Zamieszkalna misja obrazowania egzoplanet — Habitable Exoplanet Imaging Mission
| Typ misji | Obserwatorium kosmiczne |
|---|---|
| Operator | NASA |
| Strona internetowa | www |
| Czas trwania misji | 5 do 10 lat (proponowane) |
| Właściwości statku kosmicznego | |
| Rozpocznij masę | 18 550 kilogramów (40 900 funtów) (maksymalnie) |
| Sucha masa | ≈10160 kg (22400 funtów) |
| Masa ładunku | ≈6080 kg (13400 funtów) (teleskop + instrumenty) |
| Moc | 6,9 kW (maksymalnie) |
| Początek misji | |
| Data uruchomienia | 2035 (proponowane) |
| Rakieta | Obserwatorium: Space Launch System (SLS) Blok 1B Starshade: Falcon Heavy |
| Parametry orbitalne | |
| Reżim | Punkt Lagrange'a (Słońce-Ziemia L2) |
| Główny | |
| Średnica | 4 m (13 stóp) |
| Długości fal | Widoczny; ewentualnie UV, NIR, IR (91 – 1000 nm) |
| Rezolucja | R ≥ 60 000; SNR ≥ 5 na element rozdzielczości na celach AB ≥ 20 mag (GALEX FUV) w czasie ekspozycji ≤12 h |
| Instrumenty | |
| kamera VIS, spektrograf UV, koronograf , cień gwiazd | |
Mieszkalny Exoplanet Observatory ( HabEx ) to teleskop kosmiczny koncepcji, które byłyby zoptymalizowane, aby wyszukać i obraz wielkości Ziemi do zamieszkania egzoplanet w mieszkalnych stref swoich gwiazd, gdzie ciekła woda może istnieć. HabEx miałby na celu zrozumienie, jak powszechne mogą być światy ziemskie poza Układem Słonecznym i określenie zakresu ich cech. Byłby to teleskop optyczny, UV i podczerwony , który wykorzystywałby również spektrografy do badania atmosfer planet i zaćmienia światła gwiazd za pomocą wewnętrznego koronografu lub zewnętrznego cienia gwiazd .
Propozycja, po raz pierwszy złożona w 2016 roku, dotyczy dużych strategicznych misji naukowych NASA . Jeśli zostanie wybrany w 2021 roku, będzie działał w punkcie Lagrange'a L2 .
Przegląd
W 2016 r. NASA zaczęła rozważać cztery różne teleskopy kosmiczne jako kolejny okręt flagowy ( duże strategiczne misje naukowe ). Są to: Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx), Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), Origins Space Telescope i Lynx X-ray Surveyor . W 2019 roku cztery zespoły przekazały swoje raporty końcowe Narodowej Akademii Nauk , której niezależny komitet Decadal Survey doradza NASA, która misja powinna mieć najwyższy priorytet. Wybór ma nastąpić do końca roku podatkowego 2021, a jeśli zostanie wybrany, uruchomienie nastąpi około 2035 roku.
Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx) to koncepcja misji do bezpośredniego obrazowania układów planetarnych wokół gwiazd podobnych do Słońca. HabEx będzie wrażliwy na wszystkie rodzaje planet; jednak jego głównym celem jest bezpośrednie zobrazowanie skalistych egzoplanet o rozmiarach Ziemi i scharakteryzowanie ich zawartości atmosferycznej . Mierząc widma tych planet, HabEx będzie poszukiwał oznak zdatności do zamieszkania, takich jak woda, i będzie wrażliwy na gazy w atmosferze potencjalnie wskazujące na aktywność biologiczną, takie jak tlen czy ozon.
Nauka napędza i cele
Głównym celem naukowym HabEx jest odkrycie i scharakteryzowanie planet wielkości Ziemi w strefach zamieszkałych pobliskich gwiazd ciągu głównego, badanie pełnego zakresu egzoplanet w układach, a także umożliwienie szerokiego zakresu ogólnej astrofizyki.
W szczególności misja będzie przeznaczona do poszukiwania oznak zdatności do zamieszkania i biosygnatur w atmosferach planet skalistych wielkości Ziemi znajdujących się w ekosferze pobliskich gwiazd typu słonecznego. Cechy absorpcji z CH
4, H
2O , NH
3, CO i cechy emisji z Na i K , wszystkie mieszczą się w zakresie długości fal przewidywanych obserwacji HabEx.
Dzięki kontrastowi, który jest 1000 razy lepszy niż ten osiągalny za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a , HabEx mógł rozwiązywać duże struktury pyłu , śledząc grawitacyjny efekt planet. Dzięki obrazowaniu kilku słabych dysków protoplanetarnych po raz pierwszy, HabEx umożliwi badania porównawcze inwentaryzacji i właściwości pyłu w szerokim zakresie klasyfikacji gwiazd . Pozwoli to spojrzeć na Układ Słoneczny z perspektywy nie tylko pod względem populacji egzoplanet, ale także pod względem morfologii pasa pyłowego.
Astronomia ogólna
Ogólne obserwacje astrometrii i astrofizyki mogą być wykonywane, jeśli jest to uzasadnione wysokim zyskiem naukowym, przy jednoczesnym zachowaniu zgodności z najważniejszymi celami nauki o egzoplanetach i preferowaną architekturą. Obecnie rozważane są różnorodne badania w ramach programu astrofizyki ogólnej HabEx. Obejmują one w badaniach Galaxy nieszczelności i między galaktycznej średniej era rejonizacji przez pomiar frakcji wydostawaniu fotonów jonizującego do badania cyklu życiowego barionów jak doprowadzane i odprowadzane galaktyk do rozwiązane gwiazdowych badań populacji, łącznie z wpływem masywne gwiazdy i inne lokalne warunki środowiskowe dotyczące tempa powstawania gwiazd i historii. Bardziej egzotyczne zastosowania obejmują obserwacje astrometryczne lokalnych galaktyk karłowatych w celu ograniczenia natury ciemnej materii oraz precyzyjne pomiary lokalnej wartości stałej Hubble'a .
Poniższa tabela podsumowuje możliwe badania obecnie sugerowane dla ogólnej astrofizyki HabEx:
| Naukowiec | Obserwacja | Długość fali |
|---|---|---|
| Lokalna stała Hubble'a | Image Cefeida w galaktykach macierzystych supernowych typu Ia | Optyczny- NIS |
| Nieszczelność i rejonizacja galaktyk | Obrazowanie UV galaktyk ( fotony LyC uciekają z frakcji) | UV, najlepiej do LyC przy 91 nm |
| Kosmiczny cykl barionowy | Obrazowanie UV i spektroskopia linii absorpcyjnych w tle kwazarów | Obrazowanie: do 115 nm Spektroskopia: do 91 nm |
| Ogromne gwiazdy / opinie | Obrazowanie UV i spektroskopia w Drodze Mlecznej i pobliskich galaktykach | Obrazowanie: 110–1000 nm Spektroskopia: 120–160 nm |
| Archeologia gwiazd | Fotometria rozdzielcza pojedynczych gwiazd w pobliskich galaktykach | Optyczny: 500–1000 nm |
| Ciemna materia | Fotometria i astrometryczny ruch własny gwiazd w lokalnych galaktykach karłowatych | Optyczny: 500–1000 nm |
Wstępne pożądane specyfikacje
W oparciu o sterowniki naukowych i celów, naukowcy rozważają bezpośredniego obrazowania i spektroskopii odbitego światła gwiazd w widmie widzialnym , z potencjalnymi rozszerzeń do UV i bliskiej podczerwieni części widma . Teleskop ma monolityczne zwierciadło główne o średnicy 4 metrów (13 stóp).
Absolutnie minimalny zakres ciągłej długości fali wynosi od 0,4 do 1 μm, z możliwymi rozszerzeniami długości fal o krótkich długościach poniżej 0,3 μm oraz w bliskiej podczerwieni do 1,7 μm lub nawet 2,5 μm, w zależności od kosztów i złożoności.
W celu scharakteryzowania atmosfer pozaziemskich , przejście na dłuższe fale wymagałoby klosza o długości 52 m (171 stóp), który wystrzeliłby oddzielnie na Falcon Heavy lub większym teleskopie w celu zmniejszenia ilości światła w tle. Alternatywą byłoby utrzymanie małego koronografu . Charakteryzowanie egzoplanet przy długościach fal krótszych niż ~350 nm wymagałoby w pełni czułego na promieniowanie UV ciągu optycznego o wysokim kontraście, aby zachować przepustowość, i sprawi, że wszystkie wymagania dotyczące czoła fali będą bardziej rygorystyczne, czy to w przypadku architektury cienia gwiazd, czy koronografu. Tak wysoka rozdzielczość przestrzenna i obserwacje o wysokim kontraście otworzyłyby również wyjątkowe możliwości badania powstawania i ewolucji gwiazd i galaktyk.
Biosygnatury
HabEx szukałby potencjalnych gazów biosygnaturowych w atmosferach egzoplanet, takich jak O
2(0,69 i 0,76 μm) i jego produkt fotolityczny ozon ( O
3). Po stronie długich fal rozszerzenie obserwacji do 1,7 μm umożliwiłoby poszukiwanie silnych dodatkowych sygnatur wody (przy 1,13 i 1,41 μm), a także pozwoliłoby na poszukiwanie dowodów na to, że wykryty O
2i O
3gazy powstały w wyniku procesów abiotycznych (np. poprzez poszukiwanie cech CO
2, CO, O
4). Dalsza zdolność podczerwieni do ~2,5 μm pozwoliłaby na wyszukiwanie drugorzędnych cech, takich jak metan ( CH
4), które mogą być zgodne z procesami biologicznymi. Popychanie jeszcze w UV mogą także umożliwić rozróżnienie między biotycznych wysokiej O 2 atmosferze z abiotyczne, CO
2-bogata atmosfera oparta na absorpcji ozonu 0,3 μm.
Tlen cząsteczkowy ( O
2) Można wytwarzać sposobami geofizycznych, a jako produkt uboczny w procesie fotosyntezy przez formy życia , więc, chociaż obiecujący, O
2 nie jest wiarygodną biosygnaturą i należy ją rozpatrywać w kontekście środowiskowym.