Миссия по визуализации обитаемой экзопланеты - Habitable Exoplanet Imaging Mission

Миссия по визуализации обитаемой экзопланеты (HabEx)
Тип миссииКосмическая обсерватория
ОператорНАСА
Интернет сайтwww.jpl.nasa.gov/ habex/
Продолжительность миссииОт 5 до 10 лет (предлагается) [1]
Свойства космического корабля
Стартовая масса18,550 кг (40900 фунтов) (максимум) [1]
Сухая масса≈10,160 кг (22,400 фунтов)
Масса полезной нагрузки≈ 6080 кг (13 400 фунтов)
(телескоп + инструменты)
Мощность6,9 кВт (максимум) [1]
Начало миссии
Дата запуска2035 г. (предлагается)
РакетаОбсерватория: Система космического запуска (SLS) Блок 1B [1]
Звездная тень: Falcon Heavy
Параметры орбиты
РежимТочка Лагранжа (Солнце-Земля L2)
Основной
Диаметр4 м (13 футов)
Длины волнВидимый; возможно УФ, БИК, ИК (91 - 1000 нм)
разрешениеR ≥ 60 000; SNR ≥ 5 на элемент разрешения для целей AB ≥ 20 mag (GALEX FUV) при времени экспозиции ≤12 ч [1]
Инструменты
VIS-камера, УФ-спектрограф, коронограф, звездная тень [1][2]
 

В Миссия по визуализации обитаемой экзопланеты (HabEx) это космический телескоп концепция, которая будет оптимизирована для поиска и изображения размером с Землю обитаемые экзопланеты в жилые зоны своих звезд, где жидкая вода может существовать. HabEx будет стремиться понять, насколько распространены земные миры за пределами Солнечная система Может быть и спектр их характеристик. Это был бы оптический, УФ и инфракрасный телескоп, который также будет использовать спектрографы изучать атмосферы планет и затмения Звездный свет либо с внутренним коронограф или внешний звездная тень.[3]

Предложение, впервые сделанное в 2016 году, касается Большие стратегические научные миссии НАСА миссия. Если он будет выбран в 2021 году, он будет работать на Точка Лагранжа L2.

Обзор

Атмосфера Плутона освещена Солнцем.

В 2016 году НАСА начало рассматривать четыре различных космические телескопы как следующий Флагман (Большие стратегические научные миссии ).[3] Это Миссия по визуализации обитаемой экзопланеты (HabEx), Большой оптический инфракрасный датчик ультрафиолетового излучения (LUVOIR), Космический телескоп Origins, и Рентгеновский инспектор Lynx. В 2019 году четыре команды передадут свои итоговые отчеты Национальная Академия Наук, независимые Десятилетний обзор Комитет советует НАСА, какая миссия должна быть приоритетной. Выбор должен состояться в 2021 году, а в случае выбора запуск будет примерно в 2035 году.[3]

Миссия Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx) - это концепция миссии по прямому изображению планетных систем вокруг звезд, подобных Солнцу.[4][5] HabEx будет чувствителен ко всем типам планет; однако его главная цель - получить прямое изображение скалистых экзопланет размером с Землю и охарактеризовать их содержание атмосферы. Измеряя спектры этих планет, HabEx будет искать признаки обитаемости, такие как вода, и будет чувствителен к газам в атмосфере, потенциально указывающим на биологическую активность, таким как кислород или озон.[5]

Движущие силы и цели науки

Основная научная цель HabEx - открытие и определение характеристик планет размером с Землю в обитаемых зонах близлежащих звезд главной последовательности, он также будет изучать весь спектр экзопланет в рамках систем, а также позволит получить широкий спектр общей астрофизической науки.

В частности, миссия будет направлена ​​на поиск признаков обитаемость и биосигнатуры в атмосферах каменистых планет размером с Землю, расположенных в жилая зона ближайших звезд солнечного типа.[6] Особенности поглощения от CH
4, ЧАС
2О, NH
3, и CO, и особенности излучения от Na и K, все находятся в диапазоне длин волн ожидаемых наблюдений HabEx.

С контрастом, который в 1000 раз лучше, чем достигается с помощью Космический телескоп Хаббла,[6] HabEx может разрешить большие пылевые конструкции, отслеживая гравитационное воздействие планет. Изображая несколько слабых протопланетные диски Впервые HabEx позволит проводить сравнительные исследования запасов и свойств пыли в широком диапазоне звездные классификации.[4] Это поставит Солнечная система в перспективе не только с точки зрения населения экзопланет, но и с точки зрения морфологии пылевых поясов.[6]

Общая астрономия

Общее астрометрия и астрофизика наблюдения могут проводиться, если они оправданы высокой отдачей от науки и при этом совместимы с главными научными целями экзопланет и предпочтительной архитектурой. В настоящее время рассматривается широкий спектр исследований в рамках общей астрофизической программы HabEx. Они варьируются от исследований утечки галактик и межгалактическая среда реионизация путем измерения фракции ускользания ионизирующие фотоны, к изучению жизненного цикла барионы по мере того, как они втекают в галактики и выходят из них, для окончательных исследований звездного населения, включая влияние массивных звезд и других условий окружающей среды на скорость и историю звездообразования.[6] Более экзотические приложения включают астрометрические наблюдения местных карликовые галактики чтобы помочь ограничить природу темная материя, и прецизионное измерение локального значения Постоянная Хаббла.[6]

В следующей таблице приведены возможные исследования, предлагаемые в настоящее время для общей астрофизики HabEx:[6]

Водитель наукиНаблюдениеДлина волны
Местный Постоянная ХабблаОбраз Цефеида в сверхновая типа Ia родительские галактикиОптическийШекелей
Герметичность галактики и реионизацияУФ-изображение галактик (LyC фотоны escape фракция)УФ, предпочтительно до LyC при 91 нм
Космический барион циклУФ-изображение и спектроскопия фоновых линий поглощения квазарыИзображение: до 115 нм
Спектроскопия: до 91 нм
Массивные звезды /Обратная связьУФ-визуализация и спектроскопия в Млечный Путь и близлежащие галактикиИзображение: 110–1000 нм
Спектроскопия: 120–160 нм
Звездная археологияРешенная фотометрия отдельных звезд в близлежащих галактикахОптический: 500–1000 нм
Темная материяФотометрия и астрометрическое собственное движение звезд в карликовых галактиках локальной группыОптический: 500–1000 нм

Предварительные желаемые характеристики

Предлагаемая архитектура: звездная тень с космической обсерваторией
Коронографическое изображение Солнца

Основываясь на научных драйверах и целях, исследователи рассматривают возможность получения прямых изображений и спектроскопия отраженного звездного света в видимый спектр, с потенциальным расширением УФ и ближний инфракрасный части спектр. Телескоп имеет главное монолитное зеркало диаметром 4 метра (13 футов).

Абсолютный минимальный диапазон непрерывной длины волны составляет от 0,4 до 1 мкм с возможным коротковолновым расширением до менее 0,3 мкм и ближний инфракрасный удлинения до 1,7 мкм или даже 2,5 мкм, в зависимости от стоимости и сложности.[6]

Для характеристики внеземные атмосферы, собираюсь дольше длины волн потребуется 52 м (171 фут) козырек, который будет запускаться отдельно на Falcon Heavy,[1] или телескоп большего размера, чтобы уменьшить количество фонового света. Альтернативой было бы оставить коронограф маленький. Характеристика экзопланет на длинах волн короче ~ 350 нм потребует полностью чувствительного к ультрафиолету высококонтрастного оптического тракта для сохранения пропускной способности и сделает все требования волнового фронта более строгими, будь то звездная система или архитектура коронографа.[6] Такое высокое пространственное разрешение и высококонтрастные наблюдения также откроют уникальные возможности для изучения образования и эволюции звезд и галактик.

Биосигнатуры

HabEx будет искать потенциал биоподпись газы в атмосфере экзопланет, такие как О
2 (0,69 и 0,76 мкм) и его фотолитический продукт озон (О
3). На длинноволновой стороне расширение наблюдений до 1,7 мкм позволило бы искать сильные дополнительные признаки воды (1,13 и 1,41 мкм), а также позволило бы искать доказательства того, что обнаруженные О
2 и О
3 газы были созданы абиотическими процессами (например, путем поиска особенностей из CO
2, CO, О
4 ). Дальше инфракрасный порт до ~ 2,5 мкм позволит искать вторичные особенности, такие как метан (CH
4 ), что может соответствовать биологическим процессам. Дальнейшее продвижение в УФ-излучение также может позволить различить биотические вещества с высоким содержанием кислорода.2 атмосфера из абиотического, CO
2-богатая атмосфера на основе поглощения озона 0,3 мкм.[6]

Молекулярный кислород (О
2) могут образовываться в результате геофизических процессов, а также как побочный продукт фотосинтез от формы жизни, так что хотя и обнадеживает О
2 не является надежной биосигнатурой, и ее следует рассматривать в экологическом контексте.[7][8][9][10]

использованная литература

  1. ^ а б c d е ж г HabEx Заключительный отчет. Исследовательская группа обсерватории обитаемой экзопланеты. Лаборатория реактивного движения / НАСА. 29 августа 2019 г. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
  2. ^ Набор инструментов HabEx. Лаборатория реактивного движения НАСА. Доступ 11 декабря 2019 г. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
  3. ^ а б c Скоулз, Сара (30 марта 2016 г.). «НАСА рассматривает свой следующий флагманский космический телескоп». Scientific American. Получено 15 октября 2017.
  4. ^ а б Меннессон, Бертран (6 января 2016 г.). "Миссия по визуализации обитаемой экзопланеты (HabEx)" (PDF). Лаборатория реактивного движения (НАСА). Получено 15 октября 2017. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
  5. ^ а б Сигер, Сара; Гауди, Скотт; Меннессон, Бертран. "Миссия по визуализации обитаемой экзопланеты (HabEx)". Лаборатория реактивного движения. НАСА. Получено 15 октября 2017. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
  6. ^ а б c d е ж г час я Меннессон, Бертран; Гауди, Скотт; Сигер, Сара; Кахой, Керри; Домагал-Гольдман, Шон; и другие. (24 августа 2016 г.). MacEwen, Howard A .; и другие. (ред.). Миссия по визуализации обитаемой экзопланеты (HabEx): предварительные научные драйверы и технические требования (PDF). ШПИОН. Дои:10.1117/12.2240457.
  7. ^ Леже, Ален (2004). «Новое семейство планет?» Ocean Planets"". Икар. 169 (2): 499–504. arXiv:Astro-ph / 0308324. Bibcode:2004Icar..169..499L. Дои:10.1016 / j.icarus.2004.01.001.
  8. ^ Экстремальная потеря воды и абиотическое накопление O2 на планетах в обитаемых зонах M карликов. Люгер Р. и Барнс Р. Астробиология. 14 февраля 2015 г., Том 15, Выпуск 2; страницы 119–143. DOI: 10.1089 / ast.2014.1231
  9. ^ Титания может производить абиотическую кислородную атмосферу на обитаемых экзопланетах. Норио Нарита, Такафуми Эномото, Шигеюки Масаока и Нобухико Кусакабэ. Научные отчеты 5, номер статьи: 13977 (2015); DOI: 10.1038 / srep13977
  10. ^ Сигер, Сара (2013). «Обитаемость экзопланеты». Наука. 340 (577): 577–581. Bibcode:2013Sci ... 340..577S. Дои:10.1126 / наука.1232226. PMID  23641111.

внешние ссылки