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ⓘ Lucky imaging. La locuzione lucky imaging designa una tecnica astrofotografica che fa capo allo speckle imaging. Lo speckle imaging utilizza camere ad alta velo ..




Lucky imaging
                                     

ⓘ Lucky imaging

La locuzione lucky imaging designa una tecnica astrofotografica che fa capo allo speckle imaging. Lo speckle imaging utilizza camere ad alta velocità con tempi di esposizione tali da rendere minimo leffetto del seeing. Il lucky imaging combina poi le esposizioni che sono meno affette in assoluto dal seeing, creando unimmagine ad alta risoluzione e a lunga esposizione.

                                     

1. Storia

La tecnica del lucky imaging fu messa a punto tra gli anni cinquanta e sessanta del XX secolo e conobbe una certa diffusione tra quanti si cimentavano nel fotografare i pianeti utilizzando cinecamere, spesso con intensificatori di immagine; tuttavia la prima stima sulla possibilità di ottenere delle esposizioni fortunate lucky exposures venne pubblicata da David L. Fried nel 1978. Durante le prime applicazioni si era generalmente convinti del fatto che latmosfera sfocasse limmagine degli oggetti astronomici; la FWHM dello sfocamento era stimata ed utilizzata nella cernita delle esposizioni. Gli studi successivi hanno mostrato che latmosfera non sfoca le immagini degli oggetti celesti, ma generalmente produce numerose copie nitide dellimmagine la funzione di diffusione del punto fa sì che si mostrino delle "macchie". Le nuove tecniche utilizzate trassero vantaggi da ciò per produrre delle immagini a più alta qualità di quelle ottenute assumendo leffetto sfocante dellatmosfera.

                                     

2. Principio di funzionamento

Le immagini riprese dai telescopi di terra sono soggette agli effetti distorsivi delle turbolenze atmosferiche responsabili del fenomeno della scintillazione. Molti programmi di imaging astronomico richiedono delle risoluzioni più alte di quanto sia possibile ottenere senza un qualche fattore di correzione delle immagini. Il lucky imaging è una delle tecniche utilizzate per limitare gli effetti atmosferici. Utilizzata ad una selezione pari o inferiore all1%, questa tecnica permette di raggiungere il limite di diffrazione persino di un telescopio da 2.5 m di apertura, migliorando la risoluzione di un fattore 5 rispetto agli altri sistemi standard di formazione dellimmagine.

La sequenza di immagini sottostante mostra in che modo la tecnica opera. A partire da una serie di 50.000 immagini, riprese ad una velocità di almeno 40 immagini al secondo, sono state create cinque differenti immagini a lunga esposizione:

La differenza tra limmagine limitata dal seeing e lultima immagine è evidente: se nella prima appariva un oggetto unico, oblungo, nellultima è ben distinguibile un sistema stellare triplo. La componente principale del sistema è una nana rossa di classe M4 V di magnitudine 14.9, utilizzata come sorgente di riferimento, mentre la componente terziaria la più debole è una nana di classe M7-M8. Il sistema dista dal sistema solare circa 45 pc. La presenza di anelli di Airy indica che è stato raggiunto il limite di diffrazione del telescopio da cui sono state riprese le immagini, nella fattispecie il telescopio da 2.5 m dellosservatorio di Calar Alto. Il rapporto segnale/rumore delle sorgenti puntiformi incrementa con laumentare della selettività della cernita delle immagini, mentre lalone di seeing diminuisce. La separazione tra la componente primaria e la secondaria è di circa 0.55", mentre la separazione tra secondaria e terziaria è inferiore a 0.15", che equivale a 6.75 UA.

                                     

3. Sistemi ibridi con ottiche adattive

Nel 2007 gli astronomi del Caltech e dellUniversità di Cambridge annunciarono i risultati ottenuti da un nuovo sistema ibrido che combinava la tecnica del lucky imaging con un sistema di ottiche adattive. Il sistema fu montato sul telescopio Hale da 5.08 m di apertura dellosservatorio di Monte Palomar; questo sistema permise di spingere il telescopio molto vicino al suo limite risolutivo teorico, permettendo per certi tipi di osservazione di ottenere una risoluzione pari a 0.025". La combinazione di lucky imaging e ottiche adattive permette infatti di ottenere un risultato che mescola i migliori risultati delle due tecniche: col lucky imaging è infatti possibile ottenere delle brevi esposizioni con tempi dellordine di alcune frazioni di secondo; questi tempi ridotti fanno sì che gli effetti distorsivi delle turbolenze atmosferiche siano ridotti al minimo, e siano quindi facilmente emendabili dalle ottiche adattive. La combinazione delle migliori immagini ottenute permette quindi di creare unimmagine a lunga esposizione con una risoluzione superiore a quella ottenibile da una normale camera a lunga esposizione con ottiche adattive.

Questa tecnica ibrida è applicabile solamente agli oggetti di dimensioni angolari più piccole, fino a 10", dati i limiti imposti dai fattori di correzione delle turbolenze atmosferiche.

Raffrontato però con alcuni telescopi spaziali, come lHubble 2.4 m di apertura, il sistema ibrido lucly imaging-ottiche adattive presenta ancora alcuni problemi, come un restringimento del campo visivo per le immagini a più alta risoluzione tipicamente tra 10" e 20", l airglow ed il blocco di alcune frequenze dello spettro elettromagnetico ad opera dellatmosfera si veda la voce estinzione. Dal momento che si trova al di sopra dellinvolucro atmosferico, un telescopio spaziale non risente di queste limitazioni ed è in grado di raccogliere delle immagini ad ampio campo e ad alta risoluzione.



                                     

4. Diffusione della tecnica

Sia gli astrofili sia gli astronomi professionisti hanno iniziato ad utilizzare questa tecnica. Le moderne webcam e camcorder sono in grado di catturare in rapida sequenza delle brevi esposizioni con una sensibilità sufficiente per lastrofotografia; questi sistemi permettono di ottenere dal telescopio utilizzato delle risoluzioni precedentemente inottenibili. Esistono diversi metodi per la selezione delle migliori immagini, come quello basato sul rapporto di Strehl oppure la selezione basata sul contrasto delle immagini. I recenti sviluppi della tecnica dell Electron-multiplying CCD EMCCD hanno permesso di ottenere immagini ad alta risoluzione con il lucky imaging di deboli oggetti.