โลกจาง ๆ ถัดจากดาวฤกษ์ที่สว่างจ้าจนบดบัง

ดาวเคราะห์นอกระบบ คือดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงอื่นที่ไม่ใช่ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ที่สุดนอกเหนือจากดวงอาทิตย์คือ Proxima Centauri ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 4.24 ปีแสง ดังนั้นดาวเคราะห์นอกระบบทุกดวงจึงอยู่ไกลเกินกว่ายานอวกาศใด ๆ ที่เคยเดินทางไปถึง ทุกสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับดาวเคราะห์เหล่านี้มาจากแสงที่เดินทางมานานหลายปี

แล้วทำไมเราไม่ถ่ายภาพพวกมันตรง ๆ ล่ะ ดาวเคราะห์ไม่ได้สร้างแสงของตัวเองในระดับที่มองเห็นได้ มันส่องสว่างได้เพียงเพราะ สะท้อนแสงจากดาวฤกษ์ของมัน และสะท้อนแสงออกมาเพียงเศษส่วนเล็ก ๆ เท่านั้น

ค่าประมาณคร่าว ๆ ของ ความเปรียบต่าง (ความสว่างของดาวเคราะห์หารด้วยความสว่างของดาวฤกษ์) คือ

contrast ≈ (Rp / 2a)² × albedo

โดย Rp คือรัศมีของดาวเคราะห์ a คือระยะห่างจากดาวฤกษ์ และ albedo คือเศษส่วนของแสงที่ดาวเคราะห์สะท้อน สำหรับดาวเคราะห์คล้ายโลกที่อยู่ห่างจากดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ 1 AU ผลลัพธ์คือประมาณ 10⁻¹⁰: ดาวฤกษ์สว่างกว่าดาวเคราะห์ประมาณหนึ่งหมื่นล้านเท่า สำหรับดาวพฤหัสบดีที่ระยะ 5.2 AU ค่าจะอยู่ที่ประมาณ 10⁻⁹ หรือสว่างกว่าหนึ่งพันล้านเท่า ค่านี้ใช้เฉพาะแสงที่มองเห็นได้ซึ่งสะท้อนกลับมาเท่านั้น

ดาวเคราะห์ยังอยู่ ใกล้ดาวฤกษ์ของมันมากบนท้องฟ้า เมื่ออยู่ห่างออกไป 1 พาร์เซก (3.26 ปีแสง) ระยะ 1 AU จะมองเห็นเป็นมุม 1 พิลิปดา ดังนั้นมุมในหน่วยพิลิปดาจึงเท่ากับ θ = a (ใน AU) ÷ d (ในพาร์เซก) เมื่อมองจากระยะ 10 พาร์เซก วงโคจรแบบโลกที่มีรัศมี 1 AU จะกว้างเพียง 0.1 พิลิปดา วงโคจรของดาวพฤหัสบดีเมื่อมองจากระยะ 30 ปีแสง (9.2 พาร์เซก) มีรัศมี 5.2 ÷ 9.2 ≈ 0.57 พิลิปดา แสงจ้าที่สว่างกว่าดาวเคราะห์ถึงหนึ่งหมื่นล้านเท่าและอยู่ห่างออกไปเพียง 0.1 พิลิปดา เป็นสิ่งที่มองผ่านไปให้เห็นดาวเคราะห์ได้ยากมาก

มีสองสิ่งที่ช่วยให้งานนี้ง่ายขึ้น อย่างแรก ดาวเคราะห์ที่ อายุน้อย ร้อน มีขนาดใหญ่ และอยู่ห่างจากดาวฤกษ์ของมัน จะเปล่งแสงจากความร้อนของตัวเอง โดยส่วนใหญ่อยู่ในย่านอินฟราเรด ทำให้ความแตกต่างของความสว่างดีกว่า 10⁻⁹ มาก ดาวเคราะห์ยักษ์ทั้งสี่ดวงในระบบ HR 8799 ซึ่งถูกถ่ายภาพในปี 2008 และหลังจากนั้น เป็นตัวอย่างคลาสสิก อย่างที่สอง โคโรนากราฟ คือหน้ากากขนาดเล็กภายในกล้องโทรทรรศน์ที่บังแสงของดาวฤกษ์ก่อนที่แสงจะไปถึงตัวตรวจจับ ส่วน สตาร์เชด คือแนวคิดเดียวกันในอวกาศ เป็นฉากขนาดใหญ่ที่ลอยอยู่ไกลด้านหน้ากล้องโทรทรรศน์ หากหน้ากากใหญ่เกินไป มันจะบังดาวเคราะห์ไปด้วย ดังนั้นดาวเคราะห์จึงต้องอยู่ห่างจากดาวฤกษ์มากพอที่จะอยู่นอกหน้ากาก