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科研动态

国家天文台“极端”自适应光学仪器在智利完成客座观测

发表日期:2014-08-07来源:放大 缩小

  7月,中科院国家天文台南京天光所(简称天光所)研制的极端自适应光学系统(Extreme Adaptive Optics,简称:Ex-AO)作为客座仪器,成功对接欧洲南方天文台(ESO3.6米新技术望远镜(NTT),圆满完成了测试观测。该套Ex-AO系统在近红外H波段获得了衍射极限成像,表明具备了用于系外行星科学成像观测的能力。 

  该项科学仪器研制和观测计划,受到国家自然科学基金委重大国际(地区)合作研究项目资助(资助号11220101001利用中科院南美天文中心(暨中智天文联合研究中心)所提供的便利平台和专项科研经费, 由天光所、美国加州州立大学北岭分校,以及智利天主教大学组成的系外行星成像及Ex-AO”联合研究团队, 得以使用客座仪器(visiting instrument, 获得欧洲南方天文台(ESO)新技术望远镜(NTT6天观测时间,将自主研发的科研装备,首次实现与国际著名大型望远镜平台对接观测。 

  该套Ex-AO系统于20147月初自南京起运至位于智利,ESO的拉斯亚(La Silla)天文台,714日在NTT的奈氏平台完成安装。该系统结构紧凑,具有便携式尺寸。 

安装于NTTNB平台的Ex-AO系统实物图片

  基于自然导星和现有硬件配置,该套Ex-AO系统能够很好地锁定8等恒星。测试观测过程中,系统工作在H波段(中心波长1500nm,带宽40nm),恒星“北落师门”经过Ex-AO系统校正后的单幅图像(当夜视宁度0.8″,风速5m/s),达到衍射极限成像,该结果表明该系统已具备用于系外行星成像观测的能力。 

经过Ex-AO校正前后的恒星“北落师门”图像:校正前(左)和校正后(右)

  项目组提供了经过Ex-AO系统校正前后拍摄的“北落师门”视频(其中每帧图像只进行了初步的平场和暗场校正,未作任何其他数据处理),可以看出恒星的绝大部分能量集中并锁定在其艾里斑之内。

 

  非共光路波相差(none-common path error,简称NCPE)是制约用于系外行星成像研究的Ex-AO星冕仪的主要因素之一。传统AO其波前探测器(WFS)难以探测来自成像光路的波相差,进而制约高对比度成像的实际性能。此次观测,Ex-AO系统采用了前期发展的基于PSF评价机制的优化技术(参见Ren et al. 2012),对上述NCPE进行了初步校正,校正后的衍射斑图样与观测图像一致,可以清晰的看到第三级衍射环。该衍射图样还可以通过后续迭代将外围能量进一步推向PSF中心。   

  此次观测的Ex-AO系统作为原理样机,采用了97驱动单元的可变形镜(DM),其波相差校正精度目前达到30阶(泽尼克系数),校正频率(开环)达到1 KHz。下一步,系统将采用更快速的277单元DM,波前校正精度将最终提高至100阶以上,校正频率将达到世界最快—2KHz。整套仪器将最终升级为科学设备,以专门优化用于4米口径望远镜,包括此次观测的NTT和美国Apache Point天文台的ARC3.5米望远镜。升级后的系统将采用更专业的WFS,以保证观测星等达到10等;同时,订做天文专用的宽带近红外滤光片以提高系统通光效率,降低观测目标的曝光时间;最终,系统还将集成前期研发的透过率光瞳调制系统,用于高对比度成像科学研究。 

  目前,国际上4米级望远镜,一般都只有卡氏或奈氏平台,受到物理空间的限制,难以安装庞大而专业的AO设备。而天光所研发的Ex-AO系统,结构紧凑,能够以访问仪器的形式,方便地安置于奈氏平台,同时能够提供优良的像质。 

  国际上现有Ex-AO星冕仪系外行星成像仪器主要集中于8米口径望远镜,例如GPI/GEMINISPHERE/VLT。这些Ex-AO系统均需要配备上千驱动单元的DM以达到较高的斯特列尔比;用于系外行星成像观测时间竞争异常激烈,难以满足诸多观测需求。本项目研发的Ex-AO主要针对4米望远镜(观测时间相对丰富),采用上百单元的DM(如277-DM),可以获得与GPISPHERE相当的校正性能。该系统最终将集成前期研发的星冕仪(Ren, Dou & Zhu 2010),观测成像对比度在近红外波段(H波段~0.4″)可望达到10-6。该系统能够激活现有4米望远镜开展系外年轻巨行星天文成像的能力,与8米望远镜进行的同类计划形成互补观测。 

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