anisoplanatismo

El anisoplanatismo es la incapacidad de un sistema óptico para mantener una calidad de imagen uniforme en todo su campo de visión. Mientras que un sistema verdaderamente isoplanático produce funciones de dispersión de puntos (PSF) idénticas en todas partes de la imagen, un sistema anisoplanático produce PSF variables según la posición dentro del encuadre. Esto es importante porque significa que las aberraciones, el desenfoque o la distorsión empeoran a medida que uno se aleja del eje óptico, o cambian de carácter de forma impredecible en el plano de la imagen.

El término proviene de raíces griegas: an (no) e isoplanatismo, que a su vez significa invarianza espacial. En óptica adaptativa, el anisoplanatismo es una restricción difícil. Al corregir la turbulencia atmosférica utilizando un sensor de frente de onda bloqueado a una estrella guía, la luz de un objetivo científico desplazado viaja a través de masas de aire ligeramente diferentes, adquiriendo diferentes errores de fase. La corrección optimizada para una dirección en el cielo degrada el rendimiento en otra. Este es el límite de anisoplanatismo, y reduce drásticamente el campo de corrección útil, especialmente para exposiciones largas en luz visible.

El anisoplanatismo aparece en casi todos los sistemas ópticos reales. Los telescopios lo exhiben debido al coma y al astigmatismo en ángulos de campo grandes. Las cámaras de campo amplio y los microscopios sufren de viñeteado y curvatura de campo. En el radar de apertura sintética y la imagen astronómica, el anisoplanatismo de la atmósfera turbulenta limita el tamaño del parche isoplanático, típicamente decenas de segundos de arco en malas condiciones. Para telescopios terrestres en longitudes de onda visibles, el ángulo isoplanático es aproximadamente 1 segundo de arco; en infrarrojo mejora a decenas de segundos de arco porque las longitudes de onda más largas son menos sensibles a la turbulencia a pequeña escala.

El diámetro del telescopio también importa. Las aperturas más grandes muestrean estructuras más finas en el frente de onda, lo que hace que los efectos del anisoplanatismo sean más severos. Una apertura de 10 metros ve un parche isoplanático más pequeño que una de 1 metro bajo idénticas condiciones atmosféricas. Por eso, los errores residuales post-corrección en óptica adaptativa escalan mal con el aumento de la apertura si no se expande la constelación de estrellas guía o no se utilizan estrellas guía láser en múltiples posiciones.

Eliminar el anisoplanatismo mediante ingeniería requiere aceptar un campo útil más pequeño o aceptar el costo de una corrección distribuida: múltiples estrellas guía, capas de altitud conjugadas amplias u óptica adaptativa multiconjugada. En la imagen convencional, significa usar exposiciones más cortas, cerrar el diafragma (perdiendo luz) o diseñar ópticas con aberraciones cuidadosamente equilibradas que intercambian el anisoplanatismo en una dirección por el isoplanatismo en otra. El reconocimiento del anisoplanatismo es lo que diferencia un telescopio diseñado para una fuente puntual de uno construido para trabajos de estudio de campo amplio.