Redaktørens note - Videnskabsjournalist og forfatter Bruce Dorminey talte med to forskere fra NASA om muligheden for at montere et teleskop på et rumfartøj til en ydre planetsmission.
Lysforurening i vores indre solsystem, fra både den nærliggende solskinn og den disige zodiacal glød fra støv, der er bundet op i asteroidebæltet, har længe stimuleret kosmologer på udkig efter en klarere overtagelse af det tidlige univers.
Men et team hos NASA, JPL og Caltech har undersøgt muligheden for at hive et optisk teleskop til en undersøgelse af rumfartøjer på en mission til det ydre solsystem.
Undslipper vores indre solsystem forurenet lilla dis
Ideen er at bruge det optiske teleskop i cruise-fase for at få et bedre greb på ekstragalaktisk baggrundslys; det vil sige det kombinerede optiske baggrundslys fra alle kilder i universet. De ser for sig teleskopets nyttelighed ved at sparke omkring 5 astronomiske enheder (AU), omkring afstanden til Jupiters bane. Holdet ønsker derefter at korrelere deres data med jordbaserede observationer.
Et mål er at kaste lys over det tidlige universums epoke om reionisering. Reionisering refererer til det tidspunkt, hvor ultraviolet (UV) stråling fra universets første stjerner ioniserede det intergalaktiske medium (IGM) ved at fjerne elektroner fra IGM's gasformige atomer eller molekyler. Denne periode med reionisering menes at have fundet sted senest 450 millioner år efter Big Bang.
ZEBRA, Zodiacal-støvet, ekstragalaktisk baggrund og reioniseringsapparat, er et NASA-JPL-koncept, der kræver et teleskop på 40 millioner dollars, der består af tre optiske / næsten-infrarøde instrumenter; bestående af en 3 cm bredfeltkapper og en 15 cm højopløsningsbillede. NASA har dog endnu ikke valgt ZEBRA-forslaget til en af sine missioner.
Men for at lære mere, talte vi med ZEBRA-konceptets leder og instrumentkosmolog Jamie Bock og astronom Charles Beichman, begge fra NASA JPL og Caltech.
Dorminey: Hvad er stjernetegn?
Beichman: Det er en lys kilde til diffust lys i vores eget solsystem fra støvkorn, der udsender, fordi de er blevet opvarmet af solen og udstråler af sig selv
eller reflekterer sollys. Hvis du går ud på et meget klart mørkt månefri lys, kan du se lysets bånd fra dette støv. Det følger ekliptikens plan. Dette støv stammer for det meste fra materiale i asteroidebæltet, der bliver bundet op i små partikler efter nogen stor kollision.
Dorminey: Hvad ville det at komme forbi dette dyrekredsstøv betyde for observationer?
Beichman: Forestil dig at sidde i Los Angeles-bassinet, så har du al denne smog og uklarhed, og du vil måle, hvor klar luften er ude ved Palm Springs. Du skal være i stand til at trække alt diset mellem her og der, og der er bare ingen måde at gøre det med nogen nøjagtighed. Du skal køre ud af bassinet for at komme ud af smog.
Dorminey: Hvordan ville dette hjælpe med at studere denne ekstragalaktiske baggrund?
Bock: Det ekstragalaktiske baggrundslys (EBL) måler den totale energitæthed for lys, der kommer uden for vores galakse. Dette lys giver summen af den energi, der er produceret af stjerner og galakser og andre kilder over den kosmiske tids historie. Den samlede baggrund kan bruges til at kontrollere, om vi korrekt forstår dannelsen af galakser. Vi forventer, at en komponent i baggrundslyset fra de første stjerner har et tydeligt spektrum, der topper sig i det næsten-infrarøde; dette kan fortælle os, hvor lys og hvor lang epoken var, da de første stjerner dannede sig. Desværre er stjernetegn meget lysere end denne baggrund. Men ved at gå til Jupiters bane, er zodiacallyset 30 gange svagere end på Jorden, og ved Saturns bane er det 100 gange svagere.
Dorminey: Ville du skulle løbe på en NASA-mission, eller kunne det være et partnerskab med et andet rumfartsbureau, f.eks. ESA?
Bock: Vi har undersøgt den billigste trinvise omkostningsfremgangsmåde ved at samarbejde med en NASA planetarisk mission. Men vi kunne samarbejde med et andet rumfartsbureau. Den europæiske Jupiter Icy Moons Explorer (tidligere JGO) konkurrerer nu om den næste L-klasses mission lancering i de tidlige 2020'er og er en attraktiv mulighed for et bidraget cruise-fase videnskabsinstrument. Hver tilgang kommer med et andet omkostnings- og partnerskabsmiljø.
Dorminey: Er EBL-teleskopets primære driver for at komme ud over stjernetørret, eller tilbyder 5 AU også en observationsfordel med hensyn til at opnå svaghed i størrelsesordenen?
Bock: Der er en observerende fordel på grund af den [mørkere solsystem] baggrund. Med et så lille teleskop forsøger vi ikke at udnytte denne fordel, men fremtidige observatorier kunne. Vi vil måle stjernetegnets lysstyrke over for Jupiter og videre, og dette kan motivere astronomiske observationer med teleskoper i det ydre solsystem i fremtiden.
Dorminey: Hvilken slags data downlink-udfordringer ville du støde på?
Bock: Datakravene er måske mindre end man først kunne forvente, fordi vores billeder opnås med lange [observationsmæssige] integrationer ved moderat rumlig opløsning. For det planetariske forslag, vi studerede detaljeret, var den samlede datamængde 230 gigabyte, hvor ca. 65 procent af disse data blev returneret fra Jupiter og ud til Saturn. Teleskoppunkterne fungerer autonomt.
Dorminey: Hvad med stråling fra Jupiter som forstyrrer optikken og CCD-kameraerne på teleskopet?
Beichman: Hvad du ville gøre er at stoppe med at gøre EBL-observationer, mens du er tæt på Jupiter. Strålingsproblemerne er betydelige, så du ville kun foretage observationer før og efter at have passeret Jupiter.
Dorminey: Hvad ville dine instrumenter gøre, som NASAs planlagte James Webb Space Telescope (JWST) ikke ville gøre?
Bock: JWST vil sandsynligvis registrere de lyseste første galakser, og afhængigt af nøjagtigt, hvordan galakser dannet, vil savne det meste af den samlede stråling på grund af bidrag fra mange svage galakser. Måling af den ekstragalaktiske baggrund giver den totale stråling fra alle galakser og giver den samlede energi. Desuden behøver vi ikke et stort teleskop; 15 cm er tilstrækkelig.
Dorminey: Hvad med planetvidenskab med teleskopet?
Bock: Vores instrument er specialiseret i at foretage målinger med lav overfladelysstyrke. Vi foretog specifikke designvalg for at kortlægge stjernetegnets støvsky fra det indre til det ydre solsystem. En 3-dimensionel visning giver os mulighed for at spore oprindelsen af interstellært støv til kometer og asteroidekollisioner. Vi ved, at der er Kuiper-bælteobjekter ud over Neptuns bane, og det er sandsynligvis, at der også er støv forbundet med dem.
Dorminey: Hvor længe ville dette teleskop fungere?
Bock: Når de primære observationer er afsluttet, ville det helt sikkert være muligt, at det originale hold eller en udenforstående part kunne foreslå at betjene teleskopet. En spændende videnskabssag er parallax-mikroobjektivobservationer; observationer, der bruger parallaxen mellem Jorden og Saturn til at undersøge påvirkningen af ekso-planeter, der kredser rundt om stjernerne og producerer en mikro-linseevne. Andre videnskabelige muligheder inkluderer kort over Kuiper Belt i det næsten infrarøde; stjernernes okkultationer af Kuiper Belt Objects; og kortlægge flere EBL-felter til sammenligning med andre undersøgelser.
Dorminey: Hvordan ville teleskopets første observationer potentielt ryste op i teoretisk kosmologi?
Beichman: Hver gang du foretager en måling, der er en faktor hundrede gange bedre end før, får du altid en overraskelse.
