УИНСТОН-САЛЕМ, Северная Каролина (27.02.1997) - Космический телескоп Хаббла - не единственный наблюдатель за звездами, который лучше видит Вселенную.
Прикладная математика профессора Университета Уэйк Форест является частью новой технологии адаптивной оптики, производящей «подобные Хабблу» улучшения прицела наземных телескопов и нового лазерного оружия.
Адаптивная оптика сочетает в себе мощные лазеры, высокоскоростные компьютеры, активные зеркала, которые могут быстро изменять свою форму, и математические алгоритмы Роберта Дж. Племмонса, решающие задачи для восстановления изображений, искаженных земной атмосферой. Анализируя свет, возвращающийся от ярких звезд, таких как Вега, или искусственных звезд, созданных путем освещения ночного неба лазером, ученые могут уменьшить искажающие эффекты земной атмосферы.
Результат: телескопы, которые могут видеть в 50-100 раз больше деталей, и оружие с лазерным наведением, способное лучше сбивать вражеские ракеты.
«Атмосферные эффекты постоянно меняются, поэтому, когда вы устраняете размытие изображения, вам приходится быстро выполнять миллиарды и миллиарды вычислений», - сказал Племмонс, профессор математики и компьютерных наук З. Смита Рейнольдса в Уэйк Форест. «Когда мы смотрим на далекую галактику, свет от нее проходит, скажем, несколько миллионов лет, чтобы достичь Земли, но становится размытым только в последние несколько микросекунд. Это основная проблема изображения атмосферы».
Не менее 10 телескопов добавляют системы адаптивной оптики для улучшения обзора, в том числе телескоп с самым высоким разрешением на Земле: 3,5-метровый инструмент Лаборатории Филлипса ВВС стоимостью 27 миллионов долларов на оптическом полигоне Starfire в Нью-Мексико.
Оборудованный в январе адаптивной оптикой в рамках проекта, поддерживаемого Управлением научных исследований ВВС (AFOSR) и Национальным научным фондом, телескоп может отслеживать объекты размером с мяч для софтбола, путешествующие на высоте 1000 миль над поверхностью.
Алгоритмы Племмонса, разработанные в течение более чем 25 лет исследований для Министерства обороны, также используются для преодоления ветра, горячего воздуха и других атмосферных турбулентностей, которые могут повлиять на цель бортового лазера ВВС стоимостью 1,1 миллиарда долларов. Система вооружения (ABL), предназначенная для запуска лазера через носовую часть самолета для уничтожения вражеских ракет.
Астроном Гораций Бэбкок впервые предложил идею адаптивной оптики в 1953 году, но первые эксперименты начались только в 1970-х годах. Только в 1980-х годах благодаря Инициативе стратегической обороны (СОИ), или «Звездным войнам», Племмонс и другие исследователи адаптивной оптики получили существенное финансирование. По иронии судьбы, рассекречивание работы SDI в 1991 году произвело революцию в наземной астрономии.
«Пытаетесь ли вы посветить лазером на цель или получить четкое изображение чего-то на орбите, у вас одни и те же проблемы», - сказал майор Скотт Шрек, руководитель программы вычислительной математики AFOSR.
Лучшее зрение для неба также помогает ВВС лучше следить за спутниками-шпионами или защищать экипажи космических шаттлов и спутники от орбитального космического мусора. «Некоторые из этого космического мусора вызовут проблемы, когда упадут», - сказал Племмонс. «У некоторых американских и старых советских спутников есть ядерные энергетические системы, поэтому мы хотим знать, где они находятся».
Мерцающие звезды и другие раздражающие воздействия земной атмосферы на свет ставили в тупик звездочетов с момента изобретения телескопа. Именно Христиан Гюйгенс, изобретатель маятниковых часов, впервые заметил в 17 веке, что небесные тела дрожат в телескопе не по вине телескопа. Сэр Исаак Ньютон заметил в 1704 году: «Единственное лекарство - самый безмятежный и тихий воздух."
Иракские «Скады» и другие ракетные угрозы сделали «лекарство» Ньютона приоритетом национальной обороны. «У нас пока нет хорошей системы защиты от баллистических ракет против угроз типа «Скад», - сказал Племмонс, который весной прошлого года свидетельствовал перед Конгрессом о необходимости проведения дополнительных фундаментальных научных исследований, чтобы избежать математических ошибок, из-за которых иракский «Скад» взорвался. Казармы армии США в Дахране, Саудовская Аравия, 25 февраля 1991 г., погибли 28 американцев.
«Недостаточно просто поразить цель», - сказал Племмонс. «Идея программы ABL состоит в том, чтобы отобразить носовой обтекатель приближающейся ракеты и выстрелить лазером с самолета по запасу топлива за носовым обтекателем - там, где он наиболее уязвим - и до того, как ракета достигнет зенита, когда она еще не закончилась. вражеская территория."
Автор более 150 статей и пяти книг по вычислительной математике, Племмонс предвидит день, когда математика адаптивной оптики позволит наземным телескопам иметь такую же точность изображения, как у Хаббла.
На данный момент, по его словам, и телескопы Хаббла, и наземные телескопы играют роль в исследовании тайн Вселенной. Большие зеркала наземных телескопов позволяютим видеть более широкую картину небесных тел, целых планет и звезд. Первозданная космическая пустота позволяет Хабблу лучше осматривать отдельные области и собирать ультрафиолетовые, рентгеновские и другие световые блоки атмосферы Земли.
«Одно не исключает другого», - сказал Племмонс. «Нам нужны оба».
Примечание. WWW-версию этого релиза можно просмотреть по адресу https://www.wfu.edu/wfunews/clips.htmИзображения фотографии Племмонса с качеством печати можно также получить по телефону Бюро новостей Университета Уэйк Форест по телефону 910-759-5237.