Hubble-rumteleskopet har været i rummet i 28 år og produceret nogle af de smukkeste og videnskabeligt vigtige billeder af det kosmos, som menneskeheden nogensinde har taget. Men lad os indse det, Hubble bliver gammel, og det vil sandsynligvis ikke være sammen med os for meget længe.
NASAs James Webb-rumteleskop er i de sidste faser af testningen, og WFIRST venter i vingerne. Du vil være glad for at vide, at der er endnu flere rumteleskoper i værkerne, et sæt af fire kraftfulde instrumenter i design lige nu, som vil være en del af den næste Decadal Survey og hjælpe med at besvare de mest grundlæggende spørgsmål om kosmos.
Jeg ved, jeg ved, James Webb-rumteleskopet har ikke engang nået plads endnu, og der kan stadig være flere forsinkelser, efterhånden som det gennemgår sin nuværende testrunde. På det tidspunkt, jeg optager denne video, ser det ud som maj 2020, men kom nu, du ved, at der vil være forsinkelser.
Og så er der WFIRST, vidvinkelt infrarødt rumteleskop, der faktisk er lavet af et gammelt Hubble-klasseteleskop, som National Reconnaissance Office ikke havde brug for mere. Det Hvide Hus ønsker at annullere det, Kongressen reddede det, og nu får NASA konstrueret dele af det. Hvis vi antager, at det ikke løber flere forsinkelser, ser vi på en lancering i midten af 2020'erne.
Jeg har faktisk lavet en episode om superteleskoper og talt om James Webb og WFIRST, så hvis du vil lære mere om disse observatorier, skal du tjekke det først.
I dag skal vi gå længere ind i fremtiden for at se på den næste næste generations teleskoper. Dem, der kunne lanceres efter det teleskop, der bliver lanceret efter det teleskop, der kommer næste.
Før jeg går ind i disse missioner, er jeg nødt til at tale om Decadal Survey. Dette er en rapport oprettet af US National Academy of Sciences til kongres og NASA. Det er i det væsentlige en ønskeliste fra forskere til NASA, der definerer de største spørgsmål, de har inden for deres videnskabsområde.
Dette giver Kongressen mulighed for at tildele budgetter og NASA til at udvikle mission ideer, der vil hjælpe med at opfylde så mange af disse videnskabelige mål som muligt.
Disse undersøgelser udføres hvert årti og samler udvalg inden for jordvidenskab, planetvidenskab og astrofysik. De bringer ideer, argumenterer, stemmer og til sidst enes om et sæt anbefalinger, der vil definere videnskabsprioriteter i det næste årti.
Vi er i øjeblikket i dekadalundersøgelsesperioden 2013-2022, så i løbet af få år forekommer den næste undersøgelse og definerer missionerne fra 2023-2032. Jeg ved, det lyder virkelig som den fjerne fremtid, men tiden er faktisk ved at løbe ud for at få bandet sammen igen.
Hvis du er interesseret, lægger jeg et link til den sidste Decadal Survey, det er et fascinerende dokument, og du får en bedre fornemmelse af, hvordan missioner samles.
Vi er stadig et par år væk fra det endelige dokument, men seriøse forslag er i planlægningsfasen for næste generations rumteleskoper, og de er fantastiske. Lad os tale om dem.
HabEx
Den første mission, vi ser på, er HabEx eller Habitable Exoplanet Imaging Mission. Dette er et rumfartøj, der direkte vil fotografere planeter, der kredser rundt om andre stjerner. Det vil være målrettet mod alle slags planeter, fra varme Jupiters til super Earths, men dets primære mål er at fotografere jordlignende exoplaneter og måle deres atmosfærer.
Med andre ord, HabEx vil prøve at opdage signaler om liv i planeter, der kredser om andre stjerner.
For at få dette til er HabEx nødt til at blokere lyset fra stjernen, så der kan afsløres meget svagere planeter i nærheden. Det har en og måske to måder at gøre dette på.
Den første bruger et korrekt afsnit. Dette er en lille prik, der sidder inde i selve teleskopet, som er placeret foran stjernen og blokerer for dens lys. Det resterende lys, der passerer gennem teleskopet, kommer fra svagere genstande omkring stjernen og kan afbildes af instrumentets sensor.
Teleskopet har et specielt deformerbart spejl, der kan finjusteres og indstilles, indtil de svagere planeter kommer i betragtning.
Her er et eksempel på et korrekt afsnit på Det Europæiske Sydlige Observatoriums Very Large Telescope. Den centrale stjerne er skjult og afslører den lysere støvskive omkring den. Her er et direkte billede af en brun dværg, der kredser om en stjerne.
Og dette er en af de mest dramatiske videoer, jeg tror, jeg nogensinde har set, med 4 Jupiter-store verdener, der kredser rundt om stjernen HR 8799. Det er lidt af et trick, forskerne animerede planetenes bevægelse mellem observationer, men stadig, wow.
Den anden metode til at blokere lyset er at bruge en Starshade. Dette er et helt separat rumfartøj, der ligner et pinhjul. Det flyver titusinder af kilometer væk fra teleskopet, og når det er perfekt placeret, blokerer det for lyset fra den centrale stjerne, mens det tillader lys fra planeterne at lække rundt om kanterne.
Tricket med en Starshade er de kronblade, der skaber en blødere kant, så lysbølgerne fra den svagere planet er mindre bøjede. Dette skaber en meget mørk skygge, der skal have den bedste chance for at afsløre planeter.
I modsætning til de fleste missioner kan Starshades som dette bruges med ethvert observatorium i rummet. Så Hubble, James Webb eller ethvert andet observatorium kunne drage fordel af dette instrument.
Vi har altid klaget over, hvordan vi kun kan se en brøkdel af planeterne derude ved hjælp af metoden transit eller radial hastighed på grund af, hvordan tingene stemmer overens. Men med en mission som HabEx kan planeter ses retning, i enhver konfiguration.
Ud over denne primære mission vil HabEx også blive brugt til en række astrofysik, som at observere det tidlige univers og studere kemikalierne fra de største stjerner før og efter at de eksploderer som supernovaer.
Los
Næste op, Lynx, som vil være NASAs næste generation af røntgenteleskop. Det er overraskende ikke et akronym, det er bare opkaldt efter dyret. I forskellige kulturer blev Lynxes antaget at have den overnaturlige evne til at se den sande natur.
Røntgenstråler er i den højre ende af det elektromagnetiske spektrum, og de er blokeret af Jordens atmosfære, så du har brug for et rumteleskop for at kunne se dem. Lige nu har NASA sit Chandra røntgenobservatorium, og ESA arbejder på sin ATHENA-mission, der skal lanceres i 2028.
Lynx vil fungere som en partner til James Webb-rumteleskopet, kigge ud til kanten af det observerbare univers, afsløre de første generationer af supermassive sorte huller og hjælpe med at kortlægge deres dannelse og fusioner over tid. Det ser stråling fra den varme gas fra den tidlige kosmiske bane, da de første galakser var ved at samles.
Og så vil det blive brugt til at undersøge, hvilke slags objekter Chandra, XMM Newton og andre røntgenobservatorier fokuserer på: pulsarer, galakskollisioner, kollaps, supernovaer, sorte huller og mere. Selv normale stjerner kan give røntgenstråler, der fortæller os mere om dem.
Langt de fleste af universets stof er placeret i gasskyer, der er så varme som en million Kelvin. Hvis du vil se universet, som det virkelig er, vil du se på det i røntgenstråler.
Røntgen-teleskoper adskiller sig fra observatorier med synligt lys som Hubble. Du kan ikke bare have et spejl, der spretter røntgenstråler. I stedet bruger du spejle med græsningsforekomst, som let kan omdirigere fotoner, der rammer dem, og funn dem ned til en detektor.
Med et 3 meter udvendigt spejl, startdelen af tragten, giver det 50-100 gange følsomheden med 16 gange synsfeltet og samler fotoner med 800 gange Chandras hastighed.
Jeg er ikke sikker på, hvad jeg ellers skal sige. Det vil være et monster røntgenobservatorium. Tro mig, astronomer synes, dette er en meget god idé.
Origins rumteleskop
Dernæst Origins Space Telescope eller OST. Ligesom James Webb og Spitzer-rumteleskopet, vil OST være et infrarødt teleskop, designet til at observere nogle af de fedeste genstande i universet. Men det bliver endnu større. Mens James Webb har et primært spejl 6,5 meter på tværs, vil OST-spejlet være 9,1 meter på tværs.
Forestil dig et teleskop næsten lige så stort som de største jordteleskoper på Jorden, men ude i rummet. I rummet.
Det vil ikke bare være stort, det vil være koldt.
NASA var i stand til at køle Spitzer ned til kun 5 Kelvin - det er 5 grader over absolut nul, og bare lidt varmere end universets baggrundstemperatur. De planlægger at få Origins ned til 4 Kelvin. Det lyder ikke meget, men det er en enorm teknisk udfordring.
I stedet for bare at afkøle rumfartøjet med flydende helium, som de gjorde med Spitzer, er de nødt til at tage varmen ud i trin med reflekser, radiatorer og til sidst en kryokølere omkring selve instrumenterne.
Med et kæmpe, koldt infrarødt teleskop skubber Origins ud over James Webbs syn på dannelsen af de første galakser. Det ser ud til den æra, hvor de første stjerner blev dannet, en tid, som astronomer kalder den mørke tid.
Det vil se dannelsen af planetariske systemer, støvskiver og direkte observere atmosfærerne fra andre planeter på udkig efter biosignaturer, bevis på livet derude.
Tre spændende missioner, der vil skubbe vores viden om universet fremad. Men jeg har reddet det største, mest ambitiøse teleskop sidst
LUVOIR
LUVOIR eller den store UV / Optiske / IR-landmåler. James Webb bliver et kraftigt teleskop, men det er et infrarødt instrument designet til at se på køligere genstande i universet, som rødskiftede galakser i begyndelsen af tiden eller nyligt dannede planetariske systemer. Origins-rumteleskopet vil være en bedre version af James Webb.
LUVOIR vil være den sande efterfølger af Hubble-rumteleskopet. Det vil være et enormt instrument, der er i stand til at se i infrarødt, synligt lys og ultraviolet.
Der er to designs i værkerne. En, der er 8 meter på tværs og kunne starte på et tungt køretøj som Falcon Heavy. Og et andet design, der ville bruge Space Launch System, der måler 15 meter på tværs. Det er 50% større end det største jordbaserede teleskop. Husk, at Hubble kun er 2,6 meter.
Det har et bredt synsfelt og en pakke med filtre og instrumenter, som astronomer kan bruge til at observere, hvad de vil. Den er udstyret med en koronograf, som vi har talt om tidligere, til direkte at observere planeter og skjule deres stjerner, en spektrograf for at finde ud af, hvilke kemikalier der findes i eksoplanet-atmosfærer og mere.
LUVOIR vil være et instrument til generel formål, som astronomer vil bruge til at gøre opdagelser på tværs af felterne inden for astrofysik og planetvidenskab. Men nogle af dens muligheder vil omfatte: direkte observering af exoplaneter og søgning efter biosignaturer, kategorisering af alle de forskellige slags exoplaneter derude, fra varme Jupiters til super Earths.
Det vil være i stand til at observere objekter i solsystemet bedre end noget andet - hvis vi ikke har et rumfartøj der, vil LUVOIR være en ret god udsigt. For eksempel er her en visning af Enceladus fra Hubble sammenlignet med udsigten fra LUVOIR.
Det vil være i stand til at se ud overalt i universet for at se meget mindre strukturer end Hubble. Den vil se de første galakser, de første stjerner og hjælpe med at måle koncentrationerne af mørkt stof over hele universet.
Astronomer forstår stadig ikke helt, hvad der sker, når stjerner samler masser nok til at antænde. LUVOIR ser på stjernedannende regioner, kigger gennem gassen og støvet og ser de tidligste øjeblikke af stjernedannelse såvel som planeterne kredser omkring dem.
Har jeg fået dig fuldstændig og fuldstændig begejstret for astronomiens fremtid? Godt. Men her kommer de dårlige nyheder. Der er næsten ingen chance, at virkeligheden matcher denne fantasi.
Tidligere denne måned meddelte NASA, at missionplanlæggere, der arbejder med disse rumteleskoper, bliver nødt til at begrænse deres budgetter til mellem tre og fem milliarder dollars. Indtil nu havde planlæggere ingen retningslinjer, de skulle bare designe instrumenter, der kunne få videnskaben gjort.
Ingeniører havde arbejdet med missionsplaner, der let kunne krydse 5 milliarder dollars til HabEx, Lynx og OST, og overvejede en langt større $ 20 milliard til LUVOIR.
Selvom Kongressen har presset på overraskende store budgetter til NASA, ønsker rumfartsagenturet, at dens planlæggere skal være konservative. Og når du overvejer, hvordan overbudgettet og sene James Webb er blevet, er det ikke helt overraskende.
James Webb skulle oprindeligt koste mellem et og tre punkt fem milliarder dollars og lancering mellem 2007 og 2011. Nu ser det ud til 2020 for en lancering, omkostningerne er brudt forbi et kongres mandat på $ 8,8 milliarder budgetter, og det er klart, at der stadig er meget af det arbejde, der skal udføres.
I en nylig rystest fandt ingeniører skiver og skruer, der var rystet ud af teleskopet. Dette er ikke som en IKEA-hylde med resterende dele. Disse stykker er vigtige.
Selvom det er blevet frelst fra hakeblokken, estimeres WFIRST-teleskopet til 3,9 milliarder dollars, op fra det oprindelige budget på 2 milliarder dollars.
Et, to eller måske endda alle disse teleskoper vil efterhånden blive bygget. Det er hvad videnskabsmændene synes er vigtigst for at gøre de næste opdagelser inden for astronomi, men gør dig klar til budgetkampe, omkostningsoverskridelser og strækning af tidslinjer. Vi ved bedre, når alle undersøgelserne mødes i 2019.
Det ville kræve en form for teknisk mirakel at få alle de fire teleskoper mødtes til tiden og på budgettet for at sprænge til rummet sammen i 2035. Jeg holder dig opdateret.
