中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

系外行星探测是天文科学观测的重要组成部分，其对研究太阳系的形成，地球的过去，现在和未来有重要的意义。目前空间望远镜和地基望远镜都有大量仪器设备进行系外行星探测。由于口径的限制，空间望远镜更倾向于使用视向速度法和掩星法等简介方法对系外行星进行探测；大型地基望远镜由于具有更大的口径，具有更高的角分辨率，因此更倾向去进行直接成像观测。然而，直接成像观测中，大气湍流和望远镜本身造成的噪声均会对成像结果造成重大影响，这些噪声虽然通过自适应光学系统校正了很大一部分，但是残余的噪声依旧会对暗弱系外行星的探测产生影响。本文通过直接成像法对一系列年轻的恒星进行观测，并且提出了一种使用数学方法对残留在直接成像法得到的图像上的噪声进行进一步消除的方法。

直接成像法不同于掩星法和视向速度法，能够同时得到行星的质量和半径等一系列重要的物理信息。并且，直接成像法在发现离恒星较远的大型行星具有优势，因此直接成像法在系外行星探测中将成为越来越重要的方法。科学观测的主要过程包括制定科学目标，选择观测目标，观测，观测图像的处理和结果分析。

本文对GAIA DR1和DR2中的部分年轻恒星进行了直接成像观测。由于目前系外行星观测的目标逐渐从亮星过度暗星，因此我们选择了40多颗可见光波段星等为 9到15的年轻恒星作为观测目标。我们使用Palomar天文台的Hale望远镜对这些目标进行了两次观测，并对观测数据使用Reference star differential imaging（RDI）进行处理。

最终，从Hale望远镜的观测图像中，我们发现了一系列多星系统和低质量伴星的候选体。这些多星系统候选体在空间望远镜的观测中由于口径的限制，被认为是单星，因此使用大口径的地基望远镜对空间望远镜发现的目标进行进一步的观测是有必要的。同时，这个研究表明，温度较低的目标处于多星系统或具有低质量伴星候选体的概率更高，或者这些目标的伴星更容易被高对比度直接成像技术探测到。

虽然直接成像法具有很多优势，但是在实际观测过程中，观测效率会受到包括大气扰动，重力，温度等一系列影响，其中，由光学系统发生形变和自适应光学系统校正大气扰动后遗留的残余噪声导致的准静态散斑噪声是影响观测的一个重要方面。由于准静态散斑噪声的出现，暗淡的目标星体会被掩盖，降低了成像的效率。

本文根据原有的RDI方法，提出了一种新的降低图像中准静态噪声和其他残余的图像优化方法。这种优化方法使用最小二乘法对分划的环形区域进行优化后，使用拉格朗日数乘法在图像叠加时进一步优化，是结果图像中的对比度达到接近光子散粒噪声的水平。并且将这种方法从赤道式望远镜推广到了地平式望远镜。该方法的另一个优势是能够明显的减少系外行星的光度的自相减，从而能够更加准确的进行系外行星的光度测量。

另外，为了方便以后图像处理，本文还介绍了包含基本处理（处理CCD相关噪声），优化处理和其他工具的带有界面的程序。该程序使用Python3进行编写，以不同的标签页作为不同程序功能的划分。我们希望该程序能够简化今后的直接成像图像的处理。