[論文レビュー] NEAT, An Astrometric Telescope To Probe Planetary Systems Down To The Earth Mass Around Nearby Solar-Type Stars

F. Malbet, Alain Léger+9 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2011

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

NEATは、2つの衛星のフォーメーションフライヤーを用いて、0.05ミクロアーキセコンドの精度を達成する宇宙ベースのアストロメトリック望遠鏡ミッションを提案している。この精度により、周囲の太陽型星の周りに存在する地球質量の惑星を、恒星の振動（ワブリング）を測定することで検出可能となる。ミッションでは、ヤングの縞を用いた干渉計メトロロジーを用いて、標的星と基準星の角度位置を追跡し、地球質量の惑星が存在するハビタブルゾーンまで、全軌道パラメータを完全に特定可能となる。

ABSTRACT

The NEAT (Nearby Earth Astrometric Telescope) mission is a proposition submitted to ESA for its 2010 call for M-size mission. The main scientific goal is to detect and characterize planetary systems in an exhaustive way down to 1 Earth mass in the habitable zone and further away, around nearby stars for F, G, and K spectral types. This survey would provide the actual planetary masses, the full characterization of the orbits including their inclination, for all the components of the planetary system down to that mass limit. Extremely- high-precision astrometry, in space, can detect the dynamical effect due to even low mass orbiting planets on their central star, reaching those scientific goals. NEAT will continue the work performed by Hipparcos (1mas precision) and Gaia (7μas aimed) by reaching a precision that is improved by two orders of magnitude (0.05μas, 1σ accuracy). The two modules of the payload, the telescope and the focal plane, must be placed 40m away leading to a formation flying option studied as the reference mission. NEAT will operate at L2 for 5 years, the telescope satellite moving around the focal plane one to point different targets and allowing whole sky coverage in less than 20 days. The payload is made of 3 subsystems: primary mirror and its dynamic support, the focal plane with the detectors, and the metrology. The principle is to measure the angles between the target star, usually bright (R \leq 6), and fainter reference stars (R \leq 11) using a metrology system that projects dynamical Young's fringes onto the focal plane. The proposed architecture relies on two satellites of about 700 kg, offering a capability of more than 20,000 reconfigurations. The two satellites are launched in a stacked configuration using a Soyuz ST launch, and are deployed after launch to individually perform cruise to their operational Lissajous orbit.

研究の動機と目的

• 近くのF型、G型、K型の星の周りに、ハビタブルゾーンに存在する地球質量の惑星まで検出・特徴付けを行うこと。
• 低質量惑星が引き起こす恒星の動的ワブリングを解明できる、0.05 µas（1σ）という画期的なアストロメトリック精度を達成すること。
• 地球質量まで、惑星系の全構成要素の軌道パラメータ（傾きや質量など）を完全に特定すること。
• Hipparcos（1 mas）とGaia（7 µas）の成果を継承し、アストロメトリック精度を2桁向上させること。
• 40mの基準長を有するフォーメーションフライヤー構造を用いて、指向性を再設定可能にすることで、20日未満で全天球をカバーすること。

提案手法

• NEATのペイロードは、40メートルの距離をあける2つの衛星から構成され、望遠鏡衛星が標的を指向し、焦点面衛星が恒星の位置を測定する。
• メトロロジー系が焦点面に動的ヤングの縞を投影し、明るい標的星（R ≤ 6）とやや暗い基準星（R ≤ 11）の間の角度距離を測定する。
• 基準長の安定化と干渉縞の位相差測定により、0.05 µasの精度を達成する。
• 望遠鏡と焦点面は、ソイーズ ST ロケットでスタックされた形で打ち上げられ、L2付近のリサジュー軌道に展開される。
• フォーメーションフライヤー構造により、指向性の迅速な再設定が可能となり、天の川の高速スキャンと標的の迅速取得が可能となる。
• 主鏡とその動的支持系は、熱的および機械的擾乱を最小限に抑えるために高安定性を確保するように設計されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙空間で0.05 µasのアストロメトリック精度を達成できるか。これにより、太陽型星の周りに存在する地球質量の惑星を検出可能となるか。
• RQ2 2つの衛星間のフォーメーションフライヤーが、広い視野において高精度な角度測定を可能にする仕組みは何か。
• RQ3 40m基準長の干渉計を用いて、20日未満で全天球をカバーする最適な構成は何か。
• RQ4 宇宙空間における熱的および動的擾乱下でも、メトロロジー系が1ミクロアーキセコンド未満の精度を維持できるか。
• RQ5 アストロメトリを用いて、ハビタブルゾーンに存在する地球質量の惑星まで、完全に検出・特徴付け可能か。

主な発見

• NEATミッションは、1σのアストロメトリック精度を0.05 µasに達成することを目標としており、これはGaiaの目標精度よりも2桁高い。
• フォーメーションフライヤー構造により、望遠鏡と焦点面の間で40mの基準長を実現でき、低質量惑星に対する高角分解能と感度が確保される。
• 指向性の迅速な再設定が可能であるため、ミッション全体で20日未満で全天球をスキャン可能である。
• メトロロジー系で動的ヤングの縞を用いることで、標的星と基準星の間の角度分離を高精度に測定可能となる。
• それぞれ約700 kgの2つの衛星から成るシステムは、ソイーズ ST ロケットとの適合性を有しており、5年間のミッション期間中に20,000回以上の再設定が可能である。
• ミッションは、検出された惑星すべてについて、傾きを含む完全な軌道パラメータを提供し、正確な質量決定を可能にする。