रता के अनुपात) यह पता लगाने की क्या स्रोत की तीव्रता होना चाहिए और FWHM (पूर्ण चौड़ाई आधा अधिकतम - आधा तीव्रता में प्रकाश की प्रोफाइल की चौड़ाई) अनिवार्य रूप से मापने के लिए जहां प्रकाश होना चाहिए। ये दोनों माप तरंगदैर्ध्य पर निर्भर हैं।

बेसिक आगे पढ़ने के लिए दूरबीन के Isac Newton Group में पाया जा सकता है । एरिजोना प्रकाशिकी विभाग के विश्वविद्यालय में बहुत अधिक गहराई से पढ़ने को पाया जा सकता है ।

— veda905
स्रोत

धन्यवाद। आपने कई चीजों को सूचीबद्ध किया है, जो तरंग दैर्ध्य के साथ पैमाने पर हैं, और कहा कि वे कठिन हैं या महंगी चलती हैं - मैं भी ऐसा कर सकता हूं। लेकिन कौन सा ऐसा है जो इतना कठिन या इतना महंगा है कि यह शो-स्टॉपर है? क्या मैं सही हूं कि एओ बस दृश्य में कभी नहीं किया जाता है? कितना कठिन है? कितना-कितना महंगा? जैसा कि मैंने उल्लेख किया है कि मैं कुछ मात्रात्मक होने की उम्मीद कर रहा हूं। विज्ञान की मात्रा को ध्यान में रखते हुए ऐसा नहीं किया जा सकता क्योंकि हबल बहुत अधिक विकसित है। क्या उन लिंक में से किसी के पास इस प्रश्न का उत्तर है?

— ऊह

गणना की कठोरता की गणना के लिए कोई अच्छा मीट्रिक नहीं है, इसलिए मैं वास्तव में उससे बात नहीं कर सकता। समस्या वास्तव में तब होती है जब आप विवर्तन सीमित होते हैं क्योंकि आप अपनी ज़रूरत की जानकारी प्राप्त करने में सक्षम नहीं होते हैं, जो कम तरंग दैर्ध्य पर होता है। विवर्तन सीमा: (1.22 * λ (सेमी में)) / व्यास (सेमी में)

— veda905