Новый алгоритм: звезды становятся более четкими
Ученые из Университета Джонса Хопкинса разработали новый метод, позволяющий получать изображения с наземных телескопов такой же четкости, как и с космических, что может значительно расширить возможности наземных инструментов.
С помощью алгоритмов, которые устраняют атмосферные искажения, исследователи смогли добиться того, чтобы наземные телескопы могли создавать одни из самых глубоких и четких изображений удаленных звезд, галактик и других космических объектов, необходимых для изучения происхождения и структуры вселенной.
«Улучшив наше видение ночного неба, мы можем видеть далекие и тусклые объекты и повышать порог обнаружимости», — отметил Тамаш Будовали, астроном и математик из Университета Джонса Хопкинса, возглавлявший исследование. «Это даст нам не только красивое изображение ночного неба, но и откроет новые возможности для улучшения исследований космологии и революционизирует процесс обработки и понимания астрономических наблюдений».
Даже самые мощные наземные телескопы сталкиваются с трудностями при наблюдении неба из-за постоянных изменений атмосферы Земли. Изменения температуры, давления и других воздушных условий вызывают тонкие, но важные искажения в рефракции света, проходящего через атмосферу, особенно для тусклых источников света.
Традиционные техники обработки атмосферных искажений исторически не могли обеспечить высококачественные изображения, так как они либо размазывают мелкие детали, либо вводят зернистые артефакты. Новый алгоритм под названием ImageMM улучшает изображения телескопов, моделируя, как свет от небесных объектов проходит сквозь атмосферу и как изменяющиеся условия на разных уровнях атмосферы влияют на эти световые волны.
«Представьте атмосферу как неуправляемую завесу, постоянно колеблющуюся и мерцающую, так что сцена за ней всегда выглядит размытой», — сказал Яшил Сукурадип, математик из Джонса Хопкинса, разработавший алгоритм. «Наши алгоритмы учатся видеть за этой завесой и восстанавливают четкое изображение, скрытое за ней».
Первые испытания нового метода восстановили размытые и шумные изображения с телескопа Subaru, одного из крупнейших в мире, за считанные секунды. Восстановленные изображения продемонстрировали детали, такие как сложная структура спиральных галактик, в беспрецедентной четкости. Они были специально получены телескопом Subaru на вершине Мауна-Кеа на Гавайях для тестирования качества аналогичных экспозиций, которые сделает обсерватория имени Веры К. Рубин, современное учреждение в Чили, которое начнет работать в этом году.
«У астрономов уже есть очень сложные инструменты для анализа данных изображений с телескопов, но они не удаляют весь шум и размытость, и не справляются с отсутствующими значениями пикселей», — добавил Сукурадип. «Наша структура может восстанавливать почти идеальное изображение из серии несовершенных наблюдений».
Хотя алгоритмы могут обрабатывать новые и старые данные из различных обсерваторий, они настраиваются для предстоящего небесного обследования обсерватории Рубина, чтобы получить огромное количество данных о темной энергии и темной материи. Эти две загадочные компоненты космоса, как полагают, отвечают за ускорение расширения вселенной и удержание галактик вместе.
«Важно для астрономов точно измерять формы объектов, не только для анализа морфологии отдельных галактик, но и для статистического анализа их искажений, которые возникают из-за темной материи и других гравитационных эффектов», — сказал Будовали. «Когда речь идет о миллиардных наземных обсерваториях, даже небольшое улучшение глубины и качества наблюдений может быть огромным».
Хотя космические телескопы имеют превосходные возможности для захвата крайне глубоких изображений с высоким разрешением, они могут охватывать лишь малую часть наблюдаемого неба. За 34 года работы телескоп Хаббл сфотографировал всего около 0,1% небесной сферы. В отличие от этого, наземные установки, такие как обсерватория Рубина, будут изображать все видимое небо каждые несколько дней.
«С нашей техникой мы можем превратить сотни наблюдений в изображения, которые почти можно сравнить с теми, что мы раньше могли получать только с космического телескопа», — отметил Будовали. «Конечно, это идеализированная цель, но именно это мы и хотим достичь: устранить атмосферу».
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
