天文学者たちは、最も古いツールの 1 つである望遠鏡の鏡を再考しています。
レンセラー工科大学のハイジ・ニューバーグ博士が主導した新しい研究は、次世代の宇宙望遠鏡について、型破りだが驚くほど効率的な設計、つまり従来の円形の鏡ではなく細長い長方形の鏡を提案している。彼らの研究は、9 月 1 日に天文学および宇宙科学のフロンティアに掲載されました。 、この形状の変化により、近くの恒星の周囲にある居住可能な地球に似た惑星の検出が、劇的に容易になる可能性があり、言うまでもなく、安価になる可能性があることを示唆しています。
「我々は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡とほぼ同じサイズの望遠鏡を使って、太陽のような恒星を周回する近くの地球に似た惑星を見つけることが可能であることを示した」とニューバーグ氏は論文に付随した社説で書いている、「直径6.5メートルの円ではなく、1×20メートルの長方形の鏡を備えている。」
系外惑星イメージングチャレンジ
もう一つの地球を見つけることは、現代天文学の聖杯です。 NASA の今後のハビタブルワールド天文台 (HWO) は、そのミッションのために特別に設計されています。しかし、地球サイズの惑星が数十光年離れた恒星の周りを周回しているのを見るのは、国中のランプの隣でホタルを見つけようとするようなものです。
主な課題は角度分解能、つまり 2 つの近くの物体を区別する能力です。この場合は、暗い惑星とその圧倒的に明るい主星です。水蒸気と酸素の検出に最適な赤外線波長では、NASA の 100 億ドルのジェームス ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) でさえも不十分です。 30 光年の距離にある地球に似た惑星を分解するには、幅約 20 メートルの鏡が必要になると科学者は推定しています。
これはJWSTの直径の3倍です。そして、このような巨大な円形の鏡を構築して宇宙に打ち上げることは、今のところ手の届かないところにあります。
長い鏡の利点
ニューバーグと彼女のチームは、円形の鏡を拡大する代わりに、それを引き伸ばすことを提案しています。彼らは長さ20メートル、幅わずか1メートルの鏡を設計しました。このスリムでアスペクト比の高い長方形は、光を一方向にさらに狭く集束させ、全長 20 メートルの円形ミラーのコストと複雑さを膨らませることなく、惑星を恒星から分離するのに必要な角度分解能を提供します。
その波長で動作すると、長方形のミラーは JWST の感度に匹敵しますが、分解能では JWST を上回ります。いずれも収集エリアがわずかに小さくあります。 JWST よりも。
問題は、ミラーの向きが重要であるということです。最も鮮明な解像度は長軸に沿っているため、星の周りのさまざまな位置にある惑星を撮像するには望遠鏡を回転する必要があります。しかし、研究者らは、直角に撮影したわずか 2 回の露出で、ほとんどの系外惑星を発見するのに十分であると主張しています。
ミラーを減らしてパワーを高める
長方形のデザインは、主要な代替案よりも効率が高い可能性があります。 10 パーセク (約 32.6 光年) 以内の星系のシミュレーションで、研究チームは、その望遠鏡が 1 つの星につきわずか 10 日間の露出で、ハビタブルゾーンにある 27 個の地球に似た惑星を検出できることを発見しました。
Space.com によると、ニューバーグ氏は、「平均的な太陽に似た恒星の周りを、地球に似た惑星が 1 つほど回っているとしたら」と述べた。 、「そうすれば、約 30 個の有望な惑星が見つかるでしょう。」
彼らの計算では、中赤外線計測器（MIRI）など、JWST 用にすでに開発されている小規模な計測器や、星の光を遮断できるコロナグラフを前提としています。画期的な新しい技術は必要ありません。冷却システムやミラーの展開も JWST の設計図から借用できます。
そしてその設計は、まさに文字通り、今日のロケットの性能の範囲内に適合するものとなるでしょう。長方形のミラー システムを折りたたんだバージョンは、ファルコン ヘビーに搭載できる可能性があります。
生命を検出できるでしょうか?
AI による水の豊富な系外惑星の描写。 地球サイズの惑星を特定することは最初のステップにすぎません。本当の賞は、大気中の生命の兆候を検出することでしょう。ここでも、長方形の望遠鏡が輝いています。
この研究では、発見後の追跡観測により、1年かけて約12の惑星で大気中の酸素の代用物質、ひいては潜在的な光合成のオゾンが検出される可能性があると推定している。 3.5 年という少し長いミッションで、居住可能な可能性のある 25 個の系外惑星を検出して特徴づけるという、ハビタブルワールド天文台の主な目標を達成できる可能性があります。
「私たちの設計は、その機能が保証される前にさらなるエンジニアリングと最適化が必要ですが、他の主要なアイデアの場合のように、集中的な技術開発を必要とする明白な要件はありません。」とニューバーグ氏は書いています。
これには、複数の宇宙船からの光をナノメートルの精度で組み合わせる複雑な技術である干渉分光法が含まれます。また、回折限界がより大きいために系外惑星を解像できないことが研究チームによって判明した、同様の面積の円形望遠鏡も打ち負かしている。同じ収集領域を持つ正方形の望遠鏡は、シミュレーションで地球に似た惑星の 5% しか検出できませんでした。
これが今重要な理由
居住可能な系外惑星の探索は、国立アカデミーによる天文学および天体物理学の 10 年にわたる調査の最優先事項の 1 つです。また、JWST やベラ C. ルービン天文台のような望遠鏡がすでに私たちの宇宙観に革命をもたらしているため、天文学コミュニティは次の主力ミッションがどのようなものであるべきかについて活発に議論しています。
LUVOIR や HabEx を含む、検討中のほとんどのコンセプトには、超高精度の干渉法や大規模なマルチミラーの導入などの大規模なエンジニアリングの飛躍が必要か、可視光と紫外光に限定された狭い機能が必要です。対照的に、長方形のコンセプトは、もう一つの地球を画像化するための、比較的ローテクで高い利益をもたらすルートを提供します。
そしておそらく最も重要なことは、すぐに構築できるツールを使用して、宇宙近傍内の生命体を検出できるか?という質問に答えられることです。
答えはどうやら「イエス」かもしれません。必要なのは、異なる形状だけです。
