english version

назад, к новостям

Спекл-поляриметр: описание.

Методы

Прибор будет реализовывать следующие методы наблюдательной астрономии:

1. Спекл-интерферометрия. Главным фактором, ограничивающим угловое разрешение при астрономических наблюдениях на наземных оптических телескопах, является атмосферная турбулентность. Без применения специальных методов достижение разрешения лучше 0.7″ невозможно, в то же время дифракционное разрешение 2.5 м телескопа в видимом диапазоне примерно в 15 раз лучше. Метод спекл-интерферометрии позволяет путем анализма множества короткоэкспозиционных изображений получить дифракционное разрешения при наблюдении через турбулентную атмосферу (Labeyrie, 1970). Метод применяется в основном для измерения параметров двойных звезд с разделением 0.05-2″. Также спекл-интерферометрии доступны такие объекты как двойные астероиды, внутренние части околозвездного окружения и т.п. Предельная величина V=14-15.
2. Поляриметрия. Метод измерения поляризационных свойств излучения небесных тел. Со спекл-поляриметром будет возможно измерять линейную поляризацию точечных объектов в полосах BVRI. Схема прибора позволит измерять поляризацию с высокой точностью - 1e-4 от объекта V=12 за 15 минут накопления. Поляризация в космических условиях возникает повсеместно: при рассеянии, при нетепловом механизме излучения, при распространении излучения в плазме и т.д. В тех случаях когда она обнаружима, измерение величины, изменения ее во времени и с длиной волны, позволяет сделать важные выводы о физических условиях в месте формирования излучения.
3. Дифференциальная спекл-поляриметрия. Метод получения информации о распределении поляризованного потока с дифракционным разрешением (Safonov, 2013). Этот относительно новый метод, похожий на предложенный в (Norris et al., 2012), может оказаться полезен для изучения околозвездного окружения, активных ядер галактик, сверхновых и в других объектах, для которых локализация места генерации поляризованного излучения затруднена. Интересной разновидностью ДСП является поляроастрометрия – метод измерения отклонения фотоцентра поляризованного потока от фотоцентра полного потока. Работоспособность этого метода была показана нами в ходе работ, связанных с разработкой спекл-поляриметра, на 70-см телескопе АЗТ-2 (Safonov, 2015).
4. Быстрая фотометрия. Детектор, используемый нами в спекл-поляриметре (см. далее) позволяет получать изображение точечного объекта с частотой до 700 кадров в секунду. Эти изображения затем могут быть использованы для оценки потока. Быстрая фотометрия может быть применена, например, при наблюдении покрытий звезд луной. Также возможна быстрая поляриметрия.

Устройство

Оптическая схема прибора стандартная – коллиматор формирует параллельный пучок, который затем фокусируется при помощи объектива на детекторе (см. рис. ниже). Соотношение фокусов коллиматора и объектива увеличивает эффективное фокусное расстояние телескопа в 8 раз, до 160 м. В параллельном пучке установлены следующие элементы:

1. Полуволновая пластинка применяется для вращения плоскости поляризации входящего излучения, что позволяет измерять оба параметра Стокса, относящиеся к линейной поляризации.
2. Компенсатор атмосферной дисперсии совершенно необходим, поскольку последняя значительно ухудшает чувствительность методов спекл-интерферометрии и спекл-поляриметрии при зенитных расстояниях более 20 градусов.
3. Колесо фильтров со стандартными астрономическими фильтрами BVRI и тремя среднеполосными интерференционными фильтрами полушириной 50 нм, центрированными на 500, 550 и 625 нм.
4. Призма Волластона, расщепляющая пучок на горизонтально и вертикально поляризованный, на детекторе одновременно регистрируются изображения, относящиеся к обоим пучкам.

Перед коллиматором также установлена диафрагма поля, возможно введение в пучок калибровочного источника, линейного поляризатора и камеры подсмотра (она необходима, поскольку прибор имеет малое собственное поле зрения 5″х10″).

В качестве приемника используется ПЗС с электронным усилением (Electron Multiplying Charge Coupled Device – EMCCD) Andor iXon 897. Технология электронного усиления чрезвычайно важна для эффективной реализации перечисленных методов, т.к. детектор EMCCD практически лишен шума считывания (ценой двухкратного увеличения фотонного шума) и позволяет получать серии изображений с высокой частотой (полный кадр 35 раз в секунду).

Схема спекл-поляриметра, указаны основные элементы.

Трехмерная модель спекл-поляриметра.

Разработка

1. Исследование EMCCD детектора без освещения и с равномерным освещением. Период: декабрь 2011 – январь 2012, состояние: завершен, отчет.
2. Имитация наблюдений точечного и двойного объекта с EMCCD детектором. Период: март – июль 2013, состояние: завершен, отчет.
3. Отработка методики спекл-интерферометрии и селекции изображений на 70-см телескопе АЗТ-2. Период: август – ноябрь 2013, состояние: завершен, отчет.
4. Отработка методики поляриметрии на 70-см телескопе АЗТ-2. Период: январь 2014 – апрель 2014 состояние: завершен, отчет.
5. Исследование методики поляроастрометрии на 70-см телескопе АЗТ-2. Период: июнь 2014 – октябрь 2014 состояние: завершен, статья.
6. Конструирование рабочего варианта спекл-поляриметра. Период: февраль 2015 – октябрь 2015 состояние: завершен, отчет: компенсатор атмосферной дисперсии, отчет: оптические элементы поляриметра.
7. Испытание спекл-поляриметра на 2.5 м телескопе КГО. Период: октябрь 2015 – декабрь 2015 состояние: выполняется.