寻找另一个存在生命的星球是人类有史以来一直追求的梦想。这需要探测围绕太阳光谱型恒星宜居带内地球质量的行星系统，通过光谱研究该类行星大气成分，以确定其上是否存在生命特征信号，从而最终解答“人类在宇宙中是否孤独？”这一基本科学问题。其挑战在于直接探测来自类地行星的光子信号，需要解决来自望远镜衍射产生的光子噪声（通过星冕仪进行抑制，参见Ren, Dou & Zhu PASP 2010）以及由光学元件等不理想表面介入波像差产生的散斑噪声，以最终达到10^-10（百亿倍）成像对比度。国际团队多采用可变形镜（DM）对上述波像差进行校正。但是，由于受到DM有效单元数限制，其高对比度成像暗区面积非常小，这将导致未来空间类地行星成像探测效率较低。

　　近期，南京天光所系外行星探测和高分辨率成像研究组在空间“超高”对比度成像技术领域取得了突破性进展：首次提出了一种在大面积工作区域内产生超高对比度成像技术方案。采用星冕仪结合液晶空间光调制器（SLM）波像差校正，可以获得与采用DM相当的成像对比度（10^-10），而成像区域超过国际其他团队，这将有望极大地提高系外行星空间成像探测效率。该结果于11月18日发表在国际天文期刊Astrophysical Journal（具体参见文章Dou & Ren ApJ 2016, 832, 84）。图1给出了大面积超高对比度暗区成像系统理论模拟结果。基于上述技术，团队在2015年首次在大面积区域内获得高达10亿倍的成像对比度，实验结果见图2（或者参见文章Liu, Ren & Dou et al. RAA 2015）。

　　

　　

　　图1. 超高对比度成像系统理论模拟结果。上图：由相位校正单元提供的波像差（左），产生的大区域高对比度成像暗区（右）；下图：成像对比度曲线（蓝色——散斑噪声占主导情况下系统成像对比度~10^-7，红色——经过SLM校正之后在大工作区域内4~45λ/D获得高达100亿倍的成像对比度）。

　　

　　图2. 超高对比度成像系统实验结果：未经过星冕仪校正，行星淹没在恒星散斑噪声之中（左）;经过星冕仪精确校正之后，由系统静态波相差产生的散斑噪声被有效消除，使得较恒星光暗10⁹倍的行星（白色圆圈内）清晰可见（右）。

　　该研究先后受到国家自然科学基金委重点项目（资助号：11433007）和中科院“空间科学预先研究（第二批，第三批课题，资助号分别为XDA04070600，XDA04075200）”等项目的资助（负责人：窦江培）。目前，第三批课题“系外行星天文成像初步方案及关键技术试验研究”在2016年10月27日顺利通过了专家组技术评审。课题提出了具有创新性的空间系外行星成像探测方案，在关键技术攻关方面取得突破性进展，满足任务书要求。

　　前期，项目组提出的Cool Planet Imager（CPI）计划已被列入中国科学院空间科学战略性先导科技专项——空间天文2016-2030发展规划。下一步，项目组将对现有试验系统进行优化升级，有效压缩现有系统的体积，并将整套系统放置于真空罐中，进一步将成像对比度提高一个量级。这将为下一步搭载空间天文望远镜开展系外类地/类木冷行星的天文成像探测和大气光谱特征研究奠定技术基础。