`OHANA将连接Mauna Kea山的7架望远镜
译自凯克天文台
夏威夷Mauna Kea 一个科学家小组连同夏威夷W. M. 凯克天文台一道成功完成了一项计划的首次测试,该计划旨在将Mauna Kea山顶7架最大的望远镜连接起来,以组成直径接近半英里(800米)的巨型成象设备。>`OHANA(Optical Hawaiian Array for Nanoradian Astronomy)望远镜阵列(或称干涉仪)将提供近红外宇宙的超高分辨率图象,比单独的10米凯克望远镜的精度高80倍。1月13日出版的Science杂志登载了在两架Keck望远镜间进行的首次成功测试的结果。

从凯克望远镜的Nasmyth焦点到地下室光束合成实验室间光纤的走向。光纤被固定在包括常规线缆在内的望远镜本体结构上,穿过线缆覆盖系统,以防止当望远镜作水平轴旋转时损坏光纤。剩余长度的光纤(每臂长约200米)被缠绕在地下室的线轴上。(Image credit: W. M. Keck Observatory/`OHANA)
干涉仪这种仪器的作用是结合来自两架或更多望远镜的光线,以获取比单架望远镜分辨率更高的测量结果。利用传统望远镜,单个主镜的尺寸将决定它分辨天空中小尺度结构的能力。但利用干涉仪,望远镜之间的距离,或称“基线”将决定角分辨率。
W. M. 凯克天文台的负责人Fred Chaffee博士说:“下一代大型望远镜肯定能达到30至50米直径,但那时我们所追寻的问题答案会需要数以哩计的口径。只有干涉仪能做到这点;而Mauna Kea山顶是唯一能让我们找到在如此距离范围内散布的大型望远镜的地方。”
以夏威夷语家庭和大家庭一词命名的`OHANA计划最终将以原先从未使用过的“单模(single-mode)”光纤连接昴星团望远镜、NASA红外望远镜、双子天文台、加拿大—法国—夏威夷望远镜、联合王国红外望远镜以及凯克I与II望远镜,在望远镜之间传输光信号。
加拿大—法国—夏威夷望远镜的常驻天文学家Olivier Lai博士说:“使用光纤来在望远镜间传输光信号是`OHANA计划最大的挑战之一。”
当`OHANA计划完成之时,它将成为世界上分辨率最高的近红外设备,可以获取有着0.5毫角秒空前分辨率的图象,这相当于在上百英里外观察纸的边缘。它将被用于拍摄恒星表面、巨型气体行星和长周期变星的细节照片,进而显著加深有关恒星天体物理学的认识。
现代干涉仪的典型基线长度为数百码。增加距离(及相应的分辨本领)通常需要大量镜面,它们都会使到达探测器的待测光线质量恶化。该问题的一种解决方案可以是使用单模光纤,它只传输人们感兴趣的某一特定波段的光线,可以在长距离上显著减少光线损失。`OHANA计划最早的实验之一即是测试这类光纤的效力,并测试在长基线光干涉仪上使用的可能性。
`OHANA的第一项测试已于2005年6月17日利用凯克I号与凯克II号望远镜进行。这两架望远镜都指向了一颗相对较亮的恒星,278光年外的武仙座107。单模光纤被用于在一条长550码(500米)长的模拟基线上传输红外线,而所传送的相干光之后被合到一起,并被成功地测量了。该实验是未来以光纤连接的甚大光学阵列发展过程中的第一个重要里程碑。

`OHANA光纤输出端与凯克干涉仪延迟线和光束合成装置的连接情况示意图。
出于图片清晰的考虑,只有一条光束/光纤画在了图上。两束光的光路与之相同。光纤被装在离轴抛物线(off-axis parabola, OAP)的焦点上,以产生校准的光束。光束被平面镜M10反射到长距离延迟线(Delay Line)上。之后光线进入快速延迟线。光束的大小在光束压缩装置内被减小,以满足光束合成装置的要求。(Image credit: W. M. Keck Observatory/`OHANA)
巴黎天文台的天文学家Guy Perrin博士说:“第一次成功不仅仅对`OHANA至关重要,而且也是通向未来千米级近红外望远镜阵列的关键里程碑。”
未来的测试将连接加拿大—法国—夏威夷望远镜和北双子望远镜,之后连接其他基线,如昴星团到W. M. 凯克天文台。每项测试的目标是在完成整个Mauna Kea阵列之前确定望远镜之间每条基线的特性。
`OHANA计划独特的方面是,它在扩展Mauna Kea山现有设备能力时的非侵害性方法。为回应业内的关注,Mauna Kea的很多科学家正试图以创新的方法使用已有的世界级望远镜。’OHANA计划并不要求建设任何新的永久性设施,而用于连接望远镜的极细光纤可以利用现有的公路和山上天文学辖区内的基础设施来安装。
夏威夷大学天文学研究所(它管理着Mauna Kea山的天文学研究计划)的负责人Rolf Kudritzski博士说:“`OHANA计划彰显了Mauna Kea山顶各天文台之间为随时在最大程度上使用已有研究资源而表现出的合作精神。`OHANA计划使用了我们所拥有的最佳设备,以联合世界最大的望远镜的力量去创造有着空前能力的独特新式天文设备。这是Mauna Kea未来天文学发展的里程碑。”
`OHANA计划由巴黎天文台领导,合作者包括加拿大—法国—夏威夷望远镜、W. M. 凯克天文台、日本国家天文台、双子天文台、联合王国红外望远镜、NASA红外望远镜、夏威夷大学天文学研究所、国家光学天文台和Institut National de Rercherche en Communication Optique et Micro-Ondes and Institut National des Sciences de l’Univers du CNRS。
W. M. 凯克天文台的运转由加州天文学研究联合会(California Association for Research in Astronomy,CARA)负责,CARA是一个非赢利性501 (c) (3)组织,其董事会由来自加州理工学院、加州大学及NASA的代表组成。
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