Uyarlanabilir optik

Uyarlanabilir optik, Dünya atmosferinin yıldız ışığını bozmasını gerçek zamanlı olarak ölçüp düzelten bir teknolojidir. Şekli saniyede yüzlerce ila binlerce kez değiştirilebilen esnek bir ayna sayesinde yer teleskopları, uzay teleskoplarına yakın keskinlikte görüntü verebilir.

Nasıl işler?

Yıldızların gece "pırıldaması", atmosferdeki sıcak ve soğuk hava kütlelerinin ışığı sürekli farklı yönlere kırmasının sonucudur. Gökbilimciler bu etkiye "seeing" der. Işık tek bir yıldız noktası yerine, titreyen bir leke hâline gelir. Büyük bir teleskopun kuramsal keskinliği bu yüzden boşa gider; 8 metrelik bir teleskop bile çoğu zaman 1 saniyelik yay civarında bulanık bir görüntü verir.

Uyarlanabilir optik üç parçadan oluşur. Önce bir dalga cephesi algılayıcı, yıldızdan gelen ışığın ne kadar bozulduğunu ölçer. Bir bilgisayar bu ölçümü anında bir düzeltme komutuna çevirir. Ardından yüzeyi çok ince bir cam ya da bir dizi eyleyici ile eğilebilen deforme edilebilir bir ayna, bozulmanın tersi şekle girer. Atmosfer birkaç milisaniye gibi çok kısa sürede değiştiği için bu döngü saniyede yüzlerce ila binlerce kez tekrarlanır.

Sistemin çalışması için görüş alanında yeterince parlak bir referans yıldızı gerekir. Böyle bir yıldız her yerde yoktur. Bu yüzden yapay bir "kılavuz yıldız" üretilir: güçlü bir lazer, yaklaşık 90 kilometre yükseklikteki sodyum atomlarını uyarır ve gökyüzünde parlak bir nokta oluşturur. Algılayıcı bu noktaya bakıp atmosferin bozulmasını ölçer.

Örnekler

• Keck Gözlemevi (Hawaii) ve ESO'nun Çok Büyük Teleskobu (VLT) lazer kılavuz yıldızlarla çalışır.
• Samanyolu'nun merkezinde Yay A* kara deliğin çevresinde dönen yıldızlar, uyarlanabilir optikle yıllarca izlendi. Reinhard Genzel ve Andrea Ghez bu çalışmalarla 2020 Nobel Fizik Ödülü'nün yarısını aldı.
• ESO'nun SPHERE aygıtı, yıldızın ışığını bastırıp çevresindeki genç dev gezegenleri ve gezegen disklerini görüntüler.
• Güneş teleskopları da uyarlanabilir optikle Güneş yüzeyindeki küçük yapıları seçer.
• Aynı teknik gözdeki retina görüntülemede de kullanılır.

Tarihçe

Fikir, Horace Babcock tarafından 1953'te önerildi. Gelişimin bir kısmı Soğuk Savaş sırasında ABD ordusunca, Sovyet uydularını izlemek amacıyla yapıldı; sodyum lazer kılavuz yıldızı fikri de 1982'de askerî bir programın parçası olarak ve gizli biçimde ortaya atıldı. Bilgisayar teknolojisi ilerleyince 1990'larda gökbilimde yaygın kullanıma girdi. Bugün neredeyse tüm büyük gözlemevleri bu sistemle donatılmıştır; yeni 30-40 metrelik teleskoplar ise tasarımlarının merkezine koyar.

Neden önemli?

Uzay teleskopu fırlatmak pahalıdır ve boyutu sınırlıdır. Uyarlanabilir optik, çok daha büyük yer teleskoplarının tüm keskinliğini kullanmasını sağlar. Kızılötesinde bu başarı özellikle yüksektir. Ötegezegenlerin doğrudan görüntülenmesi ve kara delik çevresindeki hareketlerin ölçülmesi gibi yeni keşifler buna bağlıdır.

Sınırları

Uyarlanabilir optik her yerde aynı iyilikte çalışmaz. Düzeltme yalnızca kılavuz yıldızın çevresindeki dar bir görüş alanında iyidir; bu alanın dışında bozulma geri gelir. Kısa dalga boylarında, yani görünür ışıkta düzeltmek çok daha zordur; çünkü bozulma çok daha hızlı değişir. Bu yüzden sistemler en iyi kızılötesinde çalışır. Gelişmiş sistemler, birden fazla lazer yıldızı ve birden fazla deforme edilebilir ayna kullanarak daha geniş alanı düzeltmeye çalışır. Düzeltmenin kalitesi, Strehl oranı denen bir sayıyla ifade edilir; 1'e yaklaştıkça görüntü kuramsal sınıra yaklaşır.

İlgili terimler

• Seeing
• Teleskop
• Kılavuz yıldız
• Yay A*
• Kırıcı ve yansıtıcı teleskop