Como funciona a óptica adaptativa?

+2 votos
1,629 visitas
perguntou Ago 27, 2013 em Telescópios por joaorrpinto AstroNovato (670 pontos)
recategorizado Set 10, 2013 por João Clérigo
Sei que é usada em grandes telescópios para colmatar a turbulência atmosférica. Mas a minha curiosadade é saber realmente como funciona.
  

2 Respostas

+2 votos
respondida Set 27, 2013 por Filipe Dias Astrónomo Avançado (6,410 pontos)
selecionada Set 27, 2013 por joaorrpinto
 
Melhor resposta

Não são só os grandes telescópios a usá-las. :) Há à venda no mercado (a rondar o milhar de euros), para os aficionados da astronomia amadora com telescópios de distância focal longa (2000 mm já é longo, no mundo amador), coisas que eles também chamam óptica adaptativa.

Bom, mas antes de continuar por aqui, convém perceber como é que a superfície da água numa piscina durante o dia distorce o percurso da luz do sol, e espalha essa luz pelo fundo de forma pouco uniforme, em "cobrinhas brancas".. Essencialmente, o que a atmosfera está sempre a fazer é um pouco isso de forma menos notória. A luz (ou outra radiação electromagnética -- é o que "EM" quer dizer), quando atravessa zonas de diferentes densidades, sofre refracção. No caso da atmosfera, são ainda várias dezenas a centenas de quilómetros de percurso por entre zonas em que o ar tem ligeiras diferenças de densidade (devido a temperatura, humidades, etc) e ainda por cima se move e mistura a seu belo prazer! Isto causa o conhecido efeito que vemos das estrelas cintilarem.

Numa primeira aproximação, isto corresponde a fazer desviar o "percurso" da luz de um lado para o outro com "periodicidades" de dezenas ou centenas de vezes por segundo. Um telescópio, ao amplificar/ampliar o que se vê/projecta está a tornar mais notório estes desvios, e se quisermos ir integrando a informação ao longo do tempo numa exposição maior, esses desvios acabam por "borrar" a imagem.

Assim, numa primeira abordagem, podemos considerar um sistema que só tem um elemento óptico (que origine refracção ou reflexão) para, em fracções, de segundo, ir "corrigir" a posição da estrela, na esperança que isso seja o antídoto (fazer o inverso) para o que a atmosfera está a fazer. Para telescópios com uma abertura pequena (instrumentos típicos dos amadores), isto chega perfeitamente para reduzir este efeito do "seeing". Uma forma simples de implementar isto, é com uma câmara de alta velocidade estar a observar uma estrela pelo sistema de óptica adaptativa e actuar o mesmo sistema tentando que a estrela não fuja do sítio.

Quando aumentamos o diâmetro da entrada de luz no telescópio, estamos também a considerar luz que passou por zonas mais variadas de densidade, e isto aumenta a contribuição de outros problemas no percurso da luz. Por um lado deixa de ser só um percurso a considerar (o/um elemento óptico tem que ser deformável). Por outro, luz que no total tenha percorrido uma distância mais longa ou mais curta, ao ser "combinada" no plano focal, vai diminuir de intensidade, isto porque a frente de onda chega desfasada, de forma não uniforme no espaço, e variando no tempo. Constatamos aqui que a própria atmosfera pode introduzir "ruído" em medições de fotometria de alta precisão, não só nas de astrometria! Para contrariar este efeito, tipicamente já são usados mais do que um elemento óptico, e estamos a falar, aqui sim, de telescópios bem grandes.

Há ainda um problema paralelo a todo este, que é "como detectar e avaliar em que estado nos chega a luz", para se poder actuar sobre isso! Pode-se tentar usar estrelas verdadeiras olhando para elas e observar o comportamento delas, pode-se tentar arranjar estrelas artificiais (imagens criadas por nós que também passam através do mesmo sistema óptico, e da atmosfera); Como construir sensores que detectem o estado da frente de onda; Combinar isto com modelos que tentem prever como a atmosfera se vai comportar a seguir (ou que nos digam quais os melhores parâmetros a usar em certo caso); etc..

Isso depois já entra no domínio da investigação ;-)

comentou Set 27, 2013 por joaorrpinto AstroNovato (670 pontos)
Excelente explicação Fil, entendi que é preciso ter um sistema ultra-rápido que responda às  variações da atmosfera.

Mas o que me intriga é que tipo de material óptico tem que se ter para ser suficientemente deformável face às variações da frente de onda.

Li algures num sitio da internet, que é normal usar-se estrelas lazer para formar uma estrela artificial de forma a ter sempre uma ao pé do sitio de onde vamos observar.

Também já procurei um sistema para os telescópios amadores (só por curiosidade) mas ou eu não pesquisei da forma ou então devem ser tão raros que não encontrei.:(

 

Um abraço
comentou Set 27, 2013 por Filipe Dias Astrónomo Avançado (6,410 pontos)
editado Set 28, 2013 por Administrador
Bom, SBIG é um fabricante de uma coisa dessas (AO-7: espelho, AO-8: refractor, etc), a Starlight Express também tem (SX-AO: refractor), e a Orion recentemente apareceu com algo de funcionamento semelhante. Se a câmara não for muito rápida, não pode ser considerado propriamente óptica adaptativa, visto que não se "adapta" suficientemente depressa. Os fabricantes podem dar um nome alternativo como "sistema de guiagem" :) A culpa disto pode não ser muito do fabricante, mas sim do telescópio usado, e da câmara de "guiagem"...

Nos sistemas disponíveis a amadores, como referi, não é costume haver elementos "flexíveis". Como referi de forma muito discreta, o principal da "correcção" da oscilação da imagem vem com um elemento que se mexe (por exemplo um espelho ou um paralelipípedo refractor). O caso da deformação do elemento óptico corresponde a uma influência menor, e costuma aparecer só nos telescópios grandes e "profissionais". O mais prático é usar nestes casos é um espelho fino, carregado de actuadores por trás que o deformam ligeiramente sem partir. É poucoxinho, mas como esta componente também é pequena, funciona! Mas provavelmente, se o espelho não for plano, o efeito pode ser "aumentado" por alguma curvatura do dito espelho. É mais fácil de controlar a deformação num espelho do que num elemento refractor..
+1 voto
respondida Ago 27, 2013 por prof.novaes Stardust (260 pontos)
A optica adaptativa corrige as frentes de onda EM. Com essa correção as imagens recebidas "fora de foco" ganham mais nitidez, podemos observar detalhes que nos escapam na imagem optica. Segue-se uma técnica que não podemos descrever aqui por falta de espaço.

Bem-vindo ao Astronomia Q&A, lugar onde poderá perguntar e receber respostas de outros membros da comunidade.

Para profissionais e amadores nos campos da astronomia, astrofísica, astronomia e astrofísica teórica, astronomia observacional, astronomia solar, ciências planetárias, astronomia estelar, astronomia galáctica e extra-galáctica, cosmologia, astrobiologia entre muitas outras.



Antes de doar leia o nosso comunicado

146 perguntas

186 respostas

157 comentários

174 utilizadores

Partilhar Questão

Contador de Visitas
...