Astronomia a Alta Resolução Angular com Óptica Adaptativa e Estrelas Laser

A. J. T. Paralta

Abstract. Nesta dissertação caracterizam-se os mecanismos físicos que estão por detrás da perda de qualidade da imagem captada pelos grandes telescópios e os métodos propostos para a recuperar. A compreensão dos fenómenos de interferência e de difracção das ondas luminosas é fundamental para perceber estes mecanismos. A difracção é o desvio sofrido por uma frente de onda ao passar por um obstáculo (tal como uma fenda ou os bordos da objectiva de um telescópio). A interferência é o resultado da sobreposição de duas ondas.
Faz-se uma abordagem geral ao telescópio e seu limite de difracção tendo em conta a natureza turbulenta da atmosfera. A atmosfera apresenta variações locais de temperatura que estão associadas à turbulência atmosférica, apresentando densidades diferentes e variáveis. Como a turbulência atmosférica é menor nos locais altos estes são escolhidos para a instalação dos grandes telescópios. A qualidade da imagem é determinada pelos efeitos atmosféricos para comprimentos de onda visíveis.
O efeito da turbulência atmosférica nas imagens estelares é normalmente separado em dois fenómenos distintos: o seeing e a cintilação. O seeing é o termo usado para descrever mudanças casuais na direcção da luz que entra no telescópio enquanto que a cintilação se refere a flutuações aleatórias na intensidade. Estes efeitos provêm de variações no índice de refracção e distorcem a frente de onda. O seeing e o Strehl são parâmetros quantitativos da qualidade da imagem a ter em conta nos métodos de correcção.
Para a correcção do efeito da turbulência atmosférica existem várias técnicas de imagem de alta resolução angular, como é o caso da interferometria speckle e da óptica adaptativa, sendo esta a mais recente. Um sistema de óptica adaptativa utiliza, como método principal de compensação das perturbações atmosféricas, a deformação de espelhos e permite fazer uma correcção da radiação emitida pela fonte antes de chegar ao detector. Esta é a diferença fundamental entre a OA e outras técnicas de alta resolução como, por exemplo, a interferometria speckle em que a qualidade da imagem é melhorada por meio de processamento das imagens já registadas.
Os astrónomos recorrem às estrelas laser, como uma fase mais avançada da óptica adaptativa, para aumentar a fracção do céu observável, uma vez que a OA necessita de uma referência.
A óptica adaptativa permitiu obter alguns resultados astronómicos observados por alguns telescópios ópticos e infravermelhos.
Em anexo, encontra-se um conjunto de actividades experimentais, realizadas com alunos dos ensinos básico e secundário, que ilustram os fenómenos anteriormente tratados tais como o movimento ondulatório, a interferência e a difracção de ondas. São também anexados os resultados de uma noite de observação feita no CAUP, onde foi medido o seeing, observada a turbulência e a refracção atmosféricas.

Master in Teaching of Astronomy
Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
Supervisor(s): P. J. V. Garcia
2003

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