ผู้เขียน:
(1) Prabal Saxena, CRESST II/University of Maryland, College Park, Maryland 20742, USA และ NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771, USA ([email protected])
ตารางลิงค์
- การเปรียบเทียบขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของกล้องโทรทรรศน์ในอนาคต
- การแอบถ่ายรูปในระบบสุริยะของเรา
- ผลที่ตามมาสำหรับสเปกตรัมที่ได้รับ
- กลยุทธ์การบรรเทาผลกระทบและการอภิปรายและเอกสารอ้างอิง
เชิงนามธรรม
การสังเกตดาวเคราะห์นอกระบบที่อาจมีลักษณะคล้ายโลกนั้นถือเป็นเรื่องสำคัญทางดาราศาสตร์ ซึ่งไม่เพียงแต่ต้องตรวจจับดาวเคราะห์ดังกล่าวเท่านั้น แต่ยังต้องตรวจสอบด้วยว่าลักษณะที่ปรากฏของความเหมาะสมในการอยู่อาศัยนั้นไม่ได้เกิดจากแหล่งอื่นด้วย กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ออกแบบมาเพื่อสังเกตดาวเคราะห์ดังกล่าว เช่น กล้องโทรทรรศน์ที่ NASA แนะนำใน Astrophysics Decadal Survey ประจำปี 2020 มีความละเอียดจำกัดจากการเลี้ยวเบนแสง ซึ่งกระจายแสงจากแหล่งกำเนิดแสงในบริเวณรอบจุดแหล่งกำเนิดแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในจดหมายฉบับนี้ เราจะแสดงให้เห็นว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนแสงของกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาด 6 เมตรส่งผลให้จุดกระจายแสงของดาวเคราะห์ที่คล้ายโลกมีวัตถุท้องฟ้าเพิ่มเติมที่คาดไม่ถึงสำหรับระบบที่อยู่ห่างออกไปซึ่งเกี่ยวข้องกับการค้นหาที่เสนอ วัตถุท้องฟ้าเพิ่มเติมที่คาดไม่ถึงเหล่านี้ เช่น ดาวเคราะห์และดวงจันทร์ดวงอื่น สามารถส่งผลต่อสเปกตรัมที่ได้สำหรับดาวเคราะห์ที่อาจอยู่อาศัยได้โดยสร้างลักษณะที่คลุมเครือและเพิ่มความไม่แน่นอนเพิ่มเติมในสเปกตรัม แบบจำลองของโลกที่สังเกตโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาด 6 เมตร แสดงให้เห็นว่าเป็นดาวเคราะห์นอกระบบ แสดงให้เห็นว่าแสงจากโลกจะผสมกับดวงจันทร์ ดาวพุธ ดาวศุกร์ และดาวอังคารในรูปแบบต่างๆ ในเวลาต่างๆ กัน ทำให้เกิดระยะห่างจากระบบและความยาวคลื่นที่แตกต่างกันมากมาย เมื่อพิจารณาถึงความสำคัญของการแยกสเปกตรัมที่แท้จริงของดาวเคราะห์ที่อาจอยู่อาศัยได้เพื่อค้นหาสัญญาณชีวภาพ เราจึงเน้นย้ำถึงความจำเป็นในการคำนึงถึงผลกระทบนี้ในระหว่างการพัฒนากล้องโทรทรรศน์ที่เกี่ยวข้อง และเสนอวิธีการที่เป็นไปได้บางประการในการคำนึงถึงผลกระทบที่ทำให้เกิดการรบกวนภาพนี้
1. บทนำ
ความพยายามที่จะใช้ประโยชน์จากการถ่ายภาพโดยตรงเพื่อสำรวจโลกที่อยู่อาศัยได้นั้นอยู่ภายใต้ความเชื่อที่ว่าโลกไม่เพียงแต่อยู่ใต้เท้าของเราเท่านั้น แต่ยังอาจอยู่เหนือหัวของเราในภูมิภาคอื่นๆ ของอวกาศอีกด้วย ข้อมูลบริบทซึ่งจำเป็นต้องมีการสังเกตการณ์และการสำรวจทางทฤษฎีเกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่มีแนวโน้มดีและระบบของดาวเคราะห์เหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าโลกที่คาดว่าจะอยู่อาศัยได้นั้นสมควรได้รับทรัพยากรที่จำเป็นในการกำหนดลักษณะของโลกนั้น การได้รับข้อมูลบริบทนี้จะต้องพิจารณาถึงความสามารถและข้อจำกัดของกล้องโทรทรรศน์ในอนาคตที่วางแผนไว้ซึ่งเป็นแนวหน้าในการสำรวจโลกที่มีความสำคัญสูงเหล่านี้ ในการศึกษานี้ เราจะหารือถึงวิธีที่ขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของกล้องโทรทรรศน์ในอนาคตเหล่านี้อาจมีอิทธิพลต่อกลยุทธ์การสังเกตและผลลัพธ์ได้อย่างไร ในชื่อเรื่อง มีการกล่าวถึงลักษณะสำคัญที่ขีดจำกัดการเลี้ยวเบนอาจทำสิ่งนี้ได้ โดยที่ "การแย่งชิงภาพถ่าย" หมายถึงภาพที่มีวัตถุที่ไม่ได้ตั้งใจปรากฏให้เห็นในมุมมองของกล้องในขณะที่ถ่ายภาพ วัตถุเหล่านี้อาจรวมถึงดาวเคราะห์และดวงจันทร์ดวงอื่น ซึ่งสามารถส่งผลต่อสเปกตรัมที่ได้หากไม่สามารถระบุได้จากฟังก์ชันการกระจายจุด (PSF) ของดาวเคราะห์เป้าหมาย การทำความเข้าใจว่าการผสมผสานดังกล่าวอาจเกิดขึ้นที่ใด/อย่างไรนั้นมีความสำคัญในการพัฒนากล้องโทรทรรศน์ในอนาคตที่มุ่งเป้าไปที่การตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบที่อยู่อาศัยได้ เช่น กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด/ออปติคอล/อัลตราไวโอเลตที่แนะนำล่าสุดในการสำรวจดาราศาสตร์เชิงทศวรรษปี 2020 (?) กรอบการทำงานล่าสุดสำหรับการประเมินลายเซ็นชีวภาพที่อาจเกิดขึ้น (Catling et al. 2018; Green et al. 2021) ได้เน้นย้ำถึงความจำเป็นในการแยกลายเซ็นที่แท้จริงซึ่งอาจบ่งชี้ถึงสิ่งมีชีวิตออกก่อน จากนั้นจึงตรวจสอบสถานการณ์ที่ซับซ้อนที่อาจเกิดขึ้น ซึ่งอาจทำให้การตีความลายเซ็นไม่ถูกต้องแม่นยำ และเราจะแสดงให้เห็นว่าการที่ดาวเคราะห์หรือดวงจันทร์ดวงอื่นๆ เข้ามารบกวนภาพอาจทำให้ข้อกำหนดทั้งสองนี้ซับซ้อนขึ้น
การสำรวจผลกระทบนี้สมควรได้รับการวิเคราะห์อย่างละเอียดถี่ถ้วน เนื่องจากอาจมีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับการสังเกตเฉพาะต่างๆ เช่น ความเอียงของระบบ เฟสการโคจรของดาวเคราะห์ การเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่โดยเนื้อแท้ในแต่ละวัตถุที่เกี่ยวข้อง และลักษณะเฉพาะของระบบและดาวเคราะห์อื่นๆ อย่างไรก็ตาม จดหมายฉบับนี้เป็นการศึกษาสำรวจเบื้องต้นที่เน้นที่หัวข้อสี่หัวข้อที่เป็นแนวทางในการศึกษาเพิ่มเติมและประกอบเป็นส่วนๆ ของเอกสาร ขั้นแรก เราตรวจสอบขนาดเชิงมุมของขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของเส้นผ่านศูนย์กลางกล้องโทรทรรศน์/ความยาวคลื่นการสังเกตหลายชุดเป็นฟังก์ชันของระยะห่างไปยังระบบเป้าหมาย ซึ่งรวมถึงการเปรียบเทียบระยะทางสำคัญภายในระบบดาวเคราะห์ที่มีศักยภาพซึ่งอาจมีอยู่รอบดาวฤกษ์ที่มีประเภทดาวฤกษ์ต่างกัน เช่น ความกว้างของเขตอยู่อาศัยได้ (HZ) และขนาดรัศมีเนินเขาสำหรับดาวแฝดโลกช่วงกลาง HZ ประการที่สอง เราใช้ระบบสุริยะของเราเป็นแบบจำลองสำหรับประเภทของเอฟเฟกต์การบดบังภาพที่อาจสังเกตได้ในระบบดาวเคราะห์ที่มีดาวเคราะห์หินขนาดเล็กหลายดวงอยู่ใน/ใกล้เขตอยู่อาศัยได้ เราตรวจสอบความเป็นไปได้ที่ดาวเคราะห์เพิ่มเติมจะปรากฏขึ้นใน PSF ของโลกเป็นฟังก์ชันของเวลา หากระบบสุริยะของเราถูกสังเกตโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาด 6 เมตร ประการที่สาม เราสร้างแบบจำลองผลที่ตามมาของการปนเปื้อนของ PSF ของโลกต่อสเปกตรัมที่มองเห็นได้และอินฟราเรดใกล้ที่ถ่ายได้สำหรับโลกโดยใช้กล้องโทรทรรศน์จากระยะห่าง 10 พาร์เซก ในที่สุด เราจะหารือเกี่ยวกับสถานการณ์ที่อาจเกิดการรบกวนภาพอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการสังเกตในอนาคตและวิธีการที่อาจเป็นไปได้ในการแยกสเปกตรัมฝาแฝดโลกที่แท้จริงออกจากการปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้น
เอกสารนี้เป็น
