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The observation of Earth-like exoplanets with ground-based telescopes and a shared orbiting starshade

Soliman, Ahmed und Mather, John und Shaklan, Stuart und Peretz, Eliad und Kimeswenger, Stefan und Seager, Sara und Mayor, Michel und Lovis, Christophe und Cirasuolo, Michele und Noll, Stefan (2026) The observation of Earth-like exoplanets with ground-based telescopes and a shared orbiting starshade. Nature Astronomy, 10 (3), Seiten 349-356. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41550-026-02787-9. ISSN 2397-3366.

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Kurzfassung

Imaging Earth-like exoplanets around Sun-like stars from the ground is challenging and requires substantial advances in techniques. This Perspective presents and provides the predicted performance of a hybrid space–ground approach that combines a large ground-based telescope, such as the Extremely Large Telescope (ELT), the Thirty Meter Telescope (TMT) or the Giant Magellan Telescope (GMT), with a shared orbiting starshade in space. This integration aims to image Earth-like exoplanets around Sun-like stars with deep-contrast imaging and an unmatched angular resolution. The starshade forms a deep shadow above Earth’s atmosphere. However, the presence of atmospheric turbulence requires compensation with adaptive optics to sharpen the images to the diffraction limit. In this Perspective, we present the expected image plane contrast of the three large telescopes operating with a shared orbiting 99-m-diameter starshade, with a detailed analysis focusing on the ELT to measure the reflected light spectra of a Solar System analogue, from Venus to Saturn, orbiting a Sun-like star. Our analysis utilizes a comprehensive and realistic model of the entire system, incorporating the latest ELT adaptive optics models to mitigate the effects of Earth’s atmospheric turbulence under moderate weather conditions. Our studies show that the ELT adaptive optics effectively corrects for these effects, demonstrating minimal impact on sensitivity with different Strehl ratios and throughout the full 300–1,000-nm bandpass. This includes a comparison with current and future ground- and space-based observatories. We simulate the reflected light images and spectra through Earth’s atmosphere. We show observation of the major molecular signatures for life, such as oxygen and water on an exo-Earth, leading to a promising avenue for future hybrid space–ground observatories to revolutionize the search for Earth-like planets. Near-term advancements for the implementation of this concept towards deployment are also discussed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/227463/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The observation of Earth-like exoplanets with ground-based telescopes and a shared orbiting starshade
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Soliman, AhmedNASA Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA; Department of Physics, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USAhttps://orcid.org/0009-0007-9335-1326NICHT SPEZIFIZIERT
Mather, JohnNASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, USAhttps://orcid.org/0000-0002-6460-0078NICHT SPEZIFIZIERT
Shaklan, StuartNASA Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USAhttps://orcid.org/0000-0002-2005-4407NICHT SPEZIFIZIERT
Peretz, EliadNASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, USAhttps://orcid.org/0000-0003-2032-3336NICHT SPEZIFIZIERT
Kimeswenger, StefanInstitut für Astro- und Teilchenphysik, Universität Innsbruck, Innsbruck, Austriahttps://orcid.org/0000-0003-2379-0474NICHT SPEZIFIZIERT
Seager, SaraDepartment of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, MIT, Cambridge, MA, USAhttps://orcid.org/0000-0002-6892-6948NICHT SPEZIFIZIERT
Mayor, MichelDépartement d’Astronomie, Université de Genève, Versoix, Switzerlandhttps://orcid.org/0000-0002-9352-5935NICHT SPEZIFIZIERT
Lovis, ChristopheDépartement d’Astronomie, Université de Genève, Versoix, Switzerlandhttps://orcid.org/0000-0001-7120-5837NICHT SPEZIFIZIERT
Cirasuolo, MicheleEuropean Southern Observatory-ESO, Garching bei München, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-1644-8881NICHT SPEZIFIZIERT
Noll, Stefanstefan.noll (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1957-4170228876822
Datum:27 Februar 2026
Erschienen in:Nature Astronomy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.1038/s41550-026-02787-9
Seitenbereich:Seiten 349-356
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2397-3366
Status:veröffentlicht
Stichwörter:astronomy, exoplanet, spacecraft, starshade, telescope, imaging, spectroscopy, atmosphere
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Kontrollzentrumstechnologie
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Raumflugbetrieb und Astronautentraining > Missionstechnologie
Hinterlegt von: Noll, Stefan
Hinterlegt am:06 Okt 2026 11:19
Letzte Änderung:06 Okt 2026 11:19

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