Mi, emberek, kielégíthetetlen éhségünk van, hogy megértsük az Univerzumot. Mint Carl Sagan mondta: „A megértés eksztázis.” De az univerzum megértéséhez jobb és jobb módszerekre van szükségünk annak megfigyelésére. És ez egy dolgot jelent: nagy, hatalmas, hatalmas távcsövek.
Ebben a sorozatban a világ közelgő szuper távcsöveivel foglalkozunk:
- Az Óriás Magellan távcső
- A túlságosan nagy távcső
- A 30 méteres távcső
- Az európai rendkívül nagy távcső
- A nagy Synoptic Survey távcső
- A James Webb űrtávcső
- A széles látószögű infravörös távmérő
Könnyű elfelejteni azt a hatást, amelyet a Hubble űrteleszkóp gyakorolt az univerzummal kapcsolatos tudásunk állapotára. Valójában ez lehet a siker legmegfelelőbb mérése: A Hubble-t, és mindent, amit megtanultunk tőle, magától értetődőnek tekintjük. De más űrtávcsöveket is fejlesztünk, köztük a WFIRST-t is, amely sokkal erősebb lesz, mint a Hubble. Meddig terjesztik ezek a távcsövek az Univerzum megértését?
"A WFIRST lehetősége nyílik a szemünkre a világegyetem csodáira, ugyanúgy, mint a Hubble." - John Grunsfeld, a NASA Tudományos Misszió Igazgatósága
Lehet, hogy a WFIRST lehet a Hubble valódi utódja, bár a James Webb Űrtávcsövet (JWST) gyakran ilyenként említik. Helytelen lehet még a WFIRST távcsövet is hívni; pontosabb, ha asztrofizikai obszervatóriumnak hívják. Ennek oka az, hogy egyik elsődleges tudományos célja a sötét energia tanulmányozása, ez a meglehetősen titokzatos erő, amely az univerzum kibővítését vezérli, és a sötét anyag, a nehezen felismerhető anyag, amely lelassítja ezt a terjeszkedést.
A WFIRST 2,4 méteres tükörrel rendelkezik, ugyanolyan méretű, mint a Hubble. De van egy kamerája, amely kibővíti a tükör erejét. A Wide Field Instrument egy 288 megapixeles többsávos közeli infravörös kamera. Miután működik, el fogja készíteni olyan képeket, amelyek éppolyan élesek, mint a Hubble képei. De van egy hatalmas különbség: a Wide Field Instrument olyan képeket fog rögzíteni, amelyek több mint százszor lefedik az égboltot, mint amit a Hubble tesz.
A WFIRST a széles látószögű műszer mellett a koronagráfiai műszerrel is rendelkezik. A koronagráfiai eszköz elősegíti az exoplanetek tanulmányozását. Szűrők és maszkok rendszerét használva blokkolja a fényt más csillagoktól, és élesíti az e csillagokat keringő bolygókon. Ez lehetővé teszi az exoplanetek atmoszférájának nagyon részletes tanulmányozását, amely az egyik legfontosabb módja az alkalmazhatóság meghatározásának.
A WFIRST várhatóan 2025-ben indul, bár a pontos dátum még túl korai. De amikor elindul, a WFIRST azt tervezi, hogy elutazik a Nap-Föld LaGrange 2. pontjához (L2.). L2 egy gravitációs szempontból kiegyensúlyozott pont az űrben, ahol a WFIRST megszakítás nélkül képes munkáját elvégezni. A misszió várhatóan 6 évig tart.
"A WFIRST potenciálisan megnyitja a szemünket az univerzum csodáira - ugyanúgy, mint a Hubble" - mondta John Grunsfeld, űrhajós és a NASA Tudományos Misszió Igazgatóságának társigazgatója a washingtoni központban. "Ez a misszió egyedülálló módon ötvözi azt a képességet, hogy felfedezzük és jellemezzük a bolygóinkat, amelyek túl vannak a saját Naprendszerünkön, az érzékenységgel és az optikával, hogy szélesre és mélyre nézzenek az univerzumban, a sötét energia és a sötét anyag rejtélyeinek feltárása érdekében."
Dióhéjban két javaslat van arra vonatkozóan, hogy mi lehet a Sötét Energia. Az első a kozmológiai állandó, ahol a Sötét Energia egységes az egész kozmoszban. A második az úgynevezett skaláris mező, ahol a Sötét Energia sűrűsége időben és térben változhat.
Az 1990-es évek óta a megfigyelések megmutatták, hogy az Univerzum terjeszkedése felgyorsul. Ez a gyorsulás mintegy 5 milliárd évvel ezelőtt kezdődött. Úgy gondoljuk, hogy a Sötét Energia felelős e felgyorsult terjeszkedésért. Azzal, hogy ilyen nagy, részletes képet készít a kozmoszról, a WFIRST lehetővé teszi a csillagászoknak, hogy térképezzék meg az idővel és a nagy területekkel kapcsolatos terjeszkedést. A WFIRST pontosan meg fogja mérni a galaxisok millióinak alakját, helyzetét és távolságát, hogy nyomon kövesse a kozmikus struktúrák eloszlását és növekedését, ideértve a galaxis klasztereket és az őket kísérő sötét anyagot is. Reméljük, hogy ez a megértés következő szintjét fogja elérni a Sötét Energia kapcsán.
Ha mindez túlságosan bonyolultnak tűnik, akkor nézzünk rá így: Tudjuk, hogy az Univerzum bővül, és tudjuk, hogy a bővülés gyorsul. Szeretnénk tudni, hogy miért bővül és hogyan. A sötét energia nevet adtuk az erőnek, amely ezt a terjeszkedést hajtja végre, és most többet szeretnénk tudni róla.
A sötét energia és az univerzum tágulása hatalmas rejtély, és egy kérdés, amely a kozmológusokat felveti. (Tényleg tudni akarják, hogy véget ér az univerzum!) De sokunk számára még egy kérdés még inkább megnyerő: egyedül vagyunk az univerzumban?
Erre nem lehet gyors választ adni, de minden válasz, amelyet az exoplanetek tanulmányozásával kezdünk, és ez a WFIRST számára is kitűnő.
„A WFIRST célja, hogy foglalkozzon a tudományos területekkel, amelyeket a csillagászati közösség prioritásként határozott meg” - mondta Paul Hertz, a NASA washingtoni Asztrofizikai Osztályának igazgatója. „A széles látószögű műszer lehetővé teszi a távcső számára, hogy egyetlen képet készítsen a Hubble mélységével és minőségével, de a terület 100-szorosával lefedi. A koronagráf forradalmi tudományt fog nyújtani, a távoli gáznemű világok és a szuper Föld gyenge, de közvetlen képeit rögzíti. "
"A koronagráf forradalmi tudományt fog nyújtani, a távoli gáznemű világok és a szuper Föld gyenge, de közvetlen képeit rögzíti." - Paul Hertz, a NASA asztrofizikai osztálya
Az exoplanetek tanulmányozásának nehézsége az, hogy mind csillagok keringnek. A csillagok olyan fényesek, hogy lehetetlenné teszik bolygóik semmilyen részletének látását. Olyan, mintha egy mérföldes távolságra bámulna és megpróbálna egy rovarot tanulmányozni a világítótorony közelében.
A WFIRST fedélzeten lévő koronagráfiai műszer kiválóan alkalmazza a távoli csillagok fényének megakadályozását. Ezt tükrök és maszkok rendszerével csinálja. Ez teszi lehetővé az exoplanetek tanulmányozását. Az exoplanetek tulajdonságait csak akkor lehet megvizsgálni, amikor a csillagból származó fényre reagálnak.
Ez lehetővé teszi az exoplanet légkörének kémiai összetételének részletes mérését. Ha több ezer bolygón keresztül ezt megtesszük, megérthetjük a bolygók kialakulását különféle csillagok körül. Van azonban néhány korlátozás a koronagráfiai műszer számára.
A koronagráfiai eszköz valamilyen késői kiegészítés volt a WFIRST-hez. A WFIRST többi műszere némelyikét nem úgy optimalizálták, hogy vele dolgozzon, tehát a működése korlátozott. Csak gáz óriások és az úgynevezett szuper-Föld tanulmányozására lesz képes. Ezeknek a nagyobb bolygóknak nem kell annyi finomságot tanulni, egyszerűen méretük miatt. A földszerű világok valószínűleg túlmutatnak a koronagráfiai eszköz hatalmán.
Ezek a korlátozások hosszú távon nem nagy ügy. A Coronagraph valójában inkább technológiai demonstráció, és nem jelenti az exoplanet tanulmányozásának végjátékát. Bármi, amit megtanulnak ebből az eszközből, a jövőben is segíteni fog nekünk. Néhány napon, talán évtizedek óta lesz a WFIRST utódja, és addigra a Coronagraph technológia sokat halad előre. A jövőbeli időben lehetséges a Föld-szerű exoplanetek közvetlen pillanatképei is.
De talán nem kell sokáig várnunk.
Tervezik a Coronagraph hatékonyságának fokozását a WFIRST-en, amely lehetővé tenné Föld-szerű bolygók ábrázolását. EXO-S Starshade-nak hívják.
Az EXO-S Starshade egy 34 méteres átmérőjű kioldható árnyékoló rendszer, amely megakadályozza a csillagfényt a WFIRST működésének káros hatásaként. Valójában külön kézműves lenne, amelyet külön indítanának és eljuttatnának, hogy találkozzon a WFIRST-vel az L2-en. Nem lenne lekötve, hanem a kamerák és a vezetőfények rendszerén keresztül orientálódna a WFIRST felé. A Starshade ereje valójában az, hogy kb. 40 000-50 000 km-re legyen a WFIRST-től.
A sötét energia és az exoplanetatek a WFIRST prioritásai, de mindig vannak más felfedezések, amelyek jobb távcsövekre várnak. Nem lehet megjósolni mindent, amit a WFIRST-től tanulunk. Olyan részletesebb képekkel, mint a Hubbleé, de százszor nagyobb, néhány meglepetés előtt állunk.
"Ez a misszió felmérné az univerzumot, hogy megtalálja a legérdekesebb tárgyakat." - Neil Gehrels, a WFIRST projekttudós
"A sötét energiával és az exoplanetekkel kapcsolatos izgalmas képességeken túl a WFIRST minden csillagász számára kiváló adatokkal bíró kincslemezt fog biztosítani" - mondta Neil Gehrels, a NASA Goddard űrrepülési központjának WFIRST projekttudósa, a Marylandi Greenbeltben. "Ez a misszió felmérné az univerzumot, hogy megtalálja a legérdekesebb tárgyakat."
Az összes szuper távcsővel, amely az elkövetkező néhány évben elérhetővé válik, számtalan csodálatos felfedezésre számíthatunk. 10-20 év múlva tudásunk jelentősen fejlődik. Mit tudunk meg a sötét anyagról és a sötét energiáról? Mit tudunk az exoplanet populációiról?
Jelenleg úgy tűnik, hogy csak ezen dolgok jobb megértésére törekszünk, de a WFIRST és a többi szuper távcső segítségével a céltudatosabb tanulmányozásra készen állunk.
