【儀表網(wǎng) 行業(yè)聚焦點(diǎn)】近日，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所和加州州立大學(xué)北嶺分校（CSUN）合作研制的用于系外行星成像觀測(cè)的便攜式“”自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱Ex-AO)，在美國新墨西哥州ApachePoint天文臺(tái)（APO）實(shí)測(cè)取得重要進(jìn)展。該套Ex-AO系統(tǒng)在近紅外H波段能夠穩(wěn)定地校正目標(biāo)恒星像，并獲得了接近10-5的成像對(duì)比度。
該研究工作受到國家自然科學(xué)基金委重大（地區(qū)）合作研究項(xiàng)目資助（資助號(hào)：11220101001，中方項(xiàng)目負(fù)責(zé)人朱永田研究員，美方項(xiàng)目負(fù)責(zé)人任德清教授）。利用前期科研經(jīng)費(fèi)，項(xiàng)目組購買了ApachePoint天文臺(tái)AstrophysicalResearchConsortium(ARC)3.5米望遠(yuǎn)鏡的2個(gè)晚上的觀測(cè)時(shí)間。由南京天光所和CSUN組成的“系外行星成像及Ex-AO”聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，將自主研發(fā)的科研裝備，再次實(shí)現(xiàn)與大型望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)的對(duì)接觀測(cè)。其中，該EX-AO系統(tǒng)作為客座儀器由國內(nèi)預(yù)先運(yùn)至APO天文臺(tái)，項(xiàng)目組研究人員利用有限的時(shí)間，快速完成了Ex-AO系統(tǒng)的搭建、調(diào)試，并終順利地與3.5米望遠(yuǎn)鏡的耐焦接口完成對(duì)接。
項(xiàng)目組選擇了具有不同星等的恒星作為觀測(cè)目標(biāo)（可見光波段視星等-1至8等），驗(yàn)證了該Ex-AO系統(tǒng)對(duì)不同星等恒星都能夠提供優(yōu)良的像質(zhì)（當(dāng)夜平均視寧度為1.2”~1.4”，風(fēng)速為5～13m/s）。此處，以恒星alphaTau和kapGem為例，給出了當(dāng)夜的觀測(cè)結(jié)果。此次觀測(cè)采用了短時(shí)間曝光和長時(shí)間曝光兩種模式。短曝光下拍攝的alphaTau校正前后的對(duì)比視頻如下所示，Ex-AO系統(tǒng)能夠穩(wěn)定提供接近衍射極限成像的校正，目標(biāo)星的能量經(jīng)校正后，明顯集中于艾利斑區(qū)域內(nèi)。
KapGem的觀測(cè)結(jié)果為長曝光拍攝，該目標(biāo)星等V=3.57，具有一顆暗弱伴星，經(jīng)自適應(yīng)光學(xué)初步校正并利用項(xiàng)目組近期提出的獨(dú)特的IRS（ImageRotation Subtraction,Renetal.ApJ2012）圖像處理算法，終處理后的圖像如下圖上所示，圖下為成像對(duì)比度與角距離曲線，這是課題組在實(shí)測(cè)中獲得接近10-5的對(duì)比度，證明了該套儀器具備開展系外行星成像科學(xué)觀測(cè)的能力。
本次Ex-AO系統(tǒng)是繼2014年在歐南臺(tái)的NTT3.5米望遠(yuǎn)鏡上實(shí)驗(yàn)之后，再次在3～4米級(jí)望遠(yuǎn)鏡上獲得成功觀測(cè)。相比8～10米級(jí)大望遠(yuǎn)鏡，3～4米級(jí)望遠(yuǎn)鏡能提供更充足的觀測(cè)時(shí)間，是開展系外行星成像觀測(cè)的理想平臺(tái)，但目前大多數(shù)該級(jí)別的望遠(yuǎn)鏡尚未配備有效工作的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，這極大限制了望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)利用價(jià)值。因此該套Ex-AO系統(tǒng)的實(shí)測(cè)也吸引了APO天文臺(tái)眾多同行的關(guān)注，揭示了大量高分辨成像需求的科學(xué)觀測(cè)可以借助該套儀器，在3.5米望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)上完成。
目前，該Ex-AO系統(tǒng)仍采用了97單元可變形鏡，但校正精度已經(jīng)提升至48階（澤尼克系數(shù)），校正頻率為1000Hz，搭配科學(xué)級(jí)H波段紅外相機(jī)記錄焦面圖像。課題組下一步計(jì)劃將可變形鏡升級(jí)為277單元，更充分匹配3.5米望遠(yuǎn)鏡口徑，預(yù)計(jì)可以校正至100階像差。基于升級(jí)后的系統(tǒng)，課題組將正式開展系外行星成像的科學(xué)觀測(cè)。屆時(shí)，該Ex-AO系統(tǒng)還能作為通用的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，為其他高分辨成像等相關(guān)研究服務(wù)。
