在探索宇宙奥秘的征程中,天文学家贾里德·马莱斯博士正致力于一项极具挑战性的研究——对太阳系外行星进行成像。系外行星,即围绕除太阳以外恒星运行的行星,一直是天文学领域的研究热点。马莱斯博士希望通过自适应光学和日冕仪,直接拍摄这些行星的照片,分离出它们从恒星中发出的光线,并测量其大气特性,例如是否存在氧气、水、甲烷等元素,以及行星的温度等关键信息。
然而,要实现这一目标,几乎需要完美的图像。但现实是,由于宇宙运行的固有方式,目前还无法制造出完美的光学系统。在观测过程中,图像会出现各种问题,比如由望远镜电机振动、风力等因素引起的快速抖动,这些都会严重影响成像质量。为了解决这些问题,马莱斯博士团队研制了MagAO - X仪器。该仪器会在亚利桑那大学的实验室和智利的拉斯坎帕纳斯天文台之间运输,并安装在麦哲伦·克莱望远镜上进行系外行星成像。在观测时,他们会利用高速相机和可变形镜,以每秒2000次的频率实时修正图像,校正快速抖动。
对于地基望远镜天文观测而言,大气湍流是首先要克服的难题。这一现象导致星星闪烁,使得星星图像变得模糊,最终呈现为一个光斑。风吹和望远镜电机振动也会对观测造成影响。为了校正这些影响,需要高速相机能够以快于振动发生的速度,对日冕仪所排斥的光进行成像,并作为波前传感相机来校正振动。
马莱斯博士提到,他们的观测目标是相距仅0.1角秒的天体,而人眼在臂长距离处能分辨的头发丝直径约为几角秒。在如此近的角距下实现高对比度成像,难度极大,这就要求系统必须配备最前沿、性能最佳的设备,才能捕捉到这些微弱的信号。
在众多设备中,Kinetix相机成为了理想之选。它具备大传感器上的超高速成像能力,同时凭借低噪声和高量子效率实现了高灵敏度。马莱斯博士团队拥有两台Kinetix相机,一台放置在焦平面,另一台放置在pupil平面(利用被拒绝的星光),这样的布局使得他们可以灵活设计日冕仪光学系统。他们还有两台来自Teledyne Princeton Instruments的ProEM作为双成像仪,用于不同波长的观测。
在实际应用中,Kinetix相机主要被用作波前传感相机,其成像速度极快,对控制系统振动起到了关键作用。通过并排比较开启和关闭Kinetix控制环路的效果,可以发现系统振动情况发生了巨大变化,从“四处跳动”变得非常稳定,艾里图案看起来就像模拟结果一样。团队主要使用Kinetix的动态范围模式,虽然专注于速度,但为了快速校正,只使用相机的一小部分感兴趣区域;同时也可以利用未裁剪传感器的宽视野来寻找需要校正的恒星。
在系统设置方面,Kinetix相机的安装非常顺利。团队成员对其极高的PCIe接口十分满意,这使得从相机获取数据的延迟极低。团队运行自己的定制硬件和软件,并得到了Teledyne Photometrics软件工程师的大力帮助,他们对软件进行了细微调整,使其运行良好且可靠,整个过程中没有遇到任何软件问题。Kinetix相机凭借其出色的性能和可靠的工作表现,为马莱斯博士团队的研究提供了有力支持。











