Sternlicht abblocken

Sternlicht abblocken

1. Geschichte. Bernard Lyot erfand den Koronografen 1930, um die Sonnenkorona ohne Finsternis zu untersuchen; eine Maske in der Fokalebene blockiert die Scheibe, und eine „Lyot-Blende“ entfernt das gebeugte Licht (Lyot 1939). Die LASCO-Koronografen von SOHO zeigen dasselbe Prinzip jeden Tag (Brueckner et al. 1995). Die Sonnenszene oben ist eine Illustration nach LASCO, kein LASCO-Bild.
2. Koronografen-Familien. Amplitudenmasken vom Lyot-Typ, apodisierte Pupillen und Phasenmasken wie der Vortex. Die entscheidende Kenngröße ist der innere Arbeitswinkel in Einheiten von λ/D (Mawet et al. 2012). Die Erde in 10 pc steht 0,1″ von ihrem Stern entfernt: etwa 5,3 λ/D für ein 6-m-Teleskop bei 550 nm [calc].
3. Adaptive Optik und Speckles. Ein deformierbarer Spiegel glättet die turbulente Wellenfront hunderte Male pro Sekunde. Übrig bleiben Speckles; bei der winkeldifferentiellen Bildgebung dreht sich der Himmel, während die Speckles feststehen, sodass sie abgezogen werden können (Marois et al. 2006).
4. Starshade. Ein blütenförmiger Schirm, der weit vor einem Teleskop fliegt (Cash 2006). Das Konzept Roman Starshade Rendezvous: 26 m in 26.000 km; HabEx: 52 m in etwa 76.600 km (HabEx Final Report).
5. Nulling-Interferometrie. Zwei Teleskope, um eine halbe Wellenlänge phasenverschoben kombiniert, löschen den Stern auf einem dunklen Streifen aus, während ein Planet außerhalb der Achse auf einem hellen liegt (Bracewell 1978; das LIFE-Konzept, Quanz et al. 2022).

Koronografen-Familien, Ebene für Ebene

Jede Familie unten ist als vier Ebenen eines optischen Strahlengangs dargestellt. Die Intensitäten sind berechnet, nicht gemalt: Fraunhofer-Optik eines idealen, monochromatischen Teleskops mit freier kreisförmiger Pupille, logarithmisch gestreckt vom Maximum des Sterns bis zu einem Millionstel. Die Masken- und Blendengrößen, der Apodisierer und die Helligkeit der Planeten sind illustrativ und als solche gekennzeichnet.

Illustrationnicht maßstabsgetreu; nach Lyot 1939

1. Lyot-Koronagraph. Eine undurchsichtige Scheibe in der Fokalebene blockiert den Kern des Sternbilds. Was sie nicht entfernt, ist das an ihrem Rand gebeugte Licht, das die nächste Linse an den Rand der neu abgebildeten Pupille lenkt; eine Lyot-Blende, etwas kleiner als die Pupille, fängt diesen Rand ab (Lyot 1939). Mit einer Scheibe von 4 λ/D senkt das Schließen der Blende von 150% auf 80% der Pupille das Sternlicht bei 8 λ/D von 6,7×10⁻⁵ auf 1,8×10⁻⁷ des Sternmaximums (ohne Koronagraph: 7,8×10⁻⁵) [calc], während ein Planet deutlich außerhalb der Scheibe 64% seines Lichts behält, die Fläche der Blende.
2. Apodisierte Pupille. Statt einer Maske nimmt die Transmission der Pupille zum Rand hin ab, sodass das Bild keine scharfe Kante hat, an der Ringe entstehen. Für A(ρ) = (1 − ρ²)² sinkt der hellste Ring nahe 5 λ/D von 7,8×10⁻⁴ auf 1,2×10⁻⁶ des Spitzenwerts der freien Pupille [calc], aber nur 1/(2n + 1) = 20 % des Lichts gelangt hindurch, und der Kern ist breiter. Reale Apodisierer (geformte Pupillen, prolate und APLC-Designs) werden numerisch optimiert; dieser Verlauf ist illustrativ.
3. Vortex-Phasenmaske. Eine transparente Maske, deren Phase sich um ihr Zentrum windet (e^(2iθ), Ladung 2), lenkt das Licht eines Sterns auf der Achse aus der reabgebildeten Pupille: Für einen idealen Vortex der Ladung 2 auf einer freien kreisförmigen Apertur ist das Feld dort innerhalb der Pupille exakt null und außerhalb (1/ρ)² [ber.], sodass eine Blende knapp innerhalb der Pupille den Stern entfernt. Phasenmasken sind die Familie, die am nächsten am Stern arbeitet (Mawet et al. 2012); reale Vortices hinterlassen Reste durch Wellenfrontfehler und die endliche Größe des Sterns.
4. Adaptive Optik und ADI. Ein deformierbarer Spiegel verwandelt den Seeing-Halo in einen scharfen Kern, doch quasistatische Speckles von λ/D Breite bleiben. Bei fester Pupille des Instruments drehen sich Himmel und Planet im Lauf der Nacht, während die Speckles bleiben; der Median der Sequenz modelliert die Speckles, und jedes Einzelbild abzüglich dieses Medians, um seine Feldrotation zurückgedreht und gestapelt, behält den Planeten (Marois et al. 2006). Die Bilder auf der Bühne sind synthetisch. Am Himmel erreicht GPI etwa 10⁻⁴ Rohkontrast bei 0,4″ in 60 s und nach einer Stunde ADI mehr als zehnmal tiefer (Bailey et al. 2016).

Die Kontrastleiter

Die Planeten von HR 8799 auf der Zeichenfläche verwenden die großen Halbachsen und Exzentrizitäten von exoplanet.eu; ihre Ausrichtung am Himmel ist illustrativ, und die Zeit ist gerafft. Kontraste verschiedener Instrumente werden bei unterschiedlichen Abständen, Wellenlängen und Signifikanzen gemessen, daher sind die Stufen nicht direkt vergleichbar.

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 ›

Echte Daten, mit Quelle

Zeigen Sie auf ein Jahr oder fokussieren Sie das Diagramm und nutzen Sie die Pfeiltasten.

Die Zahlen nach Jahr und Methode als Tabelle ›