اپتیک تطبیقی و تصحیح تصویر

اپتیک تطبیقی و تکنیک‌های مرتبط با تصحیح تصویر، تاری ناشی از جو زمین را از بین می‌برند و به تلسکوپ‌های زمینی اجازه می‌دهند تا به تصاویر واضحی که توسط دیافراگم کامل آن‌ها تعیین می‌شود، دست یابند.

Definition

اپتیک تطبیقی عبارت است از تصحیح بلادرنگ اعوجاجات جبهه موج جوی و ابزاری با استفاده از یک حسگر، یک سیستم کنترل، و یک عنصر تغییرشکل‌پذیر، که با تکنیک‌های تصحیح تصویر که جزئیات محدود به پراش را از جو متلاطم بازیابی می‌کنند، تکمیل می‌شود.

Scope

این حوزه شامل اندازه‌گیری جبهه‌های موج مخدوش، آینه‌های تغییرشکل‌پذیر و حلقه‌های کنترلی که آن‌ها را در زمان واقعی تصحیح می‌کنند، ستاره‌های راهنمای لیزری مصنوعی که نور مرجع را در جایی که ستاره‌های طبیعی وجود ندارند فراهم می‌کنند، و روش‌های پس‌پردازش مانند تصویربرداری لکه‌ای (speckle imaging) و تصویربرداری خوش‌شانس (lucky imaging) است که وضوح را از نوردهی‌های کوتاه بازیابی می‌کنند.

Sub-topics

• آینه‌های تغییرشکل‌پذیر و تصحیح
• ستاره‌های راهنمای لیزری
• تصویربرداری لکه و خوش‌شانس (Speckle and Lucky Imaging)
• حسگر جبهه موج

Core questions

• چگونه جو، تصاویر تلسکوپ را تخریب می‌کند؟
• چگونه جبهه موج مخدوش در زمان واقعی اندازه‌گیری و تصحیح می‌شود؟
• چگونه منبع مرجع در غیاب یک ستاره درخشان در نزدیکی به دست می‌آید؟
• چگونه نوردهی‌های کوتاه می‌توانند وضوح بالا را بدون حلقه تصحیح بازیابی کنند؟

Key theories

آشفتگی جوی و دید (seeing)

لایه‌های متلاطم هوا با ضریب شکست متغیر، جبهه موج ورودی را درهم می‌ریزند و وضوح را به جای حد پراش، به حد دید محدود می‌کنند و مقیاس و زمان همدوسی را تعریف می‌کنند که اپتیک تطبیقی باید بر آن غلبه کند.

تصحیح جبهه موج حلقه بسته

یک حسگر جبهه موج، اعوجاج را اندازه‌گیری می‌کند و یک آینه تغییرشکل‌پذیر، شکل مخالف را صدها بار در ثانیه در یک حلقه بازخورد اعمال می‌کند و یک تصویر واضح را بازیابی می‌کند.

منابع مرجع و ایزوپلانتیسم (isoplanatism)

تصحیح نیاز به یک مرجع روشن در یک زاویه ایزوپلانیک کوچک دارد، که ستاره‌های راهنمای لیزری و سیستم‌های چند مرجعی را برای گسترش میدان تصحیح‌شده تحریک می‌کند.

Clinical relevance

اپتیک تطبیقی به تلسکوپ‌های بزرگ زمینی اجازه می‌دهد تا در طول موج‌های نزدیک به فروسرخ، در وضوح با تلسکوپ‌های فضایی رقابت کنند یا از آن‌ها پیشی بگیرند، و تصویربرداری واضح از مناطق ستاره‌زا، مرکز کهکشان، سیارات فراخورشیدی، و سطوح اجرام منظومه شمسی را ممکن می‌سازد، و برای تلسکوپ‌های بسیار بزرگی که اکنون در حال ساخت هستند، ضروری است.

History

بابک (Babcock) اپتیک تطبیقی را در سال ۱۹۵۳ پیشنهاد کرد، اما تنها در دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ با بلوغ حسگرهای سریع جبهه موج، آینه‌های تغییرشکل‌پذیر و رایانه‌ها، تا حدی از طریق کارهای دفاعی طبقه‌بندی‌شده، عملی شد. از آن زمان، ستاره‌های راهنمای لیزری و سیستم‌های پیچیده‌تر، اپتیک تطبیقی را به یک استاندارد در تلسکوپ‌های بزرگ تبدیل کرده‌اند.

Key figures

• Horace Babcock
• Francois Roddier
• John Hardy

Seminal works

• hardy1998
• roddier1999

Frequently asked questions

چرا ستاره‌ها چشمک می‌زنند و اپتیک تطبیقی چگونه کمک می‌کند؟

چشمک زدن و تاری به این دلیل رخ می‌دهد که هوای متلاطم، نور ستاره را به مقادیر متغیر خم می‌کند. اپتیک تطبیقی این اعوجاج را چندین بار در ثانیه اندازه‌گیری می‌کند و یک تغییر شکل برابر و مخالف را با یک آینه انعطاف‌پذیر اعمال می‌کند، که به طور موثری اثر جو را خنثی کرده و تصویر را واضح‌تر می‌کند.

آیا اپتیک تطبیقی تلسکوپ‌های فضایی را غیرضروری می‌کند؟

این تکنیک شکاف را در طول موج‌های نزدیک به فروسرخ به شدت کاهش می‌دهد، جایی که تلسکوپ‌های بزرگ زمینی با اپتیک تطبیقی می‌توانند در وضوح با تلسکوپ‌های فضایی برابری کنند یا از آن‌ها پیشی بگیرند. اما فضا برای طول موج‌هایی که جو مسدود می‌کند و برای وسیع‌ترین و پایدارترین میدان‌ها ضروری باقی می‌ماند، بنابراین این رویکردها مکمل یکدیگر هستند.