スターシェード太陽系外惑星イメージングの概要と再評価

スターシェード太陽系外惑星イメージングのノイズバジェットの概要と再評価
2020年12月3日に提出
宇宙望遠鏡を使った編隊飛行中のスターシェードによって可能になる高コントラストのイメージングは​​、近くの星の温帯で小さな惑星を検索して特徴づけるための短期的な経路を提供することができます。NASAのTRL5（S5）に対するスターシェード技術開発活動は、スターシェードが潜在的な将来のミッションに統合される可能性がある点まで、必要な技術を急速に成熟させています。ここでは、スターシェードとその光学エッジの実験的に実証された光学性能を組み込むために、スターシェード対応の太陽系外惑星イメージングのノイズバジェットを再評価します。微小隕石の損傷による漏れや明るい天体の反射などの迷光源の分析では、光学エッジ（つまり太陽の輝き）によって散乱された太陽光が圧倒的に支配的な迷光であることが示されています。望遠鏡と観測パラメータがRomanとHabExのStarshadeRendezvousにほぼ対応している場合、支配的なノイズ源は、太陽のような初期の星の周りの温帯で地球サイズの惑星を特徴付ける外生動物の光であり、後の太陽の輝きです。タイプの星。コーティングでソーラーグリントの明るさをさらに10分の1に減らすと、ローマンとHabExの両方で支配的なノイズになるのを防ぐことができます。1E-10の機器コントラストでは、残留スターライトは支配的なノイズではありません。コントラストレベルを10倍に増やしても、期待される科学のパフォーマンスに目に見える変化はありません。フォトンノイズ限界に対するバックグラウンドの偏りのないキャリブレーションを達成できる場合、ローマとのスターシェードランデブーは、4パーセク未満のF、G、K星の温帯および地球サイズの惑星のほぼ光子制限分光法を提供でき、HabExはこの機能を8パーセク未満のさらに多くの星に拡張できます。（要約）

図1スターシェード対応の太陽系外惑星イメージングの形状と迷光源の概要。 日光が散乱
望遠鏡へのスターシェードの光学エッジ（つまり、太陽の輝き）が主な迷光源であり、その後に
天の川、地球、および太陽系の他の明るい物体の反射。 微小隕石は穴を作ることができます
スターシェードの光学シールド上にあり、日光とスターライトの漏れを引き起こします。 太陽系外惑星では、太陽系外惑星
ほこりは、ホスト星の光を望遠鏡に散乱させる可能性があります。 最後に、他のより遠い星や銀河がに現れるかもしれません
画像と混乱を引き起こします。 指定された数量は、ローマとのスターシェードランデブー用ですが、HabExは
質的に類似している。 これらの光源とそれらが科学に与える影響の包括的な分析を提供します
セクション2〜4のパフォーマンス。


図2残留星光、太陽の輝き、および外生動物の光の角距離への依存性。 実線は
ローマと破線を組み合わせた26mのスターシェードは、HabExの52mのスターシェード用です。 残余の星の光
示されているソーラーグリントは方位角平均であり、IWAにスケーリングされており、軸外角度θへの依存性は次のとおりです。
SISTERを使用して計算されます。 ローマの場合、緑色の帯（615〜800 nm）のIWAは104 masで、13mに相当します。
26mmの距離での半径。 Habexの場合、IWAは70masです。 このスケーリングにより、残余を簡単に説明できます
スターライトとソーラーグリント、そのソースは常に幾何学的なスターシェードパターン内にあります。
見かけのスターシェード半径。 外生動物の光はハビタブルゾーン（HZ）にスケーリングされ、その角度依存性は
太陽系のダスト密度プロファイルを想定してZodipic19で計算。


図3StarshadeRendezvous6によって採用された潜在的に居住可能な惑星の検索のための近くの星
およびHabEx.7
この研究で使用された星の例にはラベルが付けられています。 示されている距離範囲には、さらに多くのMタイプの星がありますが、
それらのハビタブルゾーンは、RomanまたはHabExを使用したStarshadeRendezvousのIWAよりも角度間隔が小さくなっています。


図4予想される積分時間（スペクトル要素ごとにS / N = 20、輪郭プロファイル、10進数のlog（時間））および優勢
近くの星の周りの惑星のローマとスターシェードのランデブー探査で予想されるノイズ源（影付きの領域）。
赤い破線はIWAに対応し、青い破線は惑星と星の分離に対応します。
地球の日光、つまり1-AUに相当するものを受け取ります。 シミュレーションのパラメータを表1に示します。


図5図4と同じですが、ソーラーグリントの明るさが公称値より10分の1低い点が異なります。


図6惑星の特性評価に必要な積分時間の改善（10nm波長チャネルでS / N = 20）
近くの星の周りで、太陽の輝きの明るさが公称値から10分の1に減少しました。 これは本質的に
らゅう座シグマの図5の拡大図。 赤い破線はIWAに対応し、青い破線はIWAに対応します。
地球の日射を受け取るための惑星と星の分離に対応します。つまり、1-AUに相当します。