Ученые ИСЗФ СО РАН разработают метод определения оптической структурированной турбулентности в атмосфере, чтобы улучшить условия астрономических наблюдений

Группа ученых Института солнечно-земной физики СО РАН под руководством доктора физико-математических наук Павла Ковадло получила грант Российского научного фонда на разработку метода определения оптической структурированной турбулентности в атмосфере. Грант рассчитан на два года, ежегодно на исследования по гранту будет выделено по 1,5 млн. рублей. В исследовательской группе четыре участника.

Объясняя необходимость разработки нового метода, Павел Ковадло отметил, что астрономические наблюдения на телескопах наземного базирования существенно ограничены атмосферой: облачностью, прозрачностью, турбулентностью воздуха и особенно – наиболее турбулизированными нижними слоями воздуха. Световое излучение от Солнца и от других космических источников, распространяясь в атмосфере, искажается за счет неоднородностей показателя преломления по лучу зрения, возникающих за счет переменности плотности воздуха вплоть до высот 20 – 30 км.

- В результате, теряется угловая разрешающая способность телескопа – способность видеть мелкие детали, которая должна возрастать с увеличением размера апертуры (объектива). Часто при наблюдениях, даже с помощью крупного телескопа наземного базирования с огромным размером апертуры в несколько метров, невозможно видеть тонкую структуру Солнца из-за того, изображение размывается. Иногда атмосфера стабилизируется, искажения, вносимые ею, уменьшаются, качество изображений световых объектов в телескопе улучшается. В этом случае часто говорят об оптически стабильной атмосфере.

Ученый подчеркнул, что прогнозирование астроклиматических условий места и качества изображений важны с точки зрения планирования специальных астрофизических экспериментов, оценки потенциальной продолжительности времени наблюдений:

- Наш проект направлен на развитие фундаментальных основ в понимании механизмов формирования турбулентности воздуха в разных слоях и открывает перспективу прогнозирования атмосферных характеристик, ответственных за качество астрономических наблюдений.

Ученые планируют разработать новый метод, позволяющий определить в разных слоях атмосферы интенсивность турбулентности, которая моделируется крупномасштабными атмосферными процессами. Для этого планируется привлечь современные численные модели атмосферных течений. Результаты, полученные при реализации проекта, найдут применение для расчетов и настройки адаптивной системы коррекции изображений в Крупном солнечном телескопе (КСТ-3), который будет построен в рамках создания Национального гелиогеофизического комплекса РАН.

Павел Ковадло подчеркнул, что его группа давно занимается исследованиями атмосферной турбулентности и ее влияния на качество астрономических изображений. Значимые результаты работ в этом направлении описаны в публикациях еще в начале 70-х годов. С 2010 года в практике исследований оптической турбулентности ученые начали
применять методы адаптивной оптики и комплексные методы ре-анализа атмосферных течений. Эти методы позволяют рассматривать структуру атмосферы одновременно анализируя оптические и метеорологические характеристики.

- Перспективы работы диктуются необходимостью использования нового инструментария в части составления краткосрочного прогноза качества изображений в крупных телескопах, оборудованных системами адаптивной коррекции изображений, а также более глубоким пониманием формирования турбулентности и ее влияния на оптические искажения в телескопах. В конечном счете, астрономы должны получить в распоряжение новые методы, улучшающие условия наблюдений и облегчающие планирование астрономических наблюдений.