Как наблюдать за Солнцем: томские ученые рассказали о работе обсерватории на берегу Байкала

Томские ученые вместе с коллегами из Иркутска разработали новую адаптивную систему для коррекции изображений солнечных телескопов. Для астрофизиков, изучающих эволюцию нашего светила, важно разглядеть мельчайшие детали, в частности, солнечные пятна и солнечные поры. А это возможно только после того, как изображение, формируемое в наземном телескопе, пройдет несколько этапов улучшения.

Съемочная группа программы "Час науки" посетила Байкальскую астрофизическую обсерваторию Института солнечно-земной физики РАН, где работает самый большой солнечно-вакуумный телескоп России.

Озеро Байкал (фото Юрия Дахова, телепрограммы "Час науки", "Вести Томск").

Байкальская астрофизическая обсерватория расположилась в известном туристам месте – в поселке Листвянка. На ее территории работают пять телескопов. Самый знаменитый из них – большой солнечно-вакуумный телескоп. Он входит в десятку крупнейших телескопов мира и включен в перечень уникальных научных установок России.

"Этот телескоп предназначен для исследования солнечных явлений самых маленьких масштабов на Солнце. Зеркало этого телескопа поднято над землей, оно защищено и экранировано от тепловых потоков, которые идут не только от земли, но и от самой конструкции. И, таким образом, мы имеем хорошее изображение на уровне, скажем так, ослабленных помех", – рассказал старший научный сотрудник ИСЗФ СО РАН, доктор физико-математических наук Павел Ковадло (г. Иркутск).

Телескоп обладает уникальными оптическими характеристиками, позволяющими проводить высококачественные наблюдения тонкоструктурных образований на Солнце, изучать физические процессы в атмосфере Солнца с высоким разрешением. Солнечное излучение принимает специальное устройство – кардинатометр, здесь строится изображение видимой поверхности Солнца. Там есть четыре датчика, которые, как говорят астрофизики, "держат Солнце за края".

Но разглядеть во всех деталях край Солнца можно только с помощью систем адаптивной оптики. Ведь астрофизиков редко интересует все Солнце целиком, чаще – его отдельные фрагменты, например, изображение солнечных пятен.

"Наблюдателям-астрофизикам, изучающим Солнце, важно увидеть, как ведет себя плазма, испускаемая Солнцем. Поэтому "край Солнца" важно увидеть. Мы использовали стабилизацию "края Солнца" с помощью зеркал и с помощью специальной программы, она позволяет еще улучшить изображение", – поясняет заведующий лабораторией когерентной и адаптивной оптики ИОА СО РАН, доктор физико-математических наук, профессор Владимир Лукин.

Коллектив ученых из институтов Солнечно-земной физики и Оптики атмосферы СО РАН совместно разрабатывают подобные системы. Одна из первых получила название "Ангара". Сегодня ученые пошли дальше и создают новые усовершенствованные версии систем адаптивной оптики.

"Они корректируют оптические искажения, которые возникают из-за действия атмосферной турбулентности Земли. Эти искажения возникают на разных высотах. Для коррекции их предварительно необходимо определять. С одной стороны, на апертуре телескопа, с другой стороны, на двух-трех высотах в атмосфере Земли мы должны уметь их оценить", – пояснил и.о. заведующего Байкальской астрофизической обсерваторией ИСЗФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Артем Шиховцев (г. Иркутск).

Один из ключевых компонентов системы – датчик волнового фронта, он строится на основе классической схемы Шека-Гартмана. Но сам этот важнейший элемент был модернизирован томичами под потребности решаемых оптических задач.

"Это тот прибор, который в реальном времени, при проведении текущих наблюдений измеряет искажения. Мы создали целое семейство датчиков, начиная с 2005 года. И вот уже более 15 лет эти датчики успешно работают и позволяют телескопам повысить качество изображений", – рассказывает заведующий лабораторией когерентной и адаптивной оптики ИОА СО РАН, доктор физ.-мат. наук, профессор Владимир Лукин.

Исходное изображение, по его словам, может быть искаженным и замутненным.

"После первого этапа компенсации с помощью стабилизирующего зеркала мы улучшаем его качество. Следующий этап – это применение уже двух управляемых зеркал – наклонного и гибкого. Далее идет уже постдетекторная обработка. Специальная программа вводит изображение и корректирует его, получается хорошее качество", – поясняет Владимир Лукин.

Получению высокого качества изображения способствуют и гибкие зеркала, макеты которых создаются, как в Институте оптики атмосферы СО РАН, так и в других организациях России.

Озеро Байкал (фото Юрия Дахова, телепрограммы "Час науки", "Вести Томск").