Блокирование света звезды

Блокирование света звезды

1. История. Бернар Лио (Bernard Lyot) изобрёл коронограф в 1930 году, чтобы изучать солнечную корону без затмения; маска в фокальной плоскости закрывает диск, а «Lyot stop» убирает дифрагированный свет (Lyot 1939). Коронографы LASCO на SOHO показывают ту же идею каждый день (Brueckner et al. 1995). Сцена с Солнцем выше — иллюстрация на основе LASCO, а не изображение LASCO.
2. Семейства коронографов. Амплитудные маски типа Лио, аподизированные зрачки и фазовые маски, например вихревая. Ключевая характеристика — внутренний рабочий угол в единицах λ/D (Mawet et al. 2012). Земля на расстоянии 10 pc находится в 0,1″ от своей звезды: около 5,3 λ/D для телескопа 6 m на 550 nm [calc].
3. Адаптивная оптика и спеклы. Деформируемое зеркало выравнивает турбулентный волновой фронт сотни раз в секунду. Остаются спеклы; угловая дифференциальная съёмка позволяет небу вращаться, пока спеклы остаются неподвижными, поэтому их можно вычесть (Marois et al. 2006).
4. Звёздный экран. Экран в форме цветка, размещённый далеко перед телескопом (Cash 2006). Концепция Roman Starshade Rendezvous: 26 m на расстоянии 26 000 km; HabEx: 52 m на расстоянии около 76 600 km (HabEx Final Report).
5. Нуль-интерферометрия. Два телескопа, сведённые со сдвигом фазы на полволны, гасят звезду на тёмной полосе, а внеосевая планета оказывается на светлой (Bracewell 1978; концепция LIFE, Quanz et al. 2022).

Семейства коронографов, плоскость за плоскостью

Каждое семейство ниже изображено как четыре плоскости одного оптического тракта. Интенсивности вычислены, а не нарисованы: фраунгоферова оптика идеального монохроматического телескопа с открытым круглым зрачком, показанная в логарифмической шкале от пика звезды до одной миллионной. Размеры маски и диафрагмы, аподизатор и яркость планет иллюстративны, о чём и сказано.

Иллюстрацияне в масштабе; по Lyot 1939

1. Коронограф Лио. Непрозрачный диск в фокальной плоскости блокирует ядро изображения звезды. Он не убирает свет, дифрагированный на его краю, который следующая линза направляет на край повторно построенного изображения зрачка; диафрагма Лио, немного меньшая зрачка, перехватывает этот край (Lyot 1939). При диске 4 λ/D уменьшение диафрагмы с 150% до 80% зрачка снижает свет звезды на 8 λ/D с 6,7×10⁻⁵ до 1,8×10⁻⁷ от пика звезды (без коронографа: 7,8×10⁻⁵) [calc], тогда как планета далеко за пределами диска сохраняет 64% своего света — площадь диафрагмы.
2. Аподизированный зрачок. Вместо маски пропускание зрачка плавно спадает к его краю, поэтому у изображения нет резкого края, порождающего кольца. Для A(ρ) = (1 − ρ²)² самое яркое кольцо около 5 λ/D ослабевает с 7,8×10⁻⁴ до 1,2×10⁻⁶ от пика открытого зрачка [calc], но проходит лишь 1/(2n + 1) = 20% света, а ядро становится шире. Реальные аподизаторы (shaped pupils, вытянутые сфероидальные и APLC-схемы) оптимизируются численно; этот спад иллюстративен.
3. Вихревая фазовая маска. Прозрачная маска, фаза которой закручивается вокруг её центра (e^(2iθ), заряд 2), выводит свет звезды на оси за пределы перенесённого изображения зрачка: для идеального вихря с зарядом 2 на незатенённой круглой апертуре поле там равно точно нулю внутри зрачка и (1/ρ)² вне его [расч.], поэтому диафрагма чуть внутри зрачка убирает звезду. Фазовые маски — семейство, работающее ближе всего к звезде (Mawet et al. 2012); реальные вихри оставляют остатки из-за ошибок волнового фронта и конечного размера звезды.
4. Адаптивная оптика и ADI. Деформируемое зеркало превращает гало атмосферного дрожания в резкое ядро, но квазистатические спеклы шириной λ/D остаются. При неподвижном зрачке инструмента небо и планета поворачиваются в течение ночи, а спеклы остаются на месте; медиана последовательности моделирует спеклы, и каждый кадр за её вычетом, повёрнутый обратно на угол вращения поля и сложенный с остальными, сохраняет планету (Marois et al. 2006). Кадры на сцене синтетические. На небе GPI достигает исходного контраста около 10⁻⁴ на 0,4″ за 60 s и более чем в десять раз глубже после часа ADI (Bailey et al. 2016).

Лестница контраста

Планеты HR 8799 на холсте используют большие полуоси и эксцентриситеты из exoplanet.eu; их ориентация на небе иллюстративна, а время сжато. Контрасты разных инструментов измерены на разных угловых расстояниях, длинах волн и уровнях значимости, поэтому ступени напрямую не сравнимы.

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 ›

Настоящие данные, с источником

Наведите на год или сфокусируйте график и используйте стрелки.

Количества по году и методу в таблице ›