Обсерватория обитаемых экзопланет
 Космическая обсерватория HabEx и ее звездный оттенок | |
| Тип миссии | Космическая обсерватория |
|---|---|
| Оператор | НАСА |
| Веб-сайт | www |
| Продолжительность миссии | От 5 до 10 лет (предлагается) [1] |
| Свойства космического корабля | |
| Стартовая масса | 18 550 кг (40 900 фунтов) (максимум) [1] |
| Сухая масса | ≈10 160 кг (22 400 фунтов) |
| Масса полезной нагрузки | ≈6080 кг (13400 фунтов) (телескоп + инструменты) |
| Власть | 6,9 кВт (максимум) [1] |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 2035 г. (предлагается) |
| Ракета | Обсерватория: Система космического запуска (SLS), блок 1B [1] Звездная тень: Сокол-тяжеловес |
| Орбитальные параметры | |
| Режим | Точка Лагранжа (Солнце-Земля L2) |
| Основной | |
| Диаметр | 4 м (13 футов) |
| Длины волн | Видимый; возможно УФ, БИК, ИК (91 – 1000 нм) |
| Разрешение | Р ≥ 60 000; SNR ≥ 5 на элемент разрешения на целях AB ≥ 20 магнит (GALEX FUV) при времени экспозиции ≤ 12 часов [1] |
| Инструменты | |
| Камера VIS, УФ-спектрограф, коронограф , звездная тень [1] [2] | |
Обсерватория обитаемых экзопланет ( HabEx ) — это концепция космического телескопа , которая будет оптимизирована для поиска и получения изображений обитаемых экзопланет размером с Землю в обитаемых зонах их звезд, где жидкая вода может существовать . HabEx будет стремиться понять, насколько общими могут быть земные миры за пределами Солнечной системы , и определить диапазон их характеристик. Это будет оптический, УФ- и инфракрасный телескоп, который также будет использовать спектрографы для изучения планетных атмосфер и затмения звездного света с помощью внутреннего коронографа или внешнего звездного бленда . [3]
Предложение, впервые сделанное в 2016 году, касается крупных стратегических научных миссий НАСА . Он будет работать в точке Лагранжа L2 .
В январе 2023 года была предложена новая концепция космического телескопа под названием « Обсерватория обитаемых миров» (HWO), основанная на HabEx и Большом ультрафиолетовом оптическом инфракрасном наблюдателе (LUVOIR). [4]
Обзор
[ редактировать ]
В 2016 году НАСА начало рассматривать четыре различных космических телескопа в качестве следующих флагманов ( больших стратегических научных миссий ) после космического телескопа Джеймса Уэбба и римского космического телескопа Нэнси Грейс . [3] Это обсерватория обитаемой экзопланеты (HabEx), большой ультрафиолетовый оптический инфракрасный исследователь (LUVOIR), космический телескоп Origins и рентгеновский исследователь Lynx . В 2019 году четыре команды передали свои окончательные отчеты Национальной академии наук , чей независимый комитет по десятилетним исследованиям консультирует НАСА о том, какая миссия должна стать главным приоритетом. [3]
Миссия по созданию изображений обитаемой экзопланеты (HabEx) — это концепция миссии по непосредственному получению изображений планетных систем вокруг звезд, подобных Солнцу. [5] [6] HabEx будет чувствителен ко всем типам планет; однако его основная цель — получить непосредственное изображение скалистых экзопланет размером с Землю и охарактеризовать их атмосферное содержимое . 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. [6]
В 2021 году Национальная академия наук опубликовала окончательные рекомендации Десятилетнего исследования. Он рекомендовал НАСА рассмотреть возможность создания нового телескопа с апертурой 6 метров (20 футов), сочетающего в себе элементы конструкции LUVOIR и HabEx. Новый телескоп будет называться « Обсерватория обитаемых миров» (HWO). Предварительная дата запуска была назначена на 2040 год, а бюджет оценивался в 11 миллиардов долларов. [7] [8] [9]
Движущие силы и цели науки
[ редактировать ]Основная научная цель HabEx — открытие и описание планет размером с Землю в обитаемых зонах близлежащих звезд главной последовательности. Он также будет изучать весь спектр экзопланет в системах, а также обеспечит широкий спектр общей астрофизики.
В частности, миссия будет предназначена для поиска признаков обитаемости и биосигнатур в атмосферах скалистых планет размером с Землю, расположенных в зоне обитаемости близких звезд солнечного типа. [10] Особенности абсорбции из CH
4 , Ч
2 О , НХ
3 , CO и особенности излучения Na и K находятся в пределах диапазона длин волн ожидаемых наблюдений HabEx.
С контрастом, который в 1000 раз лучше, чем тот, который достижим с помощью космического телескопа Хаббл . [10] HabEx мог бы распознавать крупные пылевые структуры , отслеживая гравитационное воздействие планет. получив изображения нескольких слабых протопланетных дисков Впервые , HabEx позволит провести сравнительные исследования количества и свойств пыли в широком диапазоне звездных классификаций . [5] Это позволит представить Солнечную систему в перспективе не только с точки зрения населения экзопланет, но и с точки зрения морфологии пылевых поясов. [10]
Общая астрономия
[ редактировать ]Общие астрометрические и астрофизические наблюдения могут проводиться, если это оправдано высокой научной отдачей, но при этом они совместимы с главными целями науки об экзопланетах и предпочтительной архитектурой. В настоящее время для программы общей астрофизики HabEx рассматривается широкий спектр исследований. Они варьируются от исследований негерметичности галактик и межгалактической среды реионизации посредством измерения доли ускользания ионизирующих фотонов до изучения жизненного цикла барионов , когда они втекают в галактики и покидают их, до решенных исследований звездного населения, включая влияние массивные звезды и другие местные условия окружающей среды влияют на скорость и историю звездообразования. [10] Более экзотические приложения включают астрометрические наблюдения местных карликовых галактик, чтобы помочь определить природу темной материи , а также точное измерение местного значения постоянной Хаббла . [10]
В следующей таблице суммированы возможные исследования, предлагаемые в настоящее время для общей астрофизики HabEx: [10]
| Научный водитель | Наблюдение | Длина волны |
|---|---|---|
| Местная постоянная Хаббла | Изображение Цефеиды в сверхновых типа Ia родительских галактиках | Оптический - NIS |
| Течь галактики и реионизация | УФ-изображения галактик ( фракция выхода фотонов LyC ) | УФ, предпочтительно до LyC при 91 нм |
| Космический барионный цикл | УФ-изображение и спектроскопия линий поглощения в фоновых квазарах | Визуализация: до 115 нм Спектроскопия: до 91 нм |
| Массивные звезды /отзывы | УФ-изображения и спектроскопия Млечного Пути и близлежащих галактик | Визуализация: 110–1000 нм Спектроскопия: 120–160 нм |
| Звездная археология | Разрешенная фотометрия отдельных звезд в близлежащих галактиках | Оптический: 500–1000 нм |
| Темная материя | Фотометрия и астрометрическое собственное движение звезд в карликовых галактиках локальной группы | Оптический: 500–1000 нм |
Предварительные желаемые характеристики
[ редактировать ]
Основываясь на научных стимулах и целях, исследователи рассматривают возможность прямого получения изображений и спектроскопии отраженного звездного света в видимом спектре с потенциальным расширением на УФ и ближнюю инфракрасную части спектра . Телескоп имеет главное монолитное зеркало диаметром 4 метра (13 футов).
Абсолютный минимальный диапазон непрерывных длин волн составляет от 0,4 до 1 мкм, с возможными коротковолновыми расширениями ниже 0,3 мкм и ближними инфракрасными расширениями до 1,7 мкм или даже 2,5 мкм, в зависимости от стоимости и сложности. [10]
Для описания внеземных атмосфер при переходе к более длинным волнам потребуется 52-метровый (171 фут) звездный козырек, который будет запускаться отдельно на Falcon Heavy . [1] или телескоп большего размера, чтобы уменьшить количество фонового света. Альтернативой было бы сделать коронограф небольшим. Для определения характеристик экзопланет на длинах волн короче ~350 нм потребуется полностью УФ-чувствительная высококонтрастная оптическая система для сохранения пропускной способности, а также ужесточение всех требований к волновому фронту, будь то звездная тень или архитектура коронографа. [10] Такое высокое пространственное разрешение и высокая контрастность наблюдений также откроют уникальные возможности для изучения формирования и эволюции звезд и галактик.
Биосигнатуры
[ редактировать ]HabEx будет искать потенциальные биосигнатурные газы в атмосферах экзопланет, такие как O
2 (0,69 и 0,76 мкм) и продукт его фотолиза озон ( O
3 ). Что касается длинноволновой стороны, расширение наблюдений до 1,7 мкм позволило бы искать сильные дополнительные признаки воды (на 1,13 и 1,41 мкм), а также позволило бы искать доказательства того, что обнаруженный O
2 и О
3 газа были созданы в результате абиотических процессов (например, путем поиска особенностей CO
2 , ЧТО, О
4 ). Дальнейшие возможности инфракрасного излучения до ~ 2,5 мкм позволят искать второстепенные объекты, такие как метан ( CH
4 ), что может соответствовать биологическим процессам. Дальнейшее развитие УФ-излучения может также позволить отличить биотическую атмосферу с высоким содержанием O 2 от абиотической атмосферы CO.
2 -богатая атмосфера, основанная на поглощении озона 0,3 мкм. [10]
Молекулярный кислород ( O
2 ) может производиться геофизическими процессами, а также является побочным продуктом фотосинтеза форм жизни , поэтому, хотя и обнадеживает, О
2 не является определенной биосигнатурой, если только она не рассматривается в контексте окружающей среды. То есть, хотя производство O2 до ~20% содержания атмосферы, по-видимому, является частью жизни на Земле, слишком большое количество кислорода на самом деле ядовито для жизни в том виде, в каком его знают люди, и может легко быть создано планетарными ситуациями, такими как невероятно глубокий мир, охватывающий океан. [11] [12] [13] [14] [15]
Ссылки
[ редактировать ]
- ^ Jump up to: а б с д и ж г HabEx Итоговый отчет . Исследовательская группа обсерватории обитаемой экзопланеты. Лаборатория реактивного движения/НАСА. 29 августа 2019 г.
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе . - ^ Набор инструментов HabEx . Лаборатория реактивного движения НАСА. Доступ: 11 декабря 2019 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Jump up to: а б с Скоулз, Сара (30 марта 2016 г.). «НАСА рассматривает свой следующий флагманский космический телескоп» . Научный американец . Проверено 15 октября 2017 г.
- ^ Клери, Дэниел (9 января 2023 г.). «НАСА представляет первоначальный план многомиллиардного телескопа для поиска жизни на инопланетных мирах» . Наука.орг . Проверено 23 января 2024 г.
- ^ Jump up to: а б Меннессон, Бертран (6 января 2016 г.). «Исследование миссии по визуализации обитаемой экзопланеты (HabEx)» (PDF) . Лаборатория реактивного движения (НАСА). Архивировано из оригинала (PDF) 23 декабря 2016 года . Проверено 15 октября 2017 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Jump up to: а б Сигер, Сара; Гауди, Скотт; Меннессон, Бертран. «Миссия по визуализации обитаемой экзопланеты (HabEx)» . Лаборатория реактивного движения . НАСА . Проверено 15 октября 2017 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Фауст, Джефф (4 ноября 2021 г.). «Астрофизические десятилетние исследования рекомендуют программу флагманских космических телескопов» . Космические новости . Проверено 12 апреля 2022 г.
- ^ Прощай, Деннис (4 ноября 2021 г.). «Новый 10-летний план развития космоса. В списке желаний астрономов на следующее десятилетие: два гигантских телескопа и космический телескоп для поиска жизни и обитаемых миров за пределами Земли» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 12 апреля 2022 г.
- ^ Персонал (4 ноября 2021 г.). «Новый отчет намечает путь на следующее десятилетие астрономии и астрофизики; рекомендует будущее наземных и космических технологий - телескопы, научные приоритеты, инвестиции в научное сообщество» . Национальные академии наук, техники и медицины . Проверено 12 апреля 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Меннессон, Бертран; Гауди, Скотт; Сигер, Сара; Кахой, Керри; Домагал-Голдман, Шон; и др. (24 августа 2016 г.). «Миссия по визуализации обитаемой экзопланеты (Hab Ex ): предварительные научные обоснования и технические требования» (PDF) . В МакИвене, Ховард А.; и др. (ред.). Миссия по визуализации обитаемой экзопланеты (HabEx): предварительные научные обоснования и технические требования . Космические телескопы и приборы 2016: оптические, инфракрасные и миллиметровые волны. Том. 9904. ШПИОН. стр. 99040Л. дои : 10.1117/12.2240457 . hdl : 1721.1/116467 .
- ^ Леже, Ален (2004). «Новое семейство планет? «Планеты-океаны» ». Икар . 169 (2): 499–504. arXiv : astro-ph/0308324 . Бибкод : 2004Icar..169..499L . дои : 10.1016/j.icarus.2004.01.001 . S2CID 119101078 .
- ^ Люгер, Р.; Барнс, Р. (2015). «Чрезвычайная потеря воды и накопление абиотического O 2 на планетах во всех обитаемых зонах М-карликов» . Астробиология . 15 (2): 119–143. arXiv : 1411.7412 . Бибкод : 2015AsBio..15..119L . дои : 10.1089/ast.2014.1231 . ПМЦ 4323125 . ПМИД 25629240 .
- ^ Нарита, Норио; Эномото, Такафуми; Масаока, Сигэюки; Кусакабэ, Нобухико (2015). «Титания может создавать абиотическую кислородную атмосферу на обитаемых экзопланетах» . Научные отчеты 5 : 13977. arXiv : 1509.03123 . Бибкод : 2015НацСР... 513977N дои : 10.1038/srep13977 . ПМК 4564821 . ПМИД 26354078 .
- ^ Сигер, Сара (2013). «Обитаемость экзопланет». Наука . 340 (577): 577–581. Бибкод : 2013Sci...340..577S . дои : 10.1126/science.1232226 . ПМИД 23641111 . S2CID 206546351 .
- ^ Лиссе, Кэри (2020). «Геологически надежная процедура наблюдения за скалистыми экзопланетами, чтобы гарантировать, что обнаружение атмосферного кислорода является современной земной биосигнатурой» . Письма астрофизического журнала . 898 (577): Л17. arXiv : 2006.07403 . Бибкод : 2020ApJ...898L..17L . дои : 10.3847/2041-8213/ab9b91 . S2CID 219687224 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
Экзопланеты |
|---|
