Nota redaktorów - dziennikarz naukowy i autor Bruce Dorminey rozmawiał z dwoma naukowcami NASA o możliwości zamontowania teleskopu na statku kosmicznym podczas misji na planetach zewnętrznych.
Zanieczyszczenie światłem w naszym wewnętrznym układzie słonecznym, zarówno z pobliskiego blasku Słońca, jak i zamglonego zodiakalnego blasku z pyłu osadzonego w pasie asteroid, od dawna utrudniało kosmologom szukanie wyraźniejszego spojrzenia na wczesny Wszechświat.
Jednak zespół z NASA, JPL i Caltech zastanawiał się nad możliwością podłączenia teleskopu optycznego do sondy kosmicznej podczas misji do zewnętrznego układu słonecznego.
Uciekając przed zanieczyszczoną purpurową mgiełką naszego Układu Słonecznego
Chodzi o to, aby użyć teleskopu optycznego w fazie przelotowej, aby uzyskać lepszą kontrolę nad pozagalaktycznym światłem tła; to znaczy połączone optyczne światło tła ze wszystkich źródeł we Wszechświecie. Przewidują przydatność teleskopu do kopnięcia około 5 jednostek astronomicznych (AU), w odległości około orbity Jowisza. Zespół chce następnie skorelować swoje dane z obserwacjami naziemnymi.
Jednym z celów jest rzucić światło na epokę reionizacji wczesnego wszechświata. Reionizacja odnosi się do czasu, w którym promieniowanie ultrafioletowe (UV) z pierwszych gwiazd wszechświata zjonizowało ośrodek międzygalaktyczny (IGM) poprzez usunięcie elektronów z gazowych atomów lub cząsteczek IGM. Uważa się, że ten okres reionizacji nastąpił nie później niż 450 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
ZEBRA, pył zodiakalny, aparat pozagalaktyczny i aparat reionizacji, to koncepcja JPL NASA, która wymaga teleskopu o wartości 40 milionów dolarów składającego się z trzech instrumentów optycznych / bliskiej podczerwieni; składający się z 3-centymetrowego mapera szerokiego pola i 15-centymetrowej kamery obrazowej o wysokiej rozdzielczości. Jednak NASA musi jeszcze wybrać propozycję ZEBRA dla jednej ze swoich misji.
Ale aby dowiedzieć się więcej, rozmawialiśmy z wiodącym kosmologiem ZEBRA Concept i kosmologiem Jamie Bockiem oraz astronomem Charlesem Beichmanem, zarówno z NASA JPL, jak i Caltech.
Dorminey: Co to jest światło zodiakalne?
Beichman: Jest to jasne źródło rozproszonego światła w naszym układzie słonecznym z ziaren pyłu, które emitują, ponieważ zostały podgrzane przez słońce i same promieniują
lub odbijają światło słoneczne. Jeśli wyjdziesz na bardzo jasne ciemne światło bezksiężycowe, możesz zobaczyć pasmo tego światła z tego pyłu. Podąża za płaszczyzną ekliptyki. Pył ten pochodzi głównie z materiału w pasie asteroid, który po pewnym zderzeniu mielą się na małe cząsteczki.
Dorminey: Co oznaczałoby przejście tego pyłu zodiakalnego dla obserwacji?
Beichman: Wyobraź sobie, że siedzisz w dorzeczu Los Angeles, masz cały ten smog i mgłę i chcesz zmierzyć, jak czyste jest powietrze w Palm Springs. Musisz być w stanie odjąć całą mgłę pomiędzy tu i tam, a po prostu nie da się tego zrobić z żadną dokładnością. Musisz wyjechać z basenu, aby wydostać się ze smogu.
Dorminey: Jak pomogłoby to w badaniu tego tła pozagalaktycznego?
Bock: Ekstragalaktyczne światło tła (EBL) mierzy całkowitą gęstość energii światła pochodzącego spoza naszej galaktyki. To światło daje sumę energii wytwarzanej przez gwiazdy i galaktyki oraz wszelkie inne źródła w historii czasu kosmicznego. Całkowite tło można wykorzystać do sprawdzenia, czy poprawnie rozumiemy historię formowania się galaktyk. Oczekujemy, że element światła tła pierwszych gwiazd będzie miał wyraźne widmo, które osiąga wartość szczytową w bliskiej podczerwieni; to może nam powiedzieć, jak jasna i jak długa była epoka, kiedy powstawały pierwsze gwiazdy. Niestety światło zodiakalne jest znacznie jaśniejsze niż to tło. Ale idąc na orbitę Jowisza, światło zodiakalne jest 30 razy słabsze niż na Ziemi, a na orbicie Saturna jest 100 razy słabsze.
Dorminey: Czy musiałbyś pojechać autostopem na misję NASA, czy może to partnerstwo z inną agencją kosmiczną, na przykład ESA?
Bock: Badaliśmy najtańsze podejście oparte na kosztach przyrostowych, współpracując z misją planetarną NASA. Ale moglibyśmy współpracować z inną agencją kosmiczną. Europejski Jowisz Icy Moons Explorer (dawniej JGO) konkuruje teraz o kolejną misję klasy L na początku 2020 roku i jest atrakcyjną możliwością stworzenia instrumentu naukowego w fazie rejsu. Każde podejście ma inne środowisko kosztów i partnerstwa.
Dorminey: Czy główny czynnik napędzający teleskop EBL wykracza poza zodiakalny pył, czy też 5 jednostek AU oferuje również przewagę obserwacyjną pod względem osiągnięcia słabości wielkości?
Bock: Istnieje przewaga obserwacyjna ze względu na tło [ciemniejszego układu słonecznego]. Przy tak małym teleskopie nie próbujemy wykorzystać tej korzyści, ale mogłyby to zrobić przyszłe obserwatoria. Będziemy mierzyć jasność zodiakalną do Jowisza i nie tylko, a to może motywować obserwacje astronomiczne za pomocą teleskopów w zewnętrznym Układzie Słonecznym w przyszłości.
Dorminey: Jakiego rodzaju wyzwania związane z łączem w dół danych napotkasz?
Bock: Wymagania dotyczące danych są być może mniejsze niż można by się początkowo spodziewać, ponieważ nasze obrazy są uzyskiwane przy długich [obserwacyjnych] całkach przy umiarkowanej rozdzielczości przestrzennej. W przypadku propozycji planetarnej, którą szczegółowo zbadaliśmy, całkowita objętość danych wyniosła 230 gigabajtów, przy czym około 65 procent tych danych jest zwracanych z Jowisza na Saturna. Wskaźniki teleskopu działają autonomicznie.
Dorminey: A co z promieniowaniem Jowisza zakłócającym optykę i kamery CCD w teleskopie?
Beichman: Powinieneś przestać robić obserwacje EBL w pobliżu Jowisza. Problemy z promieniowaniem są znaczące, dlatego obserwacje można wykonywać tylko przed i po przejściu Jowisza.
Dorminey: Co zrobiłyby twoje instrumenty, czego nie zrobiłby planowany przez NASA kosmiczny teleskop Jamesa Webba (JWST)?
Bock: JWST prawdopodobnie wykryje najjaśniejsze pierwsze galaktyki, a w zależności od tego, w jaki sposób powstały galaktyki, przeoczy większość całkowitego promieniowania z powodu udziału wielu słabych galaktyk. Pomiar tła pozagalaktycznego daje całkowite promieniowanie ze wszystkich galaktyk i zapewnia całkowitą energię. Co więcej, nie potrzebujemy dużego teleskopu; 15 cm wystarczy.
Dorminey: A co z planetologią za pomocą teleskopu?
Bock: Nasz przyrząd specjalizuje się w pomiarach niskiej jasności powierzchni. Dokonaliśmy konkretnych wyborów projektowych, aby zmapować zodiakalną chmurę pyłu z wewnętrznego do zewnętrznego układu słonecznego. Trójwymiarowy widok pozwoli nam prześledzić pochodzenie pyłu międzygwiezdnego do zderzeń komet i asteroid. Wiemy, że poza orbitą Neptuna znajdują się obiekty z pasów Kuipera i prawdopodobnie wiąże się z nimi również pył.
Dorminey: Jak długo ten teleskop będzie działał?
Bock: Po zakończeniu pierwszych obserwacji z pewnością byłoby możliwe, że pierwotny zespół lub osoba z zewnątrz zaproponowałaby obsługę teleskopu. Jednym z ekscytujących przypadków naukowych są obserwacje mikrosoczewkowe paralaksy; obserwacje wykorzystujące paralaksę między Ziemią a Saturnem do badania wpływu egzo-planet krążących wokół gwiazd wytwarzających zjawisko mikrosoczewkowania. Inne możliwości nauki obejmują mapy Pasa Kuipera w bliskiej podczerwieni; gwiezdne okultystyczne obiekty Kuipera; i mapowanie większej liczby pól EBL w celu porównania z innymi ankietami.
Dorminey: Jak wstępne obserwacje teleskopu mogłyby wstrząsnąć kosmologią teoretyczną?
Beichman: Za każdym razem, gdy wykonujesz pomiar sto razy lepszy niż wcześniej, zawsze dostajesz niespodziankę.
