W następnej dekadzie NASA wyśle kosmiczne urządzenia naprawdę imponujące. Należą do nich teleskopy kosmiczne nowej generacji, takie jak James Webb Space Telescope (JWST) i Wide-Field Infrared Space Telescope (WFIRST). Opierając się na fundamencie założonym przez HubbleWFIRST wykorzysta swój zaawansowany zestaw instrumentów do zbadania najgłębszych tajemnic Wszechświata.
Jednym z tych instrumentów jest koronograf, który pozwoli teleskopowi na wyraźne spojrzenie na planety pozasłoneczne. Ten instrument niedawno zakończył wstępny przegląd projektu przeprowadzony przez NASA, co stanowi kamień milowy w jego rozwoju. Oznacza to, że instrument spełnił wszystkie wymagania dotyczące projektu, harmonogramu i budżetu i może teraz przejść do następnej fazy rozwoju.
Chronograf jest ważną częścią przyrządów do poszukiwania planet WFIRST. Zwykle bezpośrednie obrazowanie egzoplanet jest trudne ze względu na intensywny blask pochodzący od ich gwiazd macierzystych. To światło jest wielokrotnie silniejsze niż światło odbijane od powierzchni lub atmosfery planety. Z tego powodu małe ślady światła wskazujące na obecność egzoplanet są zaciemnione dla konwencjonalnych instrumentów.
Ale eliminując intensywne świecenie gwiazdy, astronomowie będą mieli znacznie większą szansę na dostrzeżenie planet, które ją okrążają. Daje to dodatkową korzyść polegającą na możliwości bezpośredniego badania egzoplanet, zamiast polegać na metodach pośrednich, w których gwiazdy są monitorowane pod kątem spadku jasności (metoda tranzytu) lub oznak ruchu tam iz powrotem, co wskazuje na obecność układu planetarnego ( Metoda prędkości radialnej).
Dla porównania metoda bezpośredniego obrazowania oferuje wiele korzyści, takich jak możliwość uzyskiwania widm bezpośrednio z powierzchni i atmosfery planety. Umożliwi to dokładniejsze oceny składu planety i składu jej atmosfery - tj. Czy ma ona wodę powierzchniową, tlen i azot
Jak wyjaśnił Jason Rhodes, naukowiec zajmujący się teleskopem do badań w podczerwieni w szerokim polu (WFIRST) w NASA's Jet Propulsion Laboratory:
„Staramy się wyeliminować miliard fotonów z gwiazdy za każdy, który uchwycimy z planety… Dzięki WFIRST będziemy w stanie uzyskać obrazy i widma tych dużych planet w celu udowodnienia technologii, które zostaną wykorzystane w przyszłej misji - aby w końcu spojrzeć na małe skaliste planety, które mogłyby mieć płynną wodę na swoich powierzchniach, a nawet oznaki życia, takie jak nasza. ”
Instrument koronograficzny WFIRST (zwany także jego „gwiezdnymi okularami”) to wielowarstwowa i bardzo złożona technologia, składająca się z systemu masek, pryzmatów, detektorów i dwóch samo-wyginających się luster. Lustra te są kluczowymi komponentami, które zmieniają swój kształt w czasie rzeczywistym, aby pomieścić przychodzące światło w celu skompensowania drobnych zmian w optyce teleskopu.
W połączeniu z zaawansowanymi technologicznie „maskami” i innymi komponentami - zwanymi łącznie „aktywną kontrolą czoła fali” - lustra te usuwają zakłócenia wywołane falami świetlnymi, które wyginają się wokół krawędzi elementów blokujących światło koronografu. Efektem końcowym jest to, że światło gwiazd przygasa, a pojawią się słabo świecące obiekty (wcześniej niewidoczne).
Oprócz tego, że jest 100 do 1000 razy bardziej zdolny niż poprzednie koronografy, koronograf WFIRSTa służy również jako demonstrator technologii, który przetestuje jego skuteczność w pomaganiu w znalezieniu egzoplanet. Testy te utorują drogę do dodania skalowanych wersji do jeszcze większych teleskopów, w tym czterech proponowanych obserwatoriów, które zostaną wysłane w kosmos do 2030 roku.
Należą do nich Duży miernik promieniowania ultrafioletowego / optycznego / podczerwonego (LUVOIR), Kosmiczny Teleskop Origins (OST) i Lynx X-ray Surveyor. Używając większych i bardziej zaawansowanych koronografów, te teleskopy będą w stanie generować jednopikselowe „obrazy” mniejszych planet, które krążą bliżej swoich słońc (czyli tam, gdzie najprawdopodobniej można znaleźć planety skaliste).
Gdy światło z tych obrazów zostanie przeanalizowane za pomocą spektrometru, astronomowie będą w stanie polować na oznaki życia (inaczej biosignatury), jak nigdy dotąd. Jak powiedział Rodos:
„Dzięki WFIRST będziemy w stanie uzyskać obrazy i widma tych dużych planet, w celu udowodnienia technologii, które zostaną wykorzystane w przyszłej misji - aby ostatecznie przyjrzeć się małym skalistym planetom, które mogłyby mieć ciekłą wodę na swoich powierzchniach, lub nawet oznaki życia, jak nasze własne. ”
Włączenie koronografu na WFIRST jest ważne, ponieważ będzie to pierwsza misja od czasu, gdy Hubble (na orbicie od 1990 roku) jest jedyną flagową misją astrofizyki NASA obejmującą tę technologię. Oczywiście koronografy Hubble'a były znacznie prostszymi i mniej wyrafinowanymi wersjami technologii niż ta, której użyje WFIRST.
Chociaż Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zostanie wystrzelony wcześniej (obecnie planowany na 2021 r.) I będzie również wyposażony w tę technologię, nie będzie miał takich samych możliwości tłumienia światła gwiazd jak WFIRST. Podczas gdy WFIRST będzie trzecią flagową misją wykorzystującą technologię koronograficzną, będzie również najbardziej wyrafinowany.
„WFIRST powinien być o dwa lub trzy rzędy wielkości silniejszy niż jakikolwiek inny koronograf, jaki kiedykolwiek latał [w swojej zdolności do odróżnienia planety od gwiazdy]” - powiedział Rhodes. „Powinna być szansa na naprawdę fascynującą naukę, nawet jeśli jest to tylko demo technologiczne”.
Ten rodzaj technologii koronograficznej może również pozwolić na uzyskanie najczystszych zdjęć, jakie kiedykolwiek zrobiono z układem gwiazd, który jest na wczesnym etapie formowania. Charakteryzuje się to gwiazdą otoczoną masywnym dyskiem pyłu i gazu, podczas gdy planety powoli formują się z nagromadzonego materiału. Obecnie najlepszym sposobem badania tych dysków są badania w podczerwieni, które mogą obrazować ciepło pochłonięte przez ich gwiazdę macierzystą.
Jako Vanessa Bailey, astronom z JPL i technolog instrumentów dla WFIRST
„Dyski z resztek, które widzimy dzisiaj wokół innych gwiazd, są jaśniejsze i masywniejsze niż to, co mamy w naszym Układzie Słonecznym. Instrument koronograficzny WFIRST mógłby badać słabszy, bardziej rozproszony materiał dysku, który bardziej przypomina Główny Pas Asteroid, Pas Kuipera i inne pyły krążące wokół Słońca ”.
Badania te mogą dać wgląd w to, jak powstał nasz Układ Słoneczny. Po udanym zademonstrowaniu technologii w ciągu pierwszych 18 miesięcy misji NASA może rozpocząć tak zwany „program naukowy uczestniczący”. W ramach takiego programu koronograf byłby otwarty dla społeczności naukowej, umożliwiając szerszą różnorodność obserwatorów i eksperymentów.
Wstępny przegląd projektu jest jednym z kilku opracowanych w celu zbadania każdego aspektu misji. Każda recenzja jest kompleksowa i ma na celu zapewnienie, że każda część będzie współpracować z innymi. Po zakończeniu przeglądu projektu harmonogram opracowywania koronografu postępuje w szybkim tempie.
Jest to drugi główny element misji WFIRST, aby uzyskać zezwolenie. Szerokopasmowy instrument został oczyszczony w czerwcu, 288-megapikselowa wielopasmowa kamera w bliskiej podczerwieni, która zapewni ostrość obrazów porównywalną z tą uzyskiwaną przez Hubble'a na polu 100 razy większym. Ta kamera jest uważana za główny instrument teleskopu kosmicznego.
Jak wskazał Rodos, misja WFIRST będzie historyczna podobna do misji Mars Pathfinder misja, która wylądowała na Marsie w 1997 roku. Była to pierwsza misja NASA, w której wysłano łazik (Sojourner) na Marsie, która zatwierdziła kluczowe technologie i metody, które ostatecznie trafią do Duch, Okazja, ciekawość, i Mars 2020 łaziki.
„To było demo techniczne” - powiedział Rhodes. „Celem było pokazanie, że łazik działa na Marsie. Ale w ciągu swojego życia zaczął robić bardzo interesującą naukę. Mamy więc nadzieję, że to samo będzie dotyczyło demo technologii WFIRST w technologii koronograficznej ”.
