日冕圖

6.2.1日冕儀設計

6.2.2自動採集程式和指向精度

6.2.3.平地和平地

6.2.4日冕儀效能

6.2.5冠狀圖PSF的準減

6.2.6非現場PSF

6.2.7半隱點運動

自2007年1月以來，HRC一直無法工作。提供關於HRC的資訊是為了存檔。

ACS高解析度頻道有一個使用者可選擇的冠狀圖模式，用於在明亮點源(例如恆星、類星體)附近成像微弱物體(例如，環繞恆星盤、次恆星伴侶、類星體主星系)。日冕儀在散射光的水平以下抑制了隱身光源的衍射尖峰和衍射環，其中大部分是由散射光的表面誤差引起的。HST光學。日冕儀是在ACS結構開始後新增的，此時不可能將其插入經像差校正的光束中。相反，該系統被部署到像差光束中，該光束隨後被ACS光學校正。雖然它不像校正的光束日冕儀那樣有效(特別是對於接近隱身源的成像)，但HRC日冕儀顯著地提高了高對比度的成像能力。HST.

6.2.1日冕儀設計

圖中顯示了ACS日冕儀的原理圖。圖6.2.望遠鏡中的像差光束第一次遇到兩個暗點之一。光束繼續到m1鏡，它形成了HSTM2鏡上的入口瞳孔，這反過來校正了球面像差。HST主鏡。日冕儀的Lyot停站位於M2前面。摺疊鏡將光束指向HRC的CCD探測器。視場為29×26。弧秒2平均刻度為0.026弧秒/畫素。幾何失真導致有效的非方形畫素。該日冕儀可用於整個HRC波長範圍內的任何濾波器，其波長範圍為λ=2000-10,000。

在會聚像差光束的最小混淆圓處放置隱蔽點。在這個位置上，離焦和球差的平衡允許最大的隱身通量和極小的光斑半徑。然而，像差PSF在隱身平面上的角度範圍需要比在非畸變光束中使用的更大的斑點。圖6.3).

圖6.2：ACS HRC日冕儀的原理圖。



左上角的嵌體顯示了可以翻轉HRC光程的日冕測量機構的原理圖。

圖6.3：模擬點擴散函式在隱點平面上。

對於F435W和F814W濾光片，用對數強度標度表示。岩心的橢圓型、十字形圖案是由離軸ACS孔徑的像散引起的.像散隨後由ACS光學校正。兩個暗點(D=1.8弧秒和3.0弧秒)的大小由白圈表示。

在玻璃襯底上沉積的金屬塗層為銳刃(未陽極化)金屬塗層，使其透過率降低了4.5%。較小的光斑位於場的中心，直徑為1.8弧秒。它的孔徑名稱是CORON-1.8。較大的光斑直徑為3.0弧秒，位於場的邊緣附近。圖6.4)。它的孔徑名稱是CORON-3.0。這個小斑點被用來進行最具冠狀圖的觀測，因為它能使成像更接近隱身源。大光斑用於對光斑周圍飽和度較小的明亮目標進行非常深的成像。它靠近磁場邊緣的位置也允許從隱身源拍攝多達20弧秒的微弱物體。

Lyot止損點是一種薄薄的金屬掩模，覆蓋了衍射的邊緣。HST再入瞳孔處(即外孔、副鏡擋板、副鏡支撐葉片和主鏡支撐墊)。選擇Lyot停止點和隱形點的大小來減小散射光水平以下的衍射光，這一點不受日冕儀的影響。小孔徑和較大中心遮擋的Lyot停止降低了48%的吞吐量，並擴大了場PSF。點和Lyot停止是位於一個面板連線到ACS校準門機構，並可翻轉出梁時，不使用。校準門的內表面可由燈照明，以提供直接成像的平場校準影象，但不提供冠狀圖成像。

除了這兩個隱身點外，一個隱形針的長度為0.8弧秒×5千兆秒(指定)OCCULT-0.8)被永久定位在CCD杜瓦的視窗。該手指的目的是為了使不飽和成像更接近恆星，而不受Lyot停止衍射光的抑制。它最初與大光斑的中心對齊，但在發射過程中的移動點最終將手指放在大光斑的邊緣附近。由於手指距離焦平面有一段距離，因此其邊緣周圍的電場有明顯的暈動。這種暈動和隱匿的PSF對其相對於手指位置的敏感性顯著降低了這種觀察模式的有效性。

圖6.4：獵戶座星雲區域用日冕儀和濾光片F606W成像。

隱形眼鏡的輪廓可以在背景星雲中看到。1.8弧秒點位於中心，3.0弧第二點朝向頂部。手指沿大點的邊緣對齊。這幅影象沒有經過幾何畸變的校正，所以斑點呈橢圓形。

6.2.2自動採集程式和指向精度

為了確保適當地抑制衍射光，必須將一個明亮的光源精確地放置在隱身光斑後面。絕對指向精度HST約為1弧秒，這是太粗糙，以確保準確的定位後現場。因此，採用星載採集程式提供更好的對準.隨著日冕儀的部署，採集影象使用200。X200畫素2 (5 × 5 弧秒2)在小隱秘點附近的一個區域的子陣。觀察者指定了一個濾光片和曝光時間，該濾鏡和曝光時間提供了明亮源的不飽和影象。窄帶和交叉濾波器(如F220W+F606W、F220W+F550M和F220W+F502N)最常用於獲得含有足夠訊號以進行良好質心測量的影象。然而，交叉濾光片的光度效能沒有得到很好的校準，因此從合成光度法或等只有兩倍的精確度。

從兩幅相同的採集影象中，機載計算機選擇了每個畫素的最小值作為拒絕宇宙射線的粗略方法。然後用3×3畫素對結果進行平滑處理。2識別了子陣列中的最大畫素和箱體。然後在5×5畫素內計算未平滑影象的質心。2 以這個畫素為中心的框。基於這個位置，望遠鏡被旋轉，將源置於隱秘點的後面。聯合採集和旋轉誤差約為±0.25畫素(±6毫微秒)。雖然這些誤差很小，但需要使用亞畫素配準技術從另一個日冕圖中減去一個日冕圖PSF(第6.2.5節)。相對於檢測器的點的位置也隨著時間的變化而變化。這一運動進一步改變了PSF並造成減法殘差。

6.2.3.平地和平地

ACS冠狀平場與標準平場不同，是由於會聚點的模糊和Lyot停止的暈動所致。像差PSF的大角度尺寸導致光斑邊緣的一個弧秒以外的暈網(圖6.4)，但這可以透過將影象除以SPOT模式(圖6.5).為了便於這一修正，匯出了單獨的平場，其中只包含了點模式(點平)和剩餘的靜態特徵(P-平)。有關詳細討論，請參見ACS ISR 2004-16.

ACS資料管道使用從地面資料或在軌資料中提取的冠狀圖P-平，將由濾波器F330W、F435W、F475W、F606W和F814W獲得的冠狀圖劃分。用其他濾波器獲得的冠狀圖採用非冠狀平片進行標定，這可能會造成塵埃衍射圖的小誤差。然後，管道使用時間相關的點位置表來確定點平面的適當配準，將影象按點平面劃分。上述過濾器的現貨單位可從HST校準參考資料系統網頁.對於其他濾波器，應使用波長最近的可用光斑。光斑平面必須按冠狀點狀表中所列的數量移動，R3301467j_csp.Fits.

因為只有上面列出的幾個過濾器才有冠狀平片和點狀平片，所以鼓勵觀察者使用這些過濾器。將來不太可能有其他過濾器的冠狀平場。

圖6.5：獵戶座星雲D附近區域=1.8弧秒點。



(左)由於暈暈，斑點邊緣顯得模糊。這幅影象還沒有經過幾何校正。(右)影象經過平場除法校正後的相同區域。這個地方的內部已經被矇住了。

6.2.4日冕儀效能

在第11週期的早期，對V=0星大角星拍攝了HRC日冕儀效能驗證影象。圖6.6和圖6.7)。這顆恆星的角直徑為25毫秒，因此被日冕儀解決了。遮擋星的影象是非典型的冠狀圖，因為聚光點被放置在像差的光束中。成像光斑的內部充滿了一幅縮小的、有些扭曲的恆星影象，這是由於映象M2校正了恆星中未聚焦的像差而引起的。小光斑的影象充滿了光，而大光斑的影象相對較暗。圓環狀的寬結構環繞在斑點周圍，使其表面半徑延長約0.5弧秒.這些環是由暗斑本身對像差PSF的衍射所致。因此，明亮恆星的日冕圖可以在短時間內飽和在斑點的內部和邊緣。小光斑內最亮的畫素在不到1秒的時間內飽和，V=0.0星，而大光斑邊緣的畫素在14秒內飽和。

測量的徑向表面亮度分佈(圖6.8)顯示日冕儀對齊良好，執行正常。光線被HST模糊被抑制在散射光的水平以下-沒有明顯的衍射尖峰，環，或鬼以外的直接接近的斑點。在較長的波長(λ>600)下，衍射峰與殘餘散射光一樣亮，因為衍射圖較大，沒有被日冕儀很好地抑制。在具有大光斑的影象中，由於Lyot停止不是精確地位於瞳孔平面上，而是略在瞳孔平面前方，因此在具有大光斑的影象中，光束比小光斑更突出，因此，光束可以根據物體的場角“繞著停點”走。由於大光斑在場的邊緣，光束稍微移動，使更多的衍射光透過停止邊緣。

日冕圖PSF以徑向條紋為主，這些條紋主要是由地帶性表面誤差引起的。HST鏡子。這種光暈的亮度增加，尺寸變小，朝向較短的波長。一個意想不到的特徵是在直接和冠狀圖中都能看到對角線條紋或“條狀”。它比日冕圖中的平均方位角表面亮度亮5倍左右。該結構在地面測試影象中未見，很可能是由於HST光學。科技創新似乎也有相應的特點。

圖6.6：幾何校正(29弧秒寬)的大角星影象觀察到在F814W後，1.8弧秒點。



這是短、中、長(280秒)曝光的組合。從左上角到右下角都可以看到“條形圖”。在散射光的背景下，可以看到隱身手指和大光斑的陰影。對數強度標度

圖6.7：不同濾鏡中隱現點周圍的區域。



隱秘的手指可以在3弧秒的光點影象中看到。對數強度縮放。

6.2.5冠狀圖PSF的準減

雖然日冕儀壓制了一顆明亮恆星的衍射光，但散射光卻來自一顆明亮的恆星。HST鏡子仍然可以壓倒微弱的，附近的來源。可以用另一顆神秘恆星的影象減去大部分剩餘的光。PSF減法已成功地應用於其他人拍攝的影象。HST相機，有和沒有日冕儀。減法的質量很大程度上取決於目標和參考PSFs的匹配程度。

對於任何一對目標和參考PSF影象，恆星的位置之間可能存在5到20毫微秒的差異。散射光背景在很大程度上對星對點對點對準的小誤差不敏感，因此，如果兩顆恆星的影象被精確地註冊和歸一化，那麼其中的大部分就可以被減去。形成散射光背景的許多銳利的薄薄的條紋使得可以視覺檢測到0.03畫素(0.75毫秒)的配準誤差。為了達到這一精度水平，參考PSF可以被迭代地移動並從目標PSF中減去，直到找到一個偏移，其中殘餘條紋被最小化。這種方法依賴於觀察者的判斷，因為任何環繞恆星的物質都會意外地偏離配準最佳化演算法。應採用高階取樣方法，如三次卷積插值法，將參考PSF變換為亞畫素數。雙線性插值等較簡單的格式降低了較好的PSF結構，難以提供較好的減法。

圖6.8：透過計算每個半徑的中值而得出的表面亮度圖。



亮度單位與恆星的總通量有關。對直接剖面進行了預測，並從大角星在軌影象上測量了冠狀面.標籤“日冕圖-星”顯示的絕對中位殘留水平，從同一顆恆星的影象相減在不同的訪問觀察。

另一方面，光斑邊緣附近的衍射環的形狀和強度對星點對點的位置非常敏感。目標和參考PSF影象的衍射環之間的差異不能透過調整配準或歸一化來減去。這些錯誤尤其令人沮喪，因為它們增加了資料不可靠的中心區域的直徑。解決這一問題的唯一辦法是選擇目標和參考PSF影象，這些影象是在相鄰軌道上獲得的，而不需要回縮日冕圖。

亮度歸一化誤差小到1%到4%的目標和參考星之間也可能產生顯著的減法殘差。然而，從直接光度法推導歸一化因子往往是不可能的。在最短的曝光時間(0.1秒)，透過介質或寬頻濾波器拍攝的未聚焦明亮恆星的影象通常被飽和。在這種情況下，可以透過合成光度法、影象中飽和畫素相對數目的比較和PSF減去影象的視覺檢查來獲得精確的歸一化。

目標和參考星之間的顏色差異也會影響PSF減法的質量。隨著波長的增加，構成電暈PSF條紋的散斑從中心移開，其強度減小。圖6.7)。光斑邊緣附近的衍射環也在膨脹。這些效果可以透過寬頻濾波器在影象中看到--一顆紅色恆星的PSF會比藍色的稍大一些。因此，一顆M型恆星應該使用類似的紅色恆星減去--A型恆星將導致顯著的減法殘差.例如，即使A0V和B8V星之間的小色差也足以帶來令人討厭的誤差(圖6.9).

變化HST氏焦點也改變了日冕狀PSF中光的分佈。圖6.10)。在軌道上，HST氏主鏡和次鏡平均變化約3毫微米，對應于波前的變化，導致1/28波長的均方根焦距差，在λ=ACH 5 0 0 0中(ACS ISR 2008-03)。這種效應，被稱為呼吸，是由溫暖的地球掩蔽望遠鏡的視場引起的，這種現象通常發生在每96分鐘軌道中的一半。溫暖的地球加熱膨脹 HST'S的內部結構。掩星後，結構逐漸縮小。相對於太陽的變化(主要是反太陽點)也會導致望遠鏡收縮，在幾個軌道之後，望遠鏡逐漸擴充套件到“正常”大小。

圖6.9：在目標星和參考星顏色不匹配的情況下，預測的絕對平均減去殘值水平。



亮度單位相對於目標恆星的總通量。

圖6.10：預測的絕對平均減去殘餘水平的情況下，目標和參考星是在不同的呼吸誘導聚焦位置成像。



從理想焦距(0μm)的偏移量(0.75μm或2.5μm)與主次鏡分離的變化有關。典型的呼吸幅度在軌道內為3~4μm。亮度單位相對於目標星的總通量。

在這種情況下，大角星的影象被註冊並從一天後拍攝的類似恆星影象中減去。圖6.8)與PSF相減相結合，日冕儀根據半徑和濾波器，將背景水平中值降低了250至2500倍。Psf減去影象的例子顯示在圖6.11和圖6.12。殘差的平均值不是零；由於PSF不匹配，一幅影象通常會比另一幅略亮一些。畫素到畫素的殘差可以大於中位數的10倍(圖6.13)。請注意，如果目標和參考PSF之間存在顏色差異，這些配置檔案會更糟。

一種常用的避免顏色和歸一化問題的方法是在兩個不同的視場方向上減去同一目標的影象。這種技術，被稱為滾減，要麼要求在軌道間繞光軸(高達30°)旋轉一架望遠鏡，要麼在望遠鏡的預設方位不同的晚些時候重新訪問目標。滾動減法只有在附近或周圍恆星物體沒有方位角延伸時才起作用。這是探測點源伴侶或成像嚴格邊緣盤(如Beta Pictoris)的最佳技術。它還可以透過旋轉和共加不同方向的影象來減少減法殘差中畫素對畫素的變化。(如果使用另一顆PSF星，這對擴充套件源有效。)理想情況下，減法誤差隨著方向數的平方根而減小。

圖6.11：在另一次訪問中從另一幅影象中減去一幅大角星的殘差(Filter=F435W，D=1.8弧秒點)。



影象是29弧秒寬，還沒有經過幾何校正。對數強度縮放。

圖6.12：從另一次訪問期間拍攝的另一幅自身影象中減去大(D=3.0弧秒)點和F435W濾光片。



影象已被重新繫結、平滑和拉伸，以顯示非常低水平的殘差。距離恆星約13弧秒處的寬環是某種未知來源的殘留--也許它代表了由於兩幅影象之間的焦點差異(呼吸)而產生的光的緯向再分佈。該環的表面亮度為20.5級/弧秒。2比星星還暗。這個環的直徑、亮度和厚度可能隨呼吸和過濾器的不同而變化。這幅影象還沒有經過幾何校正。

圖6.13：方位角均方根均方根減去殘餘水平在每個半徑的大(3弧秒)點。



通量單元是相對於來自中央源的總未聚焦通量的每畫素計數。這些地塊是從大角星-大角星減法中得到的，代表了一個人可能取得的最佳結果。這裡假定的不失真的HRC刻度是25毫微秒/畫素。

6.2.6非現場PSF

在冠狀圖模式下觀察到的物體，但沒有放置在隱身點後面的物體，有由Lyot停止所定義的PSF。由於Lyot停止有效地減小了望遠鏡的直徑，並引入了更大的遮擋，這種“離點”PSF比正常範圍更寬，機翼上的功率更大，衍射尖峰也更大。圖6.14)。同時，LYOT停止和掩蔽點襯底的吞吐量降低了52.5%。在F814W中，“離點”PSF有一個峰值畫素，佔總通量的4.3%，銳度(包括電荷擴散效應)為0.010。(與正常的HRC PSF分別為7.7%和0.026.)在F435W，峰值為11%，銳度為0.025(正常F435WPSF為17%和0.051)。使用者在確定HRC冠狀影象的檢測極限時，需要考慮到吞吐量的降低和清晰度的降低。小提姆可能被用來計算離點PSF。

圖6.14：以冠狀模式拍攝的大角星影象，該恆星位於光斑外。



由於Lyot停止引入了更大的遮擋，日冕場PSF比正常的HRC PSF具有更明顯的衍射特徵(環和尖峰)。這個影象的中心部分已經飽和了。它是透過一個窄帶濾波器(F660N)採取的，沒有幾何校正。

6.2.7半隱點運動

利用地球平面圖每週測量一次暗點的位置。這些測量結果表明，這些斑點以一種不可預測的方式每天移動到每週一次的時間尺度上。提出這項動議的原因尚不清楚。斑點位置通常在一週內變化為~0.3畫素(8毫微秒)，但在1至3周內偶爾移動1到5個畫素。但在單軌道上，連續放置時，斑點穩定在±0.1畫素以內，重複存放和部署時，在±0.25畫素範圍內恢復位置。

在對採集到的影象進行機載分析後，一個冠狀目標被移動到一個可能已經存在幾天的隱身點的先前測量的位置。日間現貨位置的不確定性可能會導致星對點的登記錯誤，從而影響日冕效應。如果恆星與光斑中心相距超過3個畫素，則日冕圖PSF的一側將比預期亮，並且可能早於預期飽和。較大的偏置也降低了衍射圖的冠狀圖抑制。最重要的是，光斑位置的微小變化可能會改變目標和參考恆星的冠狀面PSF，從而導致較大的PSF減去殘差。因此，觀察員不能依賴從其他方案或在不同時間獲得的參考PSF。

為了減少光斑運動的影響，觀測者通常在科學影象之前或之後在軌道上獲得參考PSF影象。如果三個物體都在相鄰的軌道上觀測到，並且顏色相似，那麼一個參考PSF就可以用於兩個科學目標。