[論文レビュー] Ariel: Enabling planetary science across light-years

G. Tinetti, Paul Eccleston+316 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2021

Spacecraft Design and Technology被引用数 27

ひとこと要約

アリエルは、2029年のESA中型ミッションで、可視・赤外で約1000の系外惑星を調査し、それらの化学組成と熱構造を決定する。

ABSTRACT

Ariel, the Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey, was adopted as the fourth medium-class mission in ESA's Cosmic Vision programme to be launched in 2029. During its 4-year mission, Ariel will study what exoplanets are made of, how they formed and how they evolve, by surveying a diverse sample of about 1000 extrasolar planets, simultaneously in visible and infrared wavelengths. It is the first mission dedicated to measuring the chemical composition and thermal structures of hundreds of transiting exoplanets, enabling planetary science far beyond the boundaries of the Solar System. The payload consists of an off-axis Cassegrain telescope (primary mirror 1100 mm x 730 mm ellipse) and two separate instruments (FGS and AIRS) covering simultaneously 0.5-7.8 micron spectral range. The satellite is best placed into an L2 orbit to maximise the thermal stability and the field of regard. The payload module is passively cooled via a series of V-Groove radiators; the detectors for the AIRS are the only items that require active cooling via an active Ne JT cooler. The Ariel payload is developed by a consortium of more than 50 institutes from 16 ESA countries, which include the UK, France, Italy, Belgium, Poland, Spain, Austria, Denmark, Ireland, Portugal, Czech Republic, Hungary, the Netherlands, Sweden, Norway, Estonia, and a NASA contribution.

研究の動機と目的

• 太陽系外惑星の大気と形成史を研究するミッションを動機づける。
• 多様な系外惑星サンプルを観測して統計的な惑星科学を実現する。
• 多くの惑星にわたる化学組成と熱構造の測定を提供する。
• 赤外機能を備えた安定した広いスペクトルカバレッジを達成するミッションアーキテクチャを示す。

提案手法

• オフアシスカセグレン望遠鏡を用い、1100 mm × 730 mm の楕円形主鏡を備える。
• 0.5–7.8 μmをカバーする2つの同時機器、FGSとAIRSを動作させる。
• 熱安定性と広い視野を確保するためにL2軌道に搭載機を配置する。
• V-Groove放熱器でペイロードモジュールを受動冷却する；AIRS検出器をNe JT冷却機で能動冷却する。
• 複数のESA加盟国とNASAの機関で構成されるコンソーシアムを通してペイロードを開発する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 系外惑星の統計的に有意なサンプルの大気組成は惑星の形成・進化経路とどのように相関するか？
• RQ2 トランジット系外惑星の熱構造はどのようで、星のタイプ、惑星質量、軌道とどのように変化するか？
• RQ3 大規模で均質なスペクトルデータセットは、さまざまな系外惑星に対する惑星大気と形成シナリオのモデルを制約できるか？
• RQ4 0.5–7.8 μm全域で正確な化学・熱測定を達成するために必要なパイプラインと機器性能は何か？

主な発見

• ArielはESAのCosmic Vision計画の第4の中型ミッションとして採択され、2029年の打ち上げを目標としている。
• ミッションは可視光と赤外波長で約1000の系外惑星を可視光・赤外波長で調査する。
• Arielは数百のトランジット系外惑星の化学組成と熱構造を独自に対象とする。
• ペイロードはオフアシスカセグレン望遠鏡と2機器（FGSとAIRS）を同時に0.5–7.8 μmをカバーする。
• 宇宙機はL2に最適に配置され、ほとんどのハードウェアは受動冷却、AIRS検出器はNe JT冷却で能動冷却。
• Arielペイロードは16のESA加盟国にわたる広範なコンソーシアムにより開発され、NASAの貢献を含み、研究報告は2020年にESAの審査を受けた。