Диссертация (1103493), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Подобные длительные времена экспозиции нередкоиспользуются на космических телескопах в случае исследования очень тусклыхили далеких объектов. Например, телескопом Хаббла за время его работы былипроведены четыре длительных наблюдения небольшой области неба, последнее изкоторых – Hubble eXtreme Deep Field – с суммарным временем экспозиции вдвадцать три дня [43].
Но такие условия наблюдений задают дополнительныетребования к стабилизации телескопа, поддержанию точности наведения наисточник, обработке результатов и другим параметрам.К настоящему времени предложено и разрабатывается много различных схемзвездных коронографов (в том числе нуль-интерферометров) для прямогообнаружения и исследования внесолнечных планет как в России, так и за рубежом[44, 45]. В наземных астрономических наблюдениях эффективность работыкоронографа сильно ограничена из-за влияния турбулентной атмосферы Земли.
Ноуже сейчас звездные коронографы совместно с системами адаптивной оптики ивысококонтрастными камерами применяются в экспериментах на наземныхтелескопах для исследования окрестностей звезд, их протопланетных дисков, идетектирования экзопланет: HiCIAO на телескопе Субару [46], GPI на телескопеобсерватории Джемини [47], Projcect 1640 на телескопе Хэйла Паломарскойобсерватории [48], SPHERE на телескопе VLT [49] и другие. Так, например, нателескопеСубаруНациональной(международнаяастрономическойобсерваторияобсерваторииМауна-Кеа,ЯпонииГавайи)исследованиявнесолнечных планет успешно ведутся [50, 51, 52, 53] с помощью системыадаптивной оптики SCExAO, коронографического инструмента HiCIAO, и другихприборов обсерватории.
HiCIAO представляет собой связку высококонтрастнойкамеры инфракрасного диапазона и нескольких типов коронографов: PIAA, vortex,4-Quadrant Phase Mask, 8-Octant Phase Mask, shaped pupil [54]. Эти схемы будутподробнее описаны ниже в п. 1.4.1-1.4.3.Современные системы адаптивной оптики пока не могут компенсироватьискажения волнового фронта, вызванные динамикой земной атмосферы, до уровня24достаточного для наблюдения экзопланет земного типа, поэтому для прямогонаблюдения внесолнечных планет предлагается оснащать адаптивной оптикой извезднымкоронографоминструментывнеатмосфернойастрономии:стратосферные и космические телескопы.В 2011 году была предпринята первая попытка осуществить прямоенаблюдение экзопланетной системы с помощью коронографа в космосе – проектPlanet Imaging Concept Test bed Using a Rocket Experiment (PICTURE) [55, 56].Целью была выбрана третья ближайшая к Солнцу звезда Эпсилон Эридана, укоторой уже обнаружена планета, и предполагается наличие второй.
В рамкахэксперимента 50-см телескоп, оснащенный системой адаптивной оптики икоронографом VNC (см. п. 1.4.8), был запущен NASA на канадскойметеорологической (геофизической) ракете (в англоязычной литературе “soundingrocket”) Black Brant 9.
Такой вариант выведения телескопа в космос позволяетподнять научную аппаратуру на высоту до 500 км, продолжительность полета навысоте свыше 100 км составляет около 10 минут. Запуск завершился неудачей –через минуту отказал передатчик научной информации, данные о работекоронографа получены не были.
В 2015 году NASA повторило этот проект собновленным названием PICTURE-B [57, 58], оставив без изменений составнаучной аппаратуры и метод запуска. Эксперимент завершился успешно, однакополученные научные данные оказались довольно скромными и не былиопубликованы. Следующий эксперимент в этой серии – PICTURE-C [59] –запланирован на конец 2017 года или более поздний срок. В новом варианте 60-смтелескоп, оснащенный системой адаптивной оптики и коронографом VNC (см. п.1.4.8) или VVC (см. п. 1.4.3), будет запущен на стратосферном баллоне.На 2018 год запланирован запуск космического телескопа Джеймса Вэбба(JamesWebbSpaceTelescope, JWST), на котором будутустановленывысококонтрастные камеры ближнего и среднего инфракрасных диапазонов,оснащенные коронографами – коронографом FQPM (см. п.
1.4.3) и модификациейсолнечного коронографа до звездного путем замены искусственной Лунысложными амплитудными масками.25Последние несколько лет NASA занимается также проработкой миссииWFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope), основой которой является 2.4-мкосмический телескоп. Главными задачами миссии являются широкий спектрастрофизических наблюдений, поиск ответов на ключевые вопросы космологии ипрямоенаблюдениеэкзопланет,длячеготелескопбудетоснащенвысококонтрастными камерами видимого и/или инфракрасного диапазонов,системой адаптивной оптики и одним или несколькими коронографами.
Запусксостоится не раньше середины 2020-ых годов.В настоящее время в России ведутся работы по двум космических телескопам– “Планетный Мониторинг” и “Звездный Патруль”, в комплекс научнойаппаратурыкоторыхзапланированзвездныйкоронографдляотработкитехнологии и выполнения прямого наблюдения экзопланет около ближайшихзвезд. Подробнее эти проекты будут описаны в части 5.5.1.1.4 Инструменты для прямого наблюдения экзопланет1.4.1 Основные типы звездных коронографовВсе методики и принципы, лежащие в основе погашения света звезды и накоторых основываются известные схемы коронографов, можно разделить на пятьосновных типов [60]: нуль-интерферометры (рис.
8a); модификации солнечногокоронографа Лио (рис. 8б); аподизованный входной зрачок (рис. 8в); применениепрецизионной адаптивной оптики совместно с амплитудными масками длялокального высокого погашения звездного света (рис. 8г); коронографы свынесенной маской (рис. 8д). В нуль-интерферометрах, свет звезды, собираемыйтелескопом, коллимируется и затем в плоскости зрачка оптической системыделится на две равные по интенсивности волны, между которыми вноситсяфазовый сдвиг на π, так что в результате волны интерферируют в противофазе ипогашаются.
В коронографах солнечного типа вместо "искусственной Луны" вфокальной плоскости устанавливаются фазовые или поляризационные маски, врезультате дифракции на которых звездный свет значительно ослабляется в центре26светового луча. Аподизация входного зрачка (изменение его формы илиприменение маски с радиально меняющейся прозрачностью) и применениепрецизионной адаптивной оптики позволяют значительно ослабить интенсивностьчасти функции рассеяния точки звезды, в частности, ее боковых лепестков, свозможнымпоследующимсанированиемокрестностизвездывпоискахслабоконтрастных объектов, например, планет.
В коронографах с вынесенноймаской свет от звезды перекрывается специальным экраном на отдельномкосмическим аппарате, находящимся на значительном расстоянии от телескопа. Вэтом случае значительно снижаются требования к качеству волнового фронтасобираемого телескопом света, но требуется очень точное позиционированиетелескопа и экрана друг относительно друга в течение времени наблюдения.а) – нуль-интерферометр; б) – модификация солнечного коронографа Лио; в) модифицированный входной зрачок; г) – применение только адаптивной оптики; д) –коронограф с вынесенной маскойРисунок 8 – Основные типы схем звездных коронографов271.4.2 Солнечный коронограф ЛиоКоронография – первоначально солнечная – берет свое начало с работфранцузского оптика-экспериментатора Бернара Лио, в 1931 году создавшегооптический инструмент [61] для внезатменного наблюдения солнечной короны(см.
рис. 9). Он получал изображение короны, перекрывая свет от диска Солнцаоколо фокуса объектива, располагая там "искусственную Луну" – непрозрачныйэкран или зеркало. Также он заметил, что после прохождения полевой линзы иэкрана свет концентрируется в ярком двойном кольце на краю изображения(результат дифракции на краях входной апертуры и экрана), и, чтобы устранитьэтот эффект, он поместил в схему промежуточную линзу с диафрагмой меньшегоразмера (диафрагма Лио).1 – объектив; 2 – экран “искусственная луна”; 3 – линза поля; 4 – диафрагма Лио; 5 – вторичныйобъектив; 6 – приемник излучения; 7 – зеркалоРисунок 9 – Коронограф Лио для внезатменного наблюдения короны СолнцаТакую оптическую схему можно применять и для наблюдения объектов внепосредственной окрестности точечных световых источников, т.е.
звезд [62]. См.рисунок 10. В этом случае "искусственная Луна" должна перекрывать изображениенаблюдаемого точечного источника – центральный максимум и несколько первыхколец функции рассеяния точки. Интенсивность остальных колец в значительноймере ослабляется, если перекрыть яркое кольцо в плоскости зрачка. Дальнейшееослабление света звезды также можно проводить методами апподизации, о чембудет сказано ниже в п.1.4.3.28Рисунок 10 – Модификация солнечного коронографа Лио до звездного коронографа длянаблюдения окрестностей звезд1.4.3 Модификации солнечного коронографа для звездной коронографииУсовершенствование солнечного коронографа Лио для целей наблюденияокрестностей звезд было предложено в 1997 году [63, 64].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
