新世界ミッション
提案された隠蔽者
展開中の宇宙観測所を備えたスターシェード
スターシェードのビデオデモンストレーション
スターシェード・オカルターテスト、2014年

ニューワールドミッションは、近くの恒星の光を遮るように設計された宇宙望遠鏡と編隊飛行する大型掩蔽衛星で構成され、周回する太陽系外惑星を観測するプロジェクト提案である。観測は、既存の宇宙望遠鏡または太陽系外惑星の発見タスクに最適に設計された専用の可視光光学望遠鏡で行うことができる。予備研究プロジェクトは、2005年[1]から2008年までNASA先端概念研究所（NIAC）によって資金提供され、ボールエアロスペース＆テクノロジーズ社、ノースロップグラマン、サウスウエスト研究所などと連携して、コロラド大学ボルダー校のウェブスターキャッシュが主導した。2010年以来、このプロジェクトはNASAやその他の資金源から、独自の4メートル望遠鏡を含めて約30億ドルの追加資金を模索している。[2] [3]資金が調達され打ち上げられれば、5年間稼働することになる。

目的

現在、太陽系外惑星（または系外惑星）の直接検出は非常に困難です。主な理由は以下のとおりです。

  • 天文距離から観測すると、太陽系外惑星は主星に非常に近い位置にあるように見えます。最も近い恒星でさえ、数光年離れています。つまり、太陽系外惑星を探す際には、通常、主星からの角度は数十ミリ秒角程度と非常に小さい角度で観測することになります。これほど小さい角度は、天文シーイングの制約により地上から分離することは不可能です。
  • 太陽系外惑星は、主星に比べて非常に暗いです。通常、主星は周回する惑星の約10億倍の明るさを持ちます。そのため、主星のまぶしさに隠れて惑星を観測することはほぼ不可能です。

明るい恒星に非常に近い暗い惑星を観測することの難しさが、天文学者が太陽系外惑星を直接撮影することを阻んできた障害となっている。現在までに撮影された太陽系外惑星はほんの一握りである。[4]最初に撮影された太陽系外惑星2M1207bは、 2M1207と呼ばれる恒星の周りを公転している。天文学者がこの惑星を撮影できたのは、この惑星が主星から約55天文単位（海王星の約2倍）と非常に遠い、非常に珍しい惑星であるためである。さらに、この惑星は褐色矮星と呼ばれる非常に暗い恒星の周りを公転している。

明るい恒星の近くにある地球に似た惑星を識別することの難しさを克服するため、ニューワールドミッションはオカルターを用いて恒星の光を遮る計画でした。オカルターは恒星の光をすべて観測者に遮り、惑星の光はそのまま通過させます。スターシェードは直径数十メートルで、マイラーに似た軽量素材であるカプトンで作られると考えられていました。[5]

方法

太陽系外惑星の検出における従来の方法は、周回天体の存在を推測する間接的な手段に依存しています。これらの方法には以下が含まれます。

これらの方法はすべて、太陽系外惑星の存在を裏付ける説得力のある証拠を提供しますが、惑星の実際の画像を提供するものはありません。

黄色の円は恒星を表し、その光は掩蔽物によって遮られています。青い円は惑星を表し、その光は遮られることなく観測者のもとに届きます。

ニュー・ワールドズ・ミッションの目標は、近くの恒星から来る光を遮蔽物で遮ることです。これにより、周回する惑星を直接観測できるようになります。遮蔽物は、視線方向に沿って数千キロメートルにわたって飛行する大型のシート状円盤です。この円盤は直径数十メートルになる見込みで、既存の使い捨て打ち上げロケットに搭載され、打ち上げ後に展開されます。

この概念の難しさの一つは、対象の恒星から入射する光が円盤の周りで回折し、中心軸に沿って建設的に干渉してしまうことです。そのため、恒星の光は依然として容易に観測可能であり、惑星の検出は不可能になります。この概念は、シメオン・ポアソンが光の波動説を反証するために初めて理論化したことで有名です。彼は影の中心に明るい点が存在することは無意味だと考えていました。しかし、ドミニク・アラゴは実験的にアラゴ斑の存在を検証しました。この効果は、掩蔽物を特定の形状にすることで打ち消すことができます。円盤の外縁に特別な形状の花びらを追加することでアラゴ斑は消え、恒星の光を抑制することができます。

この技術により、地球から約10パーセク（約32光年）以内の恒星の惑星検出が可能になります。その距離には数千個の太陽系外惑星が存在すると推定されています。スターシェードは、円形の光シールドの周りの光の回折を利用して画像を生成するように設計された、提案されている撮像装置であるアラゴスコープ[6]に似ていますが、混同しないでください。スターシェードは、他の世界の望遠鏡による観測を妨げる恒星の光を遮断するように設計された、提案されているひまわりの形をしたコロナグラフディスクです。スターシェードの「ひまわり」形の「花びら」は、アラゴスコープの中心的な特徴である回折を排除するために設計されています。

スターシェードは、コロラド大学ボルダー校の天体物理学および宇宙天文学センターの天体物理学者ウェブスター・キャッシュによって設計された宇宙船です。 [7]提案された宇宙船は、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（この望遠鏡は使用されていません）や新しい4メートル望遠鏡などの宇宙望遠鏡と連携して動作するように設計されました。[ 5 ]宇宙望遠鏡の前方72,000 km（45,000 mi）（望遠鏡と目標の星の間）、地球から約238,600マイル（384,000 km）離れた、地球の太陽中心軌道の外側を飛行します。 [8]広げられると、スターシェードはひまわりに似ており、円周に尖った突起があります。スターシェードは非常に大きなコロナグラフとして機能します。遠くの星の光を遮り、関連する惑星を観察しやすくします。展開されたスターシェードは、明るい恒星から集められる光を最大100億分の1にまで減らす可能性があります。縁から漏れる光は、望遠鏡が対象系をスキャンして惑星を探す際に利用されます。この強い光を減らすことで、天文学者は数十兆マイル離れた太陽系外惑星の大気を調べ、生命の潜在的な化学的特徴を探ることができるようになります。[1]

目的

宇宙望遠鏡の前方にある掩蔽物の輪郭を示す芸術的なビジョン。周回する太陽系外惑星が様式的に追加されています（縮尺どおりではありません）

ニューワールドミッションは、地球型太陽系外惑星の発見と分析を目的としています。

  1. 検出:まず、宇宙望遠鏡と「スターシェード」またはオカルターを使用して、太陽系外惑星系を直接検出します。
  2. システムマッピング：検出後、システムマッピングでは、親星から離れた惑星の光を検出することで、惑星系を直接マッピングします。十分に高画質の画像では、惑星は個々の恒星のような物体として現れます。惑星系の一連の画像を取得することで、惑星の軌道を測定でき、惑星の明るさと広帯域の色から、その基本的な性質に関する情報が得られます。
  3. 惑星研究：この段階では、個々の惑星の詳細な研究が行われます。ノイズレベルが低く、信号が適度であれば、分光法と測光法が行えます。分光法によって、科学者は大気や表面の化学分析を行うことができ、宇宙の他の場所に生命が存在する可能性を示す手がかりが得られるかもしれません。測光法では、表面の特徴が視野内外を回転する際に色と強度が変化することが示され、海洋、大陸、極冠、雲の検出が可能になります。
  4. 惑星画像撮影：真の惑星画像撮影を実現するには、大幅な性能向上が必要です。しかし、干渉計技術は、原理的にはそれが可能であることを示しています。惑星の傾斜角にもよりますが、理論的には惑星表面の50～100%をマッピングすることが可能です。
  5. 惑星評価：太陽系外惑星研究の最終段階は、地球観測システムが地球表面を研究するのと同じように、これらの遠方の惑星を研究できるようになることです。そのような望遠鏡は、惑星表面の細部を解像・分析するのに十分な光を集めるために、非常に大型である必要があります。しかし、このような研究は予見可能な将来には実現しません。必要な信号を捉えるには、数平方キロメートルの集光面積が必要だからです。

地球型惑星の発見と分析に加え、巨大ガス惑星の発見と分析も可能です。ニュー・ワールド・ミッションは、太陽系外惑星を周回する衛星や環の発見も行います。この技術では、スターシェードで恒星の光を遮り、惑星を直接撮影します。衛星や環を詳細に研究し、巨大ガス惑星が親星のハビタブルゾーンを周回する場合、衛星にも生命が存在する可能性があるかどうかを調べます。

建築

様々なニューワールドミッションには多くの可能性があります。

  • ニュー・ワールド・ディスカバラーは、既存の宇宙望遠鏡（ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡など）を用いて太陽系外惑星を発見することを提案した。スターシェードのサイズは観測望遠鏡に合わせて最適化できる。[要出典]
  • ニュー・ワールド・オブザーバーは、専用の望遠鏡と太陽系外惑星探査用のスターシェードを搭載した2機の宇宙船を使用します。2機のスターシェードの使用も検討されています。1機のスターシェードを目的のターゲットに向け、もう1機を次のターゲットの位置に移動します。これにより、異なる惑星系を観測する際の時間遅延がいくらか軽減され、同じ時間枠でより多くのターゲットを観測できるようになります。[2]
  • New Worlds Imagerは、多くの宇宙船や恒星観測衛星を利用する。これにより、観測者は惑星を分解し、真の惑星画像を得ることができる。[要出典]

参照

参考文献

  1. ^ ab CUの遠方惑星画像撮影計画に第2ラウンドの研究資金提供 アーカイブ：2014年7月2日、Wayback Machine
  2. ^ ab The New Worlds Observer Archived 2016-11-18 at the Wayback Machine . (PDF) Dr. Webster Cash. University of Colorado, Boulder 2010.
  3. ^ New Worlds ObserverのためのNew Worlds Technology Development Archived 2016-03-05 at the Wayback Machine、(PDF) Dr. Webster Cash. University of Colorado, Boulder 2011.
  4. ^ “The Extrasolar Planets Encyclopaedia”. 2007年11月27日. 2007年12月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年1月24日閲覧。
  5. ^ ab Berger, Brian (2006年12月4日). 「ノースロップ・グラマンのコンセプト、シェードを使って新しい惑星を発見」. Space . 2009年5月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年11月17日閲覧。
  6. ^ Cash, Webster (2015年1月23日). 「新しい宇宙望遠鏡のコンセプトは、ハッブルよりもはるかに高い解像度で物体を撮影できる可能性がある」. Phys Org. 2019年1月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年1月26日閲覧。
  7. ^ “New Worlds Website”. 2019年6月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。2006年9月10日閲覧。
  8. ^ “Starshadeの仕様”. 2018年7月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年11月17日閲覧。
  • コロラド大学ボルダー校のニューワールド公式ウェブサイト
  • 新しい世界を映すピンホールカメラ
  • ピンホールを通して惑星を見つける
  • 史上最大のピンホールカメラ
  • 宇宙の巨大ピンホールカメラに映る異星の惑星 アーカイブ：2011年2月13日 ウェイバックマシン
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