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一种用于高对比度成像系统中校正残余大气色散的高精度技术

DOI：10.1088/1538-3873/128/970/124404 期刊：Publications of the Astronomical Society of the Pacific 出版年份：2016 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 对系外行星进行直接探测和光谱分析需要高对比度成像技术。特别是对于与宿主恒星角距离较小的宜居系外行星而言，采用能有效抑制星光的窄内工作角（IWA）日冕仪至关重要。这类日冕仪的性能又直接依赖于波前的精确控制。对于地基望远镜，大气折射是另一个重要因素——它会导致点扩散函数（PSF）模糊化，而这种模糊效应已无法通过日冕仪有效消除。传统上通过大气色散补偿器（ADC）来校正大气折射，但其控制依赖仅基于望远镜指向参数的大气先验模型，可能导致补偿不完善。 以采用极窄IWA日冕仪的昴宿星团日冕仪极端自适应光学系统（SCExAO）为例，这类高对比度仪器要求科学波段内由折射引起的PSF模糊量在首次进行残余最优性能的实测与校正时必须小于1毫角秒。本文我们提出通过自适应人工散斑网格作为诊断工具，直接从科学图像测量大气色散并反馈调节望远镜ADC。当前配置下，我们将宽带光（y波段至H波段）的初始残余大气色散从18.8毫角秒降至4.2毫角秒，在纯H波段更降至1.4毫角秒。这项研究对即将投入使用的极大望远镜（ELTs）尤为重要——这些望远镜需要精细调控ADC才能充分发挥其高对比度成像潜力。
作者： P. Pathak，O. Guyon，N. Jovanovic，J. Lozi，F. Martinache，Y. Minowa，T. Kudo，H. Takami，Y. Hayano，N. Narita
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了展示一种高精度技术，用于校正高对比度成像系统中的残余大气色散，从而实现对系外行星（尤其是与宿主恒星角距离较小的宜居行星）的直接探测和光谱分析。

研究成果

该研究成功实现了首次利用自适应散斑网格对残余大气色散进行实时测量与校正，在宽带光中将残余色散从18.8毫角秒降至4.2毫角秒，在H波段降至1.4毫角秒。该技术对地基宜居系外行星的高对比度成像至关重要，对即将建成的极大望远镜（ELTs）具有重要价值。

研究不足

确定PSF核心和辐射中心时的不确定性——受残余湍流、曝光期间可能出现的模糊以及倾斜色差成分的影响——可能会限制校正的精度。该方法目前在H波段实现了1.4毫角秒的残余离散度，接近理想的1毫角秒目标。

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