magao-x 望远镜系统

天文学家贾里德·马莱斯博士就职于斯图尔德天文台,他在这个领域专攻太阳系外行星研究。他把自己的工作比作是在恒星光线中分离出系外行星的光晕。为了达成这一目标,他依赖的是自适应光学技术与日冕仪的结合。这就要求仪器能够把光线从恒星中剥离开来,进而测量行星大气中的氧气、水或甲烷等成分,甚至是行星的温度。这种观测需要近乎完美的图像质量。由于宇宙运行规律的限制,人们不可能造出没有瑕疵的光学系统。为此,他会在每次观测时仔细检查图像中的问题,然后利用高速相机和可变形镜进行实时修正。这套系统每秒能把问题纠正2000次,用来对抗望远镜电机振动和风力引起的快速抖动。 为了达成目标,他们研发了MagAO-X望远镜系统。这台设备被运送到了亚利桑那大学的实验室和智利拉斯坎帕纳斯天文台之间。在这里,它使用了麦哲伦·克莱望远镜作为支撑平台。为了能捕捉到系外行星的信号,他们整夜运行光学控制回路进行成像。 对于地基望远镜来说,大气湍流是必须要克服的第一道难关。这种湍流导致星星闪烁,使得原本清晰的天体图像变得模糊。除此之外,风吹和电机振动也会影响观测质量。为了纠正这些问题,需要有高速相机配合工作。相机需要比振动速度更快地捕捉光信号,以便在波前传感时提供数据供后续处理。 由于目标天体与观测者之间的角度差距非常小(只有0.1角秒),这就给成像带来了极大的困难。人眼在臂长距离内都很难分辨这么细微的角度差异。要在这么近的距离内实现高对比度成像,必须装备最先进的设备才能突破极限。Kinetix sCMOS相机运行速度极快,其校正效果非常显著。这套系统性能出色且工作可靠。 选择Kinetix相机是基于其超大传感器上的超高速成像能力以及低噪声和高量子效率带来的高灵敏度。在实际使用中,他们用了两台Kinetix相机:一台放在焦平面上直接接收目标光信号;另一台则放在瞳孔平面上(利用被拒绝的星光)。这种设计让他们在设计日冕仪光学系统时拥有了很大的灵活性。此外还有两台来自Teledyne Princeton Instruments的ProEM相机作为双成像仪使用,用来应对不同波长的需求。 Kinetix主要被用作波前传感相机来控制系统振动。通过对比开启和关闭Kinetix控制环路时的画面效果可以明显看出:系统从“四处跳动”的状态变得非常稳定,艾里图案几乎与模拟结果无异。他们主要利用Kinetix的动态范围模式工作。虽然重点在速度上,但为了快速校正问题,他们只关注感兴趣的小区域;但在寻找需要校正的恒星时,又可以利用未裁剪传感器的大视野来扫描全场。 这套系统在使用时设置得非常顺利。他们喜欢Kinetix的高PCIe接口带来的低延迟特性。他们自己运行定制硬件和软件时还得到了Teledyne Photometrics软件工程师的大力支持与帮助。经过细微调整后,系统运行良好且非常可靠,没有遇到任何软件问题。