A következő évtizedben a NASA valóban lenyűgöző létesítményeket küld az űrbe. Ide tartoznak a következő generációs űrtávcsövek, mint például a James Webb Űrtávcső (JWST) és a Wide-Wide-Infrared Space Telescope (WFIRST). A. Által alapított alapokra építve Hubble, A WFIRST fejlett hangszercsomagját használja az Univerzum néhány legmélyebb rejtélyének feltárására.
Az egyik ilyen eszköz a koronagráf, amely lehetővé teszi a távcső számára, hogy tiszta képet kapjon a napfény nélküli bolygókról. Ez a műszer a közelmúltban befejezte a NASA által készített előzetes tervezési felülvizsgálatot, amely fejlődésének fő mérföldköve. Ez azt jelenti, hogy az eszköz teljesítette az összes tervezési, ütemezési és költségvetési követelményt, és most továbbmehet a fejlesztés következő szakaszába.
A kronográf fontos része a WFIRST bolygóvadász eszközének. Rendszerint az exoplanetek közvetlen képalkotása nehéz, mivel a szülőcsillagok intenzív vakító fényt adnak. Ez a fény sokszor erősebb, mint a bolygó felületéről vagy légköréből visszatükröződő fény. Ezért a hagyományos műszerek esetében az exoplanetek jelenlétét jelző kis fénynyomok el vannak takarva.
De ha megszünteti egy csillag intenzív tükröződését, a csillagászoknak sokkal jobb esélyük lesz arra, hogy a körül keringő bolygók megfigyelhetők legyenek. Ez további előnye annak, hogy közvetlenül meg lehet tanulmányozni az exoplanetokat, ahelyett, hogy támaszkodnánk olyan közvetett módszerekre, ahol a csillagok fényerősségének megfigyelését (tranzit módszer) vagy az előre-hátra történő mozgás jeleit mutatjuk, ami jelzi a bolygórendszer ( Radiális sebesség módszer).
Összehasonlításképpen, a közvetlen képalkotó módszer számos előnnyel jár, például a spektrumok közvetlenül a bolygó felületéről és légköréből történő kinyerésének képességét. Ez lehetővé teszi a bolygó összetételének és légkörének összetételének pontosabb becslését - azaz van felszíni víz, oxigén-nitrogén
Mint Jason Rhodes, a NASA sugárhajtómű laboratóriumában működő szélessávú infravörös távmérő távcső (WFIRST) projekttudós elmagyarázta:
„Amit meg akarunk csinálni, egy milliárd fotont távolítunk el a csillagból minden egyes felvétel után, amelyet a bolygón elfogunk. A WFIRST segítségével képeket és spektrumokat kaphatunk ezekről a nagy bolygókról, azzal a céllal, hogy bebizonyítsuk azokat a technológiákat, amelyek egy jövőbeli küldetés során fogják felhasználni - végül kis sziklás bolygókra nézzenek, amelyek felületén folyékony víz lehet, vagy akár életünk jelei is lehetnek, mint a miénk. ”
A WFIRST koronagráf műszere (más néven „csillagszemüvege”) egy többrétegű és rendkívül összetett technológia, amely maszkok, prizmák, detektorok és két önirányító tükrök rendszeréből áll. Ezek a tükrök kulcsfontosságú elemek, amelyek valós időben megváltoztatják alakjukat, hogy bejöjjenek a bejövő fénybe, és ellensúlyozzák a távcső optikájában bekövetkező apró változásokat.
A csúcstechnológiájú „maszkokkal” és más alkatrészekkel - együttesen „aktív hullámfrontvezérlésnek” nevezzük - ezek a tükrök eltávolítják a koronográf fényeit blokkoló elemek szélein hajló fényhullámok által okozott interferenciát. Ennek végeredménye az, hogy a csillagfény elsötétül, miközben halványan izzó (korábban láthatatlan) tárgyak jelennek meg.
Amellett, hogy a WFIRST koronagráfja 100-1000-szer képesbb, mint a korábbi koronagráfok, technológiai demonstrátorként szolgál, amely megvizsgálja hatékonyságát az exoplanetek megtalálásában. Ezek a tesztek előkészítik az utat a továbbfejlesztett változatok hozzáadására a még nagyobb távcsövekhez, amely magában foglalja a négy javasolt obszervatóriumot, amelyeket a 2030-as évekre az űrbe küldnek.
Ide tartoznak a Nagy ultraibolya / optikai / infravörös mérő (LUVOIR), a Eredeti Űrtávcső (OST) és a Lynx röntgenfelmérő. Nagyobb és fejlettebb koronagráfok felhasználásával ezek a távcsövek képesek egy pixeles „képeket” létrehozni kisebb bolygókról, amelyek a napjaikhoz közelebb keringnek (ahol leginkább sziklás bolygók találhatók).
Miután ezeknek a képeknek a fényét spektrométerrel megvizsgálták, a csillagászok, mint még soha, képesek lesznek vadászni az élet jeleire (más néven: bioszignatok). Mint Rhodes mondta:
„A WFIRST segítségével képeket és spektrumokat kaphatunk ezekről a nagy bolygókról, azzal a céllal, hogy bebizonyítsuk a jövőbeni küldetésben felhasznált technológiákat - hogy végül megvizsgáljuk azokat a kis sziklás bolygókat, amelyek felületén folyékony víz lehet, vagy még az élet jelei is, mint a sajátunk. ”
Fontos a koronagráf felvétele a WFIRST-be, mivel ez lesz az első küldetés, mivel a Hubble (1990-ben keringő pályán) az egyetlen NASA asztrofizikai zászlóshajó-küldetés, amely magában foglalja ezt a technológiát. A Hubble koronagráfjai természetesen sokkal egyszerűbbek és kevésbé kifinomult verziók voltak a technológiától, mint amit a WFIRST fog használni.
Noha a James Webb Űrtávcsövet korábban elindítják (jelenleg 2021-ben tervezik üzembe helyezni), és szintén fel lesz szerelve a technológiára, addig nem fog dicsekedni ugyanolyan csillagfény-elnyelő képességgel, mint a WFIRST. Tehát, bár a WFIRST lesz a koronagráf-technológia alkalmazásának harmadik kiemelt küldetése, a legkifinomultabb is.
"A WFIRST-nek két vagy három nagyságrenddel nagyobbnak kell lennie, mint bármely más koronagráfnál, amely valaha is repült [annak képességében, hogy megkülönböztesse a bolygót a csillagától]" - mondta Rhodes. "Lehetőségnek kell lennie néhány igazán vonzó tudomány számára, annak ellenére, hogy ez csak egy tech-demo."
Ez a fajta koronagráf-technológia a legtisztább képeket is lehetővé teheti egy csillagrendszerről, amely a kialakulás korai szakaszában van. Ezt egy csillag jellemzi, amelyet egy hatalmas por- és gázkorong vesz körül, miközben a bolygók lassan képződnek az akkreditált anyagból. Jelenleg a lemezek tanulmányozásának legjobb módja az infravörös felmérések, amelyek képesek megmutatni a szülői csillag által elnyelt hőt.
Vanessa Bailey, a JPL csillagászja és a WFIRST műszaki technikusa
„Azok a törmeléklemezek, amelyeket ma más csillagok környékén látunk, világosabb és tömegebbek, mint amit a saját naprendszerünkben használunk. A WFIRST koronagráf-műszere tanulmányozhatott a lágyabb, diffúzabb lemez anyagát, amely jobban hasonlít a fő aszteroid övre, a Kuiperi övre és a Nap körül keringő egyéb porra. "
Ezek a tanulmányok betekintést nyújthatnak a Naprendszerünk kialakulásához. Miután a technológiát sikeresen demonstrálták a misszió első 18 hónapja alatt, a NASA elindíthatja az úgynevezett „Résztvevő tudós programot”. Egy ilyen program keretében a koronagráf nyitott lenne a tudományos közösség számára, lehetővé téve a megfigyelők és kísérletek szélesebb választékát.
Az előzetes terv felülvizsgálat egy a többből, amely a küldetés minden szempontjának megvizsgálására szolgál. Minden áttekintés átfogó, és célja annak biztosítása, hogy minden egyes rész együttmőködjön a többiekkel. A terv felülvizsgálatának befejezésével a koronagráf fejlesztési üteme gyors ütemben halad előre.
Ez a WFIRST misszió második fő alkotóeleme, amellyel engedélyt kapnak. A Wide-Field Instrumentumot júniusban távolították el, egy 288 megapixeles, több sávú közeli infravörös kamera, amely a kép élességét biztosítja, összehasonlítva azzal, amelyet a Hubble 100-szor nagyobb mezőn elér. Ezt a kamerát az űrteleszkóp fő eszközének tekintik.
Amint Rhodes jelezte, a WFIRST misszió történelmi lesz, mint a Mars Pathfinder Ez volt a NASA első küldetése, amely roverot telepített (Sojourner) a Marson, amely validálta azokat a kulcsfontosságú technológiákat és módszereket, amelyek végül bekerülnének a Szellem, Lehetőség, kíváncsiság, és Mars 2020 robotok.
"Ez egy tech-demo volt" - mondta Rhodes. „A cél az volt, hogy megmutassák, hogy egy rover működik-e a Marson. De folytatta egy nagyon érdekes tudományt az életében. Reméljük, hogy ugyanez igaz a WFIRST coronagraph tech bemutatójára is. "
