LUVOIR望遠鏡

**LUVOIR**（/ˈluːvɑːr/，英語：**Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor**，直譯：**大型紫外光學可見光學紅外光學測量儀**，意譯：**大型多波長測量儀**）是 NASA 在 STEM fields 領導開發的多波長太空望遠鏡概念。是美國國家科學院 2020 天文學和天體物理學十年調查研究的四大天體物理學太空任務概念之一。

雖然 LUVOIR 是一個通用天文台的概念，但它的關鍵科學目標是表徵廣泛的系外行星，包括可能宜居行星。同時，另一個目標是實現廣泛的天體物理學，從再電離時代，到星系的形成和演化，再到恆星和行星的形成。太陽系天體的強大成像和光譜觀測也是可能的。LUVOIR 將是一項大型戰略科學任務旗艦任務，並被考慮在 2020 年代的某個時候開始開發。 LUVOIR 研究團隊為 LUVOIR 的兩種變體設計了一種設計：一種具有 15.1 m 直徑的望遠鏡反射鏡（**LUVOIR-A**），另一種具有 8 m 直徑的反射鏡（**LUVOIR-B**）。LUVOIR 將能觀察到紫外光、可見光、紅外光。

2021 年 11 月 4 日，2020 年天體物理學十年調查建議開發「大型約 6 米孔徑的紫外光、可見光、紅外光（IR/O/UV）太空望遠鏡」，其科學目標是尋找行星上的生命跡象在太陽系之外，並實現廣泛變革性天體物理學。這任務利用了 LUVOIR 和 HabEx 任務概念。

2019 年 8 月 26 日，5 年 LUVOIR 任務概念研究最終報告公佈，LUVOIR 將在大約 2039 年使用重型運載火箭發射，並將放在日地拉格朗日點 L2 軌道上。

## 背景

2016 年，NASA 開始為未來的大型戰略科學任務旗艦任務考慮四種不同的太空望遠鏡概念。

分別是宜居系外行星成像任務（英語：Habitable Exoplanet Imaging Mission，HabEx）、**LUVOIR 望遠鏡**、LynxX 射線天文台（lynx）和起源太空望遠鏡（OST）。 2019 年，四團隊向美國國家科學院提交了最終報告，國家科學院獨立十年調查委員會建議美國宇航局如果獲得資金，LUVOIR 將在大約 2039 年使用重型運載火箭發射，並將被放置在圍繞太陽 - 地球拉格朗日點 L2 軌道上。

## 任務

LUVOIR 的主要目標是研究系外行星、宇宙起源、太陽系。

LUVOIR 將分析系外行星大氣及表面結構與組成。檢測遙遠系外行星大氣生命產生的生物特徵。

感興趣的大氣生物特徵包括 CO 
2、CO、O 
2、H 
2O、臭氧（O 
3）、甲烷（CH 
4）等。LUVOIR 的多波長能力將提供關鍵信息幫助了解主星的紫外線輻射如何調節宜居行星大氣光化學。LUVOIR 還將觀察大量具廣泛特徵（質量、宿主恆星類型、年齡等）的系外行星，目標是將太陽系置於更廣泛的行星系統背景下。其五年主要任務，LUVOIR-A 預計將識別和研究 54 顆潛在宜居系外行星，而 LUVOIR-B 預計識別 28 顆。

天體物理學研究的範圍包括對遙遠時空宇宙結構的探索，星系的形成和演化，恆星和行星系統的誕生。

在太陽系研究領域，LUVOIR 可在木星可見光下提供高達約 25 公里的成像解析度，從而可以對木星、土星、天王星、海王星大氣動力學進行長時間詳細監測。太陽系彗星、小行星、衞星、柯伊伯帶天體的敏感、高解析度成像、光譜學在可預見未來不會被太空飛行器訪問，所以 LUVOIR 可以提供關於很久以前太陽系形成過程的重要信息。此外，LUVOIR 在長期研究太陽系外海衞星（尤其是木衞二和土衞二）的羽流方面發揮著重要作用。

## 設計

LUVOIR 將配備一個內部日冕儀，稱為「ECLIPS」（Extreme Coronagraph for LIving Planetary Systems，對行星系統活物搜索的極限日冕儀）以實現對類地系外行星直接觀測。對於較小的 LUVOIR 設計 LUVOIR-B，新世界任務是另一種選擇。

研究的其他候選科學儀器包括：高清成像儀 (HDI)，一種廣域紫外光、可見光、紅外光相機：LUMOS，一種 LUVOIR 紫外多目標光譜儀；POLLUX，一種紫外分光偏振計。POLLUX（高解析度紫外分光光度計）正在由一個得到法國國家太空研究中心的領導和支持的歐洲財團研究。

LUVOIR 可以從遠紫外觀測到近紅外。實現對類地系外行星進行日冕觀測所需的極端波前穩定性。

LUVOIR 設計融合了三個原則。首先，振動和機械干擾被最小化。其次，望遠鏡和日冕儀都通過有源光學器件結合了幾層波前控制。再者，望遠鏡被主動加熱到精確的 270 K（−3 °C；26 °F）以控制熱擾動。

LUVOIR 技術開發計劃得到了美國宇航局天體物理學戰略任務概念研究計劃、戈達德太空飛行中心、馬歇爾太空飛行中心、噴氣推進實驗室、諾斯羅普・格魯曼航空航天系統公司和鮑爾航空航天公司的相關計劃的資助。

### LUVOIR-A

LUVOIR-A（英語：**High Definition Space Telescope**，**HDST**) 由 36 鏡段組成，孔徑 15.1 公尺（50 英尺），比哈勃太空望遠鏡提供的圖像清晰 24 倍。LUVOIR-A 將大到足以發現和研究我們附近附近的數十個類地行星。它可以解析諸如小星系核或正在坍縮成恆星和行星的氣體雲等物體。HDST 的第一項研究由天文研究大學協會（AURA）於 2015 年 7 月 6 日發表。HDST 在一份題為「From Cosmic Birth to Living Earths」（從宇宙誕生到活生生的地球）的報告提出，該報告由 AURA 委託，該報告代表 NASA、國家科學基金會管理哈勃和其他天文台。最初的 HDST 提案的想法包括一個內部日冕儀，一個阻擋來自中央恆星的光線的圓盤，使一顆昏暗的行星更加可見，以及一個可以漂浮在它前面幾公里外以執行相同功能的星影。LUVOIR-A 可折疊，因此只需一個 8 米寬的有效載荷整流罩。初始成本估計約為 100 億美元，終生成本估計為 180 億至 240 億美元。

### LUVOIR-B

LUVOIR-B（英語：**Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope**，**ATLAST**）是最初由太空望遠鏡科學研究所（STScI）開發的 8 米架構。設計目的是產生比詹姆斯韋伯太空望遠鏡好 5-10 倍角解析度，以及比哈勃太空望遠鏡好 2,000 倍靈敏度。

LUVOIR 研究小組預計，該望遠鏡將能夠像哈勃太空望遠鏡一樣由無人太空飛行器或宇航員通過獵戶座飛船或 SpaceX 星艦進行維修。相機等儀器可被更換返回地球分析其組件和升級。

### ATLAST

用於初始任務概念的原始反義詞「ATLAST」是個雙關語，指的是決定 HST 繼任者所花費的時間。ATLAST 本身提出了三種不同的架構：一個 8 公尺（26 英尺）的單片鏡面望遠鏡、一個 16.8 公尺（55 英尺）的分段鏡面望遠鏡和一個 9.2 公尺（30 英尺）的分段鏡面望遠鏡。當前 LUVOIR-B 架構採用 JWST 設計傳統，本質是 JWST 的一個增量變體，具有 6.5 公尺（21 英尺）分段主鏡。依靠太陽能運行，它將使用內部日冕儀或外部掩星儀，可以表徵地球大小的系外行星的大氣和表面，該系外行星位於長壽命恆星的宜居帶，距離可達 140 光年（43 pc），包括旋轉速度、氣候、宜居性。該望遠鏡還將使研究人員能夠收集有關主要地表特徵的性質、雲層、氣候的變化及地表植被的潛在季節性變化信息。LUVOIR-B 設計用於使用具有行業標準 5 公尺（16 英尺）直徑發射整流罩的重型火箭發射。生命週期成本估計從 120 億美元到 180 億美元不等。

## 參見

* 擬建空間觀測站清單

## 參考文獻

## 外部鏈接

* LUVOIR 項目網站 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 測量儀 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），戈達德太空飛行中心
* 大口徑先進技術太空望遠鏡 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），戈達德太空飛行中心
* 大口徑先進技術太空望遠鏡，太空望遠鏡科學研究所
* 高清太空望遠鏡，大學天文研究協會