V příštím desetiletí vysílá NASA do vesmíru některá skutečně působivá zařízení. Patří mezi ně vesmírné dalekohledy nové generace, jako je James Webb Space Telescope (JWST) a Wide Field Field Infrared Space Telescope (WFIRST). Staví na nadaci zřízené HubbleWFIRST využije své pokročilé sady nástrojů k prozkoumání některých nejhlubších tajemství vesmíru.
Jedním z těchto nástrojů je koronograf, který umožní dalekohledu získat jasný pohled na extra solární planety. Tento nástroj nedávno dokončil předběžné přezkoumání návrhu provedené NASA, což je hlavní mezník v jeho vývoji. To znamená, že nástroj splnil všechny požadavky na design, harmonogram a rozpočet a nyní může pokračovat do další fáze vývoje.
Chronograf je důležitou součástí nástrojů WFIRST na lov planet. Přímé zobrazování exoplanet je obvykle obtížné kvůli intenzivnímu oslnění přicházejícímu od jejich mateřských hvězd. Toto světlo je mnohokrát silnější než světlo odrazené od povrchu nebo atmosféry planety. Z tohoto důvodu jsou malé stopy světla, které indikují přítomnost exoplanet, zakryty pro konvenční nástroje.
Ale zrušením intenzivního záře hvězdy budou mít astronomové mnohem větší šanci spatřit planety, které ji obíhají. To nabízí další výhodu přímého studia exoplanet, než se spoléhat na nepřímé metody, kde jsou hvězdy monitorovány na poklesy jasu (Tranzitní metoda) nebo známky pohybu tam a zpět, což ukazuje na přítomnost planetárního systému ( Metoda radiální rychlosti).
Pro srovnání, metoda přímého zobrazování nabízí mnoho výhod, jako je schopnost získávat spektra přímo z povrchu planety a atmosféry. To umožní přesnější hodnocení složení planety a složení její atmosféry - tj. Má povrchovou vodu, kyslík-dusík
Jako Jason Rhodes, projektový vědec pro širokoúhlý infračervený průzkumný dalekohled (WFIRST) v laboratoři NASA Jet Propulsion Laboratory, vysvětlil:
"Snažíme se zrušit miliardu fotonů z hvězdy za každou, kterou zachytíme z planety ... S WFIRST budeme schopni získat obrázky a spektra těchto velkých planet s cílem prokázat technologie, které budou použity v budoucí misi - nakonec se podíváme na malé skalnaté planety, které by mohly mít tekutou vodu na svých površích, nebo dokonce známky života, jako naše vlastní. “
Koronografový nástroj WFIRST (také známý jako „jeho starglasses“) je vícevrstvá a vysoce komplexní technologie, která se skládá ze systému masek, hranolů, detektorů a dvou samohybných zrcadel. Tato zrcátka jsou klíčovými komponenty, které mění svůj tvar v reálném čase, aby vyhovovaly přicházejícímu světlu, aby kompenzovaly drobné změny v optice dalekohledu.
V tandemu s high-tech „maskami“ a dalšími komponentami - souhrnně označovanými jako „aktivní řízení vlnoplochy“ - tato zrcadla odstraňují rušení způsobené světelnými vlnami, které se ohýbají kolem okrajů prvků blokujících světlo v koronografu. Konečným výsledkem toho je, že hvězdné světlo se ztmaví, zatímco se objeví slabě zářící objekty (které byly dříve neviditelné).
Kromě toho, že je 100 až 1 000krát schopnější než předchozí koronografy, slouží koronograf WFIRST jako demonstrátor technologie, který otestuje jeho účinnost při hledání exoplanet. Tyto testy připraví cestu pro rozšíření verzí na ještě větší dalekohledy, které zahrnují čtyři navrhované observatoře, které budou do vesmíru odeslány do 30. let 20. století.
Patří mezi ně Velký ultrafialový / optický / infračervený měřič (LUVOIR), Origins Space Telescope (OST) a Rentgenový průzkumník lynxu. Použitím větších a pokročilejších koronografů budou tyto dalekohledy schopny generovat „obrazové“ obrazy „menších pixelů“ menších planet, které obíhají blíže k jejich slunci (což je místo, kde se s největší pravděpodobností najdou skalnaté planety).
Jakmile bude světlo z těchto snímků analyzováno spektrometrem, budou astronomové schopni lovit známky života (aka. Biosignatury) jako nikdy předtím. Jak řekl Rhodos:
"S WFIRST budeme schopni získat obrázky a spektra těchto velkých planet s cílem prokázat technologie, které budou použity v budoucí misi - nakonec se podívat na malé skalnaté planety, které by mohly mít tekutou vodu na jejich povrchu, nebo dokonce i známky života, jako je ten náš. “
Zahrnutí koronografu na WFIRST je důležité, protože to bude první mise od roku Hubble (na oběžné dráze od roku 1990) je jedinou vlajkovou lodí astrofyziky NASA, která bude tuto technologii zahrnovat. Hubbleovy koronografy byly samozřejmě mnohem jednodušší a méně sofistikované verze technologie, než jaké WFIRST použije.
Zatímco kosmický dalekohled James Webb bude spuštěn dříve (v současné době plánováno na rok 2021) a bude také vybaven touto technologií, nebude se pyšnit stejnou schopností potlačit hvězdné světlo jako WFIRST. Takže zatímco WFIRST bude třetí stěžejní misí využívající technologii koronografů, bude také nejnáročnější.
"WFIRST by měl být o dva nebo tři řády silnější než jakýkoli jiný koronograf, jaký kdy létal [ve schopnosti rozlišit planetu od své hvězdy]," řekl Rhodes. "Měla by existovat šance pro některé opravdu přesvědčivé vědy, i když je to jen technologické demo."
Tento druh technologie koronografu by také mohl umožnit nejjasnější snímky, jaké kdy byly pořízeny hvězdným systémem, který je v raných stádiích formace. Toto je charakterizováno hvězdou obklopenou masivním diskem prachu a plynu, zatímco planety se pomalu tvoří z nahromaděného materiálu. V současné době je nejlepším způsobem studia těchto disků infračervené průzkumy, které mohou zobrazovat teplo absorbované z jejich mateřské hvězdy.
Jako Vanessa Bailey, astronomka v JPL a nástrojová technologka pro WFIRST
"Zbytky disků, které dnes vidíme kolem jiných hvězd, jsou jasnější a mohutnější než to, co máme v naší vlastní sluneční soustavě." Koronografický nástroj WFIRST mohl studovat slabší, více rozptýlený diskový materiál, který je spíše jako hlavní asteroidní pás, Kuiperův pás a další prach obíhající kolem Slunce. “
Tyto studie by mohly přinést vhled do toho, jak se naše sluneční soustava formovala. Jakmile bude technologie úspěšně předvedena během prvních 18 měsíců mise, NASA může začít s tím, co se nazývá „Participující vědecký program“. V rámci takového programu by byl koronograf otevřen vědecké komunitě, což by umožnilo širší škálu pozorovatelů a experimentů.
Předběžné přezkoumání návrhu je jedním z několika navržených k prozkoumání všech aspektů mise. Každá recenze je komplexní a jejím cílem je zajistit, aby každá jednotlivá část spolupracovala s ostatními. Po dokončení této kontroly designu se vývojový plán koronografu pohybuje rychlým tempem vpřed.
Toto je druhá hlavní součást mise WFIRST, která získala povolení. Wide-Field Instrument byl vymazán zpět v červnu, 288-megapixelová vícepásmová blízká infračervená kamera, která poskytne ostrost obrazu srovnatelnou s tím, jakého dosahuje Hubble na poli 100krát větší. Tato kamera je považována za hlavní nástroj kosmického dalekohledu.
Jak Rhodos naznačil, mise WFIRST bude historická mise podobná Mars Pathfinder mise, která přistála na Marsu v roce 1997. Toto byla první mise NASA, která nasadila rover (Sojourner) na Marsu, který ověřil klíčové technologie a metody, které by nakonec vstoupily do EU Duch, Příležitost, Zvědavost, a Mars 2020 rovery.
"To bylo technické demo," řekl Rhodos. "Cílem bylo ukázat, že na Marsu pracuje rover." Ale během svého života to udělalo velmi zajímavou vědu. Doufáme tedy, že to samé bude platit i pro demonstraci technologie Coronagraph Tech WFIRST. “
