[论文解读] The Habitable Exoplanet Observatory (HabEx) Mission Concept Study Final Report

B. Scott Gaudi, Sara Seager+184 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2020

Astronomy and Astrophysical Research被引用 146

一句话总结

HabEx 是一个提出的 4 m 离轴太空望远镜，位于 L2，配有 Coronagraph 和 Starshade，用于直接成像地球样系外行星以及广泛的紫外–近红外天体物理学，目标成为 2030 年代的伟大天文台。

ABSTRACT

The Habitable Exoplanet Observatory, or HabEx, has been designed to be the Great Observatory of the 2030s. For the first time in human history, technologies have matured sufficiently to enable an affordable space-based telescope mission capable of discovering and characterizing Earthlike planets orbiting nearby bright sunlike stars in order to search for signs of habitability and biosignatures. Such a mission can also be equipped with instrumentation that will enable broad and exciting general astrophysics and planetary science not possible from current or planned facilities. HabEx is a space telescope with unique imaging and multi-object spectroscopic capabilities at wavelengths ranging from ultraviolet (UV) to near-IR. These capabilities allow for a broad suite of compelling science that cuts across the entire NASA astrophysics portfolio. HabEx has three primary science goals: (1) Seek out nearby worlds and explore their habitability; (2) Map out nearby planetary systems and understand the diversity of the worlds they contain; (3) Enable new explorations of astrophysical systems from our own solar system to external galaxies by extending our reach in the UV through near-IR. This Great Observatory science will be selected through a competed GO program, and will account for about 50% of the HabEx primary mission. The preferred HabEx architecture is a 4m, monolithic, off-axis telescope that is diffraction-limited at 0.4 microns and is in an L2 orbit. HabEx employs two starlight suppression systems: a coronagraph and a starshade, each with their own dedicated instrument.

研究动机与目标

• 旨在发现并表征靠近的明亮太阳样恒星周围的地球样行星。
• 评估近距离系外行星的宜居性和潜在生物信号。
• 实现覆盖从紫外到近红外波段的广泛天体物理学与行星科学。
• 为 2030 年代的伟大天文台定义体系结构与任务计划。
• 评估与竞争性 Guests Observer (GO) 计划的整合，该计划占主任务约50% 份额。

提出的方法

• 提出在 L2 轨道上、4 m 单片、离轴的望远镜，在 0.4 微米处达到衍射极限。
• 集成两套星光抑制系统：一个 coronagraph 和一个 starshade，各自配有专用仪器。
• 提供紫外到近红外的能力，以支持广泛的天体物理学和行星科学目标。
• 概述伟大天文台的任务体系结构、预期性能以及计划方面的考虑。
• 讨论 GO 计划参与及其对主任务规划的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些望远镜和星光抑制架构能够直接成像并表征附近恒星周围的地球样系外行星？
• RQ2 在实现高对比度系外行星成像的同时，HabEx 如何实现覆盖广泛的 UV–near-IR 科学计划？
• RQ3 为使 HabEx 成为 2030s 的实际伟大天文台，需具备哪些任务设计、轨道和仪器要求？
• RQ4 GO 计划应如何整合，使 HabEx 主任务的约一半用于社区科学？

主要发现

• HabEx 被定位为 2030 年代的伟大天文台，覆盖系外行星成像和一般天体物理学的能力。
• 首选架构是一个 4 m、单片、离轴的望远镜，在 0.4 微米处实现衍射，轨道在 L2。
• 包含两套星光抑制系统（coronagraph 和 starshade），每套均配有专用仪器。
• 该任务实现从 UV 到 near-IR 的广泛科学组合，覆盖系外行星和天体物理目标。
• 大约 50% 的 HabEx 主任务科学将来自竞争性 Guest Observer 程序。