教育新闻网自从天文学家发现第一颗系外行星以来，多年来一直观测到4000多个系外行星。通常，它们的存在是由于它们对母恒星的轻微影响而失去的，这大大地使它们耀眼。十年半以来，科学家一直试图直接对系外行星进行成像，但是当试图利用大型地面望远镜时，地球的大气层成为主要障碍。
现在，包括圣塔芭芭拉分校的研究人员在内的美国和日本科学家与工程师组成的团队开发了一种新型的系外行星搜寻相机。该设备部署在夏威夷州毛纳基亚(Maunakea)的斯巴鲁望远镜(Subaru Telescope)上，按像素数计算是世界上最大的超导相机，并将在不久的将来为太阳系外行星的直接成像铺平道路。太平洋天文学会出版物上出现的仪器论文向天文学界宣布了该新装置。
MKID系外行星相机(MEC)由研究人员在本·马津(Ben Mazin)教授的实验室中构造而成，它使用微波动力学电感检测器(MKID)使科学家能够直接成像系恒星和明亮恒星周围的圆盘。该探测器的运行速度为90密耳，几乎是零，这是第一台永久性部署的超导相机，它在光谱和近红外光谱范围内工作。
Mazin实验室的博士生Sarah Steiger说：“在系外行星直接成像中，您正在尝试成像比其母恒星微弱几百万倍的行星。” “这相当于试图从飞机上看到一个萤火虫在一个灯火通明的足球场旁。
她继续说：“此外，如果您是从地面进行的，则必须从地球的湍流中观察。” 这种湍流是导致恒星在夜空中闪烁的原因，并且是天文学家常年头痛的事情，它们扭曲了图像并使星光投射在昏暗的系外行星上。
博士生Neelay Fruitwala说：“要防止恒星发出的杂散光完全压倒地球，这是一场持续的战斗。”
现代天文台使用自适应光学器件来校正这些畸变。这些系统依靠快速反馈回路和复杂的算法，以每秒抵消反射镜数千次的方式抵消大气的影响，使科学家能够像望远镜在太空中一样恢复图像。
马赞说：“这些非常复杂的自适应光学系统使我们能够发现像HR 8799那样的行星，这是一个在木星质量轨道上方四颗行星的系统。” 但是它们也可以散射光，这会掩盖微弱的系外行星。“我们发现仅靠使用自适应光学系统只会发现我们很少的行星，即那些仍在以其形成的热量发光的行星，这在我们恒星附近并不常见。”
在夏威夷毛纳基亚山顶的斯巴鲁望远镜。图片来源：日本国家天文台(NAOJ)
MKID的另一个优势在于它们能够确定撞击探测器的每个光子的能量。施泰格说：“这不仅使我们能够确定行星的亮度，而且还可以获得光谱(亮度是能量的函数)，该光谱可以揭示有关系外行星特性的其他信息，例如行星的年龄，质量和潜在的大气成分。”
更先进的探测器使用日冕仪，该仪可以遮挡来自主恒星的某些光，因此科学家可以更好地识别从行星自身反射的光。这对于对附近的系统进行成像非常重要，其中大多数并不是特别年轻。但是，要从这种设置中获得最佳性能，就需要非常好的自适应光学器件。
马赞说：“这些工具现在正在碰壁。” “它们可以将恒星的光线阻挡大约一百万倍，但是问题是，大多数行星比其母恒星更暗淡十亿倍。”
与传统相机相比，MKID的优势之一是它们非常快。Steiger解释说，这些检测器每秒可以读出数千次数据，这是跟上自适应光学系统的速度。通过与天文台的自适应光学系统通信以消除一些散射和衍射的星光，MKID可以进一步清理图像。这就限制了系外行星成像的微弱极限。
MKID系外行星相机应将天文学家可以直接成像到地球附近的系外行星范围扩大。这是最重要的，因为我们可以更详细地描述它们的特征，负责斯巴鲁日冕极致自适应光学(SCExAO)仪器的项目科学家Olivier Guyon说。
最终目标是寻找生命的证据，而MEC是这一旅程中的重要一步。Guyon说：“我们将无法使用Subaru或任何现有的望远镜来做到这一点，因为它们太小了。” “但是，我们正在为下一步工作做准备，那就是将系外行星成像相机部署在大型望远镜上，例如三十米望远镜。当这些望远镜投入使用时，相同的技术，相同的相机，相同的技巧将使我们能够真正寻找生命。”
也就是说，还有很多工作要做，主要是关于MEC的软件和算法。该团队获得了海辛-西蒙斯基金会(Heising-Simons Foundation)的一笔巨款，以解决这一问题并在未来几年内进一步开发快速光学校正。马赞说：“我们为此付出了所有的把戏，我们也在开发新的把戏。”
作者们承认毛纳基亚(Maunakea)峰会在夏威夷社区内所发挥的重要文化作用和崇敬精神，并说他们很幸运有机会在这座山上进行观测。
