Том 38, номер 07, статья № 11

Аннотация:

Требования к элементам и эффективность применения систем адаптивной оптики (АО) во многом связаны с атмосферными условиями в местах их расположения. Первоочередной задачей при разработке АО-систем остается обеспечение потока фотонов от натриевой лазерной опорной звезды (ЛОЗ), достаточного для работы датчика волнового фронта. Одним из способов увеличения потока фотонов является формирование ЛОЗ лазерным излучением с круговой поляризацией, что связано с влиянием магнитного поля Земли на энергетические уровни атома натрия. Особенностями обсерваторий Сибири являются величина геомагнитного поля 56–58 нТл, что значительно выше, чем на любой известной зарубежной обсерватории, а также низкая (порядка 2 × 1013 атомов/м2) плотность содержания атомов натрия в мезосфере летом. Представлены результаты численного моделирования обратного потока фотонов от натриевой ЛОЗ для атмосферных условий Сибири. Рассмотрены подходы к увеличению яркости ЛОЗ. Полученные в работе результаты могут быть использованы при разработке АО-систем наземных телескопов для наблюдения космических объектов естественного и искусственного происхождения.

Ключевые слова:

лазерная опорная звезда, адаптивная оптика, атмосферная турбулентность; телескоп, мезосферный натрий

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Алешин В.П., Коршунов В.С., Пименов И.Л., Шаргородский В.Д., Шматко Е.В. Применение Алтайского оптико-лазерного центра для обеспечения безопасности навигационных систем // Радиотехника. 2022. Т. 86, № 9. С. 57–62. DOI: 10.18127/j00338486-202209-07.
2. Шаргородский В.Д., Рой Ю.А., Соколов А.Л., Ненадович В.Д., Ковалев А.A., Венедиктов В.Ю. Квантово-оптические системы для решения задач космической геодезии и навигации // Квант. электрон. 2022. Т. 52, № 12. С. 1123–1128.
3. Жеребцов Г.А. Комплекс гелиогеофизических инструментов нового поколения // Солнечно-земная физика. 2020. Т. 6, № 2. С. 6–18. DOI: 10.12737/szf-62202001.
4. Больбасова Л.А., Копылов Е.А., Потанин С.А. Ташанта как перспективный астропункт Горного Алтая: первые результаты исследования астроклимата // Астроном. журн. 2024. Т. 101, № 7. С. 672–680. DOI: 10.31857/S0004629924070099; Bolbasova L.A., Kopylov E.A., Potanin S.A. Tashanta as a promising astronomical site in the Altai Mountains region in Russia: The first results of the astroclimate study // Astron. Rep. 2024. V. 68. P. 752–759. DOI: 10.1134/S1063772924700604.
5. Хайкин В.Б., Шиховцев А.Ю., Шмагин В.Е., Лебедев М.К., Копылов Е.А., Лукин В.П., Ковадло П.Г. О проекте евразийских субмиллиметровых телескопов (ESMT) и возможности применения адаптивной оптики для улучшения качества субмм изображений // Журн. радиоэлектрон. 2022. № 7. С. 1–73. DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.7.9.
6. Khaikin V., Shikhovtsev A., Mironov A., Kopylov E., Khudchenko A., Nazarov G., Zemlyanukha P., Makoev G., Yao Y., Qian X. A review of astroclimate conditions at possible locations for the Eurasian Submillimeter Telescopes (ESMT) // Modern Astronomy: From the Early Universe to Exoplanets and Black Holes (2024). V. 1. P. 901–904. DOI: 10.26119/VAK2024.171. URL: https://osci.ru/ru/nauka/conference_article/12025/view (last access: 15.01.2025).
7. Moussaoui N., Holzlöhner R., Hackenberg W., Bonaccini Calia D. Dependence of sodium laser guide star photon return on the geomagnetic field // Astron. Astrophys. 2009. V. 501. P. 793–799. DOI: 10.1051/0004-6361/200811411.
8. Rampy R., Gavel D., Rochester S.M., Holzlöhner R. Toward optimization of pulsed sodium laser guide stars // J. Opt. Soc. Am. B. 2015. V. 32. P. 2425–2434. DOI: 10.1364/JOSAB.32.002425.
9. International Geomagnetic Reference Field (IGRF), 14th Generation Calculator. URL: https://geomag.bgs.ac.uk/data_service/models_compass/igrf_calc.html (last access: 15.01.2025).
10. Marsh D.R., Janches D., Feng W., Plane J.M.C. A global model of meteoric sodium // J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. V. 118, N 11. P. 442–452. DOI: 10.1002/jgrd.50870.
11. Больбасова Л.А., Лукин В.П. Возможности адаптивной оптической коррекции наклонов волнового фронта при использовании сигналов от традиционной и полихроматической лазерной опорной звезды // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 10. С. 871–877. DOI: 10.15372/AOO20221011; Bolbasova L.A., Lukin V.P. Possibilities of adaptive optical correction of the global wavefront tilt using signals from traditional and polychromatic laser guide stars // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N S1. P. S165–S170.
12. Langowski M.P., von Savigny C., Burrows J.P., Rozanov V.V., Dunker T., Hoppe U.-P., Sinnhuber M., Aikin A.C. Retrieval of sodium number density profiles in the mesosphere and lower thermosphere from SCIAMACHY limb emission measurements // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9. P. 295–311. DOI: 10.5194/amt-9-295-2016.
13. Langowski M.P., von Savigny C., Burrows J.P., Fussen D., Dawkins E.C.M., Feng W., Plane J.M.C., Marsh D.R. Comparison of global datasets of sodium densities in the mesosphere and lower thermosphere from GOMOS, SCIAMACHY, and OSIRIS measurements and WACCM model simulations from 2008 to 2012 // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10. P. 2989–3006. DOI: 10.5194/amt-10-2989-2017.
14. Atomic Density Matrix, LGSBloch. URL: https://rochesterscientific.com/ADM/view (last access: 15.01.2025).
15. Shikhovtsev A.Yu., Kovadlo P.G., Kiselev A.V., Eselevich M.V., Lukin V.P. Application of neural networks to estimation and prediction of seeing at the Large Solar Telescope site // Publ. Astron. Soc. Pacific. 2023. V. 135, N 1043. DOI: 10.1088/1538-3873/acb384.
16. Steck D.A. Sodium D Line Data. revision 2.3.3. 2024. URL: http://steck.us/alkalidata (last access: 15.01.2025).
17. Больбасова Л.А., Ермаков С.А., Лукин В.П. Моделирование яркости натриевой ЛОЗ, формируемой поляризованным излучением, для астрономических обсерваторий Северного Кавказа // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 9. С. 773–779. DOI: 10.15372/AOO20230909; Bolbasova L.A., Ermakov S.A., Lukin V.P. Simulation of return flux of sodium LGS generated by polarized light for astronomical observatories of the North Caucasus // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N S1. P. S94–S100.
18. Rochester S.M., Otarola A., Boyer C., Budker D., Ellerbroek B., Holzlöhner R., Wang L. Modeling of pulsed-laser guide stars for the Thirty Meter Telescope project // J. Opt. Soc. Am. B. 2012. V. 29. P. 2176–2188. DOI: 10.1364/JOSAB.29.002176.
19. Kai Jin, Kai Wei, Lu Feng, Yong Bo, Jun Wei Zuo, Min Li, Han Chu Fu, Xiao Lin Dai, Qi Bian, Ji Yao. Photon return on-sky test of pulsed sodium laser guide star with D_2b repumping // Publ. Astron. Soc. Pacific. 2015. V. 127, N 954. P. 749. DOI: 10.1086/682672.
20. Lombardi G., Bonaccini Calia D., Centrone M., de Ugarte Postigo A., Geier S. Laser guide star uplink beam: Scattering and Raman emission measurements with the 10.4 m Gran Telescopio CANARIAS // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2022. V. 517. P. 201–212. DOI: 10.1093/mnras/stac2209.
21. Lihang L., Wang H., Hua W., Ning Y., Xu X. Fluorescence enhancing mechanism of optical repumping in sodium atoms for brighter laser guide star // Opt. Express. 2016. V. 24. P. 6976–6984. DOI: 10.1364/OE.24.006976.
22. Pedreros Bustos F., Holzlöhner R., Rochester S., Bonaccini Calia D., Hellemeier J., Budker D. Frequency chirped continuous-wave sodium laser guide stars: Modeling and optimization // J. Opt. Soc. Am. B. 2020. V. 37. P. 1208–1218. DOI: 10.1364/JOSAB.389007.