Blokkering av stjernelys

Blokkering av stjernelys

1. Historie. Bernard Lyot oppfant koronagrafen i 1930 for å studere Solens korona uten en formørkelse; en maske i fokalplanet blokkerer skiven, og en «Lyot-stopp» fjerner det diffrakterte lyset (Lyot 1939). SOHOs LASCO-koronagrafer viser den samme ideen hver dag (Brueckner et al. 1995). Solscenen over er en illustrasjon basert på LASCO, ikke et LASCO-bilde.
2. Koronagraffamilier. Amplitudemasker av Lyot-typen, apodiserte pupiller og fasemasker som vortex-masken. Nøkkeltallet er den indre arbeidsvinkelen, i enheter av λ/D (Mawet et al. 2012). Jorden ved 10 pc ligger 0,1″ fra stjernen sin: omtrent 5,3 λ/D for et 6 m-teleskop ved 550 nm [calc].
3. Adaptiv optikk og speckles. Et deformerbart speil glatter ut den turbulente bølgefronten hundrevis av ganger i sekundet. Det som gjenstår, er speckles; vinkeldifferensiell avbildning lar himmelen rotere mens speckles står i ro, slik at de kan trekkes fra (Marois et al. 2006).
4. Stjerneskjerm (starshade). En blomsterformet skjerm som flys langt foran et teleskop (Cash 2006). Roman Starshade Rendezvous-konseptet: 26 m ved 26 000 km; HabEx: 52 m ved omtrent 76 600 km (HabEx Final Report).
5. Nullingsinterferometri. To teleskoper kombinert en halv bølgelengde ute av fase kansellerer stjernen på en mørk stripe, mens en planet utenfor aksen ligger på en lys (Bracewell 1978; LIFE-konseptet, Quanz et al. 2022).

Koronagraffamilier, plan for plan

Hver familie nedenfor er tegnet som fire plan i ett optisk system. Intensitetene er beregnet, ikke malt: Fraunhofer-optikk for et ideelt, monokromatisk teleskop med en fri sirkulær pupill, vist på en logaritmisk skala fra stjernens topp ned til en milliontedel. Maske- og blendestørrelsene, apodisereren og planetenes lysstyrke er illustrative og sier det.

Illustrasjonikke i målestokk; etter Lyot 1939

1. Lyot-koronagraf. En ugjennomsiktig skive i fokalplanet blokkerer kjernen av stjernens bilde. Det den ikke fjerner, er lyset som kanten dens bøyer av, og som neste linse sender til randen av den gjenavbildede pupillen; en Lyot-blender litt mindre enn pupillen fanger opp denne randen (Lyot 1939). Med en skive på 4 λ/D reduserer en innsnevring av blenderen fra 150% til 80% av pupillen stjernelyset ved 8 λ/D fra 6,7×10⁻⁵ til 1,8×10⁻⁷ av stjernens topp (uten koronagraf: 7,8×10⁻⁵) [calc], mens en planet godt utenfor skiven beholder 64% av lyset sitt, blenderens areal.
2. Apodisert pupill. I stedet for en maske avtar pupillens transmisjon mot kanten, slik at bildet ikke har noen skarp kant å ringe fra. For A(ρ) = (1 − ρ²)² faller den klareste ringen nær 5 λ/D fra 7,8×10⁻⁴ til 1,2×10⁻⁶ av den åpne pupillens topp [calc], men bare 1/(2n + 1) = 20 % av lyset slipper gjennom, og kjernen er bredere. Ekte apodiserere (formede pupiller, prolate- og APLC-design) optimeres numerisk; denne avtrappingen er illustrativ.
3. Virvelfasemaske. En gjennomsiktig maske der fasen snor seg rundt sentrum (e^(2iθ), ladning 2), flytter lyset fra en stjerne på aksen ut av den gjenavbildede pupillen: for en ideell virvel med ladning 2 på en fri sirkulær apertur er feltet der nøyaktig null innenfor pupillen og (1/ρ)² utenfor den [calc], så en blende like innenfor pupillen fjerner stjernen. Fasemasker er familien som virker nærmest stjernen (Mawet et al. 2012); virkelige virvler etterlater rester fra bølgefrontfeil og stjernens endelige størrelse.
4. Adaptiv optikk og ADI. Et deformerbart speil gjør seeing-haloen om til en skarp kjerne, men kvasistatiske speckles som er λ/D brede, blir igjen. Med instrumentets pupill fast dreier himmelen og planeten seg gjennom natten mens specklene blir liggende; medianen av sekvensen modellerer specklene, og hvert bilde minus medianen, dreid tilbake med sin feltrotasjon og stablet, beholder planeten (Marois et al. 2006). Bildene på scenen er syntetiske. På himmelen når GPI omtrent 10⁻⁴ rå kontrast ved 0,4″ på 60 s og mer enn ti ganger dypere etter en time med ADI (Bailey et al. 2016).

Kontraststigen

Planetene til HR 8799 på lerretet bruker store halvakser og eksentrisiteter fra exoplanet.eu; orienteringen på himmelen er illustrativ, og tiden er komprimert. Kontraster fra ulike instrumenter er målt ved ulike separasjoner, bølgelengder og signifikansnivåer, så trinnene er ikke direkte sammenlignbare.

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 ›

Ekte data, med kilde

Pek på et år, eller fokuser diagrammet og bruk piltastene.

Tallene etter år og metode, som tabell ›