系外行星空間超高對(duì)比度成像關(guān)鍵技術(shù)研究取得進(jìn)展
尋找另一個(gè)存在生命的星球是人類(lèi)有史以來(lái)一直追求的夢(mèng)想。這需要探測(cè)圍繞太陽(yáng)光譜型恒星宜居帶內(nèi)地球質(zhì)量的行星系統(tǒng),通過(guò)光譜研究該類(lèi)行星大氣成分,以確定其上是否存在生命特征信號(hào),從而最終解答“人類(lèi)在宇宙中是否孤獨(dú)?”這一基本科學(xué)問(wèn)題。其挑戰(zhàn)在于直接探測(cè)來(lái)自類(lèi)地行星的光子信號(hào),需要解決來(lái)自望遠(yuǎn)鏡衍射產(chǎn)生的光子噪聲(通過(guò)星冕儀進(jìn)行抑制,Ren, Dou & Zhu PASP 2010)以及由光學(xué)元件等不理想表面介入波像差產(chǎn)生的散斑噪聲,以最終達(dá)到10-10(百億倍)成像對(duì)比度。國(guó)際團(tuán)隊(duì)多采用可變形鏡(DM)對(duì)上述波像差進(jìn)行校正。但是,由于受到DM有效單元數(shù)限制,其高對(duì)比度成像暗區(qū)面積非常小,這將導(dǎo)致未來(lái)空間類(lèi)地行星成像探測(cè)效率較低。 近期,中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所系外行星探測(cè)和高分辨率成像研究組在空間“超高”對(duì)比度成像技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展:首次提出了一種在大面積工作區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生超高對(duì)比度成像技術(shù)方案。采用星冕儀結(jié)合液晶空間光調(diào)制器(SLM)波像差校正,可以獲得與采用DM相當(dāng)?shù)某上駥?duì)比度(10-10),而成像區(qū)域超過(guò)國(guó)際其他團(tuán)隊(duì),這將有望極大地提高系外行星空間成像探測(cè)效率。該結(jié)果于11月18日發(fā)表在國(guó)際天文期刊《天體物理學(xué)報(bào)》(Dou & Ren ApJ 2016, 832, 84)。圖1給出了大面積超高對(duì)比度暗區(qū)成像系統(tǒng)理論模擬結(jié)果;谏鲜黾夹g(shù),團(tuán)隊(duì)在2015年首次在大面積區(qū)域內(nèi)獲得高達(dá)10億倍的成像對(duì)比度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2(Liu, Ren & Dou et al. RAA 2015)。 該研究先后受到國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目(資助號(hào):11433007)和中科院“空間科學(xué)預(yù)先研究(第二批,第三批課題,資助號(hào)分別為XDA04070600,XDA04075200)”等項(xiàng)目的資助(負(fù)責(zé)人:竇江培)。目前,第三批課題“系外行星天文成像初步方案及關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)研究”于10月27日順利通過(guò)了專(zhuān)家組技術(shù)評(píng)審。課題提出了具有創(chuàng)新性的空間系外行星成像探測(cè)方案,在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)方面取得突破性進(jìn)展,滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)要求。 |