<< Return to XO Files
在宇宙中打开一个新窗口
一代新一代的自适应光学技术可以改变红外线和光学天文学,并为大规模黑洞,暗物质和郊区行星的性质带来基本的新见解。

河流新浪德克萨斯扑克通过阴霾看到星星和其他天文物体。他们聚集的灯光已经通过空间挣扎数十亿年来,只能在地球上的湍流氛围中扭曲在最后的毫秒。这种失真现在更重要,因为科学家正准备在地球上建造三大新浪德克萨斯扑克,每个新浪德克萨斯扑克都有20至40米的聚光表面。原则上,新浪德克萨斯扑克越大,天文图像的分辨率越高。在实践中,大气的扭曲面纱一直有限地限制了可以实现的。现在,称为自适应光学的快速发展的技术可以剥离面纱,使天文学家能够充分利用当前和未来的大型新浪德克萨斯扑克(见照片)。实际上,自适应光学器件已经取得了重要的发现和观察,包括:在我们的星系中心的叠加黑洞的发现,证明存在这种异国对象;其他恒星的行星系统的第一张图像和光谱;和高分辨率观察在早期宇宙中形成的星系。

但自适应光学仍未提供完全科学潜力。现有技术只能部分地纠正大气模糊,不能为大部分天空或大部分物体的天文学家想要学习的任何矫正。

我们在此提出的项目通过将该技术带到下一个级别来充分利用自适应光学潜力将提高对许多关键的天体性问题的研究,包括:

  • 什么是超级分类的黑洞,它们如何工作?自适应光学器件已经开辟了一种新的方法来学习超现实的黑洞 - 通过恒星轨道 - 但只测量了冰山一角的最亮颗星。利用下一代自适应光学器件,我们将能够在我们对这些众所周知的对象中的研究中进行下一次跨越,这些物体被认为在我们的宇宙中发挥着核心作用。例如,我们的银河系中心附近的空间是一种引力力达到极端水平的地方。爱因斯坦的一般相对论理论仍然适用,或者发生异国情调的新物理现象吗?这些巨大的黑洞如何塑造他们的主机星系?银河中心的早期自适应光学观察揭示了一个完全意外的环境,挑战了我们对黑洞和星系之间关系的概念,这是宇宙学模型的基本成分。回答这两个问题的一种方法是找到和测量比任何已知的黑洞更靠近黑洞的暗淡恒星 - 哪个先进的自适应光学器件就是可能的。
  • 通过自适应光学器件获得的额外行星的第一直接图像 - 已经提高了明星和行星形成的基本问题。新星究竟是如何形成的,然后从它们周围的气体磁盘产生行星?这个过程的新的,更高分辨率的图像 - 来自较大新浪德克萨斯扑克的未置换数据 - 可以帮助回答这个问题,也可以揭示我们的太阳系如何形成。此外,虽然只发现了迄今为止的少数新出生的行星,但先进的自适应光学器件将使天文学家能够找到更多,并有助于确定其组成和终结潜力。
  • 暗物质和黑暗能量仍然是完全神秘的,即使他们构成了大部分宇宙。但是,使用自适应光学器件的详细观察,遥远星系的光线围绕较近的星系折射,以形成多个图像 - 所谓的重力镜头 - 可以帮助科学家了解暗物质和暗能量变化空间如何。

此外,很明显,赋予先进的自适应光学技术技术的新浪德克萨斯扑克将激发整个一代天文学家来设计和开展以前不可能的众多创新研究项目。

新窗户
激光系统用于制作人造导向恒星,从而感觉到地球大气层的模糊效果在我们的银河系中心的自适应光学观察期间在Keck I和Keck II上使用。下一代自适应光学器件将为每个新浪德克萨斯扑克具有多个激光束。照片信用:Ethan Tweedie。

原则上,自适应光学技术的技术非常简单。首先,天文学家通过使用来自明亮的已知物体-a“导恒星” - 或通过使用激光调节来测量大气中的瞬时湍流,以使高层大气层中的薄层荧光和发光一个人工导向星。湍流测量用于计算(也瞬间)湍流在进入的光波中产生的扭曲。然后通过快速变形新浪德克萨斯扑克中可变形镜的表面来抵消那些扭曲。测量和校正是每秒数百次 - 只有功能强大的计算能力,精密的光电机组和实时控制系统。我们知道如何构建这些工具。

当然,在大气中操作的新浪德克萨斯扑克,例如哈勃太空新浪德克萨斯扑克,不需要自适应光学器件。但是,与现在正在计划的巨大地球新浪德克萨斯扑克相比,哈勃和即将到来的下一代空间新浪德克萨斯扑克都很小。并且对于需要非常高分辨率的研究,例如上述主题以及许多其他的主题,实际上没有替代新浪德克萨斯扑克的光聚集功率才能放入太空。

下一代自适应光学器件可以有效地采用“大气高于大气中的最大的地球新浪德克萨斯扑克”,并使它们在宇宙中真正令人惊叹的新窗户。我们知道如何创建这种能力 - 技术在手中,团队组装。是时候将先进的自适应光学器件放在工作。

 

xo文件
创建下一代自适应光学
下一代自适应光学器件将有几个激光的人工导灯,更好的光学,更高的性能计算机,更先进的科学仪器。这样的系统将在几乎整个天空中提供最高清晰度的图像和光谱,并可以实现独特的新方法,测量星星,行星,星系和黑洞的性质。插图信用:J.lu(夏威夷U)&T. Do(UCLA)

自适应光学(AO)成像技术用于通过校正穿过湍流介质的光波上的畸变来改善光学系统的性能。该技术从眼科和视觉科学转向激光通信的革命性领域。在天文学中,AO采用快速计算机控制的复杂,可变形镜,实时地校正由地球大气的湍流引起的扭曲。配备AO的新浪德克萨斯扑克已经生产出锐利,更清晰的天文物体的景色,而不是在可能的情况下,即使是空间也是可能的。但目前的AO系统仅对大气模糊的影响部分校正,并且仅当新浪德克萨斯扑克在某些方向上指向时。下一代自适应光学器件的目的是克服这些限制,并为天空中的任何地方提供精确的大气模糊。

一个电流限制是激光导向星,其在高层大气中激励钠原子,使它们作为用于测量大气畸变的人造星光。本指南“明星”相对较近,仅在地球表面上方约90公里,所以该技术只探测新浪德克萨斯扑克上方的圆锥大气,而不是真正的星光必须通过的空气的全气缸。必须通过它新浪德克萨斯扑克。因此,没有测量大部分扭曲的大气结构。我们提出的下一代AO将采用七个激光导向恒星,提供由所研究的天文对象的光线行进的整个圆柱路径的完全覆盖(参见图示)。

该技术可以映射大气的3D结构,类似于MRI医学成像如何映射人体。仿真表明,所得矫正将是优异且稳定的,产生成像的革命性改善。例如,来自恒星的光将集中到焦平面相机的微小区域,并且比具有当前系统的速度较少,提供尖锐,清晰的图像,显​​示最佳细节。

这对于现有的大型新浪德克萨斯扑克(如W.M.)Keck Observatory(WMKO)等世界领先的天文平台,这将是尤为重要的。我们的团队 - UCLA银河银行集团(GCG) - 以及WMKO工作人员深入参与下一代AO系统的发展。

Quantum Leap的成像和光谱的质量,下一代AO可以带到凯克新浪德克萨斯扑克,很可能为全球新浪德克萨斯扑克上的高级AO系统铺平道路。然而,对于下一代极大的新浪德克萨斯扑克,这些AO的进步将是至关重要的。这是因为光线的圆柱形容积,光线必须通过这种大新浪德克萨斯扑克在这种大新浪德克萨斯扑克中到达镜子是如此广泛地,目前AO技术将无法提供令人满意的校正。因此,下一代AO技术对红外天文学的未来至关重要,最终也是光学天文学。

拟议预算总额为8000万美元五年。参加科学能力中飞跃所需的三个主要组成部分包括激光导向星系,自适应光学系统和强大的新科学仪器,由红外成像器和红外光谱仪组成,提供了利用的观察能力新的自适应光学系统。这种对自适应光学的投资还将有助于为其他关键科学和技术行业制定强大的劳动力,因为许多学生都在激光通信,生物医学光学,融资和业务的大数据分析,图像传感和图像感应和政府和国防申请和空间产业的光学。这项投资还将有助于保持美国的科技领先。资助的欧洲团体已经认识到AO的权力,正在开发竞争系统,尽管这里描述的下一代AO项目将设置一个完全新的标准。

联邦资助机构发现这项工作的科学案例引人注目,但他们明确表示超出现有预算意味着。因此,这是私人慈善事业的非凡机会 - 为政府以外的Visionaries提供帮助将这一雄心勃勃的突破项目带入现实,并在宇宙中打开一个新窗口。

其他 XO. Files