新世界ミッション

ニューワールドミッションは、近くの恒星の光を遮ってそれらの周りを回る太陽系外惑星を観測するように設計された宇宙望遠鏡と編隊飛行する大型オカルターで構成される提案プロジェクトである。観測は、既存の宇宙望遠鏡または太陽系外惑星の発見という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む約30億ドルの追加資金を求めている。^{[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。

現在、太陽系外惑星（または太陽系外惑星）を直接検出することは極めて困難です。主な理由は次のとおりです。

• 太陽系外惑星は、天文距離から観測すると、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、数十ミリ秒角程度の非常に小さな角度で恒星を観測することになります。これほど小さな角度は、天文シーイングのため、地上から解像することは不可能です。
• 太陽系外惑星は、その主星に比べて非常に暗いです。通常、主星は周回する惑星よりも約 10 億倍明るくなります。そのため、主星のまぶしさに逆らって惑星を見ることはほぼ不可能です。

明るい恒星のすぐ近くにあるこのような暗い惑星を観測することの難しさは、天文学者が太陽系外惑星を直接撮影することを妨げてきた障害である。現在までに、ほんの一握りの太陽系外惑星しか撮影されていない。 ^[4]撮影された最初の太陽系外惑星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倍の距離）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区別する難しさを克服するために、ニューワールドミッションはオカルターで恒星の光を遮る予定だった。オカルターは恒星の光がすべて観測者に届かないように遮る一方で、惑星の光は妨げられずに通過させる。スターシェードは直径数十メートルで、おそらくマイラーに似た軽量素材であるカプトンで作られる予定だった。^[5]

太陽系外惑星を検出する従来の方法は、軌道を周回する天体の存在を推測する間接的な手段に依存しています。これらの方法には次のものがあります。

• 天体測定学- 近くの惑星の重力の影響により星がわずかに動くのを観察する
• 星の動きによる星のスペクトルのドップラーシフトを観測する
• 太陽系外惑星が恒星を通過すると恒星からの光の量が変化し、光の一部が観測者に届かなくなることを観測する。
• パルサータイミング
• 重力マイクロレンズ効果
• 赤外線による恒星周縁円盤からの放射の観測

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。

ニューワールドミッションの目標は、近くの恒星から来る光をオカルターで遮ることです。これにより、軌道を回る惑星を直接観察できるようになります。オカルターは、視線に沿って数千キロメートル飛行する大きなシート状の円盤です。円盤の直径はおそらく数十メートルで、既存の使い捨ての打ち上げロケットに収まり、打ち上げ後に展開されます。

この概念の難しさは、対象の恒星から入射する光がディスクの周りで回折し、中心軸に沿って建設的に干渉することです。そのため、恒星の光は依然として簡単に見えるため、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理論を反証するために最初に理論化したことで有名です。ポアソンは、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無効にすることができます。ディスク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。その距離内には数千個の太陽系外惑星があると推定されています。スターシェードは、完全に円形の光シールドの周りの光の回折を利用して画像を作成するように設計された、提案された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、提案されたひまわり形の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よう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・キャッシュが設計した宇宙船です。 ^{[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72,000 km（45,000マイル）前（望遠鏡と目標の星の間）を飛行し、地球の太陽中心軌道の外側、地球から約238,600マイル（384,000 km）離れた場所を飛行します。^[8]広げると、スターシェードはひまわりに似ており、周囲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、明るい星から集められる光を100億倍も減らすことができる。端から漏れる光は、望遠鏡が惑星を探すためにターゲットシステムをスキャンするときに使用される。強い光が減ることで、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見つけることができるようになる。^[1]

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により、惑星系を直接マッピングします。十分に高品質の画像では、惑星は個別の星のような物体として表示されます。惑星系の一連の画像により、惑星の軌道を測定でき、惑星の明るさと広帯域の色から、惑星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、分光法と測光法を実行できます。分光法によって、科学者は大気と表面の化学分析を実行できます。これは、宇宙の他の場所に生命が存在するかどうかの手がかりとなる可能性があります。測光法では、表面の特徴が視野内外を回転するときに色と強度の変化が示され、海洋、大陸、極冠、雲を検出できます。
4. 惑星の画像化:真の惑星画像化を実現するには、能力の大幅な向上が必要です。しかし、干渉法の技術により、原理的にはこれが実現可能であることが示されています。惑星の傾斜に応じて、理論的には惑星の表面の 50 ～ 100 パーセントをマッピングできます。
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方法で、これらの遠方の世界を研究できるようになることです。そのような望遠鏡は、惑星表面の細かい部分を解像して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、必要な信号を捉えるには数平方キロメートルの収集エリアが必要なため、この種の研究は近い将来に実現するわけではありません。

地球型惑星の発見と分析に加えて、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では、太陽系外惑星を周回する衛星とリングも発見します。この技術では、星の光をスターシェードで遮り、惑星を直接撮影します。衛星とリングを詳細に研究し、ガス惑星が親星の ハビタブルゾーンを周回する場合、衛星も生命を維持できるかどうかを調べます。

さまざまな新世界ミッションには多くの可能性があります。

• New Worlds Discoverer は、太陽系外惑星を見つけるために、既存の宇宙望遠鏡 (ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡など) を使用することを提案しました。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ます。
• ニューワールドオブザーバーは、太陽系外惑星を見つけるために、専用の望遠鏡とスターシェードを備えた2機の宇宙船を使用します。2機のスターシェードの可能性も考慮されています。1機のスターシェードが目的のターゲットに向けられ、もう1機が次のターゲットの位置に移動します。これにより、異なるシステムを観測する際の時間遅延がいくらか解消され、同じ時間内にさらに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/スターシェードを使用します。これにより、観測者は惑星を分解し、真の惑星画像を取得できるようになります。

• アラゴスコープ
• コロナグラフは、近くの物体を解像できるように星からの光を遮断する望遠鏡の付属品である。
• 宇宙サンシェード

• コロラド大学ボルダー校のニューワールドの公式ウェブサイト
• 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