Коронограф - Coronagraph

Коронограф представляет собой телескопическое крепление предназначено , чтобы блокировать прямой свет от звезды , так что близлежащие объекты - которые в противном случае был бы скрыты в яркой звезды бликов - может быть решены. Большинство коронографов предназначены для просмотра коронных от Солнца , но новый класс концептуально аналогичных инструментов (называемый звездными коронографами , чтобы отличить их от солнечных коронографов ) используется для поиска экзопланет и околозвездные дисков вокруг близлежащих звезд, а также принимающая галактика квазары и другие подобные объекты с активными ядрами галактик ( AGN ).

Коронограф изображение Солнца

Изобретение

Коронограф был представлен в 1931 году французским астрономом Бернаром Лио ; с тех пор коронографы использовались во многих солнечных обсерваториях . Коронографы, работающие в атмосфере Земли, страдают от рассеянного света в самом небе , в первую очередь из-за рэлеевского рассеяния солнечного света в верхних слоях атмосферы. При углах обзора, близких к Солнцу, небо намного ярче фоновой короны даже на больших высотах в ясные и сухие дни. Наземные коронографами, такие как высокогорной обсерватории «s Mark IV коронографе на вершине Мауна Лоа , использование поляризации , чтобы отличить яркость неба от изображения короны: как корональной света и яркости неба разбросаны солнечного света и имеют сходные спектральные свойства, но корональный свет рассеивается Томсоном почти под прямым углом и поэтому подвергается поляризации рассеяния , в то время как наложенный свет с неба около Солнца рассеивается только под скользящим углом и, следовательно, остается почти неполяризованным.

Дизайн

Коронограф в обсерватории Вендельштейн

Инструменты коронографа являются крайним примером подавления рассеянного света и точной фотометрии, потому что общая яркость солнечной короны составляет менее 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 полного солнечного затмения , то Луна действует как окклюдируя диск и любая камера в пути затмения может работать как коронографе , пока затмение не закончится. Более распространена схема, при которой небо отображается на промежуточной фокальной плоскости, содержащей 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 дифракцию, чтобы гарантировать, что как можно меньше нежелательного света достигнет конечного детектора. Ключевым изобретением Лио было расположение линз с упорами, известными как упоры Лио , и перегородками, 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.

Например, инструменты для получения изображений на космическом телескопе Хаббла обладают возможностями коронографии.

Коронограф с ограниченным диапазоном

С ограниченной полосой Коронограф использует особый вид маски называется ограниченной полосой маски . Эта маска предназначена для блокировки света, а также для управления эффектами дифракции, вызванными удалением света. Коронограф с ограниченным диапазоном частот послужил основой для отмененного коронографа Terrestrial Planet Finder . Маски с ограниченным диапазоном будут также доступны на космическом телескопе Джеймса Уэбба .

Коронограф с фазовой маской

Коронограф с фазовой маской (такой как так называемый четырехквадрантный коронограф с фазовой маской) использует прозрачную маску для сдвига фазы звездного света, чтобы создать саморазрушающую интерференцию, а не простой непрозрачный диск для блокировки Это.

Оптический вихревой коронограф

Основная статья: Вихревой коронограф

В оптическом вихревом коронографе используется фазовая маска, в которой фазовый сдвиг изменяется по азимуту вокруг центра. Существует несколько разновидностей оптических вихревых коронографов:

  • скалярный оптический вихорь Коронограф на основе фазовой рампы непосредственно травление в диэлектрическом материале, как плавленый кварц.
  • вектор (МВЛ) вихревое Коронограф использует маску , которая вращает угол поляризации фотонов и наращивает этот угол поворота имеет тот же эффект, что и наращивает фазовый сдвиг. Маску такого типа можно синтезировать с помощью различных технологий, начиная от жидкокристаллического полимера (та же технология, что и в 3D-телевидении ) до микроструктурированных поверхностей (с использованием технологий микротехнологии из индустрии микроэлектроники ). Такой векторный вихревой коронограф, сделанный из жидкокристаллических полимеров, в настоящее время используется на 200-дюймовом телескопе Хейла в Паломарской обсерватории . Недавно он использовался с адаптивной оптикой для изображения внесолнечных планет .

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 космосе намного эффективнее, чем те же инструменты, если бы они были расположены на земле. Это связано с тем, что полное отсутствие атмосферного рассеяния устраняет самый большой источник яркого света, присутствующий на земном коронографе. Несколько космических миссии , такие как NASA - ESA «s SOHO и SPARTAN НАСА, Solar Maximum Mission и Skylab использовали коронографы изучать внешние пределы солнечной короны. Космический телескоп Хаббла (HST) способен выполнять coronagraphy с помощью ближней инфракрасной камеры и Multi-Object спектрометром (NICMOS), и есть планы , чтобы иметь эту возможность на космического телескопа Джеймса Вебба (JWST) , используя его в ближней инфракрасной области камеры ( NIRCam ) и средне-инфракрасный прибор (MIRI).

В то время как космические коронографы, такие как LASCO, позволяют избежать проблемы яркости неба, они сталкиваются с проблемами проектирования, связанными с управлением рассеянным светом в соответствии со строгими требованиями космического полета к размеру и весу. Любой острый край (например, край затеняющего диска или оптической апертуры) вызывает дифракцию Френеля падающего света вокруг края, что означает, что более мелкие 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 кажущуюся размер около 1900 угловых секунд , в то время как типичная поблизости звезда может иметь видимый размер 0,0005 и 0,002 угловых секунд.) Похожую на Земле экзопланеты обнаружение требует 10 - 10 контраста. Для достижения такого контраста требуется чрезвычайная оптотермическая стабильность .

Концепция звездного коронографа была изучена для полета в рамках отмененной миссии Terrestrial Planet Finder . На наземных телескопах звездный коронограф можно комбинировать с адаптивной оптикой для поиска планет вокруг ближайших звезд.

В ноябре 2008 года НАСА объявило, что непосредственно наблюдалась планета, вращающаяся вокруг ближайшей звезды Фомальгаут . Планета была четко видна на изображениях, сделанных коронографом Advanced Camera for Surveys Хаббла в 2004 и 2006 годах. На изображениях видна темная область, скрытая маской коронографа, хотя была добавлена ​​яркая точка, чтобы показать, где будет находиться звезда. Был.

Прямое изображение экзопланет вокруг звезды HR8799 с помощью векторного вихревого коронографа на 1,5-метровой части телескопа Хейла.

Вплоть до 2010 года телескопы могли напрямую получать изображения экзопланет только в исключительных случаях. В частности, легче получить изображения, когда планета особенно велика (значительно больше Юпитера ), широко отделена от своей родительской звезды и горячая, так что она излучает интенсивное инфракрасное излучение. Однако в 2010 году команда из Лаборатории реактивного движения НАСА продемонстрировала, что коронограф с векторным вихрем может позволить маленьким телескопам напрямую получать изображения планет. Они сделали это, визуализировав ранее изображения планет с HR 8799, используя всего лишь1,5 м часть телескопа Хейла .

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки