太陽系外惑星ハンターは、巨大な軌道上のシェードで星の光を遮りたいと考えている

過去10年間、地球に似た太陽系外惑星の探索は天文学の最重要課題の一つとなった。生命の兆候を求めて数十億の銀河や恒星系をくまなく探すのは、干し草の山から針を探すようなものだが、NASAの新しいアプローチは、それらの発見をはるかに容易にすることを目指している。

提案されている研究は、地球型太陽系外惑星のハイブリッド観測所（HOEE）と名付けられ、地球上と軌道上に2つの観測所を設置して、これまでに設計された中で最も強力な惑星探査機の1つを作成する予定です。HOEEは、巨大マゼラン望遠鏡やチリのアタカマ砂漠の超大型望遠鏡（ELT）など、現在建設中の次世代の強力な望遠鏡と、非常に明るい物体の光を遮るために使用できる「スターシェード」と呼ばれる宇宙ベースの機器を使用する予定です。

現時点では、研究者が太陽系外惑星を直接観察する方法は 2 つあります。科学者は望遠鏡の高性能カメラを使用して写真を撮影し、その写真を電波で空中から地球に送り返して、惑星が恒星の周りを回っている可能性のある場所を特定できます。たとえば、ハッブル宇宙望遠鏡はデジタル カメラを使用して何百もの太陽系外惑星を発見しました。天文学者が使用するもう 1 つの戦略は、トランジット分光法と呼ばれる方法です。近くの恒星からの光が軌道を回る惑星の大気を通過すると、光は通過した環境の特性を帯びます。その光が宇宙と地上の望遠鏡に到達すると、科学者は光が通過した環境に関する大気や構造の情報など、大量のデータを処理できます。ジェイムズ ウェッブ宇宙望遠鏡はこの方法を使用して太陽系外惑星 Wasp-96 を観測しました。しかし、JWST は太陽系外惑星を検出できますが、その主な研究目的と設計は、遠く離れた惑星での地球外生命の探索に焦点を当てたものではありません。そこで、地上と宇宙の両方の機器を活用する2部構成のシステムであるハイブリッド観測所が役に立つ可能性がある。

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遠くにある地球のような惑星の光は極めて弱く、太陽のように明るい恒星によって太陽系外惑星の存在がかき消されやすいと、NASAゴダード宇宙飛行センターの観測宇宙論研究所の上級天体物理学者でHOEE研究のリーダーであるジョン・マザー氏は説明する。天文学者が銀河系内で太陽系に似た場所を探しているときには、これは好ましいことではない。

「太陽は地球の100億倍の明るさです」とマザー氏は言う。「それは非常に強い光です」。その強い光の中で小さな物体、特に「小さな地球」を探すのは極めて難しいと彼は言う。しかし、スターシェードは主星の輝きを遮る方法を提供してくれる。

スターシェードとは、地球上の望遠鏡と天文学者が観測したい星の間の空間に配置され、望遠鏡の鏡に届く前に光を遮る物体です。機能的なスターシェードは、直径が 300 フィート以上で、地球から少なくとも 10 万マイル離れた場所に設置する必要があります。非常に遠いため、人間の介入なしに動作できる必要もあります。とはいえ、スターシェードは、地球上のどの望遠鏡でも宇宙を妨害されることなく覗くことができるツールに過ぎず、独自の科学研究を行うことができるかどうかはまだわかりません。

こうしたハイブリッド観測所が配備されれば、科学者は天の川銀河の隅々や、その他の関心のあるシステムを、現在の既存の技術よりもはるかに近い距離から探査できるようになる。マザー氏は、ハイブリッド観測所で撮影した1分間の露出時間は、その地域に太陽系外惑星が存在することを証明するのに十分な長さであり、1時間の露出時間は、その大気に酸素や水があるかどうかの手がかりを与えることができると述べている。

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しかし、スターシェードを製作するのに必要な技術が完成するまでには、まだ何年もかかるとマザー氏は言う。この構想の背後にある最大の課題の 1 つは、科学者が望むような運用をするには、どれだけの大きさが必要かということだ。NASA のジェット推進研究所が過去に作成した予備設計はロケットに収まるには大きすぎたが、研究者たちは JWST の折り畳み式ミラーのように、区画化して後で開くことができる構想を模索している。「これほど大きなものを試した人は誰もいません。とにかく巨大です」とマザー氏は言う。「これほど大きなものを宇宙に打ち上げるのは、非常に大きなことです。」

NASA は開発を進めていないが、最近、一般の人々から天文台の設計アイデアを集めるコンテスト「超軽量スターシェード構造設計コンテスト」を立ち上げた。上位 5 作品には賞品が贈られ、1 位には 3,000 ドルが贈られる。この記事の執筆時点では 11 作品が応募されているが、興味のある参加者は 8 月 22 日までに設計を提出する必要がある。優勝者を選ぶチームを率いるマザー氏は、一般の人々のアイデアを活用することでスターシェードのコンセプトを軌道に乗せることができると語った。

「私たちは機械工学のほぼ不可能と思われる問題を解決しようとしています」と彼は言う。「一方で、挑戦する価値はあると思います。」