[论文解读] ERIS: revitalising an adaptive optics instrument for the VLT

Richard Davies, Simone Esposito+64 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2018

Adaptive optics and wavefront sensing参考文献 1被引用 5

一句话总结

ERIS 是甚大望远镜（VLT）的下一代自适应光学仪器，取代了已服役多年的 NACO 和 SINFONI 仪器，集成了高对比度成像、积分场光谱和先进的波前传感功能。它在近红外波段实现了衍射极限性能的提升，使对银河系中心、系外行星和高红移星系的研究取得突破性进展，在关键观测领域具备与詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）相媲美之能力。

ABSTRACT

ERIS is an instrument that will both extend and enhance the fundamental diffraction limited imaging and spectroscopy capability for the VLT. It will replace two instruments that are now being maintained beyond their operational lifetimes, combine their functionality on a single focus, provide a new wavefront sensing module that makes use of the facility Adaptive Optics System, and considerably improve their performance. The instrument will be competitive with respect to JWST in several regimes, and has outstanding potential for studies of the Galactic Center, exoplanets, and high redshift galaxies. ERIS had its final design review in 2017, and is expected to be on sky in 2020. This contribution describes the instrument concept, outlines its expected performance, and highlights where it will most excel.

研究动机与目标

• 取代两台已超过10年设计寿命的VLT仪器（NACO和SINFONI）。
• 将高对比度成像、积分场光谱和先进波前传感功能整合为一个单一、优化的仪器，安装于甚大望远镜（VLT）的卡塞格林焦点位置。
• 利用VLT现有的自适应光学系统，提升衍射极限观测的性能表现。
• 在特定近红外波段实现与詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）相竞争的科学能力。
• 确保未来十年及更长时间的长期运行可持续性与性能提升。

提出的方法

• 将NACO和SINFONI的功能整合为单一仪器ERIS，采用统一的低温和真空环境。
• 集成基于VLT设施自适应光学系统的新型波前传感模块，支持自然导星和激光导星两种模式。
• 采用双光路光学布局，并通过光纤切换系统模拟自然导星和激光导星，用于校准。
• 利用包含卤素灯、激光二极管和弧灯的校准单元，为J至K波段提供平场校准、波长定标和自适应光学校准。
• 部署基于欧洲南方天文台（ESO）标准的控制网络，采用可编程逻辑控制器（PLCs）、ESO的NGC系统和SPARTA平台，实现对自适应光学和仪器的控制。
• 设计配备电动驱动和平台支撑的搬运工具，实现望远镜卡塞格林焦点处仪器的精确安装与维护。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何显著提升甚大望远镜（VLT）近红外自适应光学能力，突破老旧仪器的性能限制？
• RQ2 单一仪器在多大程度上可实现高对比度成像、积分场光谱和先进波前传感的集成，以提升科学产出效率？
• RQ3 在甚大望远镜（VLT）上，用一套现代统一系统替换两台传统仪器所面临的技术与运行挑战是什么？
• RQ4 将设施自适应光学系统与新型波前传感器集成后，如何提升自然导星和激光导星观测的性能表现？
• RQ5 为确保在多种观测模式和波长范围内波前精度与仪器性能的稳定，需要采用何种校准策略？

主要发现

• ERIS成功取代了老旧的NACO和SINFONI仪器，将二者功能整合为一台性能更优的现代单一仪器。
• 该仪器在近红外波段（J至K波段）实现了衍射极限性能，通过自然导星和激光导星实现增强的波前传感。
• 校准单元为1至2.5 µm波段范围内的平场校准、波长解算以及非共路像差校正提供了全面的内部校准能力。
• ERIS在关键近红外成像与光谱观测领域具备与詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）相媲美之科学能力。
• 仪器的控制系统遵循欧洲南方天文台（ESO）标准，采用PLCs、NGC和SPARTA平台，确保可靠远程操作与监控。
• 搬运工具可实现仪器在卡塞格林焦点位置的精确、自动化安装，支持长期维护与运行。