[論文レビュー] DARWIN mission proposal to ESA

Alain Léger, Tom Herbst|ArXiv.org|Jul 23, 2007

Spacecraft Design and Technology被引用数 24

ひとこと要約

本論文では、太陽型の星の habitable zone に存在する地球型の系外惑星を赤外干渉計を用いて直接検出・特徴付けすることを目的とした、ESA の L クラス宇宙望遠鏡である DARWIN 任務の提案を行う。複数の望遠鏡を組み合わせることで高対比の画像化と分光測定を実現し、系外惑星の大気中に酸素、オゾン、メタンなどのバイオシグネチャーを探索することを目的としており、地球外に生命が存在するかを解明する上で大きな一歩を踏み出す。

ABSTRACT

The discovery of extra-solar planets is one of the greatest achievements of modern astronomy. There are now more than 200 such objects known, and the recent detection of planets with masses approximately 5 times that of Earth demonstrates that extra-solar planets of low mass exist. In addition to providing a wealth of scientific information on the formation and structure of planetary systems, these discoveries capture the interest of both scientists and the wider public with the profound prospect of the search for life in the Universe. We propose an L-type mission, called Darwin, whose primary goal is the study of terrestrial extrasolar planets and the search for life on them. By its very nature, Darwin advances the first Grand Theme of ESA Cosmic Vision. Accomplishing the mission objectives will require collaborative science across disciplines ranging from planet formation and atmospheres to chemistry and biology, and these disciplines will reap profound rewards from their contributions to the Darwin mission.

研究の動機と目的

• 太陽型の星の habitable zone を回る地球型の系外惑星を検出し特徴付けること。
• これらの惑星の大気中に酸素、オゾン、メタンなどのバイオシグネチャーを探索すること。
• 太陽系外の惑星系の形成と生命の可能性に関する科学的認識を深めること。
• ESA の Cosmic Vision 2015–2025 の最初のグランドテーマ「宇宙はどのように機能するか？」を満たすこと。
• 天文学、惑星科学、化学、宇宙生物学の分野を横断する協働を促進すること。

提案手法

• 複数の宇宙望遠鏡をフォーメーション飛行で配置し、赤外干渉計を実行すること。
• ノイズ抑制干渉計を用いて主星の明るい光を抑圧し、微弱な系外惑星信号の対比を向上させること。
• 中赤外域（3–20 μm）で高分解能分光測定を実施し、系外惑星大気中の分子吸収特徴を検出すること。
• 3～6台の望遠鏡を用い、各望遠鏡の口径は1.5 m として、正確なフォーメーションで回折限界分解能を達成すること。
• 長時間にわたる観測において干渉計の安定性を維持するため、高度な波面センシングと制御システムを導入すること。
• 干渉計の長い基線を活用し、近隣の星の周りの地球サイズの惑星を解像するのに十分な角分解能を達成すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽型の星の habitable zone に存在する地球サイズの系外惑星は、赤外干渉計を用いて直接検出可能か？
• RQ2 これらの惑星のスペクトルから、酸素（O2）、オゾン（O3）、水蒸気（H2O）などの大気中の分子シグネチャーを特定できるか？
• RQ3 ミルキーウェイ銀河内に、生命が存在しうる条件を満たす地球型惑星はどれほど一般的に存在するか？
• RQ4 バイオシグネチャーは、非生物的偽陽性と信頼性高く区別できるか？
• RQ5 宇宙望遠鏡型干渉計ミッションで地球型惑星を検出し特徴付けられるかの実現可能性はいかがなものか？

主な発見

• DARWIN 任務の概念は、中赤外域波長帯で高い感度を発揮し、太陽型の星の周りの地球サイズの系外惑星を検出可能である。
• 高分解能分光測定により、酸素、オゾン、メタンといった主要なバイオシグネチャー気体を系外惑星の大気中に同定できる。
• 干渉計の手法により、星の光を 10^6 倍抑制できるため、系外惑星の直接検出が現実可能となる。
• 100 個程度の近隣の太陽型の星を調査対象とし、生命が存在しうる惑星を標的とする。
• この任務の概念は、ESA の Cosmic Vision 2015–2025 プログラムの科学的目標、特に宇宙の起源と進化に関するグランドテーマと整合している。
• 大気データの解釈と生命可能性の評価には、天文学、惑星科学、生物学の分野を横断する協働が不可欠である。