Почему нельзя наблюдать поверхности звезд?

Есть много разных способов получить пространственную информацию о поверхности звезды, помимо прямого изображения.

Прямая визуализация затруднена, потому что доступное угловое разрешение$\lambda/D$. Для 8-метрового телескопа и света на 500 нм можно разрешить$6\times10^{-8}$радианы (при условии, что размытие атмосферы можно преодолеть с помощью адаптивной оптики или чего-то подобного).

Ближайшие звезды находятся на расстоянии пары парсеков, поэтому наименьшие пространственные масштабы, которые можно разрешить, равны$\sim 2\times 3.1\times10^{16} \times 6\times10^{-8} = 3.7\times10^{9}$м, или около 500 солнечных радиусов. Следовательно, никакие поверхностные элементы или даже диск не могут быть разрешены.

Конечно, вы можете использовать интерферометрические методы, чтобы эффективно увеличить размер$D$и измерения угловых радиусов теперь возможны для многих близких звезд или звезд-гигантов на больших расстояниях.

Поверхностное изображение сложнее. Косвенные методы более распространены. К ним относятся доплеровская визуализация и картирование затмений. Первый использует тот факт, что существует связь между положением яркого/темного элемента на вращающемсязвезда и доплеровский сдвиг света от этой особенности. Наблюдая за временным рядом спектров, можно инвертировать выпуклости и выпуклости в спектральных линиях, чтобы получить «доплеровскую карту» поверхности. Этот метод обычно ограничивается звездами, которые вращаются значительно быстрее, чем Солнце. В процессе реконструкции изображения много неоднозначности — многие поверхности могут привести к одной и той же наблюдаемой сигнатуре, и для выбора между ними необходимо использовать умные статистические методы (и даже философию). Многие звезды опубликовали «доплеровские карты» своих поверхностей. Вот типичный пример такого исследования, а ниже я показываю пример «доплеровского изображения» для звезды II Peg (субгигант К-типа) из Gu et al. (2003), показывая области с темными пятнами. Типичное разрешение для такого изображения составляет около 10 градусов по звезде.

Картирование затмений, для которого я не могу легко найти хорошую ссылку, использует тот факт, что вокруг звезды/аккреционного диска вращается другая звезда или планета, которые периодически затмевают его. То, что происходит со светом от системы во время затмения и вне его, можно использовать для исследования поверхности затмеваемого объекта. Конечно, существуют ограничения пространственного разрешения, которое может быть получено в зависимости от размера затмеваемого объекта, продолжительности затмения и ширины орбиты. Но можно ввести полезные ограничения на структуру аккреционных дисков, размеры звездных пятен и т. д., хотя «карты» обычно не составляются. Недавним примером использования транзитов планет для исследования структуры звездных пятен является Roettenbacher et al. 2013 .

Другой возможностью является вращательная модуляция. Элементы на поверхности, которые вращаются вокруг себя, затмеваются звездой и вызывают модуляцию наблюдаемого света. Это можно использовать, чтобы попытаться оценить, например, размер и расположение звездных пятен. Опять же, есть много вырождений и неоднозначностей, но это стало растущей отраслью после доставки тысяч кривых блеска чрезвычайно высокого качества со спутника Кеплер.