未来直接成像空间望远镜的系外地球产率图景

潜在类地行星的预期产率是设计未来系外行星成像任务的有用指标。近期直接成像任务的产率研究主要集中于使用任务“玩具”模型的产率方法与权衡研究。在此我们大幅提升了这些计算的可信度,采用更真实的系外行星人口统计作为输入、改进的目标列表以及真实的系外黄道尘水平分布。最重要的是,我们定义了仪器模拟的标准化输入,利用这些标准直接比较真实仪器设计的性能,包含日冕仪对比度对恒星直径的敏感性,并采用基于工程的透过率与探测器参数。我们将这些新高保真产率模型应用于研究几项关键设计权衡:单片与分段主镜、轴上与离轴次镜、日冕仪与星罩。我们表明,只要分段间间隙足够小,在假设两种情形下日冕仪所施加的必需工程约束均可满足的前提下,基于日冕仪的任务中单片离轴望远镜与分段离轴望远镜的产率无差异。我们表明,当前基于日冕仪、采用轴上望远镜的任务相比离轴望远镜存在约2倍的产率损失,并指出轴上望远镜的日冕仪设计尚有改进空间。我们还以更高保真度重现了先前结果,表明基于日冕仪的任务产率随孔径尺寸持续增加,而若无法补给燃料,基于星罩的任务产率在大孔径下出现转折。最后,我们给出包含全部主要天体物理噪声源的带不确定度的绝对产率数值,以指导未来任务设计。