Блокування світла зорі

Блокування світла зорі

1. Історія. Bernard Lyot винайшов коронограф у 1930 році, щоб вивчати корону Сонця без затемнення; маска у фокальній площині закриває диск, а «діафрагма Lyot» прибирає дифраговане світло (Lyot 1939). Коронографи LASCO на SOHO щодня демонструють ту саму ідею (Brueckner et al. 1995). Сцена із Сонцем вище — це ілюстрація на основі LASCO, а не зображення LASCO.
2. Сімейства коронографів. Амплітудні маски типу Lyot, аподизовані зіниці та фазові маски, як-от вихрова. Ключова характеристика — внутрішній робочий кут в одиницях λ/D (Mawet et al. 2012). Земля на відстані 10 pc розташована за 0,1″ від своєї зорі: близько 5,3 λ/D для телескопа діаметром 6 m на 550 nm [calc].
3. Адаптивна оптика та спекли. Деформівне дзеркало вирівнює турбулентний хвильовий фронт сотні разів на секунду. Залишаються спекли; кутова диференціальна візуалізація дозволяє небу обертатися, тоді як спекли лишаються нерухомими, тож їх можна відняти (Marois et al. 2006).
4. Зоряний екран (starshade). Екран у формі квітки, що летить далеко перед телескопом (Cash 2006). Концепція Roman Starshade Rendezvous: 26 m на відстані 26 000 km; HabEx: 52 m на відстані приблизно 76 600 km (HabEx Final Report).
5. Нуль-інтерферометрія. Два телескопи, поєднані зі зсувом фаз на пів хвилі, гасять зорю на темній смузі, тоді як позаосьова планета опиняється на світлій (Bracewell 1978; концепція LIFE, Quanz et al. 2022).

Сімейства коронографів, площина за площиною

Кожну родину нижче зображено як чотири площини одного оптичного тракту. Інтенсивності обчислено, а не намальовано: оптика Фраунгофера ідеального монохроматичного телескопа з чистою круглою зіницею, показана в логарифмічному масштабі від піку зорі до мільйонної частки. Розміри маски та діафрагми, аподизатор і яскравість планет є ілюстративними, і це зазначено.

Ілюстраціяне в масштабі; за Lyot 1939

1. Коронограф Lyot. Непрозорий диск у фокальній площині блокує ядро зображення зорі. Він не усуває світла, дифрагованого на його краю, яке наступна лінза спрямовує до краю перезображеної зіниці; діафрагма Lyot, трохи менша за зіницю, перехоплює цей край (Lyot 1939). З диском 4 λ/D звуження діафрагми з 150% до 80% зіниці зменшує світло зорі на 8 λ/D з 6,7×10⁻⁵ до 1,8×10⁻⁷ від піку зорі (без коронографа: 7,8×10⁻⁵) [calc], тоді як планета далеко за межами диска зберігає 64% свого світла — частку площі діафрагми.
2. Аподизована зіниця. Замість маски пропускання зіниці плавно спадає до її краю, тож зображення не має різкого краю, від якого виникали б кільця. Для A(ρ) = (1 − ρ²)² найяскравіше кільце поблизу 5 λ/D знижується з 7,8×10⁻⁴ до 1,2×10⁻⁶ від піку відкритої зіниці [calc], але проходить лише 1/(2n + 1) = 20% світла, а ядро ширше. Реальні аподизатори (фігурні зіниці, витягнуті сфероїдальні та APLC-конструкції) оптимізують чисельно; цей спад ілюстративний.
3. Вихрова фазова маска. Прозора маска, фаза якої закручується навколо її центру (e^(2iθ), заряд 2), виводить світло зорі на осі за межі перезображеної зіниці: для ідеального вихору із зарядом 2 на чистій круглій апертурі поле там дорівнює точно нулю всередині зіниці та (1/ρ)² поза нею [розр.], тож діафрагма трохи всередині зіниці усуває зорю. Фазові маски — це родина, що працює найближче до зорі (Mawet et al. 2012); реальні вихори залишають залишки через похибки хвильового фронту та скінченний розмір зорі.
4. Адаптивна оптика та ADI. Деформівне дзеркало перетворює ореол сіїнгу на різке ядро, але квазістатичні спекли шириною λ/D залишаються. Коли зіницю інструмента зафіксовано, небо й планета обертаються протягом ночі, а спекли лишаються на місці; медіана послідовності моделює спекли, а кожен кадр мінус ця медіана, повернутий назад на кут обертання поля і складений з іншими, зберігає планету (Marois et al. 2006). Кадри на сцені синтетичні. На небі GPI досягає приблизно 10⁻⁴ сирого контрасту на 0,4″ за 60 s і більш ніж удесятеро глибшого після години ADI (Bailey et al. 2016).

Драбина контрасту

Планети HR 8799 на полотні використовують великі півосі та ексцентриситети з exoplanet.eu; їхня орієнтація на небі ілюстративна, а час стиснуто. Контрасти від різних інструментів виміряно на різних відстанях, довжинах хвиль і рівнях значущості, тому щаблі не можна безпосередньо порівнювати.

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 ›

Справжні дані, з джерелом

Наведіть на рік або сфокусуйте графік і користуйтеся стрілками.

Кількості за роком і методом у таблиці ›