หอดูดาวดาวเคราะห์นอกระบบที่เอื้อต่อการอยู่อาศัย (HabEx)

กล้องโทรทัศน์อวกาศ HabEx พร้อมกับอุปกรณ์บังแสงดาว
ประเภทภารกิจ	หอดูดาวอวกาศ
ผู้ปฏิบัติงาน	นาซ่า
เว็บไซต์	www.jpl.nasa.gov/habex/​​​​​
ระยะเวลาของภารกิจ	5 ถึง 10 ปี (เสนอ) [ 1 ]
คุณสมบัติของยานอวกาศ
ปล่อยมวล	18,550 กิโลกรัม (40,900 ปอนด์) (สูงสุด) [ 1 ]
มวลแห้ง	≈10,160 กิโลกรัม (22,400 ปอนด์)
มวลบรรทุก	น้ำหนักประมาณ 6,080 กิโลกรัม (13,400 ปอนด์) (กล้องโทรทรรศน์ + อุปกรณ์)
พลัง	6.9 กิโลวัตต์ (สูงสุด) [ 1 ]
เริ่มภารกิจ
วันที่เปิดตัว	ปี 2035 (ที่เสนอ)
จรวด	หอดูดาว: ระบบปล่อยจรวดอวกาศ (SLS) บล็อก 1B [ 1 ]สตาร์เชด: ฟอลคอนเฮฟวี่
พารามิเตอร์วงโคจร
ระบอบการปกครอง	จุดลากรางจ์ (จุด L2 ระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก)
กล้องโทรทัศน์หลัก
เส้นผ่านศูนย์กลาง	4 เมตร (13 ฟุต)
ความยาวคลื่น	แสงที่มองเห็นได้; อาจรวมถึง UV, NIR, IR (91 – 1000 นาโนเมตร)
ปณิธาน	R ≥ 60,000; SNR ≥ 5 ต่อองค์ประกอบความละเอียดบนเป้าหมาย AB ≥ 20 แมก (GALEX FUV) ในเวลาเปิดรับแสง ≤12 ชั่วโมง[ 1 ]
เครื่องดนตรี
กล้อง VIS, สเปกโตรกราฟ UV, โคโรนากราฟ , สตาร์เชด[ 1 ] [ 2 ]
หอดูดาวที่ยิ่งใหญ่ถัดไป ภารกิจทางวิทยาศาสตร์เชิงกลยุทธ์ขนาดใหญ่

หอดูดาวดาวเคราะห์นอกระบบที่เอื้อต่อการอยู่อาศัย ( HabEx ) เป็น แนวคิด กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่จะได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อค้นหาและถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบที่มี ขนาดเท่าโลกซึ่งเอื้อต่อการอยู่อาศัย ในเขต ที่ มีน้ำเหลว อยู่ รอบดาวฤกษ์ของพวกมันHabEx มีเป้าหมายเพื่อทำความเข้าใจว่าโลกคล้ายโลกนอกระบบสุริยะอาจมีอยู่ทั่วไปมากน้อยเพียงใด และกำหนดช่วงของลักษณะเฉพาะของพวกมัน กล้องโทรทรรศน์นี้จะเป็นกล้องโทรทรรศน์แบบออปติคอล ยูวีและอินฟราเรดซึ่งจะใช้สเปกโทรกราฟเพื่อศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์และบดบังแสงดาวด้วยโคโรนากราฟ ภายในหรือ แผ่นบังแสงดาวภายนอก^{[ 3 ]}

ข้อเสนอดังกล่าว ซึ่งเสนอครั้งแรกในปี 2016 เป็น โครงการ ภารกิจทางวิทยาศาสตร์เชิงกลยุทธ์ขนาดใหญ่ของ NASAโดยจะดำเนินการที่จุดลากรางจ์ L2

ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2566 แนวคิดกล้องโทรทรรศน์อวกาศใหม่ได้รับการเสนอชื่อว่าHabitable Worlds Observatory (HWO) ซึ่งใช้ประโยชน์จาก HabEx และLarge Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR) ^{[ 4 ]}

ในปี 2016 NASA เริ่มพิจารณาเลือกกล้องโทรทรรศน์อวกาศ 4 แบบที่แตกต่างกัน เป็นโครงการหลัก ( ภารกิจวิทยาศาสตร์เชิงกลยุทธ์ขนาดใหญ่ ) ต่อจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ James Webbและกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Nancy Grace Roman [ ^{3 ] ได้แก่} Habitable Exoplanet Observatory (HabEx), Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), Origins Space TelescopeและLynx X-ray Surveyorในปี 2019 ทีมงานทั้งสี่ได้ส่งรายงานฉบับสุดท้ายให้กับNational Academy of Sciencesซึ่ง คณะ กรรมการสำรวจทศวรรษอิสระ ของสถาบัน จะให้คำแนะนำแก่ NASA ว่าภารกิจใดควรได้รับความสำคัญสูงสุด^{[ 3 ]}

ภารกิจ Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx) เป็นแนวคิดสำหรับภารกิจในการถ่ายภาพระบบดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์โดยตรง^{[ 5 ] [ 6 ]} HabEx จะมีความไวต่อดาวเคราะห์ทุกประเภท อย่างไรก็ตามเป้าหมายหลักคือการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบที่เป็นหินขนาดเท่าโลกโดยตรง และกำหนดลักษณะองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศโดยการวัดสเปกตรัมของดาวเคราะห์เหล่านี้ HabEx จะค้นหาสัญญาณของความสามารถในการอยู่อาศัย เช่น น้ำ และมีความไวต่อก๊าซในชั้นบรรยากาศที่อาจบ่งชี้ถึงกิจกรรมทางชีวภาพ เช่น ออกซิเจนหรือโอโซน^{[ 6 ]}

ในปี 2021 สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติได้เผยแพร่คำแนะนำขั้นสุดท้ายในการสำรวจทศวรรษ โดยแนะนำให้ NASA พิจารณากล้องโทรทรรศน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 เมตร (20 ฟุต) ตัวใหม่ ซึ่งรวมองค์ประกอบการออกแบบของ LUVOIR และ HabEx กล้องโทรทรรศน์ตัวใหม่นี้จะเรียกว่าHabitable Worlds Observatory (HWO) กำหนดวันปล่อยเบื้องต้นไว้ในปี 2040 และงบประมาณที่คาดการณ์ไว้คือ 11 พันล้านดอลลาร์^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

เป้าหมายหลักทางวิทยาศาสตร์ของ HabEx คือการค้นพบและศึกษาลักษณะของดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลกในเขตที่เอื้อต่อการอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตรอบดาวฤกษ์ลำดับหลักที่อยู่ใกล้เคียง นอกจากนี้ยังจะศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะทุกประเภทภายในระบบเหล่านั้น และยังเปิดโอกาสให้ทำการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทั่วไปได้หลากหลายอีกด้วย

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ภารกิจนี้จะได้รับการออกแบบมาเพื่อค้นหาสัญญาณของความสามารถในการอยู่อาศัยและร่องรอยทางชีวภาพในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์หินขนาดเท่าโลกที่ตั้งอยู่ในเขตที่อยู่อาศัยได้ของดาวฤกษ์ประเภทเดียวกับดวงอาทิตย์ที่อยู่ใกล้เคียง^{[ 10 ]}ลักษณะการดูดกลืนจากCH₄, ชม₂O , NH₃และCOรวมถึงลักษณะการปล่อยแสงจากNaและKล้วนอยู่ในช่วงความยาวคลื่นที่คาดการณ์ไว้สำหรับการสังเกตการณ์โดย HabEx

ด้วยความคมชัดที่ดีกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล^{ถึง 1,000 เท่า [} 10 ^{] HabEx}สามารถแยกแยะโครงสร้างฝุ่น ขนาดใหญ่ และติดตามผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ได้ การถ่ายภาพจานโปรโตแพลนเนอรัลที่ จางๆ หลาย จานเป็นครั้งแรก HabEx จะช่วยให้สามารถศึกษาเปรียบเทียบปริมาณฝุ่นและคุณสมบัติต่างๆ ในกลุ่มดาวฤกษ์ที่ หลากหลายได้ ^{[ 5 ]}ซึ่งจะทำให้ระบบสุริยะอยู่ในมุมมองที่กว้างขึ้น ไม่เพียงแต่ในแง่ของประชากรดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงลักษณะทางกายภาพของแถบฝุ่นด้วย^{[ 10 ]}

การสังเกตการณ์ ทางดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทั่วไปอาจดำเนินการได้หากได้รับการพิสูจน์แล้วว่าให้ผลตอบแทนทางวิทยาศาสตร์สูง ในขณะที่ยังคงเข้ากันได้กับเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับดาวเคราะห์นอกระบบชั้นนำและสถาปัตยกรรมที่ต้องการ ปัจจุบันมีการพิจารณาการวิจัยที่หลากหลายสำหรับโครงการฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทั่วไปของ HabEx การวิจัยเหล่านี้มีตั้งแต่การศึกษาการรั่วไหลของกาแล็กซีและการแตกตัวเป็นไอออนของตัวกลางระหว่างกาแล็กซี ผ่านการวัดเศษส่วนการหลุดรอดของโฟตอนที่ทำให้ เกิดไอออน ไปจนถึงการศึกษาวัฏจักรชีวิตของแบริออนขณะที่ไหลเข้าและออกจากกาแล็กซี ไปจนถึงการศึกษาประชากรดาวฤกษ์ที่ได้รับการแก้ไข รวมถึงผลกระทบของดาวฤกษ์มวลมากและสภาพแวดล้อมในท้องถิ่นอื่นๆ ต่ออัตราและประวัติการก่อตัวของดาวฤกษ์^{[ 10 ]}การใช้งานที่แปลกใหม่กว่านั้น ได้แก่การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ของกาแล็กซีแคระ ในท้องถิ่น เพื่อช่วยจำกัดธรรมชาติของสสารมืดและการวัดค่าคงที่ฮับเบิลใน ท้องถิ่นอย่างแม่นยำ ^{[ 10 ]}

ตารางต่อไปนี้สรุปการตรวจสอบที่เป็นไปได้ที่เสนอแนะในปัจจุบันสำหรับฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทั่วไปของ HabEx: ^{[ 10 ]}

จากหลักการทางวิทยาศาสตร์และวัตถุประสงค์ นักวิจัยกำลังพิจารณาการถ่ายภาพและการวิเคราะห์ สเปกตรัมโดยตรง ของแสงดาวสะท้อนในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้โดยอาจขยายไปสู่ช่วงรังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดใกล้กล้องโทรทรรศน์นี้มีกระจกหลักแบบชิ้นเดียวขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 เมตร (13 ฟุต)

ช่วงความยาวคลื่นต่อเนื่องขั้นต่ำสุดคือ 0.4 ถึง 1 μm โดยอาจมีการขยายความยาวคลื่นสั้นลงไปต่ำกว่า 0.3 μm และ ขยายช่วง อินฟราเรดใกล้ไปถึง 1.7 μm หรือแม้กระทั่ง 2.5 μm ขึ้นอยู่กับต้นทุนและความซับซ้อน^{[ 10 ]}

สำหรับการจำแนกลักษณะของชั้นบรรยากาศนอกโลกการใช้ความยาวคลื่น ที่ยาวขึ้น จะต้องใช้แผ่นบังแสงดาวขนาด 52 เมตร (171 ฟุต) ซึ่งจะถูกส่งขึ้นจรวด Falcon Heavy แยกต่างหาก^[ 1 ] ^{หรือกล้องโทรทรรศน์}ขนาดใหญ่กว่าเพื่อลดปริมาณแสงพื้นหลัง ทางเลือกอื่นคือการรักษาขนาดของโคโรนากราฟให้เล็ก การจำแนกลักษณะของดาวเคราะห์นอกระบบที่ความยาวคลื่นสั้นกว่า ~350 นาโนเมตรจะต้องใช้ระบบแสงที่มีความคมชัดสูงและไวต่อรังสียูวีอย่างเต็มที่เพื่อรักษาปริมาณแสงที่ส่องผ่าน และจะทำให้ข้อกำหนดเกี่ยวกับหน้าคลื่นทั้งหมดเข้มงวดมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นสำหรับแผ่นบังแสงดาวหรือสถาปัตยกรรมโคโรนากราฟ^{[ 10 ]}การสังเกตการณ์ที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงและความคมชัดสูงเช่นนี้จะเปิดโอกาสพิเศษสำหรับการศึกษาการก่อตัวและวิวัฒนาการของดาวฤกษ์และกาแล็กซี

HabEx จะค้นหาก๊าซที่เป็นสัญญาณบ่งชี้ สิ่งมีชีวิต ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ เช่นโอโซน (O₂)₂(0.69 และ 0.76 ไมโครเมตร) และผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวด้วยแสงคือโอโซน ( O)₃ในส่วนของคลื่นความยาวคลื่นยาว การขยายการสังเกตการณ์ไปที่ 1.7 ไมโครเมตร จะทำให้สามารถค้นหาสัญญาณน้ำเพิ่มเติมที่ชัดเจน (ที่ 1.13 และ 1.41 ไมโครเมตร) และยังช่วยให้สามารถค้นหาหลักฐานที่บ่งชี้ว่าO ที่ตรวจพบนั้นมีอยู่จริง₂และโอ₃ก๊าซถูกสร้างขึ้นจากกระบวนการที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิต (เช่น โดยการมองหาลักษณะเฉพาะจากCO)₂, CO, O₄ความสามารถในการตรวจจับรังสีอินฟราเรดเพิ่มเติมที่ความยาวคลื่นประมาณ 2.5 ไมโครเมตร จะช่วยให้สามารถค้นหาคุณลักษณะรอง เช่น มีเทน ( CH₄) ได้₄ซึ่งอาจสอดคล้องกับกระบวนการทางชีวภาพ การขยายขอบเขตของรังสี UV ให้ลึกยิ่งขึ้นอาจช่วยให้สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างบรรยากาศที่มีออกซิเจนสูงจากกระบวนการทางชีวภาพและบรรยากาศที่มีคาร์บอนไดออกไซด์สูง_จากกระบวนการทางอชีวภาพได้₂บรรยากาศที่อุดมสมบูรณ์โดยอิงจากการดูดซับโอโซนที่ 0.3 μm ^{[ 10 ]}

ออกซิเจนโมเลกุล ( O)₂) สามารถเกิดขึ้นได้จากกระบวนการทางธรณีฟิสิกส์ รวมถึงเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์แสงของสิ่งมีชีวิตดังนั้นถึงแม้จะเป็นเรื่องที่น่ายินดี แต่O₂ไม่ใช่ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่แน่นอน เว้นแต่จะพิจารณาในบริบทสิ่งแวดล้อม กล่าวคือ ในขณะที่การผลิต O2 ให้มีปริมาณประมาณ 20% ของปริมาณในชั้นบรรยากาศดูเหมือนจะเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตบนโลก แต่ออกซิเจนที่มากเกินไปนั้นเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตอย่างที่มนุษย์รู้จัก และอาจเกิดขึ้นได้ง่ายจากสถานการณ์ของดาวเคราะห์ เช่น มหาสมุทรที่ลึกมากครอบคลุมทั่วโลก^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

• รายงานฉบับสุดท้าย ปี 2019 ที่ JPL/NASA
• เอกสาร HabEx ที่ JPL/NASA