КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-72-10043
НазваниеРазработка методов диагностики характеристик нижней атмосферы с высоким разрешением в приложении к наземным астрономическим телескопам
РуководительШиховцев Артем Юрьевич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутская обл
Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2024 - 06.2027 |
Конкурс№98 - Конкурс 2024 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-301 - Физическая оптика
Ключевые словаАстроклимат, телескоп, качество изображения, астрономия, турбулентность, оптическая турбулентность, проект ESMT
Код ГРНТИ41.51.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на разработку новых технологий (методов) в измерениях и моделировании оптических искажений, опережающих мировые аналоги по пространственному разрешению, новых методов и алгоритмов обработки (интерпретации) данных, основанных на машинном обучении, методов распознавания изображений в приложении к телескопам наземного базирования и, в перспективе, к оптико-электронным устройствам различного назначения.
Актуальность проекта состоит в том, что создание крупного астрономического телескопа, работающего как в видимом, так и миллиметровом диапазонах длин волн, во многом, требует предварительных исследований по выбору оптимального места и определяется оптическими и микрофизическими свойствами атмосферы над выбранной астроплощадкой. Состояния земной атмосферы определяют не только продолжительность наблюдательного времени, но также и возможности использования систем адаптивной оптики, предназначенной для коррекции изображений. Актуальность запланированных исследований подтверждается большим количеством коллективов, работающих в этом направлении в мире. Среди них можно отметить команды Национальных Астрономических Обсерватории Китайской Академии Наук и Астрономического института имени Улугбека РУЗ, с которыми нами ведутся совместные исследования оптических и микрофизических свойств атмосферы над обсерваториями.
Новизна проекта заключается в внедрении методов машинного обучения применительно к обработке изображений, а также разработке новых методов диагностики и прогнозировании характеристик оптических искажений с высоким разрешением. Кроме этого проект даст возможность сделать шаг в поиске новых мест для размещения крупного астрономического телескопа, получить новые данные о комплексе микрофизических и оптических характеристик атмосферы в макрорегионах расположения Специальной Астрофизической Обсерватории и Саянской солнечной обсерватории с учётом региональных особенностей формирования турбулентности характеристик атмосферы. В частности, планируется создать метод измерений характеристик оптических искажений, формирующихся на разных высотах в атмосфере с использованием анализа светового поля в скрещенных пучках. Отличием метода в сравнении с известными является более высокое разрешение по вертикали за счет учета углового смещения Солнца и использования "острых" ядерных функций, используемых при расчёте вертикальных профилей интенсивности турбулентности. Для определения вертикальных профилей оптической турбулентности планируется использовать данные измерений, выполненных с помощью датчика Шека-Гартмана: планируется разработать блок по распознаванию при работе с субизображениями. В рамках проекта также одно из ключевых направлений — это применение мезомасштабной модели WRF для целей исследования структуры полей скорости ветра, температуры и характеристик влажности воздуха на горизонтальных масштабах ~ 500 м. Для описания структуры атмосферы на меньших масштабах мы предлагаем разработать схемы параметризации основанные на одновременном учете оптических и мачтовых метеорологических измерений. Эти исследования, запланированные в макрорегионах расположения Специальной Астрофизической Обсерватории и Саянской солнечной обсерватории позволят выявить оптимальные локации для размещения телескопов в интересах проекта ЕSMT (Eurasian Submillimeter Telescopes) и выявить основные особенности в физике формирования турбулентности над обсерваториями.
Экономический эффект от разработанных методов в широком смысле состоит в оптимизации наблюдательного времени на телескопах наземного базирования и минимизации затрат, связанных с выполнением различных астрономических программ на телескопах наземного базирования, а также потенциально в разработке и совершенствовании оптико-электронных устройств, предназначенных для получения вертикальных профилей атмосферных характеристик (прежде всего, Slodar монитора вертикальных профилей оптической турбулентности).
Ожидаемые результаты
1) Новый метод измерений вертикальных профилей дневной оптической турбулентности высокого разрешения из измерений оптических искажений в скрещенных оптических пучках, регистрируемых в фокальной плоскости телескопа.
2) Разработка и внедрения метода распознавания изображений на примере физических образований солнечной фотосферы для формирования расчетных массивов дифференциальных смещений центров тяжести субизображений, используемых для определения вертикальных профилей интенсивности оптической турбулентности.
3) Комплекс атмосферных характеристик, полученный с применением мезомасштабной модели WRF для Саянской Солнечной Обсерватории и Специальной Астрофизической Обсерватории.
4)Новые подходы, методы или схемы параметризации характеристик оптической турбулентности по данным ре-анализа Era-5 и мезомасштбной модели WRF для Саянской Солнечной Обсерватории и Специальной Астрофизической Обсерватории.
Разработка новых методов измерений оптических искажений и вертикальных профилей (интенсивности) оптической турбулентности, с одной стороны, даст солнечникам инструмент для мониторинга оптической турбулентности, что важно с точки зрения планирования наблюдательного времени на телескопах наземного базирования. С другой стороны, открываются возможности создания методов измерений оптической турбулентности и в оптических системах стационарных и мобильных ночных телескопов. Одна из ключевых задач проекта - это адаптация модели WRF в пределах макрорегионов расположения САО и ССО, а также разработка новых схем параметризации характеристик турбулентности через комплексный учет оптических и микрофизических характеристик атмосферы, в интересах как поиска оптимальных астроплощадок для размещения нового телескопа наземного базирования, так и выявление воздействия мезомасштабных вихревых структур (в численном виде), формирующихся в нижнем 1-км слое атмосферы на подавление интенсивности турбулентности (и, как следствие, улучшение качества изображений).
Также, полученные в проекте результаты (прежде всего, данные мезомасштабного моделирования в регионах расположения Саянской Солнечной Обсерватории и Специальной Астрофизической Обсерватории) послужат основой для выбора астроплощадки, подходящей для размещения нового миллиметрового телескопа на территории России (в рамках проекта ESMT).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ