Коронограф - Coronagraph

А коронограф это телескопический насадка, предназначенная для блокировки прямого света от звезда так что близлежащие объекты, которые иначе были бы скрыты в ярком свете звезды блики - можно решить. Большинство коронографов предназначены для просмотра корона из солнце, но новый класс концептуально схожих инструментов (называемых звездные коронографы отличить их от солнечные коронографы) используются для поиска внесолнечные планеты и околозвездные диски вокруг ближайших звезд, а также родительских галактик в квазары и другие подобные объекты с активными ядрами галактик (AGN ).

Коронографическое изображение Солнца

Изобретение

Коронограф был представлен в 1931 году французским астрономом. Бернар Лиот; с тех пор коронографы использовались на многих солнечные обсерватории. Коронографы, работающие в Атмосфера Земли страдают от рассеянного света в небо сам по себе, прежде всего благодаря Рэлеевское рассеяние солнечного света в верхних слоях атмосферы. При углах обзора, близких к Солнцу, небо намного ярче фоновой короны даже на большой высоте в ясные сухие дни. Наземные коронографы, такие как Высотная обсерватория с Марк IV Коронограф на вершине Мауна-Лоа, использовать поляризация отличить яркость неба от изображения короны: как корональный свет, так и яркость неба разбросаны Солнечный свет и имеют аналогичные спектральные свойства, но корональный свет Разбросанный по Томсону почти в прямой угол и поэтому подвергается поляризация рассеяния, в то время как наложенный свет от неба около Солнца рассеивается только под углом обзора и, следовательно, остается почти неполяризованным.

Дизайн

Коронограф в Обсерватория Вендельштейна

Инструменты коронографа - крайние примеры рассеянный свет отказ и точный фотометрия потому что общая яркость солнечной короны меньше одной миллионной яркости Солнца. Кажущаяся поверхностная яркость еще слабее, потому что корона не только дает меньше общего света, но и имеет гораздо больший видимый размер, чем само Солнце.

Во время полное солнечное затмение, то Луна действует как закрывающий диск, и любая камера на пути затмения может работать как коронограф, пока затмение не закончится. Чаще встречается расположение, при котором небо отображается на промежуточном фокальная плоскость содержащие непрозрачное пятно; эта фокальная плоскость повторно отображается на детекторе. Другой способ - отобразить небо на зеркале с небольшим отверстием: желаемый свет отражается и в конечном итоге воспроизводится заново, но нежелательный свет от звезды проходит через отверстие и не достигает детектора. В любом случае конструкция прибора должна учитывать рассеяние и дифракция чтобы убедиться, что до последнего детектора доходит как можно меньше нежелательного света. Ключевым изобретением Лио было устройство линз со стопорами, известное как Лёт останавливается, и перегородки, так что свет, рассеянный за счет дифракции, фокусировался на упорах и перегородках, где он мог поглощаться, в то время как свет, необходимый для полезного изображения, пропускал их.[1]

Например, инструменты визуализации на Космический телескоп Хаббла предложить возможность коронографии.

Коронограф с ограниченным диапазоном

А коронограф с ограниченной полосой пропускания использует специальный вид маски, называемый маска с ограниченным диапазоном.[2] Эта маска предназначена для блокировки света, а также для управления эффектами дифракции, вызванными удалением света. Коронограф с ограниченным диапазоном частот послужил базовым дизайном для отмененного Искатель земных планет коронограф. Маски с ограничением по диапазону также будут доступны на Космический телескоп Джеймса Уэбба.

Коронограф с фазовой маской

Коронограф с фазовой маской (например, так называемый четырехквадрантный коронограф с фазовой маской) использует прозрачную маску для сдвига фазы звездного света с целью создания саморазрушающей интерференции, а не простой непрозрачный диск для блокировки Это.

Оптический вихревой коронограф

Основная статья: Вихревой коронограф

An оптический вихрь коронограф использует фазовую маску, в которой фазовый сдвиг изменяется азимутально вокруг центра. Существует несколько разновидностей оптических вихревых коронографов:

  • в скаляр оптический вихревой коронограф, основанный на линейном изменении фазы, непосредственно вытравленном в диэлектрическом материале, таком как плавленый кварц.[3][4]
  • в вектор (ial) Вихревой коронограф использует маску, которая поворачивает угол поляризации фотонов, и изменение этого угла вращения имеет тот же эффект, что и изменение фазового сдвига. Маска такого типа может быть синтезирована различными технологиями, начиная от жидкокристаллический полимер (та же технология, что и в 3D телевидение ) и микроструктурированные поверхности (с использованием микротехнология технологии из микроэлектроника промышленность). Такой векторный вихревой коронограф, сделанный из жидкокристаллических полимеров, в настоящее время используется на 200-дюймовом корпусе. Телескоп Хейла на Паломарская обсерватория. Недавно он работал с адаптивная оптика изображать внесолнечные планеты.

Это работает со звездами, отличными от Солнца, потому что они находятся так далеко, что их свет для этой цели является пространственно когерентной плоской волной. Коронограф с использованием интерференции маскирует свет вдоль центральной оси телескопа, но пропускает свет от объектов вне оси.

Спутниковые коронографы

Коронографы в космическое пространство намного эффективнее, чем те же инструменты, если бы они располагались на земле. Это связано с тем, что полное отсутствие атмосферного рассеяния устраняет самый большой источник яркого света, присутствующий на земном коронографе. Несколько космических миссий, таких как НАСА -ЕКА с SOHO, и SPARTAN НАСА, Миссия Solar Maximum, и Скайлаб использовали коронографы для изучения внешних границ солнечной короны. В Космический телескоп Хаббла (HST) может выполнять коронографию с помощью Камера ближнего инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр (NICMOS),[5] и есть планы добавить эту возможность на Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam ) и средне-инфракрасный прибор (MIRI).

В то время как космические коронографы, такие как ЛАСКО Чтобы избежать проблемы яркости неба, они сталкиваются с проблемами проектирования, связанными с управлением рассеянным светом в соответствии со строгими требованиями к размеру и весу космического полета. Любой острый край (например, край затемняющего диска или оптического отверстия) вызывает Дифракция Френеля входящего света по краю, что означает, что меньшие инструменты, которые можно было бы использовать на спутнике, неизбежно излучают больше света, чем более крупные. Коронограф LASCO C-3 использует как внешний затвор (который отбрасывает тень на инструмент), так и внутренний затвор (который блокирует рассеянный свет, дифрагированный по Френелю вокруг внешнего затенения), чтобы уменьшить эту утечку, а также сложную систему перегородок для исключить рассеяние паразитного света внутренними поверхностями самого инструмента.

Внесолнечные планеты

Коронограф недавно был адаптирован для решения сложной задачи поиска планет вокруг ближайших звезд. Хотя звездные и солнечные коронографы схожи по концепции, на практике они сильно различаются, потому что скрываемый объект отличается в миллион раз по линейному видимому размеру. (Солнце имеет видимый размер около 1900 угловые секунды, в то время как типичная ближайшая звезда может иметь видимый размер 0,0005 и 0,002 угловой секунды.) Для обнаружения экзопланет земного типа требуется 10−10 контраст.[6] Для достижения такого контраста требуются крайние оптотермическая стабильность.

Изучена концепция звездного коронографа для полета на отмененном Искатель земных планет миссия. На наземных телескопах звездный коронограф можно комбинировать с адаптивная оптика для поиска планет вокруг ближайших звезд.[7]

В ноябре 2008 года НАСА объявило, что наблюдалась планета, вращающаяся вокруг ближайшей звезды. Фомальгаут. Планету можно было ясно увидеть на изображениях, сделанных коронографом Advanced Camera for Surveys Хаббла в 2004 и 2006 годах.[8] На изображениях можно увидеть темную область, скрытую маской коронографа, хотя была добавлена ​​яркая точка, чтобы показать, где могла бы быть звезда.

Прямое изображение экзопланеты вокруг звезды HR8799 используя вектор вихревой коронограф на участке 1,5 м Телескоп Хейла

Вплоть до 2010 года телескопы мог только непосредственно изображение экзопланеты в исключительных обстоятельствах. В частности, легче получать изображения, когда планета особенно велика (значительно больше, чем Юпитер ), далеко отделенная от своей родительской звезды и горячая, поэтому излучает интенсивное инфракрасное излучение. Однако в 2010 году команда из НАСА Лаборатория реактивного движения продемонстрировали, что векторный вихревой коронограф может позволить маленьким телескопам напрямую получать изображения планет.[9] Они сделали это, визуализировав ранее изображенные HR 8799 планеты, используя только 1,5 м часть Телескоп Хейла.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Спартанец 201-3: Коронографы". umbra.nascom.nasa.gov. Получено 2020-03-30.
  2. ^ Кучнер и Трауб (2002). «Коронограф с маской с ограниченным диапазоном для поиска планет земной группы». Астрофизический журнал. 570 (2): 900–908. arXiv:Astro-ph / 0203455. Bibcode:2002ApJ ... 570..900K. Дои:10.1086/339625.
  3. ^ Фу, Грегори; Паласиос, Дэвид М .; Шварцлендер, Гровер А. младший (15 декабря 2005 г.). «Оптический вихревой коронограф» (PDF). Письма об оптике. 30.
  4. ^ Оптический вихревой коронограф В архиве 2006-09-03 на Wayback Machine
  5. ^ «НИКМОС». STScI.edu. Получено 2020-03-30.
  6. ^ Брукс, Томас; Stahl, H.P .; Арнольд, Уильям Р. (2015-09-23). «Исследования в области термической торговли Advanced Mirror Technology Development (AMTD)». Оптическое моделирование и прогнозы производительности VII. ШПИОН. Дои:10.1117/12.2188371. HDL:2060/20150019495.
  7. ^ "Совет обсерватории Gemini продвигает вперед коронограф с экстремальной адаптивной оптикой". www.adaptiveoptics.org. Получено 2020-03-30.
  8. ^ «НАСА - Хаббл непосредственно наблюдает за планетой, вращающейся вокруг другой звезды». www.nasa.gov. Получено 2020-03-30.
  9. ^ Андреа Томпсон (14 апреля 2010 г.). «Новый метод может отображать планеты земного типа». msnbc.com. Получено 2020-03-30.

внешняя ссылка