[论文解读] Origins Space Telescope Mission Concept Study Report

M. Meixner, Asantha Cooray+67 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 528被引用 50

一句话总结

本最终研究报告详述 Origins Space Telescope 概念，概述其科学目标、设计能力和范围，作为在 2020 十年评估中研究的 2.8–588 μm、高度敏感的红外观测站。

ABSTRACT

The Origins Space Telescope (Origins) traces our cosmic history, from the formation of the first galaxies and the rise of metals to the development of habitable worlds and present-day life. Origins does this through exquisite sensitivity to infrared radiation from ions, atoms, molecules, dust, water vapor and ice, and observations of extra-solar planetary atmospheres, protoplanetary disks, and large-area extragalactic fields. Origins operates in the wavelength range 2.8 to 588 microns and is 1000 times more sensitive than its predecessors due to its large, cold (4.5 K) telescope and advanced instruments. Origins was one of four large missions studied by the community with support from NASA and industry in preparation for the 2020 Decadal Survey in Astrophysics. This is the final study report.

研究动机与目标

• 描述从第一批星系到宜居世界追踪宇宙历史的科学动机。
• 定义观察离子、原子、分子、尘埃、水蒸气和冰所需的红外能力。
• 提出一个实现极端灵敏度（1000x 增益）的望远镜与仪器概念，以实现广泛的星系外、行星和围星际科学。
• 将 Origins 放在 2020 NASA 十年评估计划中并在大型任务概念中的角色进行情境化。

提出的方法

• 规定波长覆盖范围（2.8 到 588 微米）和在 4.5 K 条件下运行的大型冷却望远镜的需求。
• 确定目标科学领域：系外行星大气、原行星盘、广域星系外场以及星际介质示踪器。
• 讨论能够实现前所未有深度的红外光谱与成像的仪器概念及灵敏度要求。
• 将 Origins 概念作为在十年评估中与 NASA 与行业合作研究的四个大型任务之一呈现。

实验结果

研究问题

• RQ1 需要哪些科学能力和波长范围来研究第一批星系的形成和金属兴起？
• RQ2 需要什么望远镜尺寸、冷却和仪器要求以实现相对于前代的 1000 倍灵敏度提升？
• RQ3 在任务约束内，Origins 如何观测系外行星大气、原行星盘以及广域星系外场？
• RQ4 Origins 概念如何融入 2020 十年评估的规划与优先事项？

主要发现

• Origins 通过红外观测为追踪从第一批星系到宜居世界的宇宙历史铺设路径。
• Origins 在 2.8–588 μm 的波段下，依靠大型冷却望远镜和先进仪器实现相较前代 1000× 的灵敏度提升。
• 望远镜被设计为在 4.5 K 下工作，以实现卓越的红外灵敏度。
• Origins 是由社区在 2020 十年评估中得到 NASA 与行业支持研究的四个大型任务之一。
• 本文作为 Mission Concept Study 系列中 Origins 概念的最终研究报告呈现。