クオプス宇宙望遠鏡: 系外惑星の新たなビジョン

系外惑星を探査するための精密望遠鏡

2019 年 12 月に欧州宇宙機関 (ESA) によって打ち上げられた Cheops (CHARacterising ExOPlanet Satellite) は、系外惑星の詳細な研究に特化しています。ケプラーやTESSのような検出ミッションとは異なり、Cheopsはすでに知られている系外惑星をターゲットにし、トランジットの注意深い観察を通じてその直径を極めて正確に測定します。これらの詳細な測定により、惑星のサイズとその質量 (動径速度などの他の方法ですでに推定されている) を関連付けることが可能となり、惑星の内部構造に関する重要な手がかりが得られます。

Cheops ミッションの独創性

Cheops のミッションは、ターゲットを絞ったアプローチと測光精度の点で、これまでの系外惑星探査とは根本的に異なります。ケプラーやTESSなどの望遠鏡が空の大部分の統計スキャンを実行しているのに対し、ケオプスは個別の監視戦略を採用しています。つまり、系外惑星の物理的特徴を特定するために、系外惑星の存在がすでに知られている星に焦点を当てています。このアプローチでは、各測定キャンペーンの特定の最適化が可能になるため、観測ノイズが大幅に削減されます。

技術レベルでは、Cheops はコンパクトで非常に安定したアーキテクチャで革新しています。 32 cm リッチー クレティアン望遠鏡は、0.1 °C 以上で熱的に安定した CCD センサーと関連付けられており、このサイズのプラットフォームではこれまで達成できなかった測光精度を保証します。機器のノイズを制限するために重要な熱管理は、深宇宙を指向したパッシブ ラジエーターに基づいており、このコンセプトは気象衛星からインスピレーションを受け、天体物理学のニーズに合わせて完成されました。

もう 1 つの独自性は、高度 700 km での太陽同期軌道にあり、これにより衛星に一定の太陽光が確保され、昼と夜の温度変化が最小限に抑えられます。この軌道は、寄生光散乱を制限する光学設計と組み合わされて、Cheops が同じターゲット上で数時間にわたって安定した観察野を維持することを可能にし、これは非常に微細な光度曲線を得るために不可欠な条件です。

最後に、Cheops は ESA の系外惑星兵器庫内で「外科医の精度」の役割を果たしています。ターゲットの選択を改良することで、アリエルのような将来の分光ミッションのための基礎を準備します。惑星半径の測定値と既知の質量を組み合わせる独自の能力により、岩石、ガス、または揮発性物質に富んだ系外惑星を効果的に区別することが可能になり、これらの遠い世界のより厳密な物理的分類への道が開かれます。

超高精度測光への挑戦

Cheops の計測器は、熱的に非常に安定した CCD カメラを備えた直径 32 cm のリッチー・クレティアン型望遠鏡をベースとしています。系統的誤差を最小限に抑え、1,000 分の 1 未満の測光精度を達成するように最適化されています。このレベルの感度により、太陽型恒星の前を通過する海王星サイズの惑星に相当する、20ppm という小さな星の明るさの低下を検出することが可能になります。熱安定性と迷光に対する断熱性は、複雑なバッフルと太陽同期軌道によって提供されます。

主な科学的影響

クフスの測定結果と惑星の質量データを組み合わせることで、天文学者は系外惑星の平均密度を推定し、岩石惑星、ガス惑星、水分豊富な惑星、さらには混成構造などの惑星の組成を推測することができます。これは、惑星進化のモデルを改良し、潜在的に居住可能な世界を特定するのに役立ちます。また、Cheops は、大気分光法に焦点を当てたジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) やアリエルなどの将来のミッションのための優先観測ターゲットを選択する際にも重要な役割を果たします。

視点と補完性

Cheops は、新しい系外惑星を大規模に発見するように設計されているのではなく、既知のシステムについての理解を深められるように設計されています。 Cheops は、地上の分光探査 (ESO、HARPS、ESPRESSO) や他の宇宙望遠鏡との相乗効果で、定量的な系外惑星天文学の新時代を切り開いています。この成功は、大規模な検出ミッションを完了し、地球に似た惑星の詳細な研究に備えるための特殊な機器の重要性を裏付けています。