Tähtivalon peittäminen

Tähtivalon peittäminen

1. Historia. Bernard Lyot keksi koronagrafin vuonna 1930 tutkiakseen Auringon koronaa ilman pimennystä; polttotason maski peittää kiekon ja "Lyot-pysäytin" poistaa diffraktoituneen valon (Lyot 1939). SOHOn LASCO-koronagrafit näyttävät saman idean joka päivä (Brueckner ym. 1995). Yllä oleva Aurinko-näkymä on LASCOon perustuva kuvitus, ei LASCO-kuva.
2. Koronagrafiperheet. Lyot-tyyppiset amplitudimaskit, apodisoidut pupillit ja vaihemaskit, kuten vortex. Keskeinen suure on sisäinen työskentelykulma λ/D-yksiköissä (Mawet et al. 2012). Maa 10 pc:n etäisyydellä on 0,1″ päässä tähdestään: noin 5,3 λ/D 6 m:n kaukoputkelle 550 nm:n aallonpituudella [calc].
3. Adaptiivinen optiikka ja täplät. Muotoaan muuttava peili oikaisee turbulentin aaltorintaman satoja kertoja sekunnissa. Jäljelle jäävät täplät; kulmadifferentiaalinen kuvantaminen antaa taivaan kiertyä täplien pysyessä paikallaan, joten ne voidaan vähentää (Marois ym. 2006).
4. Tähtivarjostin. Kukan muotoinen varjostin, jota lennätetään kaukana kaukoputken edessä (Cash 2006). Roman Starshade Rendezvous -konsepti: 26 m 26 000 km:n etäisyydellä; HabEx: 52 m noin 76 600 km:n etäisyydellä (HabEx Final Report).
5. Nollausinterferometria. Kaksi puolen aallonpituuden vaihe-erolla yhdistettyä kaukoputkea kumoaa tähden tummalle interferenssijuovalle, kun taas akselin ulkopuolinen planeetta osuu kirkkaalle (Bracewell 1978; LIFE-konsepti, Quanz et al. 2022).

Koronagrafiperheet taso tasolta

Kukin alla oleva ryhmä piirretään yhden optisen järjestelmän neljänä tasona. Intensiteetit on laskettu, ei maalattu: ideaalisen, monokromaattisen kaukoputken Fraunhofer-optiikkaa esteettömällä pyöreällä pupillilla, logaritmisella venytyksellä tähden huipusta miljoonasosaan. Maskin ja aukkorajoittimen koot, apodisoija ja planeettojen kirkkaus ovat havainnollistavia, ja se kerrotaan.

Havainnekuvaei mittakaavassa; Lyotin 1939 mukaan

1. Lyot-koronagrafi. Läpinäkymätön kiekko polttotasossa estää tähden kuvan ytimen. Se ei poista valoa, jonka kiekon reuna taivuttaa ja jonka seuraava linssi ohjaa uudelleenkuvatun pupillin reunalle; pupillia hieman pienempi Lyot-himmennin pysäyttää tämän reunan (Lyot 1939). 4 λ/D:n kiekolla himmentimen sulkeminen 150 %:sta 80 %:iin pupillista vähentää tähtivaloa kohdassa 8 λ/D arvosta 6,7×10⁻⁵ arvoon 1,8×10⁻⁷ tähden huipusta (ilman koronagrafia: 7,8×10⁻⁵) [calc], kun taas selvästi kiekon ulkopuolella oleva planeetta säilyttää 64 % valostaan, himmentimen pinta-alan.
2. Apodisoitu pupilli. Maskin sijaan pupillin läpäisy hiipuu reunaa kohti, joten kuvassa ei ole terävää reunaa, josta renkaat syntyisivät. Kun A(ρ) = (1 − ρ²)², kirkkain rengas lähellä 5 λ/D:tä laskee arvosta 7,8×10⁻⁴ arvoon 1,2×10⁻⁶ avoimen pupillin huipusta [calc], mutta vain 1/(2n + 1) = 20 % valosta pääsee läpi ja ydin on leveämpi. Todelliset apodisaattorit (muotoillut pupillit, prolaatit ja APLC-mallit) optimoidaan numeerisesti; tämä kapeneminen on havainnollistava.
3. Pyörre-vaihemaski. Läpinäkyvä maski, jonka vaihe kiertyy keskipisteensä ympäri (e^(2iθ), varaus 2), siirtää akselilla olevan tähden valon uudelleen kuvatun pupillin ulkopuolelle. Ihanteellisella varauksen 2 pyörteellä ja esteettömällä pyöreällä aukolla kenttä on siellä täsmälleen nolla pupillin sisällä ja (1/ρ)² sen ulkopuolella [calc], joten juuri pupillin sisäpuolelle sijoitettu aukkorajoitin poistaa tähden. Vaihemaskit ovat se maskiperhe, joka toimii lähimpänä tähteä (Mawet et al. 2012). Todelliset pyörteet jättävät jäännöksiä, jotka johtuvat aaltorintamavirheistä ja tähden äärellisestä koosta.
4. Adaptiivinen optiikka ja ADI. Muotoaan muuttava peili muuttaa seeing-halon teräväksi ytimeksi, mutta λ/D:n levyiset kvasistaattiset täplät jäävät. Kun instrumentin pupilli on kiinteä, taivas ja planeetta kiertyvät yön mittaan, kun taas täplät pysyvät paikallaan; sarjan mediaani mallintaa täplät, ja kun se vähennetään kustakin kuvasta, kuva käännetään takaisin kenttärotaationsa verran ja kuvat pinotaan, planeetta säilyy (Marois et al. 2006). Näyttämön kuvat ovat synteettisiä. Taivaalla GPI saavuttaa noin 10⁻⁴ raakakontrastin 0,4″:n etäisyydellä 60 s:ssa ja yli kymmenen kertaa syvemmän tunnin ADI:n jälkeen (Bailey et al. 2016).

Kontrastiportaat

HR 8799:n planeetat kankaalla käyttävät exoplanet.eu:n isoakselin puolikkaita ja eksentrisyyksiä; niiden asento taivaalla on havainnollistava, ja aikaa on tiivistetty. Eri instrumenttien kontrastit on mitattu eri erotuksilla, aallonpituuksilla ja merkitsevyyksillä, joten portaat eivät ole suoraan vertailukelpoisia.

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 ›

Todellista aineistoa, lähde mainittu

Osoita vuotta tai kohdista kaavioon ja käytä nuolinäppäimiä.

Määrät vuoden ja menetelmän mukaan taulukkona ›