Método IDA para la observación directa de exoplanetas - cómo funciona

9db569ebfd.jpg



[Desde el intérprete] Probablemente mucho cuando se trata de encontrar exoplanetas imaginan a una persona mirando por el ocular de un telescopio enorme. Por desgracia, no funciona. Incluso para el mejor de los telescopios modernos observar exoplanetas - una tarea difícil, ya que los propios planetas son de pequeño tamaño, y su radiación es extremadamente difícil de distinguir de la radiación estelar. Para ello, utilice un número de métodos interesantes, uno de los cuales - ADI (angular diferencial Imaging) - y se discutirá en este artículo I>
.

Introducción
Uno de los retos más difíciles que enfrenta la astronomía moderna - Dispara planetas fuera del sistema solar y que orbitan alrededor de otras estrellas. Por la complejidad de esta tarea se puede comparar a la búsqueda de una luciérnaga que vuela alrededor de un foco de 300 vatios en unos pocos kilómetros de distancia del observador - con el fin de distinguir las fuentes de radiación están cerca unos de otros, tendrá no sólo un espejo de gran diámetro, sino también las ópticas más avanzadas que puede compensar las distorsiones causadas por la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, incluso si usted tendrá acceso a los telescopios ópticos más avanzados, la imagen que se obtendrá será algo como esto:

11136f4fb1.png

Aquí está la imagen cruda de la estrella GJ 758. Se hace en una longitud de onda de 1, 6mkm, por lo que los colores son falsas - el cambio de color de negro a rojo sólo muestra el cambio en el brillo. Puntos negros en el centro - este campo es tan brillante que medir con precisión su valor con la configuración actual de los equipos averiados. Por último, los rayos blancos - una distorsión de difracción introducido en el presente caso debido a los telescopios llamadas estrías -. Elementos estructurales que sostienen el espejo secundario del telescopio

Alrededor de GJ 758 girar los dos candidatos al título de exoplanetas, pero para distinguirlos en esta imagen, no es posible, ya que una enorme aureola completamente "tapar" su luz. Para la detección de estos objetos debe ser lo más bien posible imagen "limpia" de la luz de la estrella como - pero cómo distinguir luz de la estrella de la luz del planeta y de la distorsión de difracción? Para hacer esto, primero tenemos que entender por qué las distorsiones aparecen en absoluto.

Distorsiones
La fuente más obvia de la distorsión, formando un halo alrededor de la estrella, que es la atmósfera de la Tierra. La luz que pasa a través del mismo se distorsiona estrella antes de que lleguen al espejo del telescopio. Por otra parte, ya que el ambiente está siempre en movimiento, estas distorsiones no son constantes, sino variables, y cambian muy rápidamente - cada pocas decenas de milisegundos. Es esta atmósfera dispersa la luz estelar y se verá como un suave halo alrededor de la estrella. La óptica moderna en cierta medida a reducir la cantidad de distorsión, pero no los elimina completamente en orden.

Otra b en i> distorsiones de origen lshim fallas en los espejos del telescopio, así como estiramiento, en el que se monta el espejo secundario. Estas distorsiones tendrán una mucho más permanente - que variarán, por ejemplo, debido a las fluctuaciones en la temperatura, o debido al movimiento de algunas partes del telescopio con respecto al otro. Debido a esta constancia de tales distorsiones se denomina pseudo-estática. Se distorsiones pseudoestática son responsables de la aparición de manchas oscuras en el halo, que, aunque similar al planeta, pero en realidad no lo son.

2258093775.png

Esquema de la disposición mutua de los espejos primario y secundario de un gran telescopio.

Rotación
campo Después de haber tratado con distorsiones, proceder a las observaciones particulares, lo que hizo posible el uso del método de ADI.

Echemos un vistazo al cielo nocturno. En lugar de espacio ilimitado, el observador en la Tierra bien podría imaginar una enorme esfera que rodea nuestro planeta, y que proyecta estrellas. Desde el punto de vista del observador, la esfera celeste girará lentamente, haciendo una revolución completa en 24 horas. Esto es causado por la rotación de la Tierra alrededor de su eje, y hace que el proceso de observación, como la estrella gira junto con la esfera celeste, se esfuerza por "escapar" de un campo de visión del telescopio. Para compensar esto, los telescopios montados sobre unas plataformas giratorias especiales que permiten configurar el modo en el ángulo de inclinación (medido desde el horizonte), y gire el telescopio para el azimut deseado. Después de la orientación del telescopio comienza a girar de forma continua a baja velocidad para una imagen visible parecía inmóvil. Vale la pena señalar también que durante la rotación de la esfera celeste posición relativa de las estrellas respecto a la otra y la esfera en sí permanece sin cambios. Todo este proceso se muestra en la siguiente imagen:

c23f2adbc4.png

Aquí, los cuadrados negros con las estrellas es el campo de visión del telescopio - la parte del cielo, que observamos. Como se puede ver, el campo está constantemente girando, pero la posición relativa de las estrellas respecto a la otra y en relación con el polo de la esfera celeste se mantiene sin cambios. Si queremos obtener constantemente una imagen fija, tenemos que girar el telescopio en un ángulo, como se muestra por las flechas rojas. El ángulo entre el objetivo, el cenit, y el polo de la esfera celeste se llama el ángulo de paralaje. Durante la noche, que está en constante cambio, pero el ritmo de este cambio no es constante - que será el más grande que nuestro objetivo será en el cenit
.
Tecnología IDA
Usando el hecho de que el campo del telescopio gira con relación al mismo para ADI método de observación para distinguir causa distorsión de la aureola de las fuentes reales de luz.

Como ya hemos explicado, en el campo de la observación habitual de vista, debido a la rotación del telescopio, mantener un ángulo constante para el observador. Esto le permite tomar algunas fotos durante todo el período de observación y aplicarlos a la otra. Pero cuando se utiliza la IDA, el telescopio no está girando. En este caso, las verdaderas fuentes de luz continúan girando junto con la esfera celeste, pero fuentes pseudostatical distorsiones (por ejemplo, serpentinas) dejan de moverse.

La siguiente figura muestra cómo procesar una serie de imágenes obtenidas por ADI-método (indicada como A i sub>). En primer lugar, se debe calcular el promedio por píxel entre todas las imágenes recibidas (B). En promedio, esto será claramente visibles las estructuras que no cambian durante el período de observación (la misma distorsión pseudoestática, así como la estrella de sí mismo), pero el planeta está prácticamente manifestado. Entonces, el promedio obtenido se resta de cada uno de la imagen original (C i sup> = A i sup> - B), por el que sólo habrá pequeño planeta y ruidos aleatorios. A partir de entonces, cada una de las imágenes se girarán para que coincida con las coordenadas reales de la esfera celeste (es decir, que resultarían con dispositivo de restablecimiento). Finalmente, girar la imagen de la D volverá a calcular el promedio E. Todo suavizar el ruido aleatorio, pero todas las imágenes del planeta se solapan, hacerlas más precisas.

16c4dfc3e8.png

La siguiente imagen se puede ver el resultado de la aplicación de este método a la estrella con la primera imagen de este artículo. A pesar del hecho de que eliminar completamente el halo no podía (no era completamente estática), ADI nos ha permitido distinguir dos objetos lo suficientemente cerca de la estrella:

56b8fa328f.png

A B en esta imagen ha sido identificado como un planeta, y el estado del objeto de C no está definido todavía. Rayas blancas en la parte superior se muestran para la comparación del tamaño de las órbitas de los objetos con tamaños de las órbitas de algunos planetas del sistema solar.

Vale la pena señalar que las observaciones para ADI deben realizarse cuando el objetivo está en el cenit, es decir, cuando la rotación del campo es con la mayor velocidad.

LOCI
Por lo tanto, hemos considerado la forma más fácil de obtener y procesar las imágenes - ADI. Un método más sofisticado llamado LOCI (Combinación localmente optimizada de Imágenes - optimizados localmente combinación de imágenes) utiliza un algoritmo bastante complejo que en lugar de simplemente restando el promedio para definir mejor el fondo de cada una de las imágenes de la serie. Para esta imagen se divide en segmentos de anillo, a continuación, cada segmento optimizado independiente. Esto le permite eliminar mejor el ruido en las imágenes tomadas con un corto período de tiempo, y aumenta el contraste de la imagen resultante. En particular, la imagen de arriba se obtuvo exactamente utilizando loci.


KDPV - Telescopio por Ryan Wick, CC-BY

Fuente: habrahabr.ru/post/205480/

Tags

Vea también

Nueva y Notable