Первые экзопланеты (дополнительные солнечные планеты), которые являются планетами за пределами нашей солнечной системы, были открыты в конце 20 века, и теперь мы обнаружили более двух тысяч из них. Увидеть слабый свет самих планет без специальных инструментов практически невозможно — он насыщен, «затемнен» излучением родительской звезды.
Поэтому экзопланеты открываются косвенными методами: путем регистрации слабых периодических флуктуаций светимости звезды, когда планета проходит перед своим диском (метод транзита), или по спектральным поступательным колебаниям самой звезды от воздействия света. гравитация планеты (метод лучевых скоростей). Впервые в конце 2000-х астрономам удалось напрямую получить изображения экзопланет. Пока у нас около 65 таких изображений.
Чтобы получить их, ученые используют звездные коронографы, впервые созданные в 1930-х годах для наблюдений за солнечной короной вне затмений, известной как солнечные коронографы. У этих устройств есть фокальная маска — «искусственная луна» внутри них, которая блокирует некоторую часть поля зрения — в конечном итоге она закрывает солнечный диск, позволяя видеть тусклую солнечную корону.
Чтобы повторить эту технику для звезд, нам потребуется гораздо более высокий уровень точности и гораздо более высокое разрешение телескопа, который вмещает коронограф. Видимый размер орбиты ближайших к нам планет земного типа составляет около 0,1 угловой секунды. Это близко к пределу разрешения современных космических телескопов (например, разрешение космического телескопа Хаббл составляет около 0,05 секунды).
Чтобы устранить эффекты атмосферных искажений в наземных телескопах, ученые используют адаптивную оптику — зеркала, которые могут изменять форму, приспосабливаясь к состоянию атмосферы. В некоторых случаях форма зеркала может сохраняться с точностью до 1 нанометра, но такие системы не успевают за динамикой атмосферных изменений и чрезвычайно дороги.Команда под руководством Александра Таврова, доцента МФТИ, заведующего лабораторией планетной астрономии Института космических исследований РАН, нашла способ получить максимальное разрешение, используя относительно простые и недорогие системы адаптивная оптика.Они использовали идею EUI (Extremely Unbalanced Interferometer), предложенную одним из авторов статьи — Джуно Нисикава, японским ученым, работающим в Национальной астрономической обсерватории Японии.
Обычная интерферометрия подразумевает использование волн примерно одинаковой интенсивности для объединения их в единый волновой фронт с целью получения четкого и резкого изображения. Свет EUI делится на два луча (слабый и сильный), амплитуды которых имеют приблизительное предустановленное соотношение 1:10. Слабый луч проходит через систему адаптивной оптики, после чего два луча снова сводятся вместе и мешают друг другу.
В результате слабый луч, так сказать, «сглаживает» свет сильного, что может значительно уменьшить как искажение волнового фронта, так и вклад звездных спекл-структур (случайная интерференционная картина).«Благодаря использованию относительно простой оптической установки мы можем получить контраст изображения с качеством, необходимым для прямого наблюдения планет земного типа с помощью коронографов.
Конечно, по сравнению с зарубежными разработками, наша система требует большего сложная техника управления, но при этом она гораздо меньше зависит от температурной стабильности, что значительно упрощает ее работу в космосе », — говорит руководитель группы Александр Тавров.С помощью компьютерного моделирования они определили примерные характеристики разработанной ими системы.
По расчетам, полученная схема обеспечивает контраст изображения порядка 10-9. Кроме того, было продемонстрировано, что EUI демонстрирует ахроматизм, то есть уменьшение аберраций с увеличением длины волны.
В будущем ученые планируют создать лабораторный прототип и провести на нем ряд экспериментов. Как отмечает Александр Тавров: «Мы хотим увидеть далекие миры в телескоп, но это подразумевает, что далекие миры могут видеть и нас. Передовой технологии — всего на 50–100 лет — может быть достаточно, чтобы сделать это». это во много раз точнее, чем мы можем делать сейчас ».