Laserleitsterne

Laserleitsterne sind künstliche Referenzleuchtfeuer, die durch das Aussenden eines Lasers in die obere Atmosphäre erzeugt werden. Sie bieten die helle Punktquelle, die adaptive Optiken benötigen, wenn keine geeigneten natürlichen Sterne verfügbar sind.

Definition

Ein Laserleitstern ist ein künstlicher Lichtpunkt, der hoch in der Atmosphäre durch einen Laser erzeugt wird und als Wellenfrontreferenz für adaptive Optiken in Richtungen dient, in denen natürliche Leitsterne zu schwach oder nicht vorhanden sind.

Scope

Dieses Thema behandelt Natriumschicht-Leitsterne, die Atome in etwa neunzig Kilometern Höhe anregen, sowie Rayleigh-Leuchtfeuer in geringerer Höhe, den Kegel-Effekt oder fokale Anisoplanatismus, der die Genauigkeit begrenzt, mit der ein einzelnes Leuchtfeuer die Turbulenzen abtastet, die Notwendigkeit eines natürlichen Sterns zur Erfassung der Gesamtkorrektur (Tilt), und die betrieblichen Aspekte der Lasersicherheit sowie der Vermeidung von Flugzeugen und Satelliten.

Core questions

• Warum sind natürliche Leitsterne oft unzureichend?
• Wie wird ein künstlicher Stern in der Atmosphäre erzeugt?
• Was ist der Kegel-Effekt und warum begrenzt er die Leistung?
• Warum wird neben einem Laserleitstern immer noch ein natürlicher Stern benötigt?

Key theories

Natrium- und Rayleigh-Leuchtfeuer

Ein auf einen Natriumübergang abgestimmter Laser bringt Atome in einer Schicht in etwa neunzig Kilometern Höhe zum Leuchten, während ein Rayleigh-Leuchtfeuer Licht verwendet, das von tiefer liegenden Luftmolekülen gestreut wird, wobei jedes einen künstlichen Referenzstern erzeugt.

Fokale Anisoplanatismus, der Kegel-Effekt

Da sich das Leuchtfeuer in endlicher Höhe befindet, verfehlt der Lichtkegel, den es abtastet, einen Teil der Turbulenzen, die ein paralleler Strahl eines entfernten Sterns durchqueren würde, was die Korrektur begrenzt und den Einsatz mehrerer Leuchtfeuer motiviert.

Tilt-Unbestimmtheit

Das von einem Laserleitstern zurückkehrende Licht folgt seinem eigenen ausgehenden Pfad, sodass es die gesamte Bildneigung (Tilt) nicht messen kann, die weiterhin von einem schwachen natürlichen Stern gewonnen werden muss.

Clinical relevance

Laserleitsterne erweitern den Himmelsbereich, in dem adaptive Optiken eingesetzt werden können, erheblich, da geeignete natürliche Leitsterne selten sind. Sie sind unerlässlich für adaptive Optiksysteme von Weitfeld- und extrem großen Teleskopen, die die Turbulenzen in drei Dimensionen abbilden.

History

Das Konzept der Laserleitsterne wurde in den 1980er Jahren vorgeschlagen, wobei frühe Demonstrationen teilweise aus freigegebenen Verteidigungsforschungen hervorgingen. Natrium-Leuchtfeuer wurden um die Jahrhundertwende an großen Teleskopen in Betrieb genommen, und Mehrfach-Leuchtfeuersysteme unterstützen heute die adaptive Optik im Weitfeld.

Key figures

• Laird Thompson
• Renaud Foy
• Antoine Labeyrie

Seminal works

• hardy1998
• roddier1999

Frequently asked questions

Warum einen künstlichen Stern erzeugen, anstatt einfach einen echten zu verwenden?

Adaptive Optiken benötigen eine helle Referenz sehr nahe am Ziel am Himmel, aber geeignete natürliche Sterne existieren nur in einem kleinen Bruchteil der Richtungen. Ein Laser kann ein künstliches Leuchtfeuer fast überall platzieren, was die Himmelsabdeckung, über die eine scharfe adaptive Optik-Bildgebung möglich ist, erheblich vergrößert.

Warum benötigt ein Laserleitsternsystem immer noch einen natürlichen Stern?

Licht von einem Laserleitstern bewegt sich auf dem gleichen Weg auf und ab, sodass jede gesamte Neigung (Tilt), die es messen würde, aufgehoben wird. Ein schwacher natürlicher Stern ist daher weiterhin erforderlich, um die gesamte Bildbewegung zu erfassen, während der Laserleitstern die feineren, höherrangigen Verzerrungen handhabt.