Kosmiczny Teleskop Hubble'a jest w kosmosie od 28 lat, tworząc jedne z najpiękniejszych i ważnych naukowo obrazów kosmosu, jakie ludzkość kiedykolwiek zrobiła. Ale spójrzmy prawdzie w oczy, Hubble się starzeje i prawdopodobnie nie będzie z nami zbyt długo.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba z NASA jest w końcowej fazie testów, a WFIRST czeka na skrzydłach. Z przyjemnością dowiesz się, że w pracach jest jeszcze więcej teleskopów kosmicznych, zestaw czterech potężnych instrumentów w fazie projektowania, które będą częścią następnego badania dekadalnego i pomogą odpowiedzieć na najbardziej fundamentalne pytania dotyczące kosmosu.
Wiem, wiem, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jeszcze nie dotarł w kosmos i może być jeszcze więcej opóźnień w trakcie jego obecnej rundy testów. Kiedy nagrywam ten film, wygląda na maj 2020 r., Ale daj spokój, wiesz, że będą opóźnienia.
I jest WFIRST, szerokokątny teleskop kosmiczny na podczerwień, który jest faktycznie wykonany ze starego teleskopu klasy Hubble'a, którego Krajowe Biuro Rozpoznania już nie potrzebowało. Biały Dom chce go anulować, Kongres go uratował, a teraz NASA buduje jego części. Zakładając, że nie napotkają więcej opóźnień, planujemy wprowadzenie na rynek w połowie 2020 roku.
Właśnie napisałem odcinek o superteleskopach i rozmawiałem o Jamesie Webbie i WFIRST, więc jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o tych obserwatoriach, sprawdź to najpierw.
Dzisiaj pójdziemy dalej w przyszłość, aby spojrzeć na teleskopy nowej generacji. Te, które można uruchomić za teleskopem, który wystrzeliwuje za teleskopem, który będzie następny.
Zanim zagłębię się w te misje, muszę porozmawiać o Ankiecie Decadal. To jest raport stworzony przez US National Academy of Sciences for Congress i NASA. Jest to zasadniczo lista życzeń od naukowców do NASA, określająca największe pytania, jakie mają w swojej dziedzinie nauki.
Dzięki temu Kongres może przeznaczyć budżety i NASA na opracowanie pomysłów na misje, które pomogą zrealizować jak najwięcej z tych celów naukowych.
Ankiety te są przeprowadzane raz na dekadę, gromadząc komitety nauk o Ziemi, naukach planetarnych i astrofizyki. Przedstawiają pomysły, kłócą się, głosują, a ostatecznie uzgadniają zestaw zaleceń, które określą priorytety nauki na następną dekadę.
Jesteśmy obecnie w okresie badań dekadalnych 2013–2022, więc za kilka lat będzie następna ankieta, która określi misje w latach 2023–2032. Wiem, to naprawdę brzmi jak odległa przyszłość, ale tak naprawdę zabrakło czasu, aby zebrać zespół.
Jeśli jesteś zainteresowany, zamieszczę link do ostatniej Ankiety Dekadalnej, jest to fascynujący dokument i lepiej zrozumiesz, w jaki sposób misje się łączą.
Nadal jesteśmy o kilka lat od ostatecznego dokumentu, ale na etapie planowania teleskopów kosmicznych nowej generacji są poważne propozycje i są one niesamowite. Porozmawiajmy o nich.
HabEx
Pierwsza misja, na którą się przyjrzymy, to HabEx lub Habitable Exoplanet Imaging Mission. Jest to statek kosmiczny, który bezpośrednio sfotografuje planety krążące wokół innych gwiazd. Będzie celował we wszystkie rodzaje planet, od gorących Jowiszów po super Ziemie, ale jego głównym celem będzie fotografowanie egzoplanet podobnych do Ziemi i mierzenie ich atmosfery.
Innymi słowy, HabEx będzie próbował wykryć sygnały życia na planetach krążących wokół innych gwiazd.
Aby to zrobić, HabEx musi zablokować światło gwiazdy, aby można było odkryć znacznie słabsze planety w pobliżu. Będzie miał jeden, a może dwa sposoby, aby to zrobić.
Pierwszy polega na użyciu koronografu. To maleńka kropka, która znajduje się wewnątrz samego teleskopu, który jest umieszczony przed gwiazdą i blokuje jej światło. Pozostałe światło przechodzące przez teleskop pochodzi od słabszych obiektów wokół gwiazdy i może być zobrazowane przez czujnik instrumentu.
Teleskop ma specjalne odkształcalne lustro, które można regulować i stroić, aż pojawią się słabsze planety.
Oto przykład używanego koronografu na bardzo dużym teleskopie Europejskiego Obserwatorium Południowego. Gwiazda centralna jest ukryta, odsłaniając wokół niej ciemniejszy dysk pyłowy. Oto bezpośredni obraz brązowego karła krążącego wokół gwiazdy.
I to jest jeden z najbardziej dramatycznych filmów, jakie kiedykolwiek widziałem, z 4 światami wielkości Jowisza krążącymi wokół gwiazdy HR 8799. To trochę sztuczka, badacze animowali ruch planet między obserwacjami, ale wciąż, wow.
Drugą metodą blokowania światła będzie użycie Cienia Gwiazd. Jest to całkowicie oddzielny statek kosmiczny, który wygląda jak wiatraczek. Leci dziesiątki tysięcy kilometrów od teleskopu, a gdy jest idealnie ustawiony, blokuje światło gwiazdy centralnej, pozwalając jednocześnie na wyciek światła z planet wokół krawędzi.
Sztuczka z Gwiezdnym Cieniem to płatki, które tworzą bardziej miękką krawędź, dzięki czemu fale świetlne z słabszej planety są mniej wygięte. Stwarza to bardzo ciemny cień, który powinien mieć najlepszą szansę na odkrycie planet.
W przeciwieństwie do większości misji, Gwiezdne Cienie mogą być używane z dowolnym obserwatorium w kosmosie. Tak więc Hubble, James Webb lub inne obserwatorium może skorzystać z tego instrumentu.
Zawsze narzekaliśmy na to, że możemy zobaczyć tylko ułamek planet za pomocą metody tranzytu lub prędkości radialnej z powodu tego, jak rzeczy się układają. Ale dzięki misji takiej jak HabEx planety można zobaczyć w dowolnej konfiguracji.
Oprócz tej podstawowej misji, HabEx będzie również wykorzystywany do różnych astrofizyki, takich jak obserwowanie wczesnego Wszechświata i badanie substancji chemicznych największych gwiazd przed i po wybuchu jako supernowe.
Ryś
Następnie Lynx, który będzie teleskopem rentgenowskim nowej generacji NASA. Zaskakujące jest to, że nie jest to akronim, tylko jego nazwa pochodzi od zwierzęcia. W różnych kulturach uważano, że rysie mają nadprzyrodzoną zdolność dostrzegania prawdziwej natury rzeczy.
Promienie X znajdują się na wyższym końcu spektrum elektromagnetycznego i są zablokowane przez atmosferę ziemską, więc potrzebujesz teleskopu kosmicznego, aby je zobaczyć. W tej chwili NASA ma swoje Obserwatorium Rentgenowskie Chandra, a ESA pracuje nad misją ATHENA, która ma zostać uruchomiona w 2028 roku.
Lynx będzie działał jako partner Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, spoglądając na skraj obserwowalnego Wszechświata, odsłaniając pierwsze generacje supermasywnych czarnych dziur i pomagając w wykreślaniu ich powstawania i fuzji w czasie. Zobaczy promieniowanie pochodzące z gorącego gazu z wczesnej kosmicznej sieci, gdy zbliżały się pierwsze galaktyki.
A potem będzie używany do badania rodzajów obiektów, na których koncentrują się Chandra, XMM Newton i inne obserwatoria rentgenowskie: pulsary, zderzenia galaktyk, kolapsary, supernowe, czarne dziury i wiele innych. Nawet normalne gwiazdy mogą emitować rozbłyski rentgenowskie, które mówią nam więcej o nich.
Zdecydowana większość materii Wszechświata znajduje się w chmurach gazu tak gorących jak milion Kelwinów. Jeśli chcesz zobaczyć Wszechświat takim, jakim jest naprawdę, chcesz spojrzeć na niego za pomocą promieni rentgenowskich.
Teleskopy rentgenowskie różnią się od obserwatoriów światła widzialnego, takich jak Hubble. Nie możesz mieć lustra odbijającego promieniowanie rentgenowskie. Zamiast tego używasz zwierciadeł padających na pastwiska, które mogą nieznacznie przekierowywać trafione fotony, kierując je do detektora.
Dzięki 3-metrowemu zwierciadłu zewnętrznemu, stanowiącemu początkową część lejka, zapewnia on czułość 50-100 razy większą przy 16-krotnym polu widzenia, zbierając fotony z prędkością 800 razy większą niż Chandra.
Nie jestem pewien, co jeszcze powiedzieć. Będzie to obserwatorium rentgenowskie potworów. Zaufaj mi, astronomowie uważają, że to bardzo dobry pomysł.
Kosmiczny Teleskop Origins
Następnie Kosmiczny Teleskop Origins lub OST. Podobnie jak James Webb i Spitzer Space Telescope, OST będzie teleskopem na podczerwień, zaprojektowanym do obserwacji niektórych najfajniejszych obiektów we Wszechświecie. Ale będzie jeszcze większy. Podczas gdy James Webb ma główne lustro o średnicy 6,5 metra, lustro OST będzie miało 9,1 metra średnicy.
Wyobraź sobie teleskop prawie tak duży jak największe teleskopy naziemne na Ziemi, ale w kosmosie. W kosmosie.
Nie będzie po prostu duży, będzie zimno.
NASA była w stanie schłodzić Spitzera do zaledwie 5 kelwinów - to jest 5 stopni powyżej zera absolutnego i tylko trochę wyższa niż temperatura tła Wszechświata. Planują obniżyć Origins do 4 kelwinów. Nie wydaje się to wiele, ale jest to ogromne wyzwanie inżynierskie.
Zamiast po prostu ochładzać statek kosmiczny ciekłym helem, tak jak to miało miejsce w przypadku Spitzera, będą musieli wydzielać ciepło etapami za pomocą odbłyśników, grzejników, a na końcu kriocoolera wokół samych instrumentów.
Za pomocą ogromnego, zimnego teleskopu w podczerwieni Origins wykroczy poza pole widzenia Jamesa Webba na temat powstawania pierwszych galaktyk. Spojrzy na epokę, w której formowały się pierwsze gwiazdy, czas, który astronomowie nazywają Ciemnym Wiekiem.
Zobaczy formowanie się układów planetarnych, tarcz pyłowych i bezpośrednią obserwację atmosfery innych planet szukających biosignatur, dowodów życia na zewnątrz.
Trzy ekscytujące misje, które poszerzą naszą wiedzę o Wszechświecie. Ale na koniec uratowałem największy, najbardziej ambitny teleskop
LUVOIR
LUVOIR lub duży inspektor UV / optyczny / IR. James Webb będzie potężnym teleskopem, ale jest to instrument na podczerwień przeznaczony do patrzenia na chłodniejsze obiekty we Wszechświecie, takie jak przesunięte na czerwono galaktyki na początku czasu lub nowo powstające układy planetarne. Kosmiczny Teleskop Origins będzie lepszą wersją Jamesa Webba.
LUVOIR będzie prawdziwym następcą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Będzie to ogromny instrument zdolny do widzenia w podczerwieni, świetle widzialnym i ultrafiolecie.
W pracach są dwa projekty. Ten, który ma 8 metrów średnicy i mógłby wystartować w ciężkim samochodzie ciężarowym takim jak Falcon Heavy. I kolejny projekt, który wykorzystywałby Space Launch System o średnicy 15 metrów. To o 50% więcej niż największy teleskop na Ziemi. Pamiętaj, że Hubble ma tylko 2,6 metra.
Będzie miał szerokie pole widzenia oraz zestaw filtrów i instrumentów, których astronomowie mogą używać do obserwowania wszystkiego, co chcą. Zostanie wyposażony w koronograf, o którym mówiliśmy wcześniej, do bezpośredniego obserwowania planet i zaciemnienia ich gwiazd, spektrograf, aby dowiedzieć się, jakie chemikalia są obecne w atmosferach egzoplanetowych i nie tylko.
LUVOIR będzie instrumentem ogólnego zastosowania, którego astronomowie wykorzystają do dokonywania odkryć w dziedzinie astrofizyki i nauki planetarnej. Ale niektóre z jego możliwości będą obejmować: bezpośrednią obserwację egzoplanet i wyszukiwanie biosignature, kategoryzowanie wszystkich rodzajów egzoplanet, od gorących Jowiszów po super Ziemie.
Będzie mógł obserwować obiekty w Układzie Słonecznym lepiej niż cokolwiek innego - jeśli nie mamy tam statku kosmicznego, LUVOIR będzie całkiem niezłym widokiem. Na przykład, oto widok Enceladusa z Hubble'a, w porównaniu do widoku z LUVOIR.
Będzie mógł patrzeć w dowolne miejsce we Wszechświecie, aby zobaczyć znacznie mniejsze struktury niż Hubble. Zobaczy pierwsze galaktyki, pierwsze gwiazdy i pomoże zmierzyć stężenie ciemnej materii we Wszechświecie.
Astronomowie wciąż nie do końca rozumieją, co się stanie, gdy gwiazdy zgromadzą wystarczającą masę, aby się zapalić. LUVOIR przyjrzy się obszarom gwiazdotwórczym, zajrzy przez gaz i pył i zobaczy najwcześniejsze momenty formowania się gwiazd, a także krążące wokół nich planety.
Czy całkowicie mnie ekscytujesz przyszłością astronomii? Dobrze. Ale oto złe wieści. Prawie nie ma szans, żeby rzeczywistość pasowała do tej fantazji.
Na początku tego miesiąca NASA ogłosiła, że planiści misji pracujący nad tymi teleskopami kosmicznymi będą musieli ograniczyć swoje budżety do trzech do pięciu miliardów dolarów. Do tej pory planiści nie mieli żadnych wytycznych, mieli jedynie zaprojektować instrumenty, które mogłyby zrobić naukę.
Inżynierowie pracowali nad planami misji, które z łatwością mogłyby przekroczyć 5 miliardów dolarów dla HabEx, Lynx i OST, i rozważali znacznie większe 20 miliardów dolarów dla LUVOIR.
Mimo że Kongres naciska na zaskakująco duże budżety dla NASA, agencja kosmiczna chce, aby jej planiści byli konserwatywni. A kiedy zastanowisz się, jak bardzo stracił budżet i nieżyje James Webb, nie jest to całkowicie zaskakujące.
James Webb miał początkowo kosztować od jednego do trzech punktów pięć miliardów dolarów, a uruchomienie go w latach 2007–2011. Teraz wygląda na 2020 rok na rozpoczęcie, koszty przekroczyły ustalony przez Kongres budżet w wysokości 8,8 miliarda dolarów i jasne jest, że wciąż jest wiele pracy do wykonania.
Podczas ostatniego testu wstrząsów inżynierowie znaleźli podkładki i śruby, które strząsnęły się z teleskopu. To nie jest jak półka IKEA z resztkami. Te elementy są ważne.
Teleskop WFIRST, mimo że został uratowany przed cięciem, szacuje się na 3,9 miliarda dolarów, w porównaniu z pierwotnym budżetem 2 miliardów dolarów.
Jeden, dwa, a może nawet wszystkie te teleskopy zostaną ostatecznie zbudowane. To właśnie zdaniem naukowców najważniejsze jest dokonanie kolejnych odkryć w astronomii, ale przygotuj się na bitwy budżetowe, przekroczenia kosztów i wydłużanie terminów. Dowiemy się lepiej, kiedy wszystkie badania połączą się w 2019 roku.
Potrzeba by pewnego rodzaju cudu inżynierii, aby wszystkie cztery teleskopy zebrały się razem, na czas i zgodnie z budżetem, aby wystartowały razem w kosmos w 2035 r. Będę was informować na bieżąco.
