太陽系外惑星用の大型干渉計（LIFE）

衛星軌道に口径２ｍの宇宙望遠鏡を並べて合成開口値を２０ｍから１００ｍにして解像度を上げて300光年程度までの岩石惑星の大気を調べる。生命が発生しているか産業革命が起こっているかぐらいは分かる？以下、機械翻訳。
太陽系外惑星用の大型干渉計（LIFE）：III。地球外の大気検索分析に基づくスペクトル分解能、波長範囲、および感度要件
2021年12月3日に提出
概要
環境。温帯の地球型外惑星は一般的な物体である可能性が高いですが、それらの発見と特性評価は非常に困難です
彼らのホスト星のそれと比較して小さい固有の信号のために。克服するための最適化された宇宙ミッションのためのさまざまな概念
これらの課題は現在研究中です。 LIFEイニシアチブは、宇宙ベースの中赤外線（MIR）の開発に焦点を当てています
太陽系外惑星の大規模なサンプルの熱放射をプローブする干渉計を無効にします。
目的。この研究では、信号対雑音比（S / N）、スペクトル分解能（R）、および波長の最小要件を導き出します。
LIFEミッションコンセプトの取材。地球双子の太陽系外惑星を参照ケースとして使用して、惑星/大気がどれだけうまくいくかを定量化します
特性は、波長範囲、S / NおよびRの関数としてのMIR熱放射スペクトルから導き出すことができます。
メソッド。雲のない1D大気放射伝達モデル、LIFE干渉計を使用した観測用のノイズモデル、および惑星/大気特性を取得するためのベイズパラメータ推論用のネストされたサンプリングアルゴリズムを組み合わせます。私たち
さまざまなレベルの太陽系外惑星の塵で太陽から10pcでG2V星を周回する地球双子の太陽系外惑星の観測をシミュレートします
排出量。波長範囲（3〜20 µm、4〜18.5 µm、および6〜17 µm）、S / N（5、10、15、および20が決定）のグリッドを調査します
11.2 µmの波長で）およびRs（20、35、50、および100）。
結果。 S /N≥10（不確かさ≤±1.0dex）の場合、H2O、CO2、およびO3が検出可能です。 N2Oの上限を見つけます（存在量.10-3）。
CO、N2、およびO2は、すべての場合に制約を受けません。 CH4検出の下限は、R = 50、S / N = 10です。検索フレームワーク
太陽系外惑星の半径（不確実性≤±10％）、表面温度（不確実性≤±20K）、および表面圧力を正しく決定します
（不確実性≤±0.5dex）すべてのクラウドフリー検索分析で。現在の仮定に基づいて、到達するのに必要な観測時間
10パーセクのアースツインの指定されたS / Nは、4×2mの開口部で約6〜7週間になります。
結論。 Earthtwin太陽系外惑星の検索研究を通じて、LIFEの最小技術要件の1次推定値を提供します。最小波長範囲は4〜18.5 µm、スペクトル分解能はR = 50、S / Nは
少なくとも10が必要です。現在の仮定では、距離のあるいくつかの地球のような太陽系外惑星の大気特性
10パーセクで、妥当な観測時間内に、2メートル以上の開口が必要になります。
キーワード。方法：統計–惑星と衛星：地球型惑星–惑星と衛星：大気


図1：大気検索フレームワークを示す概略図。


図2：さまざまな異なるモデルで計算された地球と双子のMIR発光スペクトルの比較。 光子束をプロットします
太陽から10パーセクの場所にある地球の双子から受け取った。 青い実線は、で計算されたMIR熱放射です。
セクション2.3.1で説明した設定を使用したpetitRADTRANS。 青い網掛けの領域は、検索で使用された最も楽観的なLIFEsimの不確実性（S / N = 20）を示しています。 赤い破線は、散乱を説明する雲料金の地球モデルを表しています
ダニエルキッツマン（プライベートコミュニケーション）による。 緑と黒の一点鎖線は曇り（雲量60％）と
Rugheimer etal。による雲のない現代の地球スペクトル。 （2015）散乱を説明します。


図3：上部パネル：波長の関数としての雲のない地球双子大気の不透明度。 灰色の陰影は量を示します
大気によって遮られる光の。 下のパネル：地球と双子の大気の不透明度に対するさまざまな分子の寄与
波長の関数として。 暗い領域は、カラーバーで示されているように不透明度が高いことを示します。


図4：セクション3で概説した検証実行の要約（a）：惑星表面の事後分布のコーナープロット
温度T0、表面圧力P0、半径Rpl、質量Mpl、および取得されたさまざまな分子の存在量。 赤い線は
入力スペクトルの生成に使用される値。 さらに、取得した中央値と16パーセンタイルと84パーセンタイルを破線でプロットします
すべての事後プロットの線。 （b）：取得したP-Tプロファイル。 影付きの緑色の領域は、取得したプロファイルの不確実性を示しています。 の
P-Tプロファイルプロットの左下隅に、P0とT0を表示します。 赤い十字は入力値を示します。 （c）：取得された排出量
スペクトル検索Finputの入力発光スペクトルに対してFretrieved。


図5：最適化された場合と主格の場合の波長依存S / Nの比率。 この比率は独立しています
全体的なS / NとスペクトルのR。