摘要。我们描述了将在2.4 m Nancy Grace Roman Space望远镜上飞行的冠状器仪器(CGI)的光子计数摄像头系统的飞行电子乘电荷耦合设备(EMCCD)的开发。罗马是一项NASA旗舰任务,它将研究暗能量和暗物质,并在2020年代中期计划推出,寻找系外行星。CGI旨在证明高对比度成像和系外行星光谱所需的技术,例如高速波浪前传感和指向控制,具有可变形镜的自适应光学器件以及具有光子计数,可见敏感的(350至950 nm)检测器的超级噪声信号检测。相机系统是这些演示的核心,需要在高达1000帧-S -1时自适应地感知微弱和明亮的目标(10-4-10 7计数-S-1),以向仪器控制环提供必要的反馈。该系统包括两个相同的摄像机,一个相机表现出微弱的光科学能力,另一个用于提供仪器指向的高速实时感知。我们在喷气推进实验室(美国加利福尼亚州帕萨迪纳)的计划评估了辐射损坏的商业EMCCD传感器的低信号性能,并将这些测量作为与开放大学(米尔顿·凯恩斯(Milton Keynes),英国王国和泰瑞德尼·凯恩(Milton-Ekeynes)和泰瑞德尼(Teledyne-e2V)(泰瑞德尼(Teledyne-E2V))(英国凯尔多·金(Chelden-e2v)(英国凯尔多·金(Cheldne-E2V),英国王者),对靶向辐射硬化修饰进行了基础。然后开发了一对具有测试功能的EMCCD,并在此报告其低信号性能。©作者。[doi:10 .1117/1.Jatis.9.9.1.016003]该程序导致了EMCCD的飞行版本的开发,其低信号性能在暴露于2.6×10 9质子-CM-2(10 MeV等效)后,超过三倍以上。飞行EMCCD传感器是通过与Teledyne-E2V(英国切尔姆斯福德)的合同来贡献的。我们将描述用于评估光子计数性能的程序要求,传感器设计,测试结果和指标。由SPIE在创意共享归因4.0国际许可下出版。全部或部分分发或复制此工作需要完全归因于原始出版物,包括其DOI。
从月球,火星到太阳系,太阳,甚至系外行星的中央机构,深空探索[1] [1]促进了对太阳系和宇宙的形成和演变的研究,尤其是在追踪生命的起源方面。高能通量密度的固有特征确定空间检测器在宇宙微波背景辐射温度为2.7 k的情况下通过辐射冷却完全散发热量。因此,主动制冷技术是高信噪比(SNR)(SNR)的至关重要的保证,以及由于空间探索的高度准确性,可探索太空的准确性,并探索了深度探索[2] [2] [2] [2]。在中国,当前的轨道制冷系统几乎在液氮温度范围内工作[3]。到目前为止,关于液体液和液态温度温度较低的空间制冷技术的相应发展仍处于起步阶段,并且在实验室研究中仅研究了几种冷冻冷却器原型[4,5]。但是,近年来,中国促进的太空天文学计划需要
直接观察超大型望远镜的METIS仪器对系外行星和原始磁盘的直接观察将为行星形成和系外行星大气的过程提供新的见解。这是由于功能强大的矢量涡流冠状动曲,可以抑制星光以揭示周围微弱的信号。在这里,我们介绍了将相位掩膜处于冠状动脉核心的过程。这些环形凹槽相掩膜由钻石中的深层次波长组成,这些光栅使用具有强偏见的电感耦合氧等离子体蚀刻。METIS仪器所需的带宽比以前证明了此类com ponents的带宽,从而导致具有更高纵横比和更垂直壁的光栅设计。为了实现这一目标,用于钻石蚀刻的蚀刻面膜从铝更改为硅,并增加了血浆功率。我们还改进了减少成品成分的光栅深度以微调它们的方法。以及改进的光学测试,这使我们能够生成迄今为止为天文N波段展示的最佳涡旋相掩码。
WASP-121B是研究最多的系外行星之一。以其极端条件(例如金属蒸气云)而闻名,它属于超热木星的类别。探索国际天文学家团队,包括日内瓦大学(Unige)天文学系和行星国家研究中心的研究人员,结合了欧洲南部天文台(ESO)的四个巨型望远镜(ESO)的四个巨型望远镜的观察结果。通过探测多个大气层,它们在系外行星的大气中生成了最详细的数据集。在他们的发现中:强大而完全出乎意料的风的存在。在自然界中发表,这些发现挑战了现有的大气模型。超热的木星是类似于木星(地球大小的300倍)的系外行星,但与木星不同,轨道非常接近他们的恒星。这种接近性及其大尺寸使它们更易于检测和学习。然而,它们的非凡无体性 - 比地球强大的数千倍 - 产生的气候比太阳系中任何行星的气候更为极端。这使得超热木星的理想实验室用于测试行星气氛和气候的理论和数值模型。
EELT 仪器 望远镜需要仪器来探测光子并生成数字图像和光谱。正如可以预料的那样,这些仪器也带来了重大的工程挑战。人们正在研究一系列仪器概念来解决科学问题,从探测和了解系外行星,到早期宇宙中星系的成像光谱。这些仪器的光谱范围从 0.35 到 14 μm,光谱分辨率 (λ/Δλ) 从几十到 150,000,视场从 1 角秒到 10 角分。这里展示了英国-法国 EAGLE 概念的一个例子,它展示了技术挑战。该仪器旨在通过同时收集和分析来自 20 个星系的红外光来提高望远镜的效率。机器人目标选择系统用于将拾取镜放置在仪器焦平面上的星系图像上。光束控制镜将这些图像中继到一组成像光谱仪。每个通道都包含一个自适应光学系统,该系统采用一种称为多目标自适应光学的新技术。EAGLE 仪器将使人们能够研究早期宇宙中的星系动态,以帮助了解它们是如何形成的以及它们中恒星形成的速度有多快。
a b s t r a c t这本白皮书的目的是提供数据可用性的快照,并且主要用于Ariel空间任务的数据需求,还提供有关系外行星和酷星的相关大气研究。It co v ers the following data-related topics: molecular and atomic line lists, line profiles, computed cross-sections and opacities, collision-induced absorption and other continuum data, optical properties of aerosols and surfaces, atmospheric chemistry, UV photodissociation and photoabsorption cross-sections, and standards in the description and format of such data.根据“数据支持者”和“数据用户”社区的经验来讨论每个主题的以下问题:(1)当前可用数据的类型和来源是什么,(2)当前正在进行的工作以及(3)当前和预期的数据需要什么。我们提供了一个用于ARIEL相关数据的GitHub平台,其目标是为数据使用者和数据支持者提供一个首选,以便用户向其数据需求以及数据支持者提出请求,以链接到其可用数据。我们的目的是在数据库,理论或文献来源中提供有关现有数据源的实用信息。
空间实验在技术上具有挑战性,但是天文学和星体化学研究的科学重要组成部分。国际空间站(ISS)是一个非常成功且持久的研究平台的太空实验的一个很好的例子,在过去的二十年中,它提供了大量的科学数据。但是,未来的太空平台为进行实验提供了新的机会,该实验有可能解决天体生物学和星体化学领域的关键主题。从这个角度来看,欧洲航天局(ESA)主题团队天文学和星体化学(带有更广泛的科学社区的反馈)确定了许多关键主题,并总结了2021年的“ ESA Scispace Scipace Science Community Community Community White Paper”《天体生物学和星体化学》。我们重点介绍了未来实验的开发和实施的建议,讨论原位测量,实验参数,暴露场景和轨道的类型,以及确定知识差距以及如何提高目前正在开发或高级计划阶段的未来太空曝光平台的科学利用。除了国际空间站外,这些平台还包括立方体和小萨特人,以及较大的平台,例如月球轨道门户。我们还为月球和火星上的原位实验提供了前景,并欢迎新的可能性支持搜索我们太阳系内外的系外行星和潜在的生物签名。
摘要 数千年来,人类一直梦想着探索地球和太阳系以外的空间。本文讨论了如何利用当今或不远的将来的技术实现这种星际旅行,特别关注推进技术。首先,本文考虑了星际旅行背后的动机,即它将提供有关系外行星和星际介质的大量科学信息。然后,本文讨论了使用传统航天器进行星际旅行时面临的许多挑战,包括距离、时间和能量方面的挑战。然而,许多可能的替代推进技术解决了这些问题。本文讨论的三种技术是离子发动机、核脉冲推进和光帆。本文使用全面的 Pugh 矩阵分析了每种技术的适用性。本文得出结论,光帆是星际任务的最佳选择,因为它们具有高比冲和最终速度。利用光帆技术开发了在 50 年内飞越我们最近的恒星比邻星的基础任务概念。任务概念包括讨论推动光帆所需的激光器、探测器的大小和质量、机载仪器、任务时间表、通信、部署,最后是风险分析。本文最后介绍了创建此类任务所需的未来进步和研究。
氧合光合作用是地球上几乎所有生物量生产的原因,并且可能是建立富含多细胞寿命的复杂生物圈的先决条件。地球上的生命已经演变为在广泛的光线环境中进行光合作用,但具有一个常见的基本结构,该建筑的轻度捕获天线系统与光化学反应中心相连。使用轻度收获的广义热力学模型,再加上进化算法,我们预测了可能根据不同强度和光谱曲线而发展的光收集结构的类型。我们定性地重现了多种类型的氧光自养生体的天线系统的色素组成,线性吸收曲线和结构拓扑,并表明,在各种光明环境中,相同的物理原理在不同的物理原理中发展。最后,我们将模型应用于在类似地球的系外行星上存在的代表性光环境,预测氧气和无氧光合作用都可以在低质量恒星周围发展,尽管后者似乎在最酷的M-Dwarfs周围可以更好地工作。我们将其视为迈出基本生物学过程的一般进化模型的有趣第一步,并证明了假设生物学的本质超出地球具有意义。
Ariel(大气遥感红外系外行星大型巡天)是欧空局“宇宙视野”计划框架内采用的 M4 任务。其目的是通过凌日光谱法对已知系外行星的大气层进行巡天。发射计划于 2029 年进行。Ariel 科学有效载荷包括一台离轴、未被遮挡的卡塞格林望远镜,该望远镜为波段在 0.5 至 7.8 µm 之间的一组光度计和光谱仪提供信号,并在低温(55 K)下运行。望远镜组件采用创新的全铝设计,可耐受热变化,避免影响光学性能;它由一个主抛物面镜组成,其椭圆形孔径为 1.1 m 的长轴,随后是安装在重新聚焦系统上的双曲面次镜、抛物面重新准直三镜和一个平面折叠镜,将输出光束引导至与光学平台平行。基于 3 个柔性铰链的创新安装系统支撑着光学平台一侧的主镜。光学平台另一侧的仪器舱内装有 Ariel 红外光谱仪 (AIRS) 和精细制导系统/近红外光谱仪 (FGS/NIRSpec)。望远镜组装处于初步设计审查的 B2 阶段,开始制造结构模型;一些组件,即主镜、其安装系统和重新聚焦机制,正在进行进一步的开发活动,以提高其准备程度。本文介绍了 ARIEL 望远镜组装的设计和开发。