Un dispositivo óptico nuevo e innovador, desarrollado en el Observatorio Solar Big Bear de NJIT (BBSO) para corregir imágenes del Sol distorsionadas por múltiples capas de turbulencia atmosférica, proporciona a los científicos los detalles más precisos, imágenes en tiempo real hasta la fecha de la actividad solar que se produce en vastas extensiones de la superficie de la estrella.

El nuevo telescopio solar de 1,6 metros del observatorio ahora puede producir imágenes simultáneas, por ejemplo, de explosiones masivas como erupciones solares y eyecciones de masa coronal que ocurren aproximadamente al mismo tiempo en estructuras grandes como una 20, Mancha solar de 000 millas de ancho en la fotosfera del Sol.

"Para comprender la dinámica fundamental del Sol, como el origen de las tormentas solares, necesitamos recopilar datos de un campo de visión lo más amplio posible, "dice Philip Goode, distinguido profesor de investigación de física en el NJIT y líder de un equipo internacional de investigadores financiado por la National Science Foundation (NSF) para desarrollar este sistema óptico de próxima generación.

"Durante grandes llamaradas, por ejemplo, Los cambios en el campo magnético parecen ocurrir en muchos lugares diferentes con casi simultaneidad, ", explica." Solo al ver la amplia gama de erupciones de una sola vez podremos medir con precisión el tamaño, fuerza y ​​secuenciación de estos eventos magnéticos y también analizar las fuerzas que impulsan los campos magnéticos de la estrella a retorcerse entre sí hasta que explotan, arrojando cantidades masivas de radiación y partículas que, cuando se dirige hacia la tierra, puede causar un clima espacial perturbador ".

El dispositivo de óptica adaptativa conjugada múltiple (MCAO) se encuentra aguas abajo de la apertura del telescopio BBSO, actualmente el telescopio solar de mayor resolución del mundo. El sistema está compuesto por tres espejos que cambian de forma para corregir el camino de las ondas de luz entrantes, guiado por una computadora conectada a cámaras ultrarrápidas que toman más de 2, 000 fotogramas por segundo para medir aberraciones en la trayectoria de la onda. El sistema se denomina conjugado múltiple porque cada uno de los tres espejos captura la luz desde una altitud diferente, cerca del suelo y a unas tres y seis millas de altura, y las tres imágenes corregidas juntas producen una imagen sin distorsiones que elimina los efectos de la turbulencia. hasta unas siete millas.

El sistema MCAO ha triplicado el tamaño del campo de visión corregido ahora disponible con la tecnología actual, conocida como óptica adaptativa, que emplea un único cambio de forma, o deformable, espejo para corregir imágenes. Un artículo que muestra estos avances se publicó hoy en la revista. Astronomía y Astrofísica .

"La ganancia de usar tres espejos deformables en lugar de uno es fácilmente visible. Las imágenes son nítidas en un área mucho más grande, "dice Dirk Schmidt, investigador postdoctoral en el Observatorio Solar Nacional (NSO), un científico de proyectos para el equipo internacional de MCAO, y primer autor del artículo que describe la investigación. "Después de muchos años de desarrollo, este es un hito importante para la nueva, generación de campo amplio de óptica solar adaptativa ".

Flujos de aire turbulentos en diferentes capas de la atmósfera de la Tierra, desde el suelo hasta la corriente en chorro, cambiar el camino de la luz del sol más rápido de lo que el ojo humano puede compensar, difuminar las imágenes capturadas por telescopios convencionales al igual que un escape caliente crea una neblina en la calzada. La borrosidad ocurre cuando se mezclan masas de aire a diferentes temperaturas, distorsionando la propagación de la luz y haciendo que tome un cambio constante, camino aleatorio desde el objeto distante, llegando al observador con un ángulo de incidencia aleatorio. Esa misma turbulencia atmosférica provoca el parpadeo de las estrellas.

El equipo de MCAO, que incluye investigadores de NJIT, NSO y el Instituto Kiepenheuer de Física Solar en Alemania, ha estado trabajando juntos durante más de una década en la próxima generación de óptica adaptativa para corregir estas distorsiones. Los investigadores lograron ampliar significativamente el campo de visión después de varios años de experimentación de laboratorio alternada, con una fuente de luz artificial funcionando como el Sol que emitía ondas de luz distorsionadas a propósito por el calor que emana de las placas calientes, con pruebas "en el cielo" realizadas en tiempo real en la trayectoria óptica del BBSO.

"A través de los años, habíamos reconfigurado los espejos decenas de veces, esperando ese '¡Wow!' momento, "Recuerda Goode". Finalmente, finales de julio pasado, vimos lo que habíamos buscado durante mucho tiempo:una corriente continua de campo amplio corregido, pero esencialmente imágenes idénticas. Hubo un silencio atónito, seguido de aplausos. Luego repetimos la prueba varias veces mirando varios lugares del Sol para demostrar que lo habíamos logrado. El truco final fue reducir el campo para obtener una corrección más profunda con cada espejo, al igual que ajustaría una cámara para tener el campo cercano y lejano enfocados ".

Se espera que los avances científicos sean de varios niveles. Un mas claro, Una visión más completa de la actividad solar debería proporcionar pistas adicionales a los investigadores que buscan explicar dinámicas misteriosas, como el medio por el cual las explosiones en el Sol producen explosiones magnéticas y radiación y aceleran las partículas a casi la velocidad de la luz en segundos. Cuanto más comprendan los científicos los procesos físicos que tienen lugar a más de 90 millones de millas de distancia, los mejores responsables de la formulación de políticas podrán predecir y prepararse para las tormentas solares con la ferocidad de interrumpir los satélites de comunicaciones, aniquilar los sistemas GPS, apagar los viajes aéreos y apagar las luces, computadoras y teléfonos en millones de hogares y negocios, señala Andrew Gerrard, director del Centro de Investigación Solar-Terrestre del NJIT, que opera el BBSO y varios otros instrumentos solares en todo el mundo y en el espacio.

"Corregir múltiples capas de turbulencia en la atmósfera es un tour-de-force de ingeniería, "comenta Peter Kurczynski, director del programa de ciencias astronómicas de la NSF que financió la investigación. "Este estudio demuestra la tecnología que es crucial para los observatorios de próxima generación y mejorará nuestra comprensión del sol. Es por eso que NSF apoya la investigación de la óptica adaptativa, porque las nuevas tecnologías permiten los descubrimientos científicos ".

El proyecto MCAO también sirve como una prueba crítica de instrumentos ópticos que serán requeridos por los futuros telescopios solares.

"Sin embargo, los resultados de la MCAO de BBSO constituyen una verdadera ruptura, "señala Thomas Rimmele, quien es el director del proyecto para el próximo Telescopio Solar Daniel K.Inouye (DKIST) de 4 metros en Hawai, un director asociado de la NSO y un co-investigador en el equipo de MCAO. Él añade, "El sistema proporciona una plataforma experimental esencial para el desarrollo de óptica adaptativa de campo amplio para observaciones solares, y sirve como pionero para los sistemas de óptica adaptativa en el DKIST, programado para su funcionamiento regular en 2020 ".