A nemrégiben elindult a Az Exoplanet felmérési műhold átutazása (TESS) - amelyre 2018. április 18-án, szerdán került sor - sok figyelmet fordítottak a következő generációs űrteleszkópokra, amelyeket az elkövetkező években az űrbe fog vinni. Ide tartoznak nem csak aJames Webb Űrtávcső, amelyet jelenleg 2020-ra terveznek beindítani, de néhány olyan továbbfejlesztett űrhajó, amelyet a 2030-as évekre telepítenek.
Ilyen volt a közelmúltbeli, 2020-as évfordulói asztrofizikai felmérés, amely négy kiemelt missziókoncepciót tartalmazott, amelyeket jelenleg vizsgálnak. Amikor ezek a küldetések eljutnak az űrbe, akkor felveszik, ahol szeretik a küldetéseket Hubble, Kepler, Spitzer és Chandra abbahagyta, de nagyobb érzékenységgel és képességgel rendelkezik. Mint ilyenek, várhatóan sokkal többet fednek fel világegyetemünkről és az abban rejlő titkokról.
A várakozások szerint a 2020-as évtizedes felméréshez benyújtott küldetési koncepciók széles körű tudományos célokat fednek le - a távoli fekete lyukak és a korai univerzum megfigyelésétől a közeli csillagok körüli exoplanetek kutatásáig és a Naprendszer testének megismeréséig. Ezeket az ötleteket a tudományos közösség alaposan ellenőrizte, és négyet választottak úgy, hogy érdemes folytatni.
Ahogyan Susan Neff, a NASA kozmikus eredetű programjának fő tudósa elmagyarázta a NASA nemrégiben kiadott sajtóközleményében:
„Ez az asztrofizika játékideje. Mindezeket a koncepciókat ki akarjuk építeni, de nincs költségvetésünk, hogy mind a négyet egyszerre tegyük meg. Ezeknek a dekadalis tanulmányoknak az a célja, hogy az asztrofizika közösség tagjainak a lehető legjobb információt nyújtsák, amikor eldöntik, melyik tudományt tegyék meg először. ”
A négy kiválasztott koncepció magában foglalja a Nagy ultraibolya / optikai / infravörös mérő (LUVOIR), egy óriási űrmegfigyelő központ, amely a Hubble űrtávcső. Mivel a NASA Goddard Űrvédelmi Repülési Központja által vizsgált két koncepció egyike, ez a missziókoncepció megköveteli egy hatalmas, szegmentált elsődleges tükörrel ellátott űrteleszkópot, amelynek átmérője kb. 15 méter.
Összehasonlítva: a JWST‘Az elsődleges tükör átmérője 6 s (21 láb 4 hüvelyk). Akárcsak a JWST, a LUVOIR tükör állítható szegmensekből is állna, amelyek kibontakoznának, ha az űrbe kerülne. A szelepmozgatók és a motorok aktívan beállítják és igazítják ezeket a szegmenseket a tökéletes fókusz elérése és a halvány és távoli tárgyak fényének elnyerése érdekében.
Ezekkel a fejlett eszközökkel a LUVOIR képes lenne közvetlenül ábrázolni a Föld méretű bolygókat és felmérni légkörüket. Ahogy Aki Roberge tanulmányozó tudósította:
„Ez a küldetés ambiciózus, de a nyeremény annak megtudása, hogy van-e élet a Naprendszeren kívül. Az összes technológiai magas pólusot ez a cél hajtja meg. A fizikai stabilitás, valamint az elsődleges tükör aktív vezérlése és a belső koronagráf (a csillagfényt blokkoló eszköz) a pikométer pontosságát eredményezi. Az ellenőrzésről szól. ”
Itt is a Eredeti Űrtávcső (OST), egy másik koncepció a Goddard űrrepülési központ által. Nagyon hasonló a Spitzer űrtávcső és a Herschel Űrmegfigyelőközpont, ez a távoli infravörös obszervatórium 10 000-szer nagyobb érzékenységet kínálna, mint bármelyik korábbi távoli infravörös távcső. Célja a világegyetem legtávolabbi elérésének megfigyelése, a víz csillag- és bolygóképződés útjának nyomon követése, valamint az élet jeleinek keresése az exoplanetek atmoszférájában.
Elsődleges tükörje, amelynek átmérője körülbelül 9 m (30 láb) lenne, az első aktívan hűtött távcső, amelynek tükörét kb. 4 K (-269 ° C; -452 ° F) hőmérsékleten tartja, és detektorát Ennek hőmérséklete 0,05 K. Ennek elérése érdekében az OST-csapat támaszkodik egy napelemek repülőrétegére, négy kriohűtőre és egy többlépcsős folyamatos adiabatikus demagnetizáló hűtőszekrényre (CADR).
Dave Leisawitz, Goddard tudós és OST kutató tudósító szerint az OST különösen nagymértékben támaszkodik a szupravezető detektorok nagy tömbjeire, amelyek millió pixelben vannak mérve. "Amikor az emberek technológiai hiányosságokról kérdezik az Origins Űrtávcső kifejlesztésekor, elmondom nekik, hogy az első három kihívás az detektorok, detektorok, detektorok" - mondta. "A detektorokról szól."
Konkrétan, az OST két új típusú detektorra támaszkodik: Átmeneti élérzékelőkre (TES) vagy kinetikus induktivitás detektorokra (KID). Bár a TES-detektorok még mindig viszonylag újok, gyorsan érlelődnek, és jelenleg a HAWC + műszerben használják a NASA Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) fedélzetén.
Akkor ott van a Habitable Exoplanet Imager (HabEx), amelyet a NASA Jet Propulsion Laboratory fejleszt. Mint a LUVOIR, ez a távcső közvetlenül a bolygórendszereket is ábrázolja, hogy egy nagy szegmentált tükör segítségével elemezhessék a bolygók légköreinek összetételét. Ezenkívül tanulmányozná a világegyetem történetének legkorábbi korszakát és a legtömegebb csillagok életciklusát, és ezáltal megvilágítaná az élethez szükséges elemek kialakulását.
Ugyanúgy, mint a LUVOIR, a HabEx képes lenne vizsgálatokat végezni az ultraibolya, az optikai és a közeli infravörös hullámhosszon, és képes lenne blokkolni a szülő csillag fényerősségét, hogy láthassa a fényt, amely visszatükröződik minden rajta keringő bolygón. Amint Neil Zimmerman, a NASA szakértője a koronagráfia területén elmagyarázta:
„A közeli csillagot keringő bolygó közvetlen képének ábrázolása érdekében hatalmas akadályt kell leküzdeni a dinamikus tartományban: a csillag túlnyomó fényerejével szemben a csillagfény homályos visszaverődése ellen a bolygón, csak egy apró szög választja el a kettőt. Erre a problémára nincs közönséges megoldás, mert olyan eltér, mint a megfigyelő csillagászat bármely más kihívása. "
Ennek a kihívásnak a kezelésére a HabEx csapata két megközelítést mérlegel, amelyek között szerepel a külső szirom alakú csillagárnyalatok, amelyek blokkolják a fényt, és a belső koronagráfok, amelyek megakadályozzák a csillagfény elérését az érzékelőkbe. Egy másik vizsgált lehetőség, hogy szén nanocsöveket alkalmaznak a koronagráfiai maszkokra annak érdekében, hogy módosítsák a még mindig áthatolt diffúziós fény mintáit.
Végül, de nem utolsósorban az Röntgenfelügyelő ismert, mint Hiúz a Marshall Űrrepülési Központ fejleszti. A négy űrteleszkóp közül a Lynx az egyetlen koncepció, amely röntgen sugarakban megvizsgálja az Univerzumot. Röntgen-mikrokaloriméter-képalkotó spektrométer segítségével ez az űrteleszkóp érzékeli az ultravilágos fekete lyukakból (SMBH) származó röntgenfelvételeket a világegyetem legkorábbi galaxisának központjában.
Ez a technika röntgenfotókból áll, amelyek eltalálják az érzékelők abszorbenseit, és energiájukat hőre konvertálják, amelyet hőmérővel mérnek. Ily módon a Lynx segít a csillagászoknak felfedezni a legkorábbi SMBH kialakulását. Miként Rob Petre, a Goddard Lynx tanulmányi tagja leírta a küldetést:
„Megfigyelték, hogy a szupermasszív fekete lyukak sokkal korábban léteznek az univerzumban, mint ahogyan a jelenlegi elméleteink megjósolják. Nem értjük, hogy ilyen hatalmas tárgyak alakulnak ki olyan hamar, miután az első csillagok kialakulhattak. Szükségünk van egy röntgen távcsőre, hogy megnézhessük az első szupermasszív fekete lyukakat, hogy bemutassuk az elméletek alakulását arról, hogy miként alakultak ki. "
Függetlenül attól, hogy a NASA melyik missziót választja végül, az ügynökség és az egyes központok már fejlettebb eszközökbe fektetnek be az ilyen koncepciók jövőbeli megvalósítása érdekében. A négy csapat márciusban nyújtotta be időközi jelentéseit. Jövőre várhatóan elkészítik a Nemzeti Kutatási Tanács (NRC) záró beszámolóit, amelyet felhasználni fognak a NASA felé tett ajánlásaiknak az elkövetkező években történő tájékoztatására.
Mint Thai Pham, a NASA Asztrofizikai Program Irodájának technológiai fejlesztési igazgatója jelezte:
„Nem azt mondom, hogy könnyű lesz. Nem lesz. Ezek ambiciózus küldetések, jelentős technikai kihívásokkal járnak, amelyek közül sok átfedésben van és mindenkire vonatkozik. A jó hír az, hogy az alapozás most megtörtént. ”
Mivel a TESS-t már telepítették, és a JWST 2020-ra elindítja a terveket, a következő években szerzett tapasztalatokat minden bizonnyal beépítik ezekbe a missziókba. Jelenleg nem egyértelmű, hogy a következő fogalmak közül melyik fog a világűrbe kerülni a 2030-as évekre. Fejlett hangszereik és a múltbeli missziók tanulságai között elvárhatjuk azonban, hogy mélyreható felfedezéseket készítsenek az Univerzumról.
