系外类地行星空间天文成像关键技术研究

Exoplanet search is one of the hottest topics in modern astronomy. The direct imaging observation and spectroscopy analysis of an Earth-like exoplanets that is located in the habitable zone of a solar type star will finally allow us to answer “Are we alone in the universe?”, which is one the fundamental scientific questions. In this proposal, we will mainly research on the critical technical problems that limit the direct imaging of another Earth, which will be based on the previous developed apodized pupil and wave-front correction technique. The specific advantage of the system is that a high contrast can be achieved in a large region from 3-4 λ/D to half of the point spread function (PSF) image. Recently, we have demonstrated a contrast of 10 to -9 in one quarter to half of the PSF image by introducing a special light modulator to control the wave front. The whole system should finally reach a contrast of 10 to -10 by making further technological breakthrough with a deformable mirror, which will laid a solid foundation in both technology and reservation of talents for launching a future space satellite for imaging another Earth. The project will push us in a leading position in the international competition for the Earth-like exoplanet space imaging technique. If successful, we may launch the first settralite in the world to search exo-life signals .

太阳系外行星探测是国际天文学研究热点。而对类太阳恒星宜居带内的类地行星进行成像观测和大气谱征分析，将有望最终解答“人类在宇宙中是否孤独？” 这一基本科学问题。本项目将结合前期研发的光瞳调制和波前校正技术，针对制约类地行星成像的关键技术问题展开研究。该系统的独特优势在于其高对比度成像区域更大，有望自2-4λ/D开始延伸至系统点扩散函数的半个区域。近期，基于液晶光调制器进行波前控制，实验成像对比度在系统点扩散函数的1/4-1/2大区域内达到10的-9次方。本项目将通过引入可变形镜对上述关键技术进行攻关，将成像对比度最终提高到10的-10次方，为将来发射空间天文卫星开展类地行星成像做好技术准备和人才储备。该项目的研究将能够使我国在空间类地行星天文成像技术领域处于国际领先，并有望抢先发射空间天文卫星开展太阳系外生命信号的搜寻和确认工作。

系外行星探测是当今天文学研究热点课题。而对类太阳恒星宜居带内的类地行星开展直接成像和光谱研究，对搜寻系外生命特征信号至关重要。. 该项目针对制约类地行星直接成像的超高对比度成像关键技术开展了系统研究，基于前期研发的光瞳调制和波前校正技术，目标是在更大区域内获得超高对比度成像。. 该项目系统解决了类地行星超高对比度成像探测区域受限的技术难题，开展了基于光瞳调制和波前校正技术的星冕仪理论和实验研究，首次在大工作区域（21λ/D）内实验验证了10的-9次方的成像对比度；完成了偏振成像与星冕仪集成测试系统的研发，实验成像对比度提高至2.9×10的-10次方；基于偏振差分相减成像与光学漩涡调制技术研发的全区域超高对比度星冕仪，首次在2λ/D至全域内获得高达10的-11次方的成像对比度。项目完成了用于系外行星高对比度图像处理的O-IRS优化算法研究，开发了一套系外行星天文高对比度图像处理软件，为未来空间类地行星观测数据的处理奠定了基础。项目针对未来空间成熟系外行星的科学目标进行了详细论证，完成了系外行星空间科学目标的初步论证方案。开展了基于真空空间环境的超高精度星冕仪实验，实现了10的-10的成像对比度，争取到中国空间站系外行星成像星冕仪项目。. 项目执行期间，在ApJ，RAA等刊物发表论文14篇。培养研究生12名，出站博士后2人。开展了广泛的国际合作。. 该项目的研究突破了空间类地行星超高对比度成像的极限，为我国基于空间超高对比度成像设备开展系外行星成像研究奠定重要技术基础，依托空间站系外行星成像星冕仪项目，能够首次在空间开展围绕类太阳恒星成熟系外行星的成像探测和研究。