Диссертация (1103493), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Удаление 10 парсек,телескоп 2.4 м, λ = 0.35…0.85 мкм, вращательный сдвиг 3.6°Нарисунке45приведенысмоделированныепоформуле22коронографические изображения остаточного звездного света и двух копийпланеты, получаемые на темном (коронографическом) выходе ахроматическогоинтерференционного коронографа с переменным вращательным сдвигом, приразличных значениях угла поворота 180°, 90°, 45°, 20°, 10° и 5°. Параметрымоделирования: угловой размер звезды Θ = 0.01λ/D, угловое расстояние междузвездой и планетой ρ0 = 5λ/D, отношение интенсивностей излучения планеты извезды ε = 10−8 , телескоп диаметром D = 2.4 м, длина волны λ = 0.5 мкм.68Изображения получены в результате моделирования в MATLAB.
Светлыеконцентрические кольца представляют собой остаточный свет осевого источника(звезды). Два светлых пятна в правой части рисунков соответствуют двум копиямизображения неосевого источника (планеты). Из рисунка 45 однозначно видно, длячего нужен переменный вращательный сдвиг, а именно малые углы поворота около10°. В случае, когда угол вращения изображения составляет 180°, коронограф непозволяет увидеть планету на фоне звездного света, так как не может погаситьзвезду на 8 порядков (ε = 10−8 ). При уменьшении угла поворота вращательногосдвига, звездный свет погашается эффективнее и планета (две копии) становитсязаметной на фоне засветки звездным светом.
Однако, при значениях угла поворотаменее 10° вместе с дальнейшим улучшением в погашении фона также существенноослабляется интенсивность полезного сигнала (света планеты), так как падаетпропускание планетного света или, иначе говоря, увеличивается значениенаименьшего рабочего угла IWA (см. рисунки 39 и 40). Таким образом, существуетоптимальный угол вращательного сдвига оптического изображения в плечахинтерферометра, при котором коронограф разрешает максимальный контрастмежду звездой и планетой, т.е.
свет звезды погашается наиболее эффективно иодновременно с этим собирается близкое к максимальному количество планетногосвета.69Рисунок 45 – Остаточный звездный свет и две копии планеты на темном выходеахроматического интерференционного коронографа с переменным вращательным сдвигом приразличных углах вращения изображения 180°, 90°, 45°, 20°, 10° и 5° (отмечены на рисунке),Θ=0.01λ/D, ρ0=5λ/D, ε=10-8, D = 2.4 м, λ=0.5 мкм702.6 Оценка величины коронографического контраста, его зависимость отугла вращательного сдвига, возможности оптимизации коронографа подусловия наблюдательной задачиОт ε – отношения интенсивностей излучений звезды и планеты – перейдем кпонятию коронографического контраста CC, который показывает возможностикоронографа по контрастированию изображения планеты на фоне звезды иучитывает как степень погашения звезды, так и пропускание планетного света.Коронографический контраст – это отношение интегральных интенсивностейизображения планеты (двух копий) и фоновой засветки рассеянным светом звездыв круговой области радиусом R~0.5λ/D с центром в одной из копий в диапазонедлин волн ∆λ:CC(ρ0 , ψ, Θ ) =∫Δλ ∬S [ ℎ (, , 0 , , , )] dλdαdβ∫Δλ ∬ [ ℎ (, , , , , )]dλdαdβ=(24)1ψψψψ 2∫Δλ ∬S 4 × [A (α − ρ0 cos 2 , β − ρ0 sin 2 ) − A (α − ρ0 cos 2 , β + ρ0 sin 2 )] dλdαdβ=.Θ2 2 ψ J22 (πDρ⁄λ)dλdαdβ∫Δλ ∬ 4 sin 2ρ2Карта зависимости логарифма коронографического контраста lg(CC(ρ0 , ψ))контраста от угла вращательного сдвига ψ и углового расстояния между звездой ипланетой ρ0 представлена на рисунке 46.
Параметры моделирования: Солнечнаясистема на удалении 10 парсек наблюдается телескопом диаметром D = 2.4 м,диапазондлинволнλ = 0.35 мкм … 0.85 мкм(типичныйдиапазончувствительности кремниевого кристалла ПЗС), λ0 = 0.5 мкм, угловой размерзвезды Θ = 0.02λ0 ⁄D (наблюдаемый угловой размер Солнца), радиус областиинтегрирования R = 0,5λmax /D, λmax = 0.85 мкм. Штриховые линии – этоизолинии значений коронографического контраста, зависимость IWA от ψ изависимость углового расстояния до звезды, на котором обеспечиваетсямаксимальное пропускание планетного света, от ψ.71Рисунок 46 – Карта коронографического контраста lg(CC(ρ0 , ψ))На рисунке 47 приведены альтернативные карты зависимости логарифмакоронографического контраста lg(CC(ρ0 )) от углового расстояния между звездойи планетой ρ0 для различных значений угла вращательного сдвига ψ.
Параметрымоделирования: Солнечная система на удалении 10 парсек наблюдаетсятелескопом диаметром D = 2.4 м (а), 1.2 м (б), 0.6 м (в), диапазон длин волн λ =0.35 мкм … 0.85 мкм,λ0 = 0.5μm,угловойразмерзвездыΘ=0.02λ0 ⁄D (а), 0.01λ0 ⁄D (б), 0.005λ0 ⁄D (в), радиус области интегрирования R =0,5λmax /D, λmax = 0.85 мкм. Штриховые линии (линии предела возможностейARC) построены по значениям IWA для отмеченных на рисунке угловвращательного сдвига ψ (см.
рисунок 40).72Рисунок 47 – Карты коронографического контраста lg(CC(ρ0 )) для различных значенийдиаметра главного зеркала телескопа 0.6 (в), 1.2 (б) и 2.4 метра (а)Определение коронографического контраста и его зависимости от углавращательного сдвига, показанные на рисунках 46 и 47, позволяют определить73оптимальный угол поворота оптического изображения в схеме коронографа пинаблюдении окрестностей звезд.
Если дано или предполагается угловое расстояниеот звезды, на котором возможно обнаружить планету или нужно исследоватьобнаруженную ранее, то необходимо выбрать угол вращательного сдвига, прикотором пропускание планетного света будет близко к максимальному значению.При этом, во-первых, собирается и анализируется максимально возможное длясхемы коронографа количество планетного света (около 28% от количества,собираемого телескопом), и, во-вторых, достигается существенное улучшение встепени погашения света звезды.
Например, на рисунке 46 верхняя строка значенийдостигаемого в схеме коронографического контраста соответствует угловомурасстоянию между Солнцем и Юпитером, удаленным на 10 парсек и наблюдаемым2.4-метровым телескопом. Максимальное пропускание света планеты в этом случаедостигается при угле вращательного сдвига 7.5°, оно составляет 28%, всего на 3%лучше, чем при вращательном сдвиге на 180°. Выигрыш в количестве собираемогопланетного света незначителен. Однако разрешаемый контраст между звездой ипланетой составляет более 8 порядков, что на 2 порядка лучше, чем в случае углаповорота 180°, позволяет разрешить контраст между Солнцем и Юпитером (5порядков, см.
рисунок 48) и существенно расширяет область параметров планет,которые возможно обнаружить и исследовать. При тех же условиях можно выбратьдаже меньший угол вращательного сдвига, соответствующий, например, значениюнаименьшегорабочегоуглаIWA.Приэтомпродолжитувеличиватьсякоронографический контраст, но половина полезного света (света искомойпланеты) будет потеряна. Как можно видеть из рисунка 47, выигрыш вкоронографическом контрасте (степени погашения звездного света) прииспользовании малых углов вращательного сдвига вместо 180° тем выше, чембольше диаметр используемого для наблюдения телескопа. Также стоит отметить,что изменение вращательного сдвига в схеме коронографа не позволяет разрешитьконтраст между Солнцем и Землей (8 порядков, см. рисунок 48) даже с телескопомдиаметром 2.4 метра, но разница – 3 порядка – укладывается в динамический74диапазон современных детекторов, что позволяет использовать методы обработкиизображений для дальнейшего анализа.Рисунок 48 – Функции рассеяния точки Солнца, Юпитера и Земли.
Солнечная система наудалении 10 парсек, D = 2.4 м, λ = 0.5 мкм. Интенсивности в логарифмическом масштабе2.8 Выводы по главе 2Проанализирован принцип погашения света яркого осевого протяженногоисточника (звезды) методом ахроматической интерференционной коронографии спеременным вращательным сдвигом. Исследована возможность наблюденияслабых ненаблюдаемых источников в близкой окрестности яркого.Коронографическое изображение, получаемое на выходе исследуемогокоронографа, представляет собой пары копий изображения неосевых источников(планет, особенностей протопланетного диска и др.) на фоне остаточного светаосевого источника (звезды), не полностью погашенного из-за его конечногофизического размера.Функцияпропусканиякоронографарастягиваетсявдольосипространственной координаты с коэффициентом 1/sin(ψ/2), где ψ – уголвращательного сдвига, так что поворот изображения в плечах интерферометранапрямую определяет степень погашения света осевого источника (звезды) и75коэффициент пропускания света неосевого источника (планеты).
Максимальноепропускание полезного светового сигнала (от неосевых источников) составляет28.3% для неполяризованного света на входе и 56.6% – для линейнополяризованного.Переменный вращательный сдвиг оптического изображения позволяетподобратьоптимальноезначениеуглавращенияприизвестных(илипредполагаемых) параметрах объекта наблюдения для достижения максимальнойстепени ослабления яркого осевого источника (звезды) вместе с пропусканиемнаибольшего количества полезного светового сигнала (от планеты).В методе коронографии с переменным вращательным сдвигом свет звездыгасится на один-два порядка эффективнее при углах 5°…45°, чем прификсированном повороте на 180°, как это было в классическом ахроматическоминтерференционном коронографе. Достигаемый коронографический контрастпозволяет визуализировать в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонахэкзопланеты-гиганты близнеца нашей Солнечной системы, наблюдаемого срасстояния около 10 парсек с помощью телескопа диаметром около 2 метров, атакже уменьшить в этом случае контраст между аналогом Солнца и экзо-Землей довеличины, укладывающейся в динамический диапазон современных детекторов (3порядка).763 РАЗРАБОТКА ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ АХРОМАТИЧЕСКОГОИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО КОРОНОГРАФА С ПЕРЕМЕННЫМВРАЩАТЕЛЬНЫМ СДВИГОМ3.1 Оптическая схемаОптическая схема ахроматического интерференционного коронографаобщего пути с переменным вращательным сдвигом представляет собой неплоский(при ненулевом угле поворота) кольцевой (общего пути) интерферометрвращательного сдвига – модификацию кольцевого интерферометра Саньяка [104],см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
