Adaptiivinen optiikka

Vaikka aktiivinen optiikka pitää teleskoopin pääpeilin aina täydellisen muotoisena, Maan ilmakehän pyörteilyt vääristävät jopa maailman parhailla tähtitieteellisillä havaintopaikoilla otettuja kuvia. ESO:n VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) sijaintipaikka eli Paranalin observatorio Chilessä ei ole tästä poikkeus. Pyörteilyt aiheuttavat tähtien tuikkimista tavalla, joka ilahduttaa runoilijoita, mutta turhauttaa tähtitietelijöitä, koska se sumentaa kosmoksen tarkkoja yksityiskohtia. Tämä ilmakehän sumentava vaikutus voidaan välttää havaitsemalla suoraan avaruudessa, mutta avaruusteleskoopin Maan pinnalla toimiviin tutkimuslaitoksiin verrattuna korkeat käyttökustannukset rajoittavat Maan pintaa ulommas sijoitettavien teleskooppien kokoa ja käyttöä.

Tähtitieteilijät ovat alkaneet käyttää menetelmää, jota kutsutaan adaptiiviseksi optiikaksi. Teknisesti kehittyneiden, tietokonein ohjattujen muovattavien peilien avulla Maan ilmakehän pyörteilyjen aiheuttamat vääristymät voidaan korjata ja saada kuvista näin lähes yhtä tarkkoja kuin avaruudessa otetut. Adaptiivisen optiikan avulla korjattu optinen järjestelmä voi havaita tarkempia yksityiskohtia paljon himmeämmistä tähtitieteellisistä kohteista kuin muutoin olisi mahdollista Maan pinnalta.

Adaptiivinen optiikka vaatii verrattain kirkkaan vertaustähden, joka on hyvin lähellä tutkittavaa kohdetta. Tätä vertaustähteä käytetään mittaamaan paikallisen ilmakehän aiheuttama sumenema, jotta muovattava peili voi korjata sen. Koska sopivia tähtiä ei ole kaikkialla yötaivaalla, tähtitieteilijät voivat sen sijaan luoda keinotähden ampumalla tehokkaan lasersäteen Maan ylempään ilmakehään. Näiden laserohjaustähtien ansiosta lähes koko taivasta voidaan nykyisin havaita adaptiivista optiikkaa käyttäen.

Vuodesta 1989 lähtien Euroopan eteläinen observatorio on johtanut adaptiivisen optiikan ja lasenohjaustähtien kehitystyötä. VLT-teleskoopin laserohjaustähtilaite oli lajinsa ensimmäinen eteläisellä pallonpuoliskolla. Vuosien mittaan ESO on tehnyt yhteistyötä useiden eurooppalaisten tutkimus- ja teollisuuslaitosten kanssa pysyen maailmanlaajuisesti alan johdossa. Paranalin observatoriolla on kaikkein kehittyneimmät ja suurin määrä nykyään käytössä olevista adaptiivisen optiikan järjestelmistä.

ESO:n adaptiivisen optiikan järjestelmillä on saatu korkeatasoisia tieteellisiä tuloksia. Näihin sisältyvät ensimmäinen suora havainto kirkasta tähteä kiertävästä eksoplaneetasta ja avainluonnehdinnat Linnunradan keskustan mustasta aukosta.

Adaptiivisen optiikan seuraava sukupolvi on tulossa sekä VLT-teleskooppiin että E-ELT -teleskooppiin (European Extremely Large Telescope) Euroopan komission tutkimusrahoitussopimusten tuella. VLT-teleskoopille kaavaillut projektit käsittävät usean laserohjaustähden samanaikaisen käytön lisäksi SPHERE-planeettaetsimen kaltaisia edistyneitä adaptiivisen optiikan havaintolaitteita. Kehitteillä on myös mullistavalla 40-metrin kokoluokan pääpeilillä varustetun E-ELT -teleskoopin haasteisiin vastaavia pitkälle kehittyneitä järjestelmiä. Merkittävä edistyminen on viime aikoina viitoittanut tietä laajemman korjatun näkökentän saavuttamiseksi, millä on suuri merkitys tulevien VLT- ja E-ELT -teleskooppien adaptiivisen optiikan järjestemien suunnittelussa.