用于宿主恒星小角间距类地行星表征的光谱四阶日冕仪

我们提出一种在中等观测带宽下利用分段望远镜在衍射极限处进行高对比度成像的新方法。该概念名为“光谱四阶日冕仪”，基于带有焦平面掩模的四阶日冕仪，该掩模沿一个方向调制艾里斑的复振幅。尽管应用复振幅掩模的日冕仪可对任意光瞳实现理论极限性能，但焦平面掩模严重限制了带宽。此处，着眼于焦平面掩模沿一个方向调制复振幅这一事实，我们注意到该掩模可针对光谱仪生成的每个光谱单元进行优化。我们将四阶日冕仪与两台光谱仪结合，以在焦平面上产生恒星光谱并在 Lyot 光阑处重建白瞳。基于对采用 Offner 型成像光谱仪的光学设计进行的波前分析，我们发现对于 LUVOIR 望远镜的入射光瞳，该概念在 650–750 nm 波长范围内、1.2–1.5 倍衍射极限处可实现的对比度为 10^{-10}。因此，该日冕仪概念不仅可带来围绕 20–30 pc 外 G 型和 K 型恒星的新宜居行星候选体，也可带来围绕极近邻 M 型恒星的此类候选体。该方法有望推动未来轴上与离轴分段大型望远镜对邻近类地行星大气的表征。