To af de hotteste og mest engagerende emner i rum og astronomi i disse dage er 1.) eksoplaneter - planeter, der kredser om andre stjerner - og 2.) mørkt stof - det ukendte ting, der tilsyneladende udgør en betydelig del af vores univers. Der er i øjeblikket et rumfartøj, der er under udvikling, der kan hjælpe med at besvare vores spørgsmål om, hvorvidt der virkelig er andre jordlignende planeter derude, samt give ledetråder til arten af mørkt stof. Rumfartøjet kaldes SIM - Space Interferometry Mission. "Vi vil være på udkig efter andre jordarter omkring andre stjerner," sagde Stephen Edberg, systemforsker for missionen, "og ved at foretage nøjagtige massemålinger af galakser, bør vi også kunne måle mørkt stof."
Lyt til Podcast den 20. januar 2009 “365 Days of Astronomy” og min samtale med Steve Edberg, og / eller læs mere om SIM Lite-missionen nedenfor!
Konceptet til denne mission har eksisteret i et stykke tid, og konceptet har ændret sig over tid, hvor teleskopet har gennemgået forskellige inkarnationer. I øjeblikket kaldes missionen SIM Lite, da selve rumfartøjet er blevet mindre, men spejlene til interferometeret er blevet større.
Mens interferometri ved radiobølgelængder er blevet udført i over 50 år, er optisk interferometri først modnet for nylig. Optisk interferometri kombinerer lyset fra flere teleskoper til at fungere som et enkelt, meget større teleskop. SIM Lite har to synlige bølgelængde-stellar interferometer sensorer - såvel som andre avancerede detektorer, der vil arbejde sammen om at skabe et ekstremt følsomt teleskop, der kredser uden for Jordens atmosfære.
”Dette er instrumenter, der kan måle positioner på himlen til næsten utroligt nøjagtighed,” sagde Edberg. ”Forestil dig Buzz Aldrin, der står på månen. Lat som om han holder et nikkel mellem tommelfinger og pegefinger. SIM kan måle tykkelsen på det nikkel, som det ses af nogen, der står på jordoverfladen. Det er et mikrobue sekund, en meget lille brøkdel af himlen. ” Se en video der viser dette - (Quicktime er nødvendigt)
Når du har muligheden for at foretage målinger sådan med SIM, vil det være muligt at udlede tilstedeværelsen af planeter inden for ca. 30 lysår fra Jorden, og disse planeter kan være så små og lave masse som Jorden. I øjeblikket forventer SIM-teamet at studere mellem 65 og 100 stjerner i løbet af en fem-årig mission, på udkig efter Jordanaloger, planeter, der stort set er den samme masse som Jorden, der kredser om deres stjerner i den beboelige zone, hvor der kunne findes flydende vand.
Så for eksempel ville SIM Lite være i stand til at opdage en beboelig planet omkring stjernen 40 Eridani A, 16 lysår væk, kendt af fans af tv-serien “Star Trek” som placeringen af Mr. Spocks hjemmeplanet, Vulcan . Se en film, der viser denne mulige detektion - (QuickTime nødvendigt).
SIM registrerer ikke en planet direkte, men ved at registrere bevægelsen, den forårsager i overordnede stjerne. ”Det er en vanskelig opgave, der er ingen tvivl om,” sagde Edberg, ”men det bliver kompliceret, baseret på hvad vi ser med vores eget solsystem, og hvad vi har set i andre planetariske systemer. Vi ved, at der er andre systemer derude, der har mere end en planet. Flere planeter kan forvirre målingerne. ”
Men SIM skal være i stand til at registrere planeterne i forskellige størrelser, der kredser rundt om andre stjerner. SIM Lite bestod for nylig en dobbeltblind undersøgelse foretaget af fire separate teams, der bekræftede, at SIM's teknologi vil tillade påvisning af jordmasseplaneter blandt flere planeter-systemer ved at have evnen til at måle massen af planeter i forskellige størrelser til så lave som Jord-masse.
”Med nogle få undtagelser blev alle planeter, vi kender til, detekteret ved hjælp af en metode kaldet radial hastighed,” sagde Edberg, ”hvor vi ser på den periodiske bevægelse af stjernen, der kommer mod os og bevæger sig væk fra os regelmæssigt. Men når du foretager målinger sådan, når du ikke har andre oplysninger, kender du ikke planetenes bane i forhold til stjernen eller massen af hverken stjernen eller planeten. ”
Med de hotteste stjerner kan radialhastighed ikke bruges til at lede efter planeter. Men SIM Lite vil være i stand til at se på stjerner, der er tydelige på tværs af diagrammet fra de fedeste til de hotteste stjerner.
”Indtil videre har vi ikke fundet andre planeter i jordstørrelse,” sagde Edberg. (Se vores artikel fra 1/19/2009 om en planet, der muligvis kan være 1,4 gange Jordens masse.) "Så det er virkelig det store mål at finde jordanaloger omkring stjerner som solen."
”Det er et stort spørgsmålstegn i de andre planeter, vi ved om nu - jeg tror, vi kun kender ca. 10% af masserne af ekstrasolære planeter,” sagde Edberg.
Et andet planetsøgningsprogram, kaldet "den brede undersøgelse", vil undersøge ca. 2.000 stjerner i vores galakse for at bestemme udbredelsesplaneterne på størrelse med Neptun og større.
SIM bruges også til at måle størrelsen på stjerner såvel som stjernernes afstande og være i stand til at gøre det flere hundrede gange mere nøjagtigt end tidligere muligt. SIM Lite måler også bevægelsen af nærliggende galakser, i de fleste tilfælde, for første gang. Disse målinger hjælper med at tilvejebringe de første totale massemålinger af individuelle galakser. Alt dette vil gøre det muligt for forskere at estimere fordelingen af mørkt stof i vores egen galakse og universet.
”Mørket stof er kendt for dets gravitationspåvirkninger,” sagde Edberg. ”Det ser ikke ud til at interagere med normal stof, som vi kender det. For at få flere spor på det, vil vi vide, hvor det er. ”
SIM måler i to forskellige skalaer. Den ene er inden for Mælkevejen Galaxy, foretager målinger af stjerner og kugleformede klynger og foretager målinger af stjerner, der er blevet revet ud af mindre galakser, der kredser om Mælkevejen.
”Vi kan lave massemodel af vores galakse og finde ud af, hvor den masse er, inklusive hvad der skal være meget mørkt stof,” sagde Edberg. ”Når vi foretager målinger af, hvordan vores galakse roterer, finder du ud af, at den roterer som et fast stof. I stedet for at være Keplerian, hvor du tænker på Merkur, der går rundt i solen hurtigere end Pluto, fra hele vejen inde i galaksen så tæt som vi kan måle til midten, ud over solens afstand, roterer Mælkevejen som om det er et solidt legeme. Det er ikke et solidt krop, men det betyder, at det skal have en densitet, der er konstant hele vejen igennem, og det betyder, at der er langt mere stof, end vi kan se. ”
”En anden ting, vi gerne vil vide, er koncentrationen af mørkt stof i en klynge af galakser,” fortsatte Edberg. ”Mælkevejen er en del af den lokale gruppe af galakser, og SIM har evnen til at måle stjerner inden for de enkelte galakser, som igen kan modelleres for at fortælle os, hvor den mørke stof er inden for den lokale gruppe. Dette er banebrydende. Dette er et af de store mysterier lige nu inden for astrofysik og kosmologi. ”
Ekstra solplaneter og mørk energi kan virke som to helt forskellige ting, som et rumfartøj skal være på udkig efter, men Edberg sagde, at dette er et eksempel på, hvordan alt er bundet sammen.
”For at få planetmasser er vi nødt til at kende moderstjernes masser,” sagde han. “SIM vil foretage målinger af stjerner, især binære stjerner, og bestemme masserne af stjerner for en lang række stjernetyper og være i stand til at estimere størrelserne på planeterne, der forårsager refleksbevægelsen. For at foretage målingerne, og fordi stjerner med planeter vil blive spredt rundt om himlen, er vi nødt til at have et gitter af stjerner, der er de faste punkter, der giver os breddegrad og længdegrad, så at sige. Hvis du ved nøjagtigt, hvor St. Louis og Los Angeles er, er det meget lettere at triangulere, hvor tingene imellem er. Vi er nødt til at gøre dette rundt om i himlen, og for at gøre det binder vi det ned til stjernerne, og SIM kan gøre det. Dette er grundlæggende spørgsmål, som vi ikke kender svarene på, men SIM hjælper os med at finde svarene. ”
Så SIM Lite vil søge fra vores nabolag til universets kant.
Hvad er status for dette fremtidige rumfartøj?
”Vi er lige nede,” sagde Edberg. ”Vi har for nylig bestået dobbeltblindtesten for at vise, at SIM kan finde jordlignende planeter i systemer, der har flere planeter. SIM gennemgår også en decadal gennemgang for at gøre det gældende, at det astronomiske videnskabssamfund skal have en mission som SIM for at styrke fundamentet enormt. ”
Der arbejdes teknisk for at forberede sig på at opbygge de faktiske instrumenter, men af budgetmæssige årsager har NASA ikke fastlagt en lanceringsdato. ”Vi tror, at vi kunne være klar til lancering inden 2015, når vi får klarsignalet fra NASA,” sagde Edberg, ”og fremtiden afhænger af decadalgennemgangen, og rapporterne skal være ude om et år.”
SIM Lite ville give en helt ny måleevne inden for astronomi. Dets fund vil sandsynligvis stå solidt på deres egen, samtidig med at de komplimenterer kapaciteten i vores nuværende såvel som andre planlagte fremtidige rumobservatorier.
For mere information om SIM tjek missionens websted.
