Estrelas-Guia a Laser

Estrelas-guia a laser são faróis de referência artificiais criados ao direcionar um laser para a atmosfera superior, fornecendo a fonte pontual brilhante de que a ótica adaptativa necessita quando nenhuma estrela natural adequada está disponível.

Definition

Uma estrela-guia a laser é um ponto de luz artificial produzido a grande altitude na atmosfera por um laser, utilizado como referência de frente de onda para ótica adaptativa em direções onde as estrelas-guia naturais são demasiado ténues ou ausentes.

Scope

Este tópico abrange estrelas-guia da camada de sódio que excitam átomos a cerca de noventa quilómetros de altitude e faróis Rayleigh de menor altitude, o efeito cone ou anisoplanatismo focal que limita a capacidade de um único farol amostrar a turbulência, a necessidade de uma estrela natural para detetar a inclinação geral, e as questões operacionais de segurança do laser e de evitação de aeronaves e satélites.

Core questions

• Por que as estrelas-guia naturais são frequentemente insuficientes?
• Como uma estrela artificial é criada na atmosfera?
• O que é o efeito cone e por que ele limita o desempenho?
• Por que uma estrela natural ainda é necessária ao lado de um farol a laser?

Key theories

Faróis de sódio e Rayleigh

Um laser sintonizado para uma transição de sódio faz com que átomos numa camada a cerca de noventa quilómetros de altitude brilhem, enquanto um farol Rayleigh usa luz espalhada por moléculas de ar de menor altitude, cada um produzindo uma estrela de referência artificial.

Anisoplanatismo focal, o efeito cone

Como o farol está a uma altitude finita, o cone de luz que ele amostra perde parte da turbulência que um feixe paralelo de uma estrela distante atravessaria, limitando a correção e motivando múltiplos faróis.

Indeterminação de inclinação

A luz que retorna de um farol a laser refaz o seu próprio caminho de saída, de modo que não pode medir a inclinação geral da imagem, que ainda deve ser obtida de uma estrela natural ténue.

Clinical relevance

As estrelas-guia a laser aumentam grandemente a fração do céu sobre a qual a ótica adaptativa pode operar, uma vez que as estrelas-guia naturais adequadas são raras, e são essenciais para sistemas de ótica adaptativa de campo amplo e de telescópios extremamente grandes que mapeiam a turbulência em três dimensões.

History

O conceito de estrela-guia a laser foi proposto na década de 1980, com as primeiras demonstrações a surgir em parte de pesquisas de defesa desclassificadas. Os faróis de sódio tornaram-se operacionais em grandes telescópios por volta da viragem do século, e sistemas de múltiplos faróis agora suportam a ótica adaptativa de campo amplo.

Key figures

• Laird Thompson
• Renaud Foy
• Antoine Labeyrie

Seminal works

• hardy1998
• roddier1999

Frequently asked questions

Por que criar uma estrela artificial em vez de usar uma real?

A ótica adaptativa necessita de uma referência brilhante muito próxima do alvo no céu, mas estrelas naturais adequadas existem apenas numa pequena fração das direções. Um laser pode colocar um farol artificial em quase qualquer lugar, aumentando vastamente a cobertura do céu sobre a qual a imagem nítida por ótica adaptativa é possível.

Por que um sistema de estrela-guia a laser ainda precisa de uma estrela natural?

A luz de um farol a laser viaja para cima e para baixo ao longo do mesmo caminho, de modo que qualquer inclinação geral que ele mediria é cancelada. Uma estrela natural ténue é, portanto, ainda necessária para detetar o movimento geral da imagem, enquanto o farol a laser lida com as distorções mais finas e de ordem superior.