居住可能な太陽系外惑星観測所

居住可能な太陽系外惑星観測衛星 (HabEx)

HabEx宇宙観測所とそのスターシェード
ミッションタイプ	宇宙観測所
オペレーター	米航空宇宙局（NASA）
Webサイト	jpl.nasa.gov/habex/ より
ミッション期間	5年から10年（提案）[1]
宇宙船の特性
打ち上げ質量	18,550キログラム（40,900ポンド）（最大）[1]
乾燥質量	≈10,160 kg (22,400 ポンド)
ペイロード質量	≈6,080 kg (13,400 lb) (望遠鏡 + 機器)
力	6.9kW（最大）[1]
ミッション開始
発売日	2035年（予定）
ロケット	観測所：スペース・ローンチ・システム（SLS）ブロック1B [1] スターシェード：ファルコン・ヘビー
軌道パラメータ
政権	ラグランジュ点（太陽-地球 L2）
主要
直径	4メートル（13フィート）
波長	可視光線、おそらく紫外線、近赤外線、赤外線（91～1000 nm）
解決	R ≥ 60,000; 露光時間≤12時間でAB ≥ 20 mag（GALEX FUV）のターゲットに対して解像度要素あたりSNR ≥ 5 [1]
楽器
VISカメラ、UV分光器、コロナグラフ、スターシェード[1] [2]
大規模な戦略科学ミッション

居住可能な太陽系外惑星観測衛星（HabEx ）は、液体の水が存在できる恒星のハビタブルゾーンにある地球サイズの居住可能な太陽系外惑星の探索と撮影に最適化された宇宙望遠鏡のコンセプトです。HabExは、太陽系外の地球型惑星がどの程度一般的であるかを理解し、その特徴の範囲を決定することを目的としています。これは光学、紫外線、赤外線望遠鏡であり、内部コロナグラフまたは外部スターシェードのいずれかを使用して分光器を使用して惑星の大気と日食星の光を研究します。^[3]

2016年に初めて提案されたこの提案は、NASAの大規模な戦略科学ミッションのためのもので、 ラグランジュ点L2で運用される予定である。

2023年1月には、HabExと大型紫外線赤外線探査機（LUVOIR）をベースにした、ハビタブルワールド観測所（HWO）と呼ばれる新しい宇宙望遠鏡のコンセプトが提案されました。 ^[4]

2016年、NASAはジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡とナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡に続く次期フラッグシップ（大型戦略科学ミッション）として4つの異なる宇宙望遠鏡の検討を開始した。^[3]これらは、居住可能な太陽系外惑星観測衛星（HabEx）、大型紫外可視赤外線サーベイヤー（LUVOIR）、オリジンズ宇宙望遠鏡、およびリンクスX線サーベイヤーである。2019年、4つのチームは最終報告書を米国科学アカデミーに提出し、同アカデミーの独立した10年調査委員会がNASAにどのミッションを最優先すべきか助言している。^[3]

居住可能な太陽系外惑星撮影ミッション（HabEx）は、太陽のような恒星の周りの惑星系を直接撮影するミッションのコンセプトです。^{[5] [6]} HabExはあらゆる種類の惑星に感度がありますが、主な目的は地球サイズの岩石系外惑星を直接撮影し、その大気の成分を特徴付けることです。これらの惑星のスペクトルを測定することで、HabExは水などの居住可能性の兆候を探し、酸素やオゾンなどの生物活動の兆候となる可能性のある大気中のガスに感度を持ちます。^[6]

2021年、米国科学アカデミーは10年計画の最終勧告を発表した。NASAはLUVOIRとHabExの設計要素を組み合わせた口径6メートル（20フィート）の新しい望遠鏡を検討するよう勧告した。新しい望遠鏡はハビタブル・ワールド・オブザーバトリー（HWO）と呼ばれる。暫定的な打ち上げ日は2040年に設定され、予算は110億ドルと見積もられた。^{[7] [8] [9]}

HabEx の主な科学的目標は、近くの主系列星の居住可能領域にある地球サイズの惑星を発見し、その特徴を明らかにすることです。また、システム内の太陽系外惑星の全範囲を研究し、幅広い一般的な天体物理学の科学も可能にします。

特に、このミッションは、太陽系外惑星のハビタブルゾーンに位置する地球サイズの岩石惑星の大気中に居住可能性の兆候と生物学的特徴を探すように設計される。^[10] CHからの吸収特性
₄、H
₂O、NH
₃、CO 、およびNaとKからの放射特性はすべて、予想されるHabEx観測の波長範囲内にあります。

ハッブル宇宙望遠鏡で達成できるものより1000倍も優れたコントラストを持つ^[10] HabExは、大規模なダスト構造を解像し、惑星の重力の影響を追跡することができます。いくつかの暗い原始惑星系円盤を初めて撮影することで、HabExは幅広い恒星分類にわたるダストの在庫と特性の比較研究を可能にします。^{[5]これにより、}太陽系を太陽系外惑星の種族だけでなく、ダストベルトの形態の観点からも見ることができます。 ^[10]

一般的な天体測定と天体物理学の観測は、高い科学的成果が正当化され、かつ太陽系外惑星の科学の最高目標と望ましいアーキテクチャと互換性がある場合に実施されることがあります。現在、HabEx の一般的な天体物理学プログラムでは、さまざまな調査が検討されています。それらは、電離光子の脱出率の測定による銀河の漏洩と銀河間媒体の 再電離の研究から、銀河に出入りする重粒子のライフサイクルの研究、大質量星やその他の局所的な環境条件が星形成率と歴史に与える影響を含む、分解された恒星集団の研究まで多岐にわたります。 ^[10]よりエキゾチックなアプリケーションには、暗黒物質の性質を制限するのに役立つ局所的な矮小銀河の天体測定観測や、ハッブル定数の局所的な値の精密測定などがあります。^[10]

以下の表は、HabExの一般天体物理学で現在提案されている可能性のある調査をまとめたものである。^[10]

科学的な推進力と目的に基づき、研究者らは可視スペクトルにおける星の反射光の直接撮影と分光法を検討しており、将来的にはスペクトルの紫外線と近赤外線部分にまで拡張される可能性がある。この望遠鏡には直径4メートル（13フィート）のモノリシック主鏡が搭載されている。

絶対最小連続波長範囲は0.4～1μmで、コストと複雑さに応じて0.3μm以下の短波長拡張や1.7μmまたは2.5μmまでの近赤外線拡張が可能です。 ^[10]

地球外大気の特性評価では、より長い波長では、背景光の量を減らすために、ファルコンヘビー[1]またはより大きな望遠鏡で別途打ち上げる52メートル（171フィート）のスターシェードが必要になります。別の方法としては、コロナグラフを小さく保つことです。約³⁵⁰ nmより短い波長で太陽系外惑星の特性評価を行うには、スループットを維持するために完全に紫外線に敏感な高コントラストの光学トレインが必要であり、スターシェードであれコロナグラフアーキテクチャであれ、すべての波面要件がより厳しくなります。^[10]このような高空間分解能、高コントラストの観測は、星や銀河の形成と進化を研究するための独自の可能性も切り開きます。

HabExは、太陽系外惑星の大気中のOなどの潜在的なバイオシグネチャーガスを探索します。
₂（0.69および0.76μm）およびその光分解生成物 オゾン（O
₃長波長側では、観測を1.7μmまで延長することで、1.13μmと1.41μmの強い追加の水の特徴を探すことが可能になり、検出されたO
₂とO
₃ガスは非生物的プロセスによって生成された（例えば、CO
₂、CO、O
₄）。さらに赤外線能力が約2.5μmまで向上すれば、メタン（CH
₄）は、生物学的プロセスと一致する可能性がある。さらに紫外線を照射すると、生物的高酸素_大気と非生物的高CO大気を区別できる可能性がある。
₂0.3μmのオゾン吸収に基づくと、オゾン層が豊富な大気であることが示唆される。^[10]

分子状酸素（O
₂）は地球物理学的プロセスによって生成されるだけでなく、生命体による光合成の副産物でもあるため、有望ではあるが、O
₂環境的文脈で考慮されない限り、酸素は明確な生物学的特徴とは言えません。つまり、大気中の酸素含有量の約20％を生成することは地球上の生命の一部であるように見えますが、酸素が多すぎると、人間が知っている生命にとって実際には有毒であり、信じられないほど深い世界を覆う海のような惑星の状況によって簡単に生成される可能性があります。 ^{[11] [12] [13] [14] [15]}

• JPL/NASA 2019 最終報告書
• JPL/NASAのHabEx文書