太陽系外地球型惑星の直接検出のための超高コントラスト装置の開発

开发直接探测太阳系外类地行星的超高对比度设备

基本信息

批准号：
19015009
负责人：
村上尚史
金额：
$ 5.76万
依托单位：
National Astronomical Observatory of Japan
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19015009/
关键词：
光学赤外線天文学惑星探査応用光学・量子光工学

项目摘要

我々は,太陽系外惑星を直接撮像するため,非対称ナル干渉計(Unbalanced Nulling Interferometer,UNI)および補償光学系(Phase-AmplitudeCorrection,PAC)を用いた超高コントラスト装置(通称,UNI-PAC法)を提案し,検証実験を行った。系外惑星の直接撮像を行うためには,明るい恒星からのスペックルノイズを10^<-10>レベルにまで減らすため,λ/10000rmsもの超高面精度の光学素子や光波面補正が必要とされる。提案する手法は,UNIによる光波面誤差の拡大とPACによる波面補正を行い,更に後置コロナグラフを用いることにより,上記のような高面精度のオプティクスを必要としないという,画期的な手法である。平成19年度は,UNI部の安定・高性能化を目指した光学系の改修,およびPAC部の構築を行った。具体的には,ナル干渉計の振動抑制のための光学素子マウント製作,傾斜補正鏡の導入,可変形鏡および波面センサ部のマウント製作を行った。その結果,ナル干渉計単体で恒星モデル像のスペックルノイズを,5λ/D以遠で10^<-7>オーダーにまで抑制させることに成功した。また、UNIによる波面誤差拡大の観測に成功し,拡大率がほぼ理論的予測と一致することを確認した。また,後置コロナグラフとして3Dサニャックナル干渉計を導入し,提案する装置全体の検証実験を行った。その結果,3Dサニャックナル干渉計単体と比較して高いコントラストを達成することができた。更に,後置コロナグラフとして,像面位相マスクコロナグラフの使用も検討した。特に,従来提案されている4分割位相マスクを多分割化(8分割)にすることにより,更に効率的に恒星光除去が行えることを,数値シミュレーションおよび検証実験により明らかにした。

我们提出了使用不平衡的空干涉仪（UNI）和适应性光学器件（相位振幅校正，PAC，PAC）直接对外球体进行成像，并进行了验证实验。为了直接成像系外行星，需要具有λ/10,000 rms和光波前校正的超高表面精度的光学元件才能将斑点噪声从明亮的恒星降低到10^<-10>水平。提出的方法是一种开创性的技术，其中PAC通过UNI和波前校正扩大光波前误差，并且通过使用后循环，它不需要上述高表面精度光学器件。 2007年，对光学系统进行了翻新，并构建了PAC部分，旨在稳定和改善UNI部分的性能。具体而言，制造光学元件安装座以抑制零干涉仪的振动，结合了倾斜校正镜，并制造了可变形的镜子和波前传感器截面的安装。结果，单独使用NAR干涉仪在5λ/d的距离下，单独抑制了恒星模型图像的斑点噪声。此外，我们成功地观察了使用UNI的波前误差扩展，并确认放大率几乎与理论预测一致。此外，引入了3D Sagnacnall干涉仪作为验证后，并在整个提出的设备上进行了验证实验。结果，与仅3D Sagnacnall干涉仪相比，实现了更高的对比度。此外，还考虑了将图像平面掩膜冠状动物用作验证后的。特别是，数值模拟和验证实验表明，通过对已提出的二次相掩码（8个部门）进行多分明，可以更有效地进行星光去除。