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    A ótica da próxima geração oferece as mais amplas visualizações em tempo real de vastas regiões do sol

    Imagens recentes tiradas do Big Bear Solar Observatory de uma grande seção da superfície do Sol, cerca de 23, 000 milhas quadradas, mostre os avanços em clareza em tempo real em grandes distâncias apresentados por um novo sistema óptico inovador. Crédito:Observatório Solar Big Bear

    Um novo dispositivo óptico inovador, desenvolvido no Big Bear Solar Observatory (BBSO) do NJIT para corrigir imagens do Sol distorcidas por múltiplas camadas de turbulência atmosférica, está fornecendo aos cientistas os detalhes mais precisos, imagens em tempo real atuais da atividade solar ocorrendo em vastas extensões da superfície da estrela.

    O Novo Telescópio Solar de 1,6 metros do observatório agora pode produzir imagens simultâneas, por exemplo, de explosões massivas, como erupções solares e ejeções de massa coronal que estão ocorrendo aproximadamente ao mesmo tempo em grandes estruturas, como um 20, Mancha solar de 000 milhas de largura na fotosfera solar.

    "Para compreender a dinâmica fundamental do Sol, como a origem das tempestades solares, precisamos coletar dados do mais amplo campo de visão possível, "diz Philip Goode, distinto professor pesquisador de física da NJIT e líder de uma equipe internacional de pesquisadores financiada pela National Science Foundation (NSF) para desenvolver este sistema óptico de próxima geração.

    "Durante grandes chamas, por exemplo, mudanças no campo magnético parecem ocorrer em muitos lugares diferentes com quase simultaneidade, "ele explica." Somente vendo a gama abrangente de erupções ao mesmo tempo seremos capazes de medir com precisão o tamanho, força e sequenciamento desses eventos magnéticos e também analisar as forças que impulsionam os campos magnéticos da estrela a se torcerem até explodirem, expelindo grandes quantidades de radiação e partículas que, quando direcionado para a terra, pode causar um clima espacial perturbador. "

    O dispositivo de óptica adaptativa multi-conjugada (MCAO) fica a jusante da abertura do telescópio BBSO, atualmente o telescópio solar de mais alta resolução do mundo. O sistema é composto por três espelhos que mudam de forma para corrigir o caminho das ondas de luz que chegam, guiado por um computador conectado a câmeras ultrarrápidas que demoram mais de 2, 000 quadros por segundo para medir aberrações no caminho da onda. O sistema é chamado de multi-conjugado porque cada um dos três espelhos captura a luz de uma altitude diferente - perto do solo e a cerca de três e seis milhas de altura - e as três imagens corrigidas juntas produzem uma imagem sem distorção que elimina os efeitos da turbulência até cerca de sete milhas.

    O sistema MCAO triplicou o tamanho do campo de visão corrigido agora disponível com a tecnologia atual, conhecido como óptica adaptativa, que emprega uma única mudança de forma, ou deformável, espelho para corrigir imagens. Um artigo mostrando esses avanços foi publicado hoje na revista. Astronomia e Astrofísica .

    “O ganho de usar três espelhos deformáveis ​​em vez de um é facilmente visível. As imagens são nítidas em uma área muito maior, "diz Dirk Schmidt, um pesquisador de pós-doutorado no Observatório Solar Nacional (NSO), um cientista de projeto para a equipe internacional MCAO, e primeiro autor do artigo que descreve a pesquisa. "Depois de muitos anos de desenvolvimento, este é um marco importante para o novo, geração de amplo campo de óptica adaptativa solar. "

    Fluxos de ar turbulentos em diferentes camadas da atmosfera da Terra, do solo até a corrente de jato, mudar o caminho da luz do Sol mais rápido do que o olho humano pode compensar, borrando as imagens capturadas por telescópios convencionais, assim como o escapamento quente cria uma névoa na estrada. O embaçamento ocorre quando as massas de ar em diferentes temperaturas se misturam, distorcendo a propagação da luz e fazendo com que ela sofra uma mudança constante, caminho aleatório do objeto distante, chegando ao observador com um ângulo de incidência aleatório. Essa mesma turbulência atmosférica causa o cintilar das estrelas.

    A equipe MCAO, que inclui pesquisadores do NJIT, NSO e o Instituto Kiepenheuer de Física Solar na Alemanha, vem trabalhando juntos há mais de uma década na próxima geração de óptica adaptativa para corrigir essas distorções. Os pesquisadores conseguiram ampliar significativamente o campo de visão após vários anos de experimentação laboratorial alternada - com uma fonte de luz artificial funcionando como o Sol que emitia ondas de luz propositalmente distorcidas pelo calor emanado das placas quentes - com testes "no céu" realizados em tempo real no caminho óptico do BBSO.

    "Ao longo dos anos, tínhamos reconfigurado os espelhos dezenas de vezes, esperando por aquele 'Uau!' momento, "Goode lembra." Finalmente, no final de julho passado, vimos o que há muito procurávamos - um fluxo contínuo de corrigido em campo amplo, mas imagens essencialmente idênticas. Houve um silêncio atordoante, seguido de aplausos. Em seguida, repetimos o teste várias vezes, olhando para vários lugares do Sol para provar que tínhamos sido bem-sucedidos. O truque final foi estreitar o campo para obter uma correção mais focada em cada espelho, da mesma forma que você ajustaria uma câmera para ter o campo próximo e distante em foco. "

    Espera-se que os ganhos científicos sejam em vários níveis. Um mais claro, uma visão mais abrangente da atividade solar deve fornecer pistas adicionais para os pesquisadores que buscam explicar a dinâmica misteriosa, como os meios pelos quais as explosões no Sol produzem explosões magnéticas e radiação e aceleram as partículas a quase a velocidade da luz em segundos. Quanto mais cientistas entendem os processos físicos que ocorrem a mais de 90 milhões de quilômetros de distância, os melhores formuladores de políticas serão capazes de prever e se preparar para tempestades solares com a ferocidade de interromper os satélites de comunicação, derrubar sistemas GPS, desligue as viagens aéreas e apagar as luzes, computadores e telefones em milhões de residências e empresas, observa Andrew Gerrard, diretor do Centro de Pesquisa Solar-Terrestre do NJIT, que opera o BBSO e vários outros instrumentos solares em todo o mundo e no espaço.

    "Corrigir várias camadas de turbulência na atmosfera é um tour de força da engenharia, "comenta Peter Kurczynski, diretor do programa de ciências astronômicas da NSF que financiou a pesquisa. "Este estudo demonstra a tecnologia que é crucial para os observatórios de próxima geração e vai melhorar nossa compreensão do sol. É por isso que a NSF apóia a pesquisa de óptica adaptativa, porque as novas tecnologias permitem descobertas científicas. "

    O projeto MCAO também serve como um teste crítico de instrumentos ópticos que serão exigidos por futuros telescópios solares.

    "Os resultados do MCAO do BBSO constituem uma verdadeira ruptura, "observa Thomas Rimmele, que é o diretor do projeto para o futuro Telescópio Solar de 4 metros Daniel K. Inouye (DKIST) no Havaí, um diretor associado do NSO e um co-investigador da equipe MCAO. Ele adiciona, "O sistema fornece uma plataforma experimental essencial para o desenvolvimento de óptica adaptativa de campo amplo para observações solares, e serve como o pioneiro para sistemas óticos adaptativos no DKIST, programado para operação regular em 2020. "


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