Koronograf - Coronagraph

Koronograf je teleskopický nástavec navržen tak, aby blokovat přímé světlo z hvězdy tak, že blízké objekty - které by jinak byly skryté v hvězdy jasné záři - mohou být vyřešeny. Většina coronagraphs jsou určeny k zobrazení korunu na slunci , ale nová třída koncepčně podobných nástrojů (tzv hvězdné coronagraphs , aby se odlišily od solárních coronagraphs ) jsou používány k nalezení extrasolárních planet a Okolohvězdné disky kolem blízkých hvězd, stejně jako hostitelské galaxie kvazary a další podobné objekty s aktivními galaktickými jádry ( AGN ).

Koronografický obraz Slunce

Vynález

Koronograf byl představen v roce 1931 francouzským astronomem Bernardem Lyotem ; od té doby byly koronografy používány v mnoha slunečních observatořích . Koronografy působící v zemské atmosféře trpí rozptýleným světlem na samotné obloze , a to především kvůli Rayleighovu rozptylu slunečního světla v horních vrstvách atmosféry. Při pozorovacích úhlech blízkých Slunci je obloha mnohem jasnější než koróna pozadí i ve vysokých nadmořských výškách za jasných a suchých dnů. Coronagraphs pozemní, jako jsou velké výšce observatoře je Mark IV Coronograph na vrcholu Mauna Loa , použití polarizace rozlišovat jas nebe z obrazu koróny: jak koronální světlo a nebe jasem jsou rozptýleny slunečního záření a mají podobné spektrální vlastnosti, ale koronální světlo je Thomsonovo rozptýlené téměř v pravém úhlu, a proto prochází rozptylovou polarizací , zatímco superponované světlo z oblohy poblíž Slunce je rozptýleno pouze v úhlu pohledu, a proto zůstává téměř nepolarizované.

Design

Koronograf na observatoři Wendelstein

Koronografové přístroje jsou extrémními příklady odmítnutí rozptýleného světla a přesné fotometrie, protože celkový jas ze sluneční koróny je menší než jedna miliontina jasu Slunce. Zdánlivý povrchový jas je ještě slabší, protože kromě toho, že korona dodává méně celkového světla, má mnohem větší zdánlivou velikost než samotné Slunce.

Během celkové zatmění se Měsíc působí jako uzavírací kotouče a každá kamera v dráze zatmění může být provozován jako koronografu až zatmění je u konce. Běžnější je uspořádání, kde je obloha zobrazena na střední ohniskovou rovinu obsahující neprůhledné místo; tato ohnisková rovina je znovu vystavena detektoru. Dalším uspořádáním je vyobrazení oblohy na zrcátko s malým otvorem: požadované světlo se odráží a nakonec se obnoví, ale nechtěné světlo z hvězdy projde otvorem a nedostane se k detektoru. Ať tak či onak, konstrukce přístroje musí brát v úvahu rozptyl a difrakci, aby bylo zajištěno, že se do konečného detektoru dostane co nejméně nežádoucího světla. Lyotovým klíčovým vynálezem bylo uspořádání čoček se zarážkami, známými jako Lyotovy zarážky , a přepážkami tak, aby světlo rozptýlené difrakcí bylo soustředěno na zarážky a ozvučnice, kde by mohlo být absorbováno, zatímco světlo potřebné pro užitečný obraz je minulo.

Například zobrazovací přístroje na Hubbleově kosmickém dalekohledu nabízejí koronografickou schopnost.

Pásmo omezený koronograf

Koronograf pásmové omezené používá speciální typ masky volal pásmové omezené masku . Tato maska ​​je navržena tak, aby blokovala světlo a také zvládala difrakční efekty způsobené odstraněním světla. Pásmo omezený koronograf sloužil jako základní návrh zrušeného koronografu Terrestrial Planet Finder . Na vesmírném teleskopu Jamese Webba budou k dispozici také masky omezené na pásmo .

Koronograf s fázovou maskou

Koronograf s fázovou maskou (jako je takzvaný koronograf s čtyřkvadrantovou fázovou maskou) používá k posunu fáze hvězdného světla průhlednou masku, aby vytvořil autodestrukční interferenci, a nikoli prostý neprůhledný disk k zablokování to.

Optický vortexový koronograf

Hlavní článek: Vortexový koronograf

Optické vír Koronograf používá fázové masky, ve které je fázový posuv liší azimutálně kolem středu. Existuje několik druhů optických vortexových koronografů:

  • skalární optické vír Koronograf na základě fázového rampě přímo leptány dielektrického materiálu, jako je křemenné sklo.
  • vektor (IAL) vír Koronograf používá masku, který se otáčí úhel polarizace fotonů, a rampou tento úhel natočení má stejný účinek jako rozběhu fázový posuv. Masku tohoto druhu lze syntetizovat různými technologiemi, od polymeru z tekutých krystalů (stejná technologie jako u 3D televize ) až po mikrostrukturované povrchy (s využitím technologií mikrofabrikace z mikroelektronického průmyslu). Takový vektorový vortexový koronograf vyrobený z polymerů z tekutých krystalů se v současné době používá na 200palcovém dalekohledu Hale na observatoři Palomar . Nedávno byl provozován s adaptivní optikou k zobrazení extrasolárních planet .

To funguje s jinými hvězdami než sluncem, protože jsou tak daleko, že jejich světlo je pro tento účel prostorově soudržná rovinná vlna. Koronograf využívající interferenci maskuje světlo podél středové osy dalekohledu, ale propouští světlo z předmětů mimo osu.

Satelitní koronografy

Koronografy ve vesmíru jsou mnohem účinnější než stejné nástroje, pokud by byly umístěny na zemi. Důvodem je, že úplná absence rozptylu atmosféry eliminuje největší zdroj oslnění přítomný v pozemském koronografu. Několik vesmírné mise, jako je NASA - ESA ‚s SOHO a NASA SPARTAN, Solar Maximum Mission a Skylab využili coronagraphs ke studiu končin sluneční koróny. Hubble Space Telescope (HST) je schopen provádět coronagraphy pomocí Near Infrared Camera a Multi-Object Spectrometer (NICMOS), a tam jsou plány mají tuto schopnost na James Webb Space Telescope (JWST), pomocí jeho Near Infrared Camera ( NIRCam ) a Mid Infrared Instrument (MIRI).

Zatímco vesmírné koronografy, jako je LASCO, se vyhýbají problémům s jasem oblohy, čelí konstrukčním problémům při řízení rozptýleného světla při přísných požadavcích na velikost a hmotnost kosmického letu. Jakákoli ostrá hrana (například hrana skrytého disku nebo optická clona) způsobuje Fresnelovu difrakci přicházejícího světla kolem okraje, což znamená, že menší nástroje, které by člověk chtěl na satelitu, nevyhnutelně propouštějí více světla než větší. Koronograf LASCO C-3 využívá jak externí occulter (který vrhá stín na nástroj), tak interní occulter (který blokuje rozptýlené světlo, které je Fresnelovo-difrakční kolem vnějšího occulteru) ke snížení tohoto úniku, a komplikovaný systém přepážek pro eliminovat rozptýlené světlo rozptylující se z vnitřních povrchů samotného nástroje.

Extrasolární planety

Koronograf byl nedávno přizpůsoben náročnému úkolu najít planety kolem blízkých hvězd. I když jsou hvězdné a sluneční koronografy svým konceptem podobné, v praxi jsou zcela odlišné, protože objekt, který má být zatemněn, se lineárně zdánlivou velikostí liší o milion. (The Sun má zdánlivou velikost asi 1900 arcseconds , zatímco typický blízkou hvězdu může mít zdánlivou velikost 0,0005 a 0,002 arcseconds.) Earth-like exoplanety detekce vyžaduje 10 - 10 kontrast. Dosažení takového kontrastu vyžaduje extrémní optotermální stabilitu .

Koncept hvězdného koronografu byl studován pro let na zrušené misi Terrestrial Planet Finder . Na pozemských teleskopech lze hvězdný koronograf kombinovat s adaptivní optikou pro hledání planet kolem blízkých hvězd.

V listopadu 2008 NASA oznámila, že byla přímo pozorována planeta obíhající kolem blízké hvězdy Fomalhaut . Planeta byla jasně vidět na obrázcích pořízených koronografem Hubble's Advanced Camera for Surveys v letech 2004 a 2006. Na obrázcích je vidět tmavá oblast skrytá maskou koronografu, ačkoli byla přidána jasná tečka, která ukazuje, kde by hvězda byla bylo.

Přímý obraz exoplanet kolem hvězdy HR8799 pomocí vektorového vírového koronografu na 1,5m části dalekohledu Hale

Až do roku 2010 mohly teleskopy přímo zobrazovat exoplanety pouze za výjimečných okolností. Konkrétně je snazší získat snímky, když je planeta obzvláště velká (podstatně větší než Jupiter ), široce oddělená od mateřské hvězdy a horká, takže vyzařuje intenzivní infračervené záření. Nicméně, v roce 2010 tým z NASAs Jet Propulsion Laboratory demonstroval, že vektor vír Koronograf by mohla umožnit malým dalekohledem přímo obrazových planet. Udělali to zobrazením dříve zobrazených planet HR 8799 pomocí a1,5 m část dalekohledu Hale .

Viz také

Reference

externí odkazy