Кіріспе
Астрономияда "көру" – Жер атмосферасындағы турбуленттілік салдарынан астрономиялық объектінің бейнесінің нашаруы, бұл бұрмалану, жыпылықтау немесе өзгермелі деформация түрінде көрінуі мүмкін. Бұл құбылыстың себебі – объектіден детекторға дейінгі жарық жолындағы оптикалық сындыру көрсеткішінің жылдам өзгеруі. "Көру" телескоптармен астрономиялық байқауларда бұрыштық ажыратымдылыққа елеулі шектеу болып табылады, әйтпесе телескоп апертурасының мөлшерімен дифракция арқылы шектелер еді. Бүгінде көптеген ірі ғылыми жер үстіндегі оптикалық телескоптар "көруді" жеңу үшін адаптивтік оптиканы қолданады. "Көрудің" күші көбінесе жұлдыздың ұзақ экспозициядағы бейнесінің бұрыштық диаметрімен ("көру дискісі") немесе Фрид параметрі (r0) арқылы сипатталады. "Көру дискісінің" диаметрі – оның оптикалық қарқындылығының жартысына дейінгі толық ені. Осы контексте бірнеше ондаған миллисекундтық экспозиция ұзақ деп есептеледі. Фрид параметрі – дифракциялық шектеудегі бұрыштық ажыратымдылық "көру" арқылы шектелген ажыратымдылыққа тең болатын гипотетикалық телескоп апертурасының мөлшерін сипаттайды. "Көру дискісінің" мөлшері де, Фрид параметрі де оптикалық толқын ұзындығына байланысты, бірақ оларды 500 нанометрде көрсету қалыпты жағдай. 0,4 доға секундтан кіші "көру дискісі" немесе 30 сантиметрден үлкен Фрид параметрі – өте жақсы "көру" деп саналады. Ең қолайлы жағдайлар әдетте Мауна-Кеа немесе Ла-Пальма сияқты кіші аралдардағы биік таулардағы обсерваторияларда кездеседі.
In astronomy, seeing is the degradation of the image of an astronomical object due to turbulence in the atmosphere of Earth that may become visible as blurring, twinkling or variable distortion. The origin of this effect is rapidly changing variations of the optical refractive index along the light path from the object to the detector. Seeing is a major limitation to the angular resolution in astronomical observations with telescopes that would otherwise be limited through diffraction by the size of the telescope aperture. Today, many large scientific ground based optical telescopes include adaptive optics to overcome seeing. The strength of seeing is often characterized by the angular diameter of the long exposure image of a star (seeing disk) or by the Fried parameter r0. The diameter of the seeing disk is the full width at half maximum of its optical intensity. An exposure time of several tens of milliseconds can be considered long in this context. The Fried parameter describes the size of an imaginary telescope aperture for which the diffraction limited angular resolution is equal to the resolution limited by seeing. Both the size of the seeing disc and the Fried parameter depend on the optical wavelength, but it is common to specify them for 500 nanometers. A seeing disk smaller than 0.4 arcseconds or a Fried parameter larger than 30 centimeters can be considered excellent seeing. The best conditions are typically found at high altitude observatories on small islands, such as those at Mauna Kea or La Palma.
Көріп тұрған дискідің жартысы ең үлкен ені (FWHM)
Атмосфера болмаса, кішкентай жұлдыздың телескоп суретінде дифракция арқылы анықталатын "Эйри дискісі" ретінде көрінетін мөлшері болады және ол телескоптың диаметріне кері пропорционал болады. Бірақ, жарық Жер атмосферасына енгенде, әртүрлі температуралық қабаттар мен жел жылдамдықтарының айырмасы жарық толқындарын бұрмалап, жұлдыздың суретінде бұрмалауға алып келеді. Атмосфераның әсерін түрбулентті түрде қозғалатын айналмалы ауа жасушалары ретінде модельдеуге болады. Көптеген обсерваторияларда түрбуленттілік тек r0-дан үлкен масштабтарда ғана маңызды (төменде қараңыз – көру параметрі r0 ең жақсы жағдайларда көрінетін толқын ұзындығында 10–20 см-ге тең) және бұл телескоптардың ажыратымдылығын ғарышта орналасқан 10–20 см телескопқа сәйкес деңгейде шектейді. Бұрмалау жоғары жылдамдықпен өзгереді, әдетте секундына 100 реттен астам. Жұлдыздың экспозиция уақыты секунд немесе тіпті минуттар болатын әдеттегі астрономиялық суретінде, әртүрлі бұрмалаулар "көру дискісі" деп аталатын толыққан диск ретінде ортаталастырылады. Көру дискісінің диаметрі, көбінесе жартылай максимумдағы толық ені (FWHM) ретінде анықталады, астрономиялық көру жағдайларын өлшеудің көрсеткіші болып табылады. Осы анықтамадан көрісу әрқашан өзгермелі шама екені шығады, ол орынға, түнге және тіпті минуттарға қарай өзгереді. Астрономдар көбінесе төменгі орташа көру дискісінің диаметрі бар "жақсы" түндер және барлық байқаулардың нәсілсіз болған көру диаметрінің тым жоғары болған "жаман" түндер туралы айтады. Көру дискісінің FWHM (немесе жай ғана "көру") әдетте доғалық секундтармен өлшенеді және (″) символымен белгіленеді. 1,0″ көру орташа астрономиялық орындар үшін жақсы көрсеткіш. Қалалық аймақтарда көру әдетте нашарлайды. Жақсы көруге ие түндер әдетте ашық, салқын және желсіз болады. Жылы ауаның көтерілуі (конвекция) көруді нашарлатады, сондай-ақ жел мен бұлттар да осыған себеп болады. Ең жақсы биік таулардағы обсерваторияларда жел бұрын жермен жанаспаған тұрақты ауа әкеледі, кейде 0,4″ көруді қамтамасыз етеді.
r0 және t0
Обсерваториядағы астрономиялық көру жағдайларын r0 және t0 параметрлері арқылы ыңғайлы түрде сипаттауға болады. Диаметрі r0-ден кіші телескоптар үшін ұзақ экспозицияда алынған суреттердің ажыратымдылығы негізінен дифракциямен және Эйри суретінің мөлшерімен анықталады, демек телескоп диаметріне кері пропорционал. Диаметрі r0-ден үлкен телескоптар үшін сурет ажыратымдылығы негізінен атмосферамен анықталады және телескоп диаметріне тәуелсіз, r0 диаметріне тең телескоптың көрсеткен мәнінде тұрақты болып қалады. r0 сондай-ақ турбуленттілік маңызды бола бастайтын ұзындық өлшеміне сәйкес келеді (жақсы обсерваторияларда көрінетін толқын ұзындығында 10–20 см), ал t0 турбуленттіліктегі өзгерістер маңызды бола бастайтын уақыт өлшеміне сәйкес келеді. r0 адаптивті оптика жүйесінде қажетті атқарушылардың арақашықтығын анықтайды, ал t0 атмосфераның әсерін толықсыздау үшін қажетті түзету жылдамдығын анықтайды. r0 және t0 параметрлері астрономиялық бейнелеу үшін қолданылатын толқын ұзындығына байланысты өзгереді, бұл үлкен телескоптарды пайдалана отырып, ұзын толқын ұзындықтарында сәл жоғары ажыратымдылықта бейнелеуге мүмкіндік береді. r0 көру параметрі көбінесе Дэвид Л. Фридтің құрметіне аталған Фрид параметрі деп аталады. Атмосфералық уақыт тұрақтысы t0 Дарил Гринвудтың құрметіне Гринвуд уақыт тұрақтысы деп аталады.
Жеңілдіктер
Бұл мәселеге алғашқы жауап – қарапайым морфологиясы бар жарқын нысандарды дифракциялық шектеулі бұрыштық ажыратымдылықпен байқауға мүмкіндік беретін түйіршіктей бейнелеу болды. Кейін NASA-ның Хаббл ғарыш телескопы пайда болды, ол атмосфераның сыртында жұмыс істегендіктен, көруге қатысты мәселелер болған жоқ және тұңғыш рет әлсіз нысаналарды байқауға мүмкіндік берді (дегенмен Хаббл телескопының диаметрі кішкентай болғандықтан, жердегі телескоптардан жарқын көздерді байқауға қарағанда ажыратымдылығы төмен болды). Қазіргі кезде ең жоғары ажыратымдылықтағы көрінетін және инфрақызыл суреттерді әскери-теңіз күштерінің прототиптік оптикалық интерферометрі немесе Кембридж оптикалық апертура синтезі телескопы сияқты бейнелеу оптикалық интерферометрлерінен алуға болады, бірақ оларды тек өте жарқын жұлдыздарда ғана қолдануға болады. 1990 жылдардан бастап көптеген телескоптар көру мәселесін ішінара шешетін адаптивті оптика жүйелерін дамытты. Қазірге дейін жасалған ең жақсы жүйелер, мысалы, ESO VLT-дегі SPHERE және Gemini телескопындағы GPI, 2,2 микрометр толқын ұзындығында 90% Strehl қатынасына жетеді, бірақ бұл тек аспанның өте кішкентай аймағында ғана мүмкін. Атмосфераның бірнеше биіктіктеріне конъюгацияланған бірнеше деформацияланатын айналарды пайдалану және турбуленцияның тік құрылымын өлшеу арқылы, көп конъюгацияланған адаптивті оптика деп аталатын техникада кең көрініс ала алады. Тағы бір арзан әдіс – «сәтті бейнелеу» кішкентай телескоптарда жақсы нәтижелер көрсетті. Бұл идея соғысқа дейінгі жақсы көру моменттерін қадағалауға дейін барады, содан кейін Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін планеталарды кинолентаға түсірумен жалғасты. Бұл техника атмосфераның әсері кейде мардымсыз болатынына негізделген, сондықтан көптеген суреттерді нақты уақытта жазу арқылы «сәтті» тамаша суретті таңдап алуға болады. Бұл телескоп линзасының үстіндегі r0 өлшемді жаңқалардың саны тым көп болмағанда жиі болады, сондықтан техника өте үлкен телескоптар үшін тиімсіз. Дегенмен, кейбір жағдайларда ол адаптивті оптикадан да жақсы нәтиже береді және әуесқойлар үшін қолжетімді. Бұл әдіс әлсіз нысаналарды бейнелеу үшін адаптивті оптикаға қарағанда әлдеқайда ұзақ бақылау уақытын қажет етеді және оның максималды ажыратымдылығы шектеулі.