Att blockera stjärnljus

Att blockera stjärnljus

1. Historik. Bernard Lyot uppfann koronagrafen 1930 för att studera solens korona utan förmörkelse; en mask i fokalplanet blockerar skivan och ett "Lyot-stopp" tar bort det diffrakterade ljuset (Lyot 1939). SOHO:s LASCO-koronagrafer visar samma idé varje dag (Brueckner et al. 1995). Solscenen ovan är en illustration baserad på LASCO, inte en LASCO-bild.
2. Koronografifamiljer. Lyot-liknande amplitudmasker, apodiserade pupiller och fasmasker som vortexmasken. Nyckeltalet är den inre arbetsvinkeln, i enheter av λ/D (Mawet et al. 2012). Jorden på 10 pc befinner sig 0,1″ från sin stjärna: ungefär 5,3 λ/D för ett 6 m-teleskop vid 550 nm [calc].
3. Adaptiv optik och speckler. En deformerbar spegel jämnar ut den turbulenta vågfronten hundratals gånger i sekunden. Det som återstår är speckler; vinkeldifferentiell avbildning låter himlen rotera medan specklerna ligger stilla, så att de kan subtraheras (Marois et al. 2006).
4. Stjärnskärm. En blomformad skärm som flygs långt framför ett teleskop (Cash 2006). Konceptet Roman Starshade Rendezvous: 26 m på 26 000 km; HabEx: 52 m på omkring 76 600 km (HabEx Final Report).
5. Nollningsinterferometri. Två teleskop som kombineras en halv våglängd ur fas släcker ut stjärnan i en mörk interferensfrans medan en planet utanför axeln hamnar i en ljus (Bracewell 1978; LIFE-konceptet, Quanz et al. 2022).

Koronagraffamiljer, plan för plan

Varje familj nedan ritas som fyra plan i ett och samma optiska system. Intensiteterna är beräknade, inte målade: Fraunhoferoptik för ett idealt, monokromatiskt teleskop med en fri cirkulär pupill, visad på en logaritmisk skala från stjärnans topp ner till en miljondel. Mask- och bländarstorlekarna, apodiseraren och planeternas ljusstyrka är illustrativa och anges som sådana.

Illustrationinte skalenlig; efter Lyot 1939

1. Lyot-koronagraf. En ogenomskinlig skiva i fokalplanet blockerar kärnan i stjärnans bild. Det den inte tar bort är ljuset som dess kant böjer av, vilket nästa lins skickar till kanten av den återavbildade pupillen; ett Lyot-stopp något mindre än pupillen fångar den kanten (Lyot 1939). Med en skiva på 4 λ/D minskar en förminskning av stoppet från 150 % till 80 % av pupillen stjärnljuset vid 8 λ/D från 6,7×10⁻⁵ till 1,8×10⁻⁷ av stjärnans topp (utan koronagraf: 7,8×10⁻⁵) [ber.], medan en planet väl utanför skivan behåller 64 % av sitt ljus, stoppets area.
2. Apodiserad pupill. I stället för en mask avtar pupillens transmission mot kanten, så bilden har ingen skarp kant som kan ge ringar. För A(ρ) = (1 − ρ²)² sjunker den ljusaste ringen nära 5 λ/D från 7,8×10⁻⁴ till 1,2×10⁻⁶ av den fria pupillens maximum [calc], men bara 1/(2n + 1) = 20% av ljuset släpps igenom och kärnan blir bredare. Verkliga apodiserare (formade pupiller, prolata och APLC-konstruktioner) optimeras numeriskt; denna avtagning är illustrativ.
3. Virvelfasmask. En genomskinlig mask vars fas vrider sig runt dess centrum (e^(2iθ), laddning 2) flyttar ljuset från en stjärna på axeln utanför den återavbildade pupillen: för en ideal virvel med laddning 2 på en fri cirkulär apertur är fältet där exakt noll innanför pupillen och (1/ρ)² utanför den [calc], så ett bländarstopp strax innanför pupillen tar bort stjärnan. Fasmasker är den familj som fungerar närmast stjärnan (Mawet et al. 2012); verkliga virvlar lämnar rester från vågfrontsfel och stjärnans ändliga storlek.
4. Adaptiv optik och ADI. En deformerbar spegel förvandlar seeing-halon till en skarp kärna, men kvasistatiska speckler λ/D breda finns kvar. Med instrumentets pupill fixerad vrids himlen och planeten under natten medan specklerna ligger still; medianen av sekvensen modellerar specklerna, och varje bild minus den, tillbakavriden med sin fältrotation och staplad, behåller planeten (Marois et al. 2006). Bilderna på scenen är syntetiska. På himlen når GPI omkring 10⁻⁴ i rå kontrast vid 0,4″ på 60 s och mer än tio gånger djupare efter en timmes ADI (Bailey et al. 2016).

Kontraststegen

Planeterna kring HR 8799 på duken använder halva storaxlar och excentriciteter från exoplanet.eu; deras orientering på himlen är illustrativ, och tiden är komprimerad. Kontraster från olika instrument mäts vid olika separationer, våglängder och signifikanser, så stegen är inte direkt jämförbara.

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 ›

Riktiga data, med källa

Peka på ett år, eller fokusera diagrammet och använd piltangenterna.

Antalen per år och metod, som tabell ›