便携式“极端”自适应光学仪器成功研制，在智利完成客座观测
2014年7月，中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所（简称：南京天光所）研制的“极端”自适应光学系统（Extreme Adaptive Optics, 简称：Ex-AO），作为客座仪器，成功对接欧洲南方天文台（ESO）3.6米新技术望远镜（NTT），圆满完成了测试观测。该套Ex-AO系统在近红外H波段获得了衍射极限成像，表明具备了用于系外行星科学成像观测的能力。
该项科学仪器研制和观测计划，受到国家自然科学基金委重大国际（地区）合作研究项目资助（资助号：11220101001）。利用中科院南美天文中心（暨中智天文联合研究中心）所提供的便利平台和专项科研经费,由南京天光所、美国加州州立大学北岭分校，以及智利天主教大学组成的“系外行星成像及Ex-AO”联合研究团队,得以使用客座仪器（visiting instrument）,获得欧洲南方天文台（ESO）新技术望远镜（NTT）6天观测时间，将自主研发的科研装备，首次实现与国际著名大型望远镜平台对接观测。
该套Ex-AO系统于2014年7月初自南京起运至位于智利，ESO的拉斯亚（La Silla）天文台，7月14日在NTT的奈氏平台完成安装。该系统结构紧凑，具有便携式尺寸。
图示： 安装于NTT的NB平台的Ex-AO系统实物图片
基于自然导星和现有硬件配置，该套Ex-AO系统能够很好地锁定8等恒星。测试观测过程中，系统工作在H波段（中心波长1500nm，带宽40nm），恒星“北落师门”经过Ex-AO系统校正后的单幅图像（当夜视宁度0.8″，风速5m/s），达到衍射极限成像，该结果表明该系统已具备用于系外行星成像观测的能力。
图示：经过Ex-AO校正前后的恒星“北落师门”图像：校正前（左）和校正后（右）。
项目组提供了经过Ex-AO系统校正前后拍摄的“北落师门”视频（其中每帧图像只进行了初步的平场和暗场校正，未作任何其他数据处理），可以看出恒星的绝大部分能量集中并锁定在其艾里斑之内。
http://www.csun.edu/~rd436460/Documents/Fomalhaut_H_BAND_EX-AO_NTT.avi
非共光路波相差（none-common path error，简称NCPE）是制约用于系外行星成像研究的Ex-AO星冕仪的主要因素之一。传统AO其波前探测器（WFS）难以探测来自成像光路的波相差，进而制约高对比度成像的实际性能。此次观测，Ex-AO系统采用了前期发展的“基于PSF评价机制”的优化技术（参见Ren et al. 2012），对上述NCPE进行了初步校正，校正后的衍射斑图样与观测图像一致，可以清晰的看到第三级衍射环。该衍射图样还可以通过后续迭代将外围能量进一步推向PSF中心。
此次观测的Ex-AO系统作为原理样机，采用了97驱动单元的可变形镜（DM），其波相差校正精度目前达到30阶（泽尼克系数），校正频率（开环）达到1 KHz。下一步，系统将采用更快速的277单元DM，波前校正精度将最终提高至100阶以上，校正频率将达到世界最快—2KHz。整套仪器将最终升级为科学设备，以专门优化用于4米口径望远镜，包括此次观测的NTT和美国Apache Point天文台的ARC3.5米望远镜。升级后的系统将采用更专业的WFS，以保证观测星等达到10等；同时，订做天文专用的宽带近红外滤光片以提高系统通光效率，降低观测目标的曝光时间；最终，系统还将集成前期研发的透过率光瞳调制系统，用于高对比度成像科学研究。
目前，国际上4米级望远镜，一般都只有卡氏或奈氏平台，受到物理空间的限制，难以安装庞大而专业的AO设备。而南京天光所研发的Ex-AO系统，结构紧凑，能够以访问仪器的形式，方便地安置于奈氏平台，同时能够提供优良的像质。
国际上现有Ex-AO星冕仪系外行星成像仪器主要集中于8米口径望远镜，例如GPI/GEMINI和SPHERE/VLT。这些Ex-AO系统均需要配备上千驱动单元的DM以达到较高的斯特列尔比；用于系外行星成像观测时间竞争异常激烈，难以满足诸多观测需求。本项目研发的Ex-AO主要针对4米望远镜（观测时间相对丰富），采用上百单元的DM（如277-DM），可以获得与GPI或SPHERE相当的校正性能。该系统最终将集成前期研发的星冕仪(见Ren, Dou & Zhu 2010)，观测成像对比度在近红外波段（H波段~0.4″）可望达到10-6。该系统能够激活现有4米望远镜开展系外年轻巨行星天文成像的能力，与8米望远镜进行的同类计划形成互补观测。
