Un nuovo rivoluzionario dispositivo ottico, sviluppato presso il Big Bear Solar Observatory (BBSO) del NJIT per correggere le immagini del Sole distorte da più strati di turbolenza atmosferica, sta fornendo agli scienziati le informazioni più dettagliate, immagini in tempo reale fino ad oggi dell'attività solare che si verifica su vasti tratti della superficie della stella.

Il nuovo telescopio solare da 1,6 metri dell'osservatorio può ora produrre immagini simultanee, Per esempio, di massicce esplosioni come brillamenti solari ed espulsioni di massa coronale che si verificano approssimativamente nello stesso momento attraverso grandi strutture come un 20, Macchia solare di 000 miglia di larghezza nella fotosfera solare.

"Per comprendere le dinamiche fondamentali del Sole, come l'origine delle tempeste solari, dobbiamo raccogliere dati da un campo visivo il più ampio possibile, "dice Philip Goode, illustre professore di fisica della NJIT e leader di un team internazionale di ricercatori finanziato dalla National Science Foundation (NSF) per sviluppare questo sistema ottico di prossima generazione.

"Durante i grandi bagliori, Per esempio, i cambiamenti del campo magnetico sembrano verificarsi in molti luoghi diversi con quasi simultaneità, " spiega. "Solo vedendo la gamma completa di eruzioni tutte in una volta saremo in grado di misurare con precisione le dimensioni, forza e la sequenza di questi eventi magnetici e analizzare anche le forze che spingono i campi magnetici della stella a torcersi l'uno intorno all'altro fino a quando non esplodono, emettendo enormi quantità di radiazioni e particelle che, quando diretto verso terra, può causare condizioni meteorologiche spaziali dirompenti".

Il dispositivo di ottica adattiva multiconiugata (MCAO) si trova a valle dell'apertura del telescopio BBSO, attualmente il telescopio solare a più alta risoluzione al mondo. Il sistema è composto da tre specchi che cambiano forma per correggere il percorso delle onde luminose in arrivo, guidati da un computer collegato a fotocamere ultraveloci che ne prendono più di 2, 000 fotogrammi al secondo per misurare le aberrazioni nel percorso dell'onda. Il sistema è chiamato multi-coniugato perché ciascuno dei tre specchi cattura la luce da una diversa altitudine - vicino al suolo e a circa tre e sei miglia di altezza - e le tre immagini corrette insieme producono un'immagine priva di distorsioni che elimina gli effetti della turbolenza fino a circa sette miglia.

Il sistema MCAO ha triplicato le dimensioni del campo visivo corretto ora disponibile con l'attuale tecnologia, nota come ottica adattiva, che impiega un unico mutaforma, o deformabile, specchio per correggere le immagini. Un articolo che mostra questi progressi è stato pubblicato oggi sulla rivista Astronomia e astrofisica .

"Il vantaggio di utilizzare tre specchi deformabili invece di uno è facilmente visibile. Le immagini sono nitide in un'area molto più ampia, "dice Dirk Schmidt, un ricercatore post-dottorato presso l'Osservatorio solare nazionale (NSO), uno scienziato di progetto per il team internazionale MCAO, e primo autore dell'articolo che descrive la ricerca. "Dopo molti anni di sviluppo, questo è un traguardo importante per il nuovo, generazione ad ampio campo di ottiche solari adattive".

Flussi d'aria turbolenti in diversi strati dell'atmosfera terrestre, da terra fino alla corrente a getto, cambiare il percorso della luce del Sole più velocemente di quanto l'occhio umano possa compensare, sfocando le immagini catturate dai telescopi convenzionali proprio come lo scarico caldo crea una foschia sulla carreggiata. La sfocatura si verifica quando le masse d'aria a diverse temperature si mescolano, distorcendo la propagazione della luce e facendola assumere un andamento sempre mutevole, percorso casuale dall'oggetto distante, arrivando all'osservatore con un angolo di incidenza randomizzato. Quella stessa turbolenza atmosferica provoca il luccichio delle stelle.

Il team MCAO, che include ricercatori di NJIT, NSO e il Kiepenheuer Institute for Solar Physics in Germania, ha lavorato insieme per più di un decennio alla prossima generazione di ottiche adattive per correggere queste distorsioni. I ricercatori sono riusciti ad ampliare notevolmente il campo visivo dopo diversi anni di alternanza di sperimentazione di laboratorio - con una sorgente di luce artificiale funzionante come il Sole che emetteva onde luminose volutamente distorte dal calore emanato dalle piastre calde - con test "on-sky" eseguiti in tempo reale nel percorso ottico del BBSO.

"Negli anni, abbiamo riconfigurato gli specchi decine di volte, aspettando quel 'Wow!' momento, " Ricorda Goode. "Finalmente, alla fine dello scorso luglio, abbiamo visto ciò che avevamo cercato a lungo:un flusso continuo di nitide, corretto a largo campo, ma essenzialmente immagini identiche. C'era un silenzio stupefatto, seguito da applausi. Abbiamo quindi ripetuto il test più volte, osservando vari punti del Sole per dimostrare che ci eravamo riusciti. Il trucco finale è stato restringere il campo per ottenere una correzione più focalizzata con ogni specchio, proprio come si regola una fotocamera per mettere a fuoco il campo vicino e quello lontano".

I guadagni scientifici dovrebbero essere multilivello. Un più chiaro, una visione più completa dell'attività solare dovrebbe fornire ulteriori indizi ai ricercatori che cercano di spiegare dinamiche misteriose, come i mezzi con cui le esplosioni sul Sole producono esplosioni magnetiche e radiazioni e accelerano le particelle quasi alla velocità della luce in pochi secondi. Più gli scienziati capiscono i processi fisici che avvengono a più di 90 milioni di miglia di distanza, i migliori politici saranno in grado di prevedere e prepararsi alle tempeste solari con la ferocia di interrompere i satelliti per le comunicazioni, mettere fuori uso i sistemi GPS, spegnere il viaggio aereo e spegnere le luci, computer e telefoni in milioni di case e aziende, osserva Andrew Gerrard, direttore del Centro per la ricerca solare-terrestre del NJIT, che gestisce il BBSO e molti altri strumenti solari in tutto il mondo e nello spazio.

"La correzione per più strati di turbolenza nell'atmosfera è un tour-de-force ingegneristico, " commenta Peter Kurczynski, direttore del programma di scienze astronomiche della NSF che ha finanziato la ricerca. "Questo studio dimostra una tecnologia fondamentale per gli osservatori di prossima generazione e migliorerà la nostra comprensione del sole. Ecco perché NSF supporta la ricerca sull'ottica adattiva, perché le nuove tecnologie consentono scoperte scientifiche."

Il progetto MCAO funge anche da test critico degli strumenti ottici che saranno richiesti dai futuri telescopi solari.

"I risultati MCAO di BBSO costituiscono però una vera rottura, " nota Tommaso Rimmele, chi è il direttore del progetto per il prossimo telescopio solare di 4 metri Daniel K. Inouye (DKIST) alle Hawaii, un direttore associato della NSO e un co-investigatore del team MCAO. Aggiunge, "Il sistema fornisce una piattaforma sperimentale essenziale per lo sviluppo di ottiche adattive ad ampio campo per osservazioni solari, e funge da pioniere per i sistemi di ottica adattiva sul DKIST, programmato per l'operatività regolare nel 2020".