レーザーガイド星

レーザーガイド星は、上層大気にレーザーを照射することで生成される人工的な参照ビーコンであり、適切な天然星が存在しない場合に補償光学が必要とする明るい点光源を提供する。

Definition

レーザーガイド星は、大気圏上層でレーザーによって生成される人工的な点光源であり、天然ガイド星が暗すぎるか存在しない方向において、補償光学の波面参照として使用される。

Scope

このトピックでは、約90キロメートル上空の原子を励起するナトリウム層ガイド星と、より低高度のレイリービーコン、単一のビーコンが乱気流をサンプリングする精度を制限するコーン効果または焦点非等方性、全体的な傾きを感知するために天然星が必要であること、およびレーザーの安全性と航空機および衛星の回避に関する運用上の問題について扱う。

Core questions

• なぜ天然ガイド星では不十分な場合が多いのか？
• 人工星は大気中でどのように生成されるのか？
• コーン効果とは何か、なぜそれが性能を制限するのか？
• レーザービーコンと並行して天然星が依然として必要なのはなぜか？

Key theories

ナトリウムビーコンとレイリービーコン

ナトリウム遷移に同調したレーザーは、約90キロメートル上空の層にある原子を発光させ、一方、レイリービーコンは低層の空気分子によって散乱された光を利用し、それぞれが人工的な参照星を生成する。

焦点非等方性、コーン効果

ビーコンが有限の高度にあるため、それがサンプリングする光の円錐は、遠方の星の平行な光線が通過するであろう乱気流の一部を見逃し、補正を制限し、複数のビーコンを必要とする動機となる。

傾き（ティルト）の不確定性

レーザービーコンから戻る光は、自身の発射経路を逆行するため、全体的な画像の傾きを測定することはできず、これは依然として微弱な天然星から取得する必要がある。

Clinical relevance

レーザーガイド星は、適切な天然ガイド星が稀であるため、補償光学が機能する空の範囲を大幅に拡大し、乱気流を三次元でマッピングする広視野および超大型望遠鏡の補償光学システムにとって不可欠である。

History

レーザーガイド星の概念は1980年代に提案され、初期の実証は機密解除された防衛研究に一部起因する。ナトリウムビーコンは世紀の変わり目頃に主要な望遠鏡で運用可能となり、現在では複数のビーコンシステムが広視野補償光学をサポートしている。

Key figures

• Laird Thompson
• Renaud Foy
• Antoine Labeyrie

Seminal works

• hardy1998
• roddier1999

Frequently asked questions

なぜ本物の星を使うのではなく、人工星を作るのか？

補償光学は、空の目標に非常に近い明るい参照を必要とするが、適切な天然星はごく一部の方向にしか存在しない。レーザーはほぼどこにでも人工ビーコンを配置でき、鮮明な補償光学画像が可能となる空のカバー範囲を大幅に拡大する。

レーザーガイド星システムが依然として天然星を必要とするのはなぜか？

レーザービーコンからの光は、同じ経路を上り下りするため、それが測定する全体的な傾きは相殺される。したがって、全体的な画像の動きを感知するためには、依然として微弱な天然星が必要であり、レーザービーコンはより微細な高次の歪みを処理する。