Adaptive Optik Moderne Technik für scharfe Bilder von der Sonne

Präsentation zum Thema: "Adaptive Optik Moderne Technik für scharfe Bilder von der Sonne"—  Präsentation transkript:

1 Adaptive Optik Moderne Technik für scharfe Bilder von der Sonne
Oskar von der Lühe Kiepenheuer-Institut Lehrerfortbildung,

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3 Winkelauflösung D Die Winkelauflösung eines Teleskops wird durch Beugung an der Eintrittsöffnung begrenzt Die Halbwertsbreite des Bildes einer Punktquelle (Stern) ist: Je größer die Teleskopöffnung und je kleiner die Wellenlänge, desto feinere Strukturen können aufgelöst werden

4 Beobachtungen vom Boden und aus dem Weltraum
Weltraum-Observatorien Haben Zugang zum gesamten e. m. Spektrum Beobachten ohne Störung durch die Erdatmosphäre Erzeugen konsistent hohe Datenqualität mit einem begrenzten Satz von Experimenten Bodengebundene Observatorien Liefern höchste Winkelauflösung in begrenzten Spektralbereichen, je nach seeing Liefern sehr hohe Datenraten Erlauben experimentelle Flexibilität Hinode, D = 0.5 m ATST, D = 4 m Future High Resolution Facilities

5 Abbildung durch eine turbulente Erdatmosphäre
Temperaturfluktuationen erzeugen Brechungsindexfluktuationen Durchlaufende Lichtwellen werden deformiert – Aberrationen Das Bild astronomischer Quellen wird verschmiert Bewegung der Schlieren durch Wind bewirkt rasche Veränderungen – Zeitskalen 10 ms

6 Astronomisches Seeing
S. Hippler, M. Kasper, Sterne und Weltraum, Okt. 2004

7 Wellenfront-Deformationen
William Herschel Telescope, ING Gregor-Teleskop, KIS

8 Punktverbreiterungsfunktion (PSF)
 Ori Solar granulation 4.5m WHT, La Palma 2 arcsec field Visible light 0.7m VTT, Tenerife Real time 15 sec (100 frames) 60 arcsec, resolution 0.06 as

9 Lange Belichtungszeiten
Bestes Einzelbild Mittelwert von 100 Bildern („Langzeitbelichtung“)

10 Zusammenfassung Seeing
Die Fortpflanzung von Lichtwellen durch ein Zufallsmedium stört die Abbildung in einem optischen System Die dynamische Änderung des Mediums erzeugt eine neue, unkorrelierte Realisierung eines zufällig gestörten Bildes bei jeder neuen Belichtung Bei langen Belichtungen ist alle Information über kleinräumige Strukturen verschwunden Wie kann man lange belichten UND die Information über kleinräumige Strukturen erhalten?

11 Adaptive Optik Archimedes AD -215

12 Prinzip der Adaptiven Optik

13 Modale Korrektur: Zernike-Funktionen

14 Statistische Eigenschaften des Seeings
Die Varianz der Störung nimmt mit zunehmender Modenordnung ab

15 Schritt 1: Messen der Wellenfrontstörungen
Hartmann-Shack – Wellenfrontsensor: Zerlegung der Eintrittsöffnung in Unteraperturen Bestimmung von Kippwinkel und –richtung der Wellenfront durch Bildversatz Abbildung der Versatzmessungen auf Deformationsmoden

16 Beispiel: HS-WFS der Solaren Adaptiven Optik
Bild eines Shack-Hartmann - Sensors mit 36 Unteraperturen eines ausgedehnten Objektes (Sonne). Links: Auslegung des Linsenarrays in hexagonaler Geometrie. Rechts: Bild auf dem Detektor. Man sieht einen Ausschnitt der Sonnenoberfläche mit einem kleinen Sonnenfleck.

17 Beispiel: HS-WFS der Solaren Adaptiven Optik
Messung der Bewegung von Sonnengranulation in einem Hartmann-Shack Wellenfrontsensor am VTT, Teneriffa

18 Schritt 2: Korrektur der Wellenfront
S. Hippler, M.Kasper, Sterne und Weltraum, Okt. 2004

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22 Schritt 3: Regelkreis Optische Regel-strecke 1 Optische Regel-strecke 2 Wellenfront-Sensor Regler Korrektor Regelglied Störgröße (externe Störungen, Nulldeformation des Korrektors) Messort korrigiertes Bild Führgröße Rückführgröße - Stellgröße

23 Praktische Astronomie V

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25 Kompensation eines Sterns
Linear Logarithmisch

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29 KAOS am VTT, Teneriffa Kiepenheuer-Institut Adaptive Optics System
Focus Tip tilt DM Wavefront Sensor High Resolution Solar Observations with GREGOR

30 Kompensation eines Sonnenflecks

31 Kompensation eines Sonnenflecks

32 Solare Adaptive Optik Die Himmels-überdeckung ist 100%
High Resolution Today

33 Feldabhängige PSF

34 Abbildung durch eine ausgedehnte Atmosphäre
MCAO for solar observations

35 KAOS mit MCAO-Erweiterung (MultiCAOS)
from telescope conventional AO Control Computer DM 1 pupil reimaging optics WFS 2 DM 2 MCAO science focus MCAO add-on WFS 1 intermediate foci Regular science focus

36 Solare Multikonjugierte Adaptive Optik
Kontrast der Langzeitaufnahme no AO: 3.8% CAO: 4.4% MCAO: 5.6% Generalized Fried parameter

37 Multikonjugierte Adaptive Optik (low order) am VTT

38 Zusammenfassung Adaptive Optik verbessert die Abbildung in bodengebundenen Teleskopen erheblich, für Sonnenteleskope sogar bei kurzen Wellenlängen Solare MCAO hat das Potential, ein Gesichtsfeld von einer Bogenminute zu verbessern Eine Nachbereitung der Beobachtungen ist nötig, da die Korrektur mit AO/MCAO nie perfekt ist