Как мог 20-дюймовый космический телескоп «разглядеть планеты размером с Землю», вращающиеся вокруг Альфы Центавра?

Статья в NY Times « Телескоп для поиска земных планет в системе Альфа Центавра» описывает предлагаемую попытку довольно быстро вывести телескоп на орбиту с узко определенной целью — искать планеты в системе Альфа Центавра , которая находится на расстоянии около 4,37 световых лет от Земли.

Финансирование, проектирование, сборка и развертывание в космосе стали возможными отчасти благодаря узко определенной цели и неослабевающему общественному интересу к этому конкретному вопросу.

Я достал коробку с конвертами и сделал следующее. Поскольку воздуха нет, адаптивная оптика не нужна, поэтому применяется стандартный предел дифракции. Для диска Эйри :

θ ≈ 1,22 λ г

В статье телескоп описан как размер стиральной машины с апертурой 20 дюймов или около 50 см. Если я выберу видимую длину волны 500 нм, я получу разрешение около 1,22 микрорадиана ( мю Р). 4,37 световых года — это примерно 4,13E+13 км или 2,76E+05 а.е.

Таким образом, воздушный диск находится примерно в 0,34 а.е. на Альфе Центавра. Реальная функция рассеяния точки телескопа зависит не только от теоретической дифракции на апертуре, но и от дифракции на вторичных компонентах и ​​опорах внутри апертуры, от аберраций из-за несовершенной формы оптических поверхностей, а также рассеяния и мутности из-за наношероховатости зеркальных поверхностей. (Смотри ниже)

Можно ли быстро собрать 20-дюймовый телескоп и связанный с ним экспериментальный комплекс, который мог бы фактически разрешить (или «разглядеть», как говорится в статье) планету, похожую на Землю, в системе Альфа Центавра из космоса? Если да, то что именно он может сделать такого, чего нельзя сделать с помощью любого существующего телескопа на орбите или на Земле?

Визуализация компактного телескопа для съемки экзопланет Project Blue.

выше: «Визуализация компактного телескопа для съемки экзопланет, который Project Blue планирует запустить на орбиту и нацелить на Альфу Центавра. Кредит Project Blue» отсюда .

Бросается в глаза, что вторичная линза установлена ​​вне оси, что может иметь механические и оптические преимущества (например, дифракцию), но, вероятно, ограничивает качество изображения узким полем зрения, что может быть приемлемым для одноцелевого телескопа, если есть подходящие калибровочные мишени поблизости.

Хорошее обсуждение функции рассеяния точки космического телескопа Хаббла можно найти здесь: 20 лет оптического моделирования космического телескопа Хаббла с использованием Tiny Tim (Krist et al 2011, Proc. of SPIE Vol. 8127 81270J-1) и сокращение рассеяния и мутности от зеркальной наношероховатости с помощью преломляющей оптики (линз) решает прибор DRAGONFLY . См. также Каков (на самом деле) «непроекционный полусветовой радиус» этой Галактики, почти полностью состоящей из темной материи?

Проксима Центавра b была обнаружена по лучевым скоростям, и вы не сможете получить достаточно контраста, чтобы увидеть ее напрямую.
@AtmosphericPrisonEscape, если вы так говорите, но вернитесь через день или два - может быть ответ или два об обратном.
Одна проблема заключается в том, что в популярных СМИ авторы популярных СМИ совершенно путают «фактическое изображение» («картину») с обнаружением с помощью транзита и так далее. «Нью-Йорк Таймс» настолько неточна, что я не уверен, стоит ли вообще заморачиваться со статьей!
@JoeBlow, если вы будете следить за научным разделом NY Times в течение нескольких лет, вы увидите, что это не совсем заурядные «популярные СМИ». Как правило, они отлично справляются со своей задачей. Это газета мирового уровня , в которой публикуются как научные новости высокого уровня, так и научные дебаты в редакционном разделе, написанном ведущими учеными.
Привет Ухо; Я предполагаю, что мнения расходятся, но уверен; здесь не место для дискуссий. В общем, это «возмущающая проблема наших дней!» которые сообщают о технологиях экзопланет, постоянно путают прямое изображение с методами обнаружения. Ваше здоровье!
@JoeBlow в этом случае я почти уверен, что цель этого телескопа действительно состоит в том, чтобы создать изображение, которое разрешает планету, и что статья никоим образом не является ошибочной или вводящей в заблуждение. Вот почему я задаю этот вопрос. На самом деле, кажется, они планируют сделать это с помощью передовой технологии коронографа перед более крупными (будущими) проектами космического телескопа. Смотрите этот и этот комментарий.
@uhoh - круто; и спасибо за это. (Мое предупреждение останется предупреждением для будущих читателей научно-популярной литературы! :)

Ответы (1)

Я не знаком с конструкцией телескопа ProjectBlue, но думаю, что вы сами ответили на свой вопрос.

Обитаемые зоны для Alpha Cen A и B примерно сосредоточены на 1,25 а.е. и 0,7 а.е. Оба находятся на расстоянии 4,37 световых года.

1 а.е. на расстоянии 4,37 светового года образует угол 0,74 угловых секунды. При работе с синими длинами волн (похоже, цель состоит в том, чтобы найти бледно-голубую точку, скажем, 400 нм), диск Эйри 0,74 угловых секунды достигается с помощью телескопа диаметром всего 13 см. Чтобы иметь шанс обнаружить планеты в обитаемой зоне, вам понадобится телескоп немного больше этого.

Однако более серьезной проблемой является отделение сигнала от звезды и планет, когда они едва различимы. Диск Эйри — это лишь первый минимум на дифракционной картине. Если звезда примерно в 10 миллиардов раз ярче планеты (рисунок с мячом), то она все равно затопила бы только что решенную планету.

Таким образом, вам нужно построить больший телескоп, чтобы увеличить угловое разрешение. И вам нужно построить превосходную оптику и коронограф, чтобы свет звезды не затмил ваш детектор. Но это стоит больше денег, телескоп имеет большую массу, ему нужна более крупная ракета-носитель и т. д. Так что я думаю, что 50-сантиметровый телескоп — их компромисс.

Это достижимо? Я не знаю. Лучшие телескопы на Земле достигают углового разрешения, почти ограниченного дифракцией, с помощью адаптивной оптики. Однако контраст, который они могут получить для изображений экзопланет, в некоторой степени ухудшается атмосферой. Если вы ищете "бледно-голубую точку", то с земли это не сделать, потому что системы адаптивной оптики в настоящее время не работают на таких длинах волн.

Вполне возможно, что планеты земного типа в обитаемой зоне Альфа Центавра могут быть обнаружены с земли в ближайшие несколько лет с использованием улучшенных измерений лучевой скорости, но не с помощью изображений.

Интересный вопрос, почему этого сейчас нельзя сделать с HST? Предлагаемый телескоп потратит на это два года. Даже если HST сможет сократить это время до месяцев, я не уверен, что обнаружение слабого пятна вокруг ближайшей звезды окупится необходимыми научными усилиями, чтобы выиграть время, тем более, что существует большая вероятность неудачи. В обитаемой зоне может не быть планет или в системе может быть достаточно зодиакальной пыли, чтобы сделать измерения невозможными из-за рассеянного света.

Дальнейшие исследования показывают, что коронограф на камере HST ACS даст контраст только около 7-8 величин (в тысячу раз) при угловом расстоянии в угловую секунду. Так что далеко не то, что требуется. Этот новый телескоп должен иметь радикально улучшенную оптику и более совершенный коронограф.

Я читал о Project Blue (упомянутом в статье NY Times) с тех пор, как опубликовал вопрос. Я добрался до проекта blue.org/the-mission: «Проект Blue продемонстрирует и протестирует технологии коронографа и волнового фронта, аналогичные тем, которые можно использовать на гораздо более крупных будущих космических телескопах, которые в настоящее время изучаются НАСА (например, HabEX, LUVOIR). .», но я не уверен, какая часть этой технологии будет протестирована в данном случае. Мне нужна помощь, чтобы разобраться во всем этом, не уверен, что мне следует добавить это к вопросу.
Я думаю, что аподизация резко меняет функцию разброса точек, так что она больше не похожа на простую модель диска Эйри?
Как мог 20-дюймовый космический телескоп «разглядеть планеты размером с Землю», вращающиеся вокруг Альфы Центавра?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v