Первые экзопланеты (дополнительные солнечные планеты), которые являются планетами вне нашей солнечной системы, были обнаружены в конце 20-го века, и теперь мы обнаружили больше чем двух тысяч из них. Почти невозможно видеть слабый свет самих планет без специальных инструментов – это насыщается «омраченное» радиацией родительской звезды. Поэтому экзопланеты обнаружены косвенными методами: регистрацией слабых периодических колебаний яркости звезды, когда планета проходит перед ее диском (метод транзита), или спектральными переводными колебаниями самой звезды от воздействия силы тяжести планеты (метод радиальной скорости). Впервые, в конце 2000-х, астрономы смогли непосредственно получить изображения экзопланет.
До сих пор у нас есть приблизительно 65 из таких изображений. Чтобы получить их, ученые используют звездный coronagraphs, сначала созданный в 1930-х для наблюдений за солнечной короной вне затмений, известных как солнечный coronagraphs. У этих устройств есть центральная маска – «искусственная луна» в них, который блокирует некоторую часть поля зрения – в конечном счете, это покрывает солнечный диск, позволяя Вам видеть тусклую солнечную корону.
Чтобы повторить эту технику для звезд, нам нужны намного более высокий уровень точности и намного более высокое разрешение телескопа, который приспосабливает coronagraph. Очевидный размер орбиты планет Земного типа, самых близких нам, составляет приблизительно 0,1 арксекунды. Это близко к пределу резолюции современных космических телескопов (например, разрешение космического телескопа, Хаббл составляет приблизительно 0,05 секунды). Чтобы удалить эффекты атмосферных искажений в наземных телескопах, ученые используют адаптивную оптику – зеркала, которые могут изменить форму, приспосабливаясь к государству атмосферы.
В некоторых случаях форма зеркала может сохраняться с точностью до 1 миллимикрона, но такие системы не идут в ногу с динамикой атмосферных изменений и чрезвычайно дорогие.Команда во главе с Александром Тавровым, адъюнкт-профессором в MIPT и Главой Планетарной Лаборатории Астрономии в Институте Космического исследования Российской академии наук, нашла способ получить самое высокое разрешение, используя относительно простые и недорогие системы адаптивной оптики.
Они использовали идею EUI (Чрезвычайно Неуравновешенный Интерферометр) предложенный одним из авторов статьи – Юнона Нишикоа, японский ученый, работающий в Национальной Астрономической Обсерватории Японии. Обычная интерферометрия подразумевает использование волн с приблизительно равной интенсивностью для объединения их в единственный фронт импульса с целью производства ясного и яркого образа. Свет EUI разделен на два луча (слабый и сильный), у чьих амплитуд есть приблизительное заданное отношение 1:10.
Слабый луч проходит через адаптивную систему оптики, после которой два луча объединены снова и вмешиваются друг в друга. В результате слабый луч, так сказать, «приглаживает» свет сильного луча, который может значительно уменьшить и искажение фронта импульса и вклад звездных образцов веснушки (случайный образец вмешательства).«С помощью относительно простой оптической установки мы можем получить контраст изображения в качестве, необходимом для непосредственного наблюдения планет Земного типа посредством coronagraphs. Конечно, по сравнению с иностранными событиями, наша система требует более сложного метода контроля, но в то же время это намного менее зависит от температурной стабильности, которая значительно упрощает ее действие в космосе», заявляет руководитель группы Александр Тавров.
С помощью компьютерного моделирования они определили приблизительные особенности системы, разработанной ими. Согласно вычислениям, получающаяся схема обеспечивает контраст изображения приблизительно 10-9.
Кроме того, было продемонстрировано, что EUI показывает ахроматизм, т.е. сокращение отклонений с увеличивающейся длиной волны.В будущем ученые планируют создать лабораторный прототип и выполнить много экспериментов на нем. Как Александр Тавров отмечает, «Мы хотим видеть отдаленные миры через телескоп, но он подразумевает, что отдаленные миры могли бы видеть нас также.
Передовой технологии – на только некоторые из 50 – 100 лет – могло быть достаточно, чтобы сделать это много раз более точно, чем мы в состоянии сделать это теперь».