Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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 ).

Коронографическое изображение Солнца

Изобретение [ править ]

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. Под углами обзора, близкими к Солнцу, небо намного ярче, чем фоновая корона, даже на больших высотах в ясные сухие дни. Наземные коронографами, такие как Высотный обсерватории «s Mark IV коронограф на вершине Мауна Лоа , использование поляризациичтобы отличить яркость неба от изображения короны: и корональный свет, и яркость неба являются рассеянным солнечным светом и имеют аналогичные спектральные свойства, но корональный свет рассеивается Томсоном почти под прямым углом и, следовательно, подвергается поляризации рассеяния , в то время как наложенный свет от небо около Солнца рассеивается только под углом и, следовательно, остается почти неполяризованным.

Дизайн [ править ]

Коронограф в обсерватории Вендельштейн

Инструменты коронографа являются крайними примерами 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, в 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 убедиться, что до последнего детектора доходит как можно меньше нежелательного света. 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. [1]

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

Коронограф с ограниченным диапазоном [ править ]

С ограниченной полосой Коронограф использует особый вид маски называется ограниченной полосой маски . [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 коронографа Terrestrial Planet Finder . Маски с ограниченным диапазоном будут также доступны на космическом телескопе Джеймса Уэбба .

Коронограф с фазовой маской [ править ]

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 [ править ]

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. [3] [4]
  • 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. Маска такого типа может быть синтезирована 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 в нем использовалась адаптивная оптика к изображению.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, находящихся вне оси.

Спутниковые коронографы [ править ]

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 камеры ближней инфракрасной области и мульти-объект - спектрометр (NICMOS), [5]и есть планы реализовать эту возможность на космическом телескопе Джеймса Уэбба (JWST) с помощью его камеры ближнего инфракрасного диапазона ( NIRCam ) и инструмента среднего инфракрасного диапазона (MIRI).

В то время как космические коронографы, такие как LASCO, избегают проблемы яркости неба, они сталкиваются с проблемами проектирования в управлении рассеянным светом в соответствии со строгими требованиями космического полета к размеру и весу. Любой острый край (например, край затемняющего диска или оптической апертуры) вызывает дифракцию 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 [ править ]

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. [6] Для достижения такого контраста требуется исключительная 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. [7]

В ноябре 2008 года НАСА объявило, что непосредственно 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] Темная область, скрытая маской коронографа, видна на изображениях, хотя была добавлена ​​яркая точка, чтобы показать, где звезда была бы.

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 векторный вихревой коронограф может позволить маленьким телескопам получать прямые изображения планет. [9] Они сделали это, визуализировав ранее изображения планет HR 8799, используя только1,5 м часть телескопа Хейла .

См. Также [ править ]

  • Список солнечных телескопов
  • Миссия New Worlds - Предлагаемый внешний коронограф

Ссылки [ править ]

  1. ^ «СПАРТАНЕЦ 201-3: Коронографы» . umbra.nascom.nasa.gov . Проверено 30 марта 2020 .
  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 . DOI : 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. Архивировано 3 сентября 2006 г. в Wayback Machine.
  5. ^ "НИКМОС" . STScI.edu . Проверено 30 марта 2020 .
  6. ^ Брукс, Томас; Шталь, HP; Арнольд, Уильям Р. (2015-09-23). «Исследования в области термической торговли Advanced Mirror Technology Development (AMTD)» . Оптическое моделирование и прогнозы производительности VII . ШПИОН. DOI : 10.1117 / 12.2188371 . ЛВП : 2060/20150019495 .
  7. ^ "Совет обсерватории Близнецов продвигается вперед с экстремально адаптивной оптикой коронографа" . www.adaptiveoptics.org . Проверено 30 марта 2020 .
  8. ^ «НАСА - Хаббл непосредственно наблюдает за планетой, вращающейся вокруг другой звезды» . www.nasa.gov . Проверено 30 марта 2020 .
  9. ^ Андреа Томпсон (2010-04-14). «Новый метод может отображать планеты земного типа» . msnbc.com . Проверено 30 марта 2020 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Обзор технологий прямого оптического изображения экзопланет , Мари Левин, Реми Суммер, 2009 г.
  • "Телескоп Sun Gazer". Popular Mechanics , февраль 1952 г., стр. 140–141. Рисунок первого типа коронографа, использованного в 1952 году.
  • Оптические векторные вихревые коронографы с использованием жидких кристаллов полимеров: теория, производство и лабораторная демонстрация Optics Infobase
  • Векторный вихревой коронограф: лабораторные результаты и первый свет в Паломарской обсерватории IopScience
  • Фазовая маска с кольцевой канавкой Коронограф IopScience
  • Эта ссылка показывает HST-изображение пылевого диска, окружающего яркую звезду со звездой, скрытой коронографом. [1]