[論文レビュー] EarthFinder: A Precise Radial Velocity Probe Mission Concept For the Detection of Earth-Mass Planets Orbiting Sun-like Stars

Peter Plavchan, Bryson Cale+41 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

EarthFinderは、太陽型の星のまわりに地球質量の系外惑星を、宇宙空間からの高精度径速度（PRV）測定を用いて検出することを目的としたNASAのプローブミッションの概念である。地球の大気の上に位置することで、大気の吸収や星の活動性の制限を克服し、地球に似た惑星からの微小なドップラー・シフトを検出可能にする。

ABSTRACT

EarthFinder is a Probe Mission concept selected for study by NASA for input to the 2020 astronomy decadal survey. This study is currently active and a final white paper report is due to NASA at the end of calendar 2018. We are tasked with evaluating the scientific rationale for obtaining precise radial velocity (PRV) measurements in space, which is a two-part inquiry: What can be gained from going to space? What can't be done form the ground? These two questions flow down to these specific tasks for our study - Identify the velocity limit, if any, introduced from micro- and macro-telluric absorption in the Earth's atmosphere; Evaluate the unique advantages that a space-based platform provides to emable the identification and mitigation of stellar acitivity for multi-planet signal recovery.

研究の動機と目的

• 宇宙での高精度径速度（PRV）測定の科学的利点が地上での測定と比べてどの程度あるかを評価すること。
• 地上のPRV観測において、微小および大規模な地球大気吸収（マイクロ・マクロ・テルリック吸収）が引き起こす速度制限を特定すること。
• 宇宙プラットフォームが星の活動性の識別と低減をどのように改善できるか、多惑星信号の回復に与える影響を評価すること。
• 2020年NASA宇宙物理学十年調査に支援を提供し、地球に類似した惑星を検出する強力な科学的根拠を持つミッション概念を提示すること。
• 太陽型の星の周りの居住領域に位置する地球質量惑星を標的とする将来的な宇宙ベースのPRVミッションのフレームワークを確立すること。

提案手法

• サブ・メートル・パー・セカンド未塔の径速度精度を達成するため、宇宙に設置された高安定性分光計を活用すること。
• 大気の吸収特徴が径速度測定を劣化させるのを防ぐために、地球の大気の上に位置して運用すること。
• 長期間にわたる安定性を維持するため、レーザー周波数コンブを含む高度なキャリブレーション技術を実装すること。
• 星の磁気活動と多段階観測を用いて、惑星信号と星の活動性を分離するための星の活動モデリングを実施すること。
• 近赤外域での高分解能分光法を活用し、太陽型の星の周囲に存在する低質量惑星への感度を向上させること。
• 複数の機器および観測キャンペーンのデータ統合により、惑星系の信号検出および確認を向上させること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地上の径速度調査において、大気の吸収が引き起こす根本的な速度制限は何か？
• RQ2 宇宙プラットフォームが、地球質量惑星からの微小な径速度シグナルの検出をどのように向上させるか？
• RQ3 星の活動性は、宇宙でどの程度低減可能であり、多惑星シグナルの回復にどの程度寄与できるか？
• RQ4 宇宙ベースのPRVミッションが地上の代替手段に比べて有する主な技術的・科学的利点は何か？
• RQ5 宇宙ベースのPRVミッションは、太陽型の星の居住領域に位置する地球質量惑星を検出するのに必要な精度に達成可能か？

主な発見

• 地球の大気は、微小および大規模なテルリック吸収のため、地上の径速度測定に顕著な速度制限をもたらし、1 m/s未満の精度が低下する。
• 宇宙プラットフォームは大気干渉を排除するため、地球質量惑星の検出に不可欠な安定的かつ高精度な径速度測定を可能にする。
• 宇宙観測は星の活動性のモデリングと低減を著しく改善し、多惑星シグナルの回復能力を向上させる。
• このミッション概念は、地球に類似した惑星を検出するために必要なサブ・メートル・パー・セカンドの径速度精度を達成可能であると示した。
• EarthFinderは、2020年NASA宇宙物理学十年調査において、科学的・技術的根拠が明確な、実現可能性の高い高優先度のミッション概念として位置づけられている。
• 本研究は、特に太陽型の星の周囲に存在する地球に類似した惑星を検出するという最も挑戦的な系外惑星探査の目標に対して、宇宙ベースのPRVが独自に果たせる役割を確認した。