I det næste årti sender NASA nogle virkelig imponerende faciliteter til rummet. Disse inkluderer næste generation af rumteleskoper som James Webb Space Telescope (JWST) og det brede felt infrarøde rumteleskop (WFIRST). Bygger på det fundament, der er oprettet af Hubble, WFIRST vil bruge sin avancerede pakke instrumenter til at undersøge nogle af de dybeste mysterier i universet.
Et af disse instrumenter er det afsnit, der giver teleskopet mulighed for at få et klart kig på planter uden for solenergi. Dette instrument afsluttede for nylig en foreløbig designgennemgang foretaget af NASA, en vigtig milepæl i dens udvikling. Dette betyder, at instrumentet har opfyldt alle design-, tidsplan- og budgetkrav og nu kan gå videre til den næste fase i udviklingen.
Kronografen er en vigtig del af WFIRSTs planetjagtinstrumenter. Normalt er direkte afbildning af exoplaneter vanskeligt på grund af den intense blænding, der kommer fra deres forældre stjerner. Dette lys er mange gange mere kraftfuldt end lyset, der reflekteres fra en planets overflade eller atmosfære. Af denne grund skjules de små spor af lys, der indikerer tilstedeværelsen af exoplaneter, for konventionelle instrumenter.
Men ved at aflyse en stjerne's intense blænding vil astronomer have en meget bedre chance for at opdage planeter, der kredser om den. Dette giver den yderligere fordel ved at være i stand til at studere eksoplaneter direkte, snarere end at stole på indirekte metoder, hvor stjerner overvåges for dips i lysstyrke (transitmetoden) eller tegn på bevægelse frem og tilbage, hvilket indikerer tilstedeværelsen af et planetarisk system ( Metode med radial hastighed).
Til sammenligning giver Direct Imaging-metoden mange fordele, såsom muligheden for at få spektre direkte fra en planetens overflade og atmosfære. Dette giver mulighed for mere nøjagtige vurderinger af en planets sammensætning og dens atmosfære - dvs. har den overfladevand, et oxygen-nitrogen
Som Jason Rhodes, projektforskeren for Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, forklarede:
”Det, vi prøver at gøre, er at aflyse en milliard fotoner fra stjernen for hver eneste, vi fanger fra planeten ... Med WFIRST vil vi være i stand til at få billeder og spektre af disse store planeter med det mål at bevise teknologier, som vil blive brugt i en fremtidig mission - til i sidste ende at se på små stenede planeter, der kunne have flydende vand på deres overflader, eller endda tegn på liv, som vores egne. ”
WFIRSTs coronagraph-instrument (også kendt som dets "stjerneglas") er et flerlags og meget komplekst stykke teknologi, der består af et system med masker, prismer, detektorer og to selvbøjende spejle. Disse spejle er de vigtigste komponenter, der ændrer deres form i realtid for at rumme indgående lys for at kompensere for små ændringer i teleskopets optik.
I tandem med højteknologiske "masker" og andre komponenter - samlet kendt som "aktiv bølgefrontskontrol" - fjerner disse spejle interferensen forårsaget af lysbølger, der bøjes rundt på kanterne på coronagrafs lysblokerende elementer. Slutresultatet af dette er, at stjernelys dæmpes, mens svagt glødende genstande (som tidligere var usynlige) vises.
Ud over at være 100 til 1.000 gange mere dygtige end tidligere afsnit, fungerer WFIRSTs afsnit som en teknologidemonstrator, der vil teste dens effektivitet ved at hjælpe med at finde exoplaneter. Disse tests baner vejen for opskalerede versioner, der kan føjes til endnu større teleskoper, som inkluderer de fire foreslåede observatorier, der vil blive sendt til rummet i 2030'erne.
Disse inkluderer Stor ultraviolet / optisk / infrarød landmåler (LUVOIR), den Origins rumteleskop (OST) og Lynx røntgenmåler. Ved hjælp af større og mere avancerede koronafsnit vil disse teleskoper være i stand til at generere "pixel" -billeder af en enkelt pixel af mindre planeter, der kredser tættere på deres solskin (det er der, hvor klippeformede planeter mest sandsynligvis findes).
Når lyset fra disse billeder er analyseret med et spektrometer, vil astronomer være i stand til at jage efter livstegn (alias biosignaturer) som aldrig før. Som Rhodes sagde:
”Med WFIRST vil vi være i stand til at få billeder og spektre af disse store planeter med det mål at bevise teknologier, der vil blive brugt i en fremtidig mission - til sidst at se på små stenede planeter, der kan have flydende vand på deres overflader, eller endda tegn på liv, som vores eget. ”
Medtagelsen af en koronference på WFIRST er vigtig, fordi det vil være den første mission, da Hubble (i kredsløb siden 1990) er den eneste NASA-astrofysik-flagskibsmission, der inkluderer denne teknologi. Naturligvis var Hubble's afsnit langt enklere og mindre sofistikerede versioner af teknologien end hvad WFIRST vil bruge.
Mens James Webb-rumteleskopet vil blive lanceret tidligere (i øjeblikket planlagt til lancering i 2021) og også vil være udstyret med teknologien, vil det ikke prale af den samme stjernelysundertrykkelsesevne som WFIRST. Så mens WFIRST vil være den tredje flagskibsmission til at anvende coronagraph-teknologi, vil den også være den mest sofistikerede.
”WFIRST skal være to eller tre størrelsesordener mere kraftfulde end noget andet punktum, der nogensinde er flyvet [i sin evne til at skelne en planet fra dens stjerne],” sagde Rhodos. ”Der skulle være en chance for nogle virkelig overbevisende videnskaber, selvom det kun er en teknisk demo.”
Denne type coronagraph-teknologi kunne også give mulighed for de klareste billeder, der nogensinde er taget af et stjernesystem, der er i de tidlige stadier af dannelsen. Dette er kendetegnet ved en stjerne omgivet af en massiv skive med støv og gas, mens planeter langsomt dannes af akkrediteret materiale. I øjeblikket er den bedste måde at studere disse diske ved hjælp af infrarøde undersøgelser, der kan forestille den varme, der optages fra deres forældre.
Som Vanessa Bailey, en astronom hos JPL og instrumentteknolog for WFIRST
”De affaldsskiver, vi ser i dag omkring andre stjerner, er lysere og mere massive end hvad vi har i vores eget solsystem. WFIRSTs sæt til instrument kunne studere svagere, mere diffust diskmateriale, der er mere som hovedsteroidebæltet, Kuiper-bæltet og andet støv, der kredser rundt solen. ”
Disse undersøgelser kunne give indsigt i, hvordan vores solsystem blev dannet. Når teknologien med succes er demonstreret i løbet af missionens første 18 måneder, kan NASA muligvis begynde, hvad der er kendt som et ”deltagende videnskabsprogram”. Under et sådant program ville bestemmelsen være åben for det videnskabelige samfund, hvilket giver mulighed for en bredere række observatører og eksperimenter.
Den foreløbige designgennemgang er en af flere, der er designet til at undersøge ethvert aspekt af missionen. Hver gennemgang er omfattende og har til formål at sikre, at hver enkelt del fungerer sammen med de andre. Da denne designgennemgang nu er færdig, går coronagrafs udviklingsplan fremad i et hurtigt tempo.
Dette er den anden hovedkomponent i WFIRST-missionen til at modtage godkendelse. Wide-Field-instrumentet blev ryddet tilbage i juni, et 288-megapixel multi-band nær-infrarødt kamera, der giver skarphed på billeder, der kan sammenlignes med det, der blev opnået af Hubble over et felt 100 gange større. Dette kamera betragtes som rumteleskopets hovedinstrument.
Som Rhodes angav, vil WFIRST-missionen være en historisk mission, der ligner Mars Pathfinder mission, der landede på Mars i 1997. Dette var den første NASA-mission, der installerede en rover (Sojourner) på Mars, som validerede nøgleteknologier og metoder, der til sidst ville gå ind i Ånd, Mulighed, nysgerrighed, og Mars 2020 rovere.
”Det var en teknisk demo,” sagde Rhodos. ”Målet var at vise, at en rover fungerer på Mars. Men det fortsatte med at gøre nogle meget interessante videnskaber i løbet af sin levetid. Så vi er håbefulde, at det samme vil være tilfældet med WFIRSTs teknologidemonstration på engelsk. ”
