大溪天文台 新購 適性光學擾動修正裝置 (Adaptive Optics for Tracking) SBIG AO-8T 最近從國內代理商引進 AO-8T 這個修正大氣擾動的光學修正裝置. 原因是大溪地區多年來光害及大氣擾動日益惡化,許多黯淡 (亮度低於星等14等以上的變星 )或是進入黯淡期的變星因為上述原因無法取得穩定的星點(達到 Photometry 的標準),所以許多新星和矮造父變星都無法觀測! 所以除了 新14吋鏡預定加入計畫外,也採購這個光學修正裝置增加觀測黯淡變星的能力!
星期六(30日)晚上天氣並不好(在雲隙縫內找星點) 加上月光的影響,勉強可見到一些星點.所以首次安裝AO裝置在10吋鏡上做測試和熟悉操作.
圖1: SBIG ST2000XM 擁有 tracking CCD 和 main image CCD . AO的操作要做許多項目和原先的操作習慣不相同,所以利用tracking CCD 配合 THESKY星圖的CCD視野的星點 做參考星的尋找和定位.此為tracking CCD曝光 2秒的星場.(by TI TC-211 3.6萬畫素）
圖 2,3: AO 第一次需要做光學適性透鏡做原點星點定位和 +/-X +/-Y 四個相位 (左右下上最大移動量 )的星點位移定位和光點測光. 最後會顯示兩軸校對的vectors結果! 圖三為進入AO適性擾動的修正及影像曝光狀態.
圖4: 大溪天文台 AO裝在10吋鏡進入首次測試.
圖5: AO-8T進入光學校對 Calibration 四個相位校對後, 可以進入影像拍攝和 適性對大氣擾動做修正後的影像. 自由追蹤 500秒 單張曝光. SHOWA 20E赤道儀自由追蹤 在沒有修正(without STV autoguiding ) 下約能維持星點約3分鐘(200秒)!
在曝光500秒自由追蹤，AO-8T可將 影像的星場星點因擾動及追蹤誤差變形修正後可壓制到約 1/4 變形量 * .
*.這張影像採用1-2Hz (1sec -500ms) 適性修正頻率.因為當晚擾動較小,RMS的漂移量(參考星定位後，中心點因擾動的偏移量)約低於0.5 arcsec(也有以pixel 為單位* ) . 加上參考星點的亮度採用1-2 Hz已足夠.這個飄移量在修正時,如果越小表示修正越精確!
*.RMS 漂移量：1arcsec約等於1pixel.(approximately 1 arcsecond per pixel) 所以…例如最大的修正能力達6 arcsec. 若是赤道儀精度較佳，其追蹤機械誤差在+/- 6arcsec以內（極軸校對近乎完美）.那AO-8理論上可以含蓋機械誤差修正（Periodic error) ，進行autoguiding等效修正追蹤的長時間曝光…( 實際上,廠稱可達 +/-40 pixels 的偏移量.也就是有 +/-40 arcsecs 的修正赤道儀機械誤差能力!天歐! 這幾乎涵蓋了市面上販售所有的赤道儀! )
AO-8T的最大移動量在設定適性範圍（Aggressiveness )為最大10，其修正量達最大的 6 pixels,若設為5則為 3 pixels,但老貓會依視狀導動選擇 6-8之間。
所以這次測定有 300,400.500和 600秒 . 粉可惜 600秒因雲進入遮蓋了參考星就整個系統自動關閉，不再繼續曝光…（STV遇到雲遮，就會亂叫一通！當然！也可以當場叫它閉嘴！吵屎啦！呵呵呵…它就會默默維持恆星時追蹤…等待雲開再次自動啟動。）, 因為雲來雲去,曝光兩張 500秒的其中一張影像.
曹大貓咪物語:大溪天文台使用這套適性光學(也稱調適光學 Adaptive Optics )和大天文台一些所謂主動光學 (Active Optics)並不相同!如單面鏡或多面鏡組成的反射面鏡，其 主動光學是利用主鏡的鏡後伺服器，在星點因大氣擾動的變形和主鏡內部因重力產生應力的應變，鏡後伺服器微處理器會計算其間鏡面曲面的變化。以維持主鏡原來的正確曲面來對應這些變化!這些調整速率較為緩慢(一秒以上的修正頻率)修正一次!但技術性較為專業無法業餘化! 以 AO-8的適性光學則是利用CCD 快速取樣星點的亮度和位置座標,在星點擾動時的偏移座標變化經計算偏移量,利用一個透鏡角度將星點的偏移修正回原點! 也就是將星點擾動的混亂波形利用透鏡角度做修正為穩定波形.這類裝置可以安裝在望遠鏡內的二次鏡或較小的光學鏡面.不過修正頻率較主動光學快了一些(AO-8 : 一般是1 Hz -10Hz)或是大型專業天文反射鏡(達到百 Hz)!
這次測試後,還要依不同的10-14吋鏡加上不同減焦鏡(back focus 由 105mm - 43mm)做 AO和ST2000XM(CFW8)的安裝修改!(舊款 AO-7的厚度高達 90mm! 但新款的AO-8厚度已經縮小到 51mm.)
... AO-8最大技巧問題在於tracking CCD的視角太小導致尋找參考星需要一些技巧,這點利用ST2000XM 的tracking CCD（TI TC-211 比ST4 高10倍感度) 的快速對焦功能去找參考星點! 老貓過程是以曝光1-2秒找到參考星。找到後再依其亮度逐次減少曝光時間到0.5秒（2Hz).當然更快曝光時間會加快修正到4Hz頻率，最慢不超過1Hz修正速率！一般修正速率達4Hz表示有更佳抗大氣擾動的修正能力！這也表示老貓在觀測暗淡的變星，要考慮AO-8 在高山或無光害的夜空有更佳的修正優點（相同星場有較多的參考星，且S/N比較高，可降低曝光時間達到更高修正頻率 如4 - 10Hz),但在都市或光害嚴重的夜空，則反之導至修正能力會下降！
*老貓則是利用 TheSky 星圖的視野範圍(ST2000XM dual CCD field )可以顯示對應 ST2000XM (KAF 2000/TI TC-211)兩個視野去比對tracking CCD 尋找參考星.AO如果兩個月的測試和熟悉順利,在天文台內就不需要 STV （TI TC-237A 32萬畫素）配合赤道儀做修正,AO比 STV 簡單也方便多了(AO和 STV 原理極為相似,只是方式不同). 最後二圖
南歐天文台(EOS)採用 (Adaptive Optics Facility by Maxon)適性光學設備 .由高能雷射打到 高度 約90公里的E電離層和納離子產生人工星點.此人工星點到達天文望遠鏡時,會進入由二次鏡電磁鐵控制的伺服器模擬因大氣擾動的亂波形曲 面做快速 (一秒鐘百次修正) 修正! 導引為無變形的波形經過主鏡成像 https://www.maxongroup.com.tw/maxon/view/application/TNO-TELESCOPE-AB
*Other data gathered by Brad Wallis of JPL (Brad Wallis and Benoit Schillings developed the prototype for the original AO-7) show the the effect of rapid corrections on poor seeing. At 1 Hz the larger, slower component is reduced, but the amplitude of the jitter remains about the same:
SBIG 利用 一分鐘 50Hz的視狀擾動 ,模擬 AO的 Y 軸 鏡面修正,可將擾動的 1.97 arcsec 修正到 0.77 arcsec(1/4 擾動視狀) 若是提高到 10Hz 修正可壓制到 0.28 arcsec (1/7擾動) 最後兩圖
https://diffractionlimited.com/product/ao-8t/
曹大貓咪 2020 0601
