Ночью телескоп смотрит на звезду, но видит её как дрожащее пятно. Атмосфера Земли постоянно колышется, и свет, проходя сквозь неё, изгибается, как луч фонарика сквозь воду. Астрономы давно научились исправлять это дрожание с помощью адаптивной оптики: зеркало телескопа сотни раз в секунду меняет форму, чтобы выровнять волну света. Но даже после такой коррекции остаются мелкие искажения, и без знания их точной формы нельзя измерить яркость или форму далёкой галактики.

Обычно этот отпечаток снимают по яркой опорной звезде рядом с целью. Но такие звёзды есть не всегда. Новый метод PSF-R восстанавливает форму искажения, не глядя на саму звезду, а только по данным о работе адаптивной оптики. Это как поплавок, который чувствует волну, не видя её: по движению поплавка можно восстановить форму волны. Телескоп записывает, как зеркало корректировало свет, и по этим записям вычисляет, каким было искажение.

Учёные проверили метод на реальном телескопе VLT с инструментом ERIS. Они наблюдали три звезды: одну опорную для адаптивной оптики и две на расстоянии 7 и 16 угловых секунд. Для восстановления использовали только телеметрию адаптивной оптики, профили турбулентности атмосферы и прогнозы ветра. Всю информацию сжали в три слоя атмосферы и сравнили результат с реальными искажениями.

Эта точность сохранялась до расстояний в половину изопланатического угла (около 2 угловых секунд). Дальше ошибка росла до 20%. Один набор данных показал завышенную турбулентность, вероятно, из-за короткой длины волны. Симуляции подтвердили результаты и показали, что на будущем телескопе ELT с зеркалом 39 метров точность будет выше, потому что большее зеркало даёт больше информации для восстановления.

Метод готов к применению на ELT. Для камеры MICADO создадут сервис PSF-R, который автоматически будет выдавать восстановленные формы искажений всем пользователям. Это улучшит точность измерений для ярких протяжённых объектов, таких как галактики и звёздные скопления, и позволит наблюдать цели без ярких опорных звёзд. Поплавок, который чувствует волну, откроет новые глубины космоса.