Sterlicht tegenhouden

Sterlicht tegenhouden

1. Geschiedenis. Bernard Lyot vond de coronagraaf uit in 1930 om de corona van de zon zonder eclips te bestuderen; een masker in het brandvlak blokkeert de schijf en een "Lyot stop" verwijdert het afgebogen licht (Lyot 1939). De LASCO-coronagrafen van SOHO laten elke dag hetzelfde idee zien (Brueckner et al. 1995). De zonnescène hierboven is een illustratie op basis van LASCO, geen LASCO-opname.
2. Families van coronagrafen. Amplitudemaskers van het Lyot-type, geapodiseerde pupillen en fasemaskers zoals de vortex. Het kerngetal is de inner working angle, in eenheden van λ/D (Mawet et al. 2012). De Aarde op 10 pc staat 0,1″ van haar ster: ongeveer 5,3 λ/D voor een telescoop van 6 m bij 550 nm [calc].
3. Adaptieve optiek en speckles. Een vervormbare spiegel maakt het turbulente golffront honderden keren per seconde vlak. Wat overblijft zijn speckles; bij hoekdifferentiële beeldvorming draait de hemel mee terwijl de speckles vast blijven staan, zodat ze kunnen worden afgetrokken (Marois et al. 2006).
4. Starshade. Een bloemvormig scherm dat ver voor een telescoop vliegt (Cash 2006). Het concept Roman Starshade Rendezvous: 26 m op 26.000 km; HabEx: 52 m op ongeveer 76.600 km (HabEx Final Report).
5. Nulling-interferometrie. Twee telescopen die een halve golf uit fase worden gecombineerd, doven de ster uit op een donkere franje terwijl een planeet buiten de as op een heldere franje staat (Bracewell 1978; het LIFE-concept, Quanz et al. 2022).

Families van coronagrafen, vlak voor vlak

Elke familie hieronder is getekend als vier vlakken van één optische keten. De intensiteiten zijn berekend, niet geschilderd: Fraunhofer-optica van een ideale, monochromatische telescoop met een onbelemmerde cirkelvormige pupil, getoond op een logaritmische schaal van de piek van de ster tot een miljoenste. De masker- en diafragmagroottes, de apodisator en de helderheid van de planeten zijn illustratief en dat wordt vermeld.

Illustratieniet op schaal; naar Lyot 1939

1. Lyot-coronagraaf. Een ondoorzichtige schijf in het brandvlak blokkeert de kern van het beeld van de ster. Wat hij niet verwijdert, is het licht dat zijn rand buigt, dat de volgende lens naar de rand van de opnieuw afgebeelde pupil stuurt; een Lyot-stop iets kleiner dan de pupil vangt die rand op (Lyot 1939). Met een schijf van 4 λ/D verlaagt het sluiten van de stop van 150% tot 80% van de pupil het sterlicht bij 8 λ/D van 6,7×10⁻⁵ tot 1,8×10⁻⁷ van de piek van de ster (zonder coronagraaf: 7,8×10⁻⁵) [calc], terwijl een planeet ruim buiten de schijf 64% van zijn licht behoudt, het oppervlak van de stop.
2. Geapodiseerde pupil. In plaats van een masker loopt de transmissie van de pupil af naar de rand, zodat het beeld geen scherpe rand heeft die ringen kan veroorzaken. Voor A(ρ) = (1 − ρ²)² daalt de helderste ring nabij 5 λ/D van 7,8×10⁻⁴ tot 1,2×10⁻⁶ van de piek van de open pupil [calc], maar slechts 1/(2n + 1) = 20% van het licht komt erdoor en de kern is breder. Echte apodisers (gevormde pupillen, prolate- en APLC-ontwerpen) worden numeriek geoptimaliseerd; dit verloop is illustratief.
3. Vortex-fasemasker. Een transparant masker waarvan de fase rond het centrum windt (e^(2iθ), lading 2) verplaatst het licht van een ster op de as naar buiten de opnieuw afgebeelde pupil: voor een ideale vortex met lading 2 op een onbelemmerde cirkelvormige apertuur is het veld daar precies nul binnen de pupil en (1/ρ)² daarbuiten [calc], zodat een stop net binnen de pupil de ster verwijdert. Fasemaskers zijn de familie die het dichtst bij de ster werkt (Mawet et al. 2012); echte vortices laten residuen achter door golffrontfouten en de eindige grootte van de ster.
4. Adaptieve optiek en ADI. Een vervormbare spiegel maakt van de seeinghalo een scherpe kern, maar quasistatische spikkels van λ/D breed blijven over. Met de pupil van het instrument vast draaien de hemel en de planeet gedurende de nacht, terwijl de spikkels blijven staan; de mediaan van de reeks modelleert de spikkels, en elk beeld min die mediaan, teruggedraaid over zijn veldrotatie en gestapeld, behoudt de planeet (Marois et al. 2006). De beelden op het podium zijn synthetisch. Aan de hemel bereikt GPI ongeveer 10⁻⁴ ruw contrast op 0,4″ in 60 s en meer dan tien keer dieper na een uur ADI (Bailey et al. 2016).

De contrastladder

De planeten van HR 8799 op het canvas gebruiken de halve lange assen en excentriciteiten van exoplanet.eu; hun oriëntatie aan de hemel is illustratief en de tijd is samengedrukt. Contrasten van verschillende instrumenten zijn gemeten bij verschillende scheidingen, golflengten en significanties, dus de sporten zijn niet direct vergelijkbaar.

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 data, met bron

Wijs een jaar aan, of focus de grafiek en gebruik de pijltjestoetsen.

De aantallen per jaar en methode, als tabel ›