[論文レビュー] Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST): A Technology Roadmap for the Next Decade

Marc Postman, Vic S. Argabright+66 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 27

ひとこと要約

本論文は、8–16メートルの主鏡を備えた次世代のUVOIR宇宙望遠鏡であるATLASTを提案しており、画期的な天体物理学的観測を可能にする。主に一体型と分割型の2つの主要な構造を提示し、高度な光学系、検出器、高対比イメージング技術を備え、地球に似た系外惑星の直接検出と、地球外生命の有無に関する根本的な問いへの答えを求める。

ABSTRACT

The Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST) is a set of mission concepts for the next generation of UVOIR space observatory with a primary aperture diameter in the 8-m to 16-m range that will allow us to perform some of the most challenging observations to answer some of our most compelling questions, including "Is there life elsewhere in the Galaxy?" We have identified two different telescope architectures, but with similar optical designs, that span the range in viable technologies. The architectures are a telescope with a monolithic primary mirror and two variations of a telescope with a large segmented primary mirror. This approach provides us with several pathways to realizing the mission, which will be narrowed to one as our technology development progresses. The concepts invoke heritage from HST and JWST design, but also take significant departures from these designs to minimize complexity, mass, or both. Our report provides details on the mission concepts, shows the extraordinary scientific progress they would enable, and describes the most important technology development items. These are the mirrors, the detectors, and the high-contrast imaging technologies, whether internal to the observatory, or using an external occulter. Experience with JWST has shown that determined competitors, motivated by the development contracts and flight opportunities of the new observatory, are capable of achieving huge advances in technical and operational performance while keeping construction costs on the same scale as prior great observatories.

研究の動機と目的

• ハッブル宇宙望遠鏡とジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡に続く大口径宇宙望遠鏡の実現可能性のある技術ロードマップを策定すること。
• 銀河内に生命が存在するかどうかを解明する科学的緊急性を満たすために、地球に似た系外惑星の直接イメージングと分光測定を可能にすること。
• 軽量鏡、高感度検出器、高対比イメージングシステムを含む、重要な技術開発分野を特定・優先順位付けすること。
• ハッブル宇宙望遠鏡とジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の技術的実績を活用しつつ、質量と複雑性を低減する革新を加えることで、ミッションの費用対効果と技術的実現可能性を確保すること。
• Astro2010の十年間調査に情報を提供し、将来のUVOIR宇宙観測所の計画を導く包括的なミッションコンセプトを提示すること。

提案手法

• 一体型主鏡と2種類の分割型主鏡を含む2つの主要な望遠鏡構造を提案。両者とも高性能を実現するための高度な光学設計を採用。
• ハッブル宇宙望遠鏡とジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の技術的実績を活用しつつ、先進的な材料と展開構造を用いて質量と複雑性を低減する革新を導入。
• 性能向上と打ち上げ効率を向上させるために、先進複合材料およびケイリウムベース材料を用いた軽量で大口径の主鏡の開発を強調。
• 紫外線、可視光、近赤外線スペクトル全域で感度を向上させるために、高量子効率で低ノイズの次世代検出器を統合。
• 星の光を抑制し、系外惑星の直接検出を可能にするために、内部コロナグラフおよび外部の星食装置（遮光板）を含む高対比イメージング技術を統合。
• 今後10年間で主要技術を成熟させる段階的技術開発ロードマップを提示し、飛行実証に向けた準備を確実にすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 過去の観測所と比較して質量と複雑性を低減した大口径（8–16メートル）の宇宙望遠鏡を実現するための技術的道筋は何か？
• RQ2 内部コロナグラフや外部遮光板（occulters）を含む高対比イメージング技術をどのように最適化すれば、恒星の縁の付近に存在する地球に似た系外惑星を検出できるか？
• RQ3 次世代のUVOIR宇宙望遠鏡を実現するために、鏡システム、検出器、波面制御分野で克服すべき重要な技術的ギャップは何か？
• RQ4 ハッブル宇宙望遠鏡とジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の実績を活用し、段階的な技術開発を進めることで、大規模な宇宙望遠鏡の費用とリスクを管理できるか？
• RQ5 恒星の縁の付近に存在する系外惑星の直接イメージングと分光測定が可能なミッションによって、どのような科学的発見が可能になるか？

主な発見

• ATLASTミッションコンセプトにより、太陽に似た恒星の縁の付近に存在する地球サイズの系外惑星の直接検出と大気の特徴づけが可能になる。
• 技術的リスクが管理可能な2つの実現可能な望遠鏡構造—一体型と分割型の主鏡—が特定され、両者とも必要な科学的目標を達成できる。
• 星の光を抑制し、系外惑星の検出を可能にするために、内部コロナグラフや外部遮光板（occulters）を含む高対比イメージング技術が不可欠である。
• 軽量鏡システム、高効率検出器、波面センシングと制御分野における技術開発が、ミッションの目標達成に不可欠である。
• 焦点的な技術投資があれば、過去の大口径望遠鏡と同等の予算とスケジュール制約内で大口径宇宙望遠鏡が実現可能であることがロードマップで示された。
• ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の経験から、競争的な開発プログラムが費用を抑えながらも顕著な性能向上を達成できることを示しており、ATLASTの実現可能性を裏付けている。