Uzay Teleskobularında Şişenck

Uzay tabanlı teleskoplar Dünya'nın çalkantılı atmosferinin üzerinde çalışır, onlara uzayın vakumunda bile, iyi bir temelde en küçük resolvatif açılardan ayırt etme yeteneği, fiziksel optik yasaları tarafından temel olarak sınırlıdır. Herhangi bir teleskopun çözümü, ışık ışığı ve yüzeylerin çapı tarafından belirlenen bir kısıtlamadır.

Diffraction Fiziği: Neden Karar Sınırlı

Karar meydan okuması diffraction ile başlar. Bir uçak dalgası bir dairesel aperture aracılığıyla geçerse, Airy disklerinin en yüksekteki (Rayleigh kriteri ile çevrili merkezi bir şekilde) bu merkezi diskin genişliği teleskopun mükemmel bir şekilde sabitlediği ve PSF'nin ötesindeki yanlış anlamaları kabul edilmez.

Fiziksel optikler, teleskopu bir koherent optik sistemi olarak modellemek için kullanır. ışık ışınları olarak tedavi etmek yerine, her noktada ikincil dalgacıkların kaynağı olarak dalgalanan (Huygens-Fresnel prensibi) ile ilgili olarak ileri görüşlü yaklaşımlar, mühendislere dalganın optik trenle nasıl geliştiğini simülasyonu sağlar, sonuçlanmış PSF'yi öngörür ve doğrulayıcı unsurları sağlar. Aynı matematikte, lazer kiriş şekillendirme ve Fourier optik gibi gelişmiş görüntüleme teknikleri.

Coherence'ın Rolü

Karar iyileştirmeleri genellikle gelen ışığın mekansal ve zamansal olarak tutarlılığa dayanır. Birçok astronomik kaynak, daha büyük açılardan uzaysal olarak tutarlı bir şekilde sentezlenir, ancak ışıkları küçük görünürlüğü ve görüntü yeniden yapılandırmasını etkiler.

Wavefront Sensing: Invisible

Herhangi bir düzeltme uygulanmadan önce, teleskop aşırı hassasla dalga cephesinin şeklini bilmelidir. Dalga algılama araçları gerçek dalga ve ideal bir küresel veya planlı referans arasındaki sapmaları ölçmektedir. Çeşitli teknolojiler akrepler veya uzay teleskopları için önerilen:

  • [FONT-Hartmann sensörleri[Dönetici: Bir mikrolens serisi, dalga alt-apertures'e bölünür; her nokta pozisyonu yerel eğimi gösterir ve James Webb Space Teleskobunun iyi rehberlik sensöründe kullanılır.
  • [FONT:0)Phase çeşitlilik[[[Dönetici: 2 resim biraz farklı odak pozisyonlarda kaydedilir ve dalga en iyi çiftle eşleşen aşama için geri kazanılır.Bu yöntem daha fazla donanım gerektirmez ve Hubble Uzay Teleskobu üzerinde istihdam edilir.
  • [FONT:0)Pyramid dalga sensörleri[[Dönetici: Reraktif bir piramit, dört öğrenciye kirişi bölüyor; yoğunluk farklılıkları faz gradients ortaya çıkıyor. Bunlar zemin bazlı a Adaptasyon optikleri için standarttır ve gelecekteki görevler için uzay-niteliklidir.
  • [FONT:0]Zernike faz-contrast[DÜT:1): Bir faz plaka bilinen bir referans dalgası tanıtıyor; bilinmeyen dalga cephesi ile müdahale doğrudan bir aşama haritası yaratıyor. Bu, laboratuvar prototipleri üzerinde exoplanet korografi için gösterildi.

Dalga algılamanın doğruluğu, görünür ışık uzay teleskopları için alt-nanometre seviyelerine ulaşmalıdır. Fiziksel optik simülasyonlar, foton istatistikinden gürültüyü en aza indirmeye yardımcı olur, elektronik okuma ve stil ışığı.

Uzayda Adaptif Optik: Gerçek Zamanlı Düzelt

Yer bazlı teleskoplar üzerinde adaptif optik sistemler atmosfere uygun bir aynayı iptal etmek için kullanılabilir. Uzayda, rahatsızlık kaynakları farklıdır: termal gradients, mekanik titreşimler ve yavaş yavaş yavaş yavaşlar malzeme yaşlanması ilkelerine uygulanır.

Uzay tabanlı AO, nanometre ölçeğinde doğru dalgalama hataları ile çalışmalıdır ve bakım gerektirmez.TheETHFLT:0)Nancy Grace Roman Space Teleskobu), birkaç yüz enstrümanı ile, nanometre ölçekdeki geri dönüşümlü hataları doğrulayabilmeleri için, hareketleyicilerin seçimine yol açan bir kontrol döngüsü tarafından belirlenir.

Bölümlü Ayna Phasing

James Webb Space Teleskobu (JWST) gibi büyük uzay teleskopları, bir dalga boyunda ve uç / parmak uçlu hataları ortaya çıkarmak için segmente monte edilmiş birincil aynalar kullanıyor.

Interferometry: Birden çok teleskopları birleştirmek

Tek bir dev ayna inşa etmek yerine, birkaç küçük teleskoplar, görünürlüğün kaynağı yapısına ve temel yönelime bağlı olduğu müdahaleleri içeren bir araya getirilebilir. Fiziksel optikler, ayrı koleksiyonculardan nasıl ışık getirilmelidir, yol boyu farklılıkları küçük bir dalgalara kadar uzanan bir araya getirilmelidir.

[FONT=0] Uzay Interferometry Misyonu (Yönetici)[Dönetici:0)[değiştir | kaynağı değiştir] [Uygunluksal dalga algılama için interferometri kullanır, ancak astronomik görüntüleme ile, astar wobbles.Daha yakın zamanda, [Dönetici Interferometresi Uzay Anteni][Dönetici)[Döneticileri bir araya getirir.

Aperture Synthesis

Bir gözlem sırasında teleskoplar arasındaki temel çizgisi geri döndürerek, interferometrik veriler dört alanda sentetik bir aperture doldurabilir - ortaya çıkan kirli fonksiyona eşit olarak adlandırılmış olan fırçalar ile daha da entropik ölçümler oluşturabilir.TheDAND:0Var-spread function[Dönetici) Bu ilkeyi kullanır ve gelecekteki uzay temelli bir delikli gölgeler ile en uzun temel çizgisine eşit olarak çözülebilir.TheDAN DÖRT:0).

Gelişmiş Deployable ve Segmented Optik

Uzay teleskopları, [[Dönetici:0)Large UV/Optical/Infrared Surveyor (LUVOIR)) ve HES:2)Habitable Exoplanet Gözlemevi (HabEx)) konsept çalışmaları, güneşli havalimanları kullanarak 8 ila 15 metre uzunluğundaki boşlukları ve yüzeysel olmayan kontrolleri kullanarak konumlandırır.

Geleneksel aynaların ötesinde, [[0)membrane optikler[Dönetici:2) ve [[Dönetici yapıları [Döneticileri 3 ) hafif alternatifler sunar.[Döneticileri, yüzeysel doğrulukları, wrinkling, stres rahatlaması ve mikrometeoparlama modelleri bu düzensiz saçılma ışık ve degrad kontrastlarını nasıl tahmin eder, aktif düzeltmenin telafi edilebilir olup olmadığını bilgilendirir.)BraneSAT[Döneticileri[Döneticileri)

Düz Optik ve Metasurfaces

Fiziksel optiklerde ortaya çıkan bir teknoloji, uzay teleskopları ve aynaları, büyük ölçüde kütle ve hacimleri azaltabilecek bir alt dalga uzunluğundaki nanoyapıların katmanına sahip olabilir.Çünkü faz değişimi geometrik parametrelerle belirlenir (parçacıklar, yüksek çözünürlük, şekil), tasarım yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (metalik) sabitlenebilir.

Zorluklar, koreal aberasyon, kutuplaşma duyarlılığı ve üretim toleransları içerir. ancak dar bant uygulamaları için (örneğin, belirli moleküler absorpsiyon hatlarında eski bir karakterizasyon), metasurfaces, kompakt spektrometreler veya korograflar etkinleştirebilir.

C ⁇ Görüntüleme ve Post-Processing

Fiziksel optikler ayrıca verilerin alınmasından sonra karar veren hesaplama yöntemleri altında. Bu teknikler, ham PSF'den daha keskin bir görüntüyü yeniden inşa etmek için ileri sürülen ışık yayılımının modeline izin verir:

  • [FONT=0)Deconvolution[[[Dönetici: 1 ): Ölçülmüş veya modelleme edilmiş bir PSF kullanarak, dekonvolution algoritmaları (Wiener filtre, Richardson-Lucy) kısmen ters diffraction bulanıklığı bulanıklaştırır. Uzay teleskopları için stabil PSFs, deconvolution 1.5-2 faktör tarafından çözüm üretebilir.
  • [FONT:0)Phase retrieval[[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0:0)Phase Retriekontkanlık Biyokimya Geri Döndürmeni Geri Döndükten Sonra, DÜye Geri Döndürmeni Geri Döndürmeni Geri Döndürmeni Geri
  • [FONT:0]Super-de mikroscopy teknikleri[Dönetici: Stokastik optik rekontrüksiyon mikroskobu gibi yöntemler, fluorescent etiketlerine güvenir, ancak benzer ilkeler (bir sparse setlerinin yerelleştirilmesi) gibi astronomik bir görüntü yeniden yapılanma uygulanabilir, örneğin alt-pikri doğruluğu olan bir alanda yıldızların pozisyonlarının tahmin edilebilir.
  • [FONT:0) Deep learning[[DÜDÜT:1): PSF'nin bilinen veya gördüklerinde, yüksek çözünürlüklü versiyonlarına bulanık görüntüleri haritalamayı öğrenebiliyorlar.

Bu hesaplama yaklaşımlarının her biri teleskopun optik sisteminin doğru fiziksel bir modeline bağlıdır. Sert fiziksel optik olmadan, düzeltmeler eksik veya kitapları tanıtacaktır.

Future Missions Pushing the Decision Frontier

Planlanan ve konsept görevleri, karar hedeflerine ulaşmak için fiziksel optiklere büyük ölçüde güvenecektir:

James Webb Space Teleskobu (JWST)

Zaten operasyonel olarak, JWST'nin 6.5 m segmente edilmiş ayna, her zaman inşa edilen en büyük uzay teleskopudur.Insi olmayan çözümü in the kızılötesi (0.03″ 2 μm) ağrıları ve hizalama sırasında elde edildi. Fiziksel optik modeller eş-fazeme toleransları, korograf performansı ve tozlardan ışık salladı.

Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu

Roma'nın korografi cihazı, yıldız difraksiyon modelini tahmin etmek ve null'i kullanmak için 10-9'un kontrast oranlarına ulaşmanın yolunu açacak şekilde, bu teknoloji, gelecekteki Dünyaca-kullanıcı görevlerin önünü açıyor.

LUVOIR ve HabEx

Bu büyük kabul çalışmaları 8–15 metre teleskoplarını segmente edilmiş aynalarla ve ileri korografları içeriyor. tasarımları, resimdeki tüm sistemdeki hız hatalarına karşı olan dalga algılama ve kontrol döngülerini içeriyor. [Döneticileri 1].

Hipertelesko

cesur bir konsept: küçük teleskopların bir sürperformasyonda ayarlanan bir flotillası, merkezi bir kombinasyona ışık yönlendirerek miliarcsan çözümü elde edebilir, doğrudan yüzey özelliklerinin yıldızlar ve exomoons. fiziksel optikler kombinasyon modellenmesi, yol boyu kontrol ve dizideki tutarlılığı ispatlamak için gereklidir.

Ground-Based Geliştirilmişlarla Karşılaştırma

Ground tabanlı teleskoplar, atmosferik bir türbülans için telafi edilebilir bir optik kullanır, ancak onların çözünürlüğü hala mevcut hataların, anisoplanatizm ve gök kapsamının altında 39 m aynaya sahip olur ve dalga geç hatalarının küçük olup olmadığı yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte limitler elde eder. Ancak, uzay teleskopları genellikle daha yüksek bir yüzeysel teleskoplar gibi daha yüksek bir yüzeysel bir yüzeysel görüntü oluşturabilir.

Uzaya Dayalı Fiziksel Optiklerdeki Zorluklar

Uzaydaki bu gelişmiş optikleri uygulamak zorluklarla doludur. Termal vakum koşulları, malzemeleri önceden tahmin edilemez bir şekilde genişletmeye veya sözleşmeye neden olur. tepki tekerleklerinden mekanik titreşimler ve daha sonra optik elementleri sarsır. Radyasyon hasar sensörleri ve kaplamalar zamanla başlar.

Fiziksel optik modelleme, tasarım aşamasındaki tüm bu faktörler için dikkate almalıdır. Monte Carlo simülasyonları, üretimden gelen toleransları ve son görüntü kalitesini tahmin etmek için ayarlamalıdır.Görüntü yapısının kendisi, ısı ve dinamik yüklerin altında tutmalı ve devre dışı bırakmalı.[D)[Döneticileri ve mekanik mühendisliği arasındaki sınırı bulanıklaştırır.

Bir başka meydan okuma kalibrasyondur. Tüm dalga sensörleri bilinen bir kaynağı gerektirir: alt kattan kalibrasyon kaynağı (daha parlak veya beyaz ışık) veya parlak bir yıldız tarafından getirilen eserler tahmin edilmelidir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Fiziksel optikler sadece teorik bir çerçeve değildir; Sensörlerin tasarımı, doğrulayıcıların ve veri işleme hatlarının atomik hassaslığa ulaşması için mühendislik arka kemiğidir. Bugünün bilim kurguladığı görüntülere gelecek nesillere, uzay gözlemleyicilerinin atomik hassaslığımıza ulaşmada, daha iyileştirici uzayın dinamik yapılarımızın ortaya çıkmasını bekleyebiliriz.

[FONT=0] Daha fazla teleskop tasarımında fiziksel optik okuma için, referanslı optikler için [FONTDNT:2) ve NASA IPACTELEFT:3[Dönersiz Arşiv[Dönergeler için).