Blokování světla hvězdy

Blokování světla hvězdy

1. Historie. Bernard Lyot vynalezl koronograf v roce 1930, aby mohl studovat sluneční korónu bez zatmění; maska v ohniskové rovině blokuje disk a „Lyotova clona“ odstraňuje difraktované světlo (Lyot 1939). Koronografy LASCO na SOHO ukazují stejnou myšlenku každý den (Brueckner et al. 1995). Výše uvedená scéna Slunce je ilustrace založená na LASCO, nikoli snímek z LASCO.
2. Rodiny koronografů. Amplitudové masky Lyotova typu, apodizované pupily a fázové masky, jako je vírová (vortex). Klíčovým údajem je vnitřní pracovní úhel v jednotkách λ/D (Mawet et al. 2012). Země ve vzdálenosti 10 pc leží 0,1″ od své hvězdy: asi 5,3 λ/D pro 6m dalekohled při 550 nm [calc].
3. Adaptivní optika a spekle. Deformovatelné zrcadlo vyrovnává turbulentní vlnoplochu stovkykrát za sekundu. Zbývají spekle; úhlové diferenciální zobrazování nechává oblohu rotovat, zatímco spekle zůstávají na místě, takže je lze odečíst (Marois et al. 2006).
4. Starshade. Clona ve tvaru květu létající daleko před dalekohledem (Cash 2006). Koncept Roman Starshade Rendezvous: 26 m ve vzdálenosti 26 000 km; HabEx: 52 m ve vzdálenosti přibližně 76 600 km (HabEx Final Report).
5. Nulovací interferometrie. Dva dalekohledy spojené s fázovým posunem o půl vlny vyruší hvězdu v tmavém proužku, zatímco planeta mimo osu leží ve světlém (Bracewell 1978; koncept LIFE, Quanz et al. 2022).

Rodiny koronografů, rovina po rovině

Každá rodina níže je zakreslena jako čtyři roviny jedné optické soustavy. Intenzity jsou vypočtené, ne malované: Fraunhoferova optika ideálního monochromatického dalekohledu s čistou kruhovou pupilou, zobrazená v logaritmickém roztažení od vrcholu hvězdy až po miliontinu. Velikosti masky a clony, apodizér a jasnost planet jsou ilustrativní a je to u nich uvedeno.

Ilustracenení v měřítku; podle Lyota 1939

1. Lyotův koronograf. Neprůhledný kotouč v ohniskové rovině blokuje jádro obrazu hvězdy. Neodstraní však světlo ohnuté na jeho okraji, které další čočka pošle na okraj znovu zobrazené pupily; Lyotova clona o něco menší než pupila tento okraj zachytí (Lyot 1939). S kotoučem 4 λ/D sníží zúžení clony z 150 % na 80 % pupily světlo hvězdy ve vzdálenosti 8 λ/D z 6,7×10⁻⁵ na 1,8×10⁻⁷ maxima hvězdy (bez koronografu: 7,8×10⁻⁵) [výpočet], zatímco planeta daleko vně kotouče si ponechá 64 % svého světla, tedy plochu clony.
2. Apodizovaná pupila. Místo masky propustnost pupily směrem k okraji postupně klesá, takže obraz nemá ostrou hranu, od níž by vznikaly prstence. Pro A(ρ) = (1 − ρ²)² klesne nejjasnější prstenec poblíž 5 λ/D z 7,8×10⁻⁴ na 1,2×10⁻⁶ maxima čisté pupily [calc], ale projde jen 1/(2n + 1) = 20 % světla a jádro je širší. Skutečné apodizéry (tvarované pupily, prolátní a APLC návrhy) se optimalizují numericky; tento průběh je ilustrativní.
3. Vírová fázová maska. Průhledná maska, jejíž fáze se stáčí kolem jejího středu (e^(2iθ), náboj 2), přesouvá světlo hvězdy ležící na optické ose mimo znovu zobrazenou pupilu: pro ideální vír s nábojem 2 na čisté kruhové apertuře je tam pole uvnitř pupily přesně nulové a vně ní (1/ρ)² [výp.], takže clona těsně uvnitř pupily hvězdu odstraní. Fázové masky jsou skupinou, která pracuje nejblíže u hvězdy (Mawet et al. 2012); skutečné víry zanechávají zbytky v důsledku chyb vlnoplochy a konečné velikosti hvězdy.
4. Adaptivní optika a ADI. Deformovatelné zrcadlo promění halo seeingu v ostré jádro, ale kvazistatické skvrny (speckles) o šířce λ/D zůstávají. Při pevné pupile přístroje se obloha i planeta během noci otáčejí, zatímco skvrny zůstávají na místě; medián sekvence modeluje skvrny a každý snímek po jeho odečtení, otočený zpět o rotaci pole a složený, planetu zachová (Marois et al. 2006). Snímky na scéně jsou syntetické. Na obloze dosahuje GPI surového kontrastu asi 10⁻⁴ ve vzdálenosti 0,4″ za 60 s a po hodině ADI více než desetkrát hlubšího (Bailey et al. 2016).

Žebříček kontrastu

Planety HR 8799 na plátně používají velké poloosy a excentricity z exoplanet.eu; jejich orientace na obloze je ilustrativní a čas je zhuštěný. Kontrasty z různých přístrojů se měří při různých separacích, vlnových délkách a významnostech, takže jednotlivé stupně nejsou přímo srovnatelné.

1,216 of the 8,049 planets with a stored distance in exoplanet.eu were found by imaging (the first method listed). Show them on the Galaxy map ›

Skutečná data, se zdrojem

Ukažte na rok, nebo graf zaměřte a použijte šipky.

Počty podle roku a metody v tabulce ›