Blokowanie światła gwiazdy

Blokowanie światła gwiazdy

1. Historia. Bernard Lyot wynalazł koronograf w 1930 roku, aby badać koronę Słońca bez zaćmienia; maska w płaszczyźnie ogniskowej blokuje tarczę, a „przesłona Lyota” usuwa światło ugięte (Lyot 1939). Koronografy LASCO na SOHO codziennie pokazują tę samą ideę (Brueckner i in. 1995). Powyższa scena ze Słońcem to ilustracja oparta na LASCO, a nie obraz z LASCO.
2. Rodziny koronografów. Amplitudowe maski typu Lyota, apodyzowane źrenice i maski fazowe, takie jak maska wirowa (vortex). Kluczową wielkością jest wewnętrzny kąt roboczy, w jednostkach λ/D (Mawet et al. 2012). Ziemia w odległości 10 pc znajduje się 0,1″ od swojej gwiazdy: około 5,3 λ/D dla teleskopu 6 m przy 550 nm [calc].
3. Optyka adaptatywna i plamki (speckle). Odkształcalne zwierciadło wygładza zaburzony przez turbulencje front falowy setki razy na sekundę. Pozostają plamki; obrazowanie różnicowe kątowe pozwala niebu się obracać, podczas gdy plamki pozostają nieruchome, więc można je odjąć (Marois i in. 2006).
4. Osłona gwiazdowa (starshade). Ekran w kształcie kwiatu umieszczony daleko przed teleskopem (Cash 2006). Koncepcja Roman Starshade Rendezvous: 26 m w odległości 26 000 km; HabEx: 52 m w odległości około 76 600 km (HabEx Final Report).
5. Interferometria zerująca. Dwa teleskopy połączone z przesunięciem fazy o pół fali wygaszają gwiazdę na ciemnym prążku, podczas gdy planeta poza osią leży na jasnym (Bracewell 1978; koncepcja LIFE, Quanz et al. 2022).

Rodziny koronografów, płaszczyzna po płaszczyźnie

Każda rodzina poniżej jest narysowana jako cztery płaszczyzny jednego toru optycznego. Natężenia są obliczone, a nie namalowane: optyka Fraunhofera idealnego, monochromatycznego teleskopu z niezasłoniętą kołową źrenicą, pokazana w skali logarytmicznej od szczytu gwiazdy do jednej milionowej. Rozmiary maski i przesłony, apodyzator oraz jasność planet są poglądowe i jest to zaznaczone.

Ilustracjanie w skali; według Lyota 1939

1. Koronograf Lyota. Nieprzezroczysty dysk w płaszczyźnie ogniskowej blokuje jądro obrazu gwiazdy. Nie usuwa on światła ugiętego na jego krawędzi, które kolejna soczewka kieruje na brzeg ponownie odwzorowanej źrenicy; przesłona Lyota nieco mniejsza od źrenicy przechwytuje ten brzeg (Lyot 1939). Przy dysku 4 λ/D zmniejszenie przesłony z 150% do 80% źrenicy obniża światło gwiazdy przy 8 λ/D z 6,7×10⁻⁵ do 1,8×10⁻⁷ szczytu gwiazdy (bez koronografu: 7,8×10⁻⁵) [calc], podczas gdy planeta daleko poza dyskiem zachowuje 64% swojego światła, czyli pole powierzchni przesłony.
2. Apodyzowana źrenica. Zamiast maski transmisja źrenicy maleje ku jej krawędzi, więc obraz nie ma ostrej krawędzi, od której powstawałyby pierścienie. Dla A(ρ) = (1 − ρ²)² najjaśniejszy pierścień w pobliżu 5 λ/D spada z 7,8×10⁻⁴ do 1,2×10⁻⁶ szczytu czystej źrenicy [calc], ale przechodzi tylko 1/(2n + 1) = 20% światła, a rdzeń jest szerszy. Rzeczywiste apodyzatory (źrenice kształtowane, projekty prolate i APLC) są optymalizowane numerycznie; ten profil jest poglądowy.
3. Wirowa maska fazowa. Przezroczysta maska, której faza nawija się wokół jej środka (e^(2iθ), ładunek 2), przenosi światło gwiazdy leżącej na osi poza odtworzoną źrenicę: dla idealnego wiru o ładunku 2 na czystej kołowej aperturze pole jest tam dokładnie zerowe wewnątrz źrenicy i wynosi (1/ρ)² poza nią [obl.], więc przesłona tuż wewnątrz źrenicy usuwa gwiazdę. Maski fazowe to rodzina działająca najbliżej gwiazdy (Mawet et al. 2012); rzeczywiste wiry pozostawiają resztki wynikające z błędów czoła fali i skończonego rozmiaru gwiazdy.
4. Optyka adaptywna i ADI. Lustro odkształcalne zamienia halo seeingu w ostry rdzeń, ale pozostają quasi-statyczne speckle o szerokości λ/D. Przy nieruchomej źrenicy instrumentu niebo i planeta obracają się w ciągu nocy, a speckle pozostają na miejscu; mediana sekwencji modeluje speckle, a każda klatka po jej odjęciu, obrócona z powrotem o swój obrót pola i zsumowana, zachowuje planetę (Marois et al. 2006). Klatki na scenie są syntetyczne. Na niebie GPI osiąga około 10⁻⁴ surowego kontrastu przy 0,4″ w 60 s i ponad dziesięciokrotnie głębszy po godzinie ADI (Bailey et al. 2016).

Drabina kontrastu

Planety HR 8799 na kanwie korzystają z półosi wielkich i mimośrodów z exoplanet.eu; ich orientacja na niebie jest ilustracyjna, a czas jest skompresowany. Kontrasty z różnych instrumentów są mierzone przy różnych separacjach, długościach fal i istotnościach, więc szczeble nie są bezpośrednio porównywalne.

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 ›

Prawdziwe dane, ze źródłem

Wskaż rok albo ustaw fokus na wykresie i użyj strzałek.

Liczby według roku i metody w tabeli ›