S nedávným spuštěním Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - která se konala ve středu 18. dubna 2018 - byla velká pozornost věnována vesmírným dalekohledům nové generace, které se v nadcházejících letech budou věnovat vesmíru. Patří sem nejenJames Webb Space Telescope, která je v současné době naplánována na spuštění v roce 2020, ale některé další pokročilé kosmické lodě, které budou rozmístěny do 30. let 20. století.
To bylo předmětem nedávného Decadal Survey for Astrophysics 2020, který zahrnoval čtyři hlavní koncepty mise, které jsou v současné době studovány. Když se tyto mise dostanou do vesmíru, vyzvednou se tam, kde se mise líbí Hubble, Kepler, Spitzer a Chandra odešel, ale bude mít větší citlivost a schopnost. Očekává se tedy, že odhalí mnohem více o našem vesmíru a tajemstvích, která drží.
Jak se očekávalo, koncepty mise předložené do Decadal Survey 2020 pokrývají celou řadu vědeckých cílů - od pozorování vzdálených černých děr a raného vesmíru až po zkoumání exoplanet kolem blízkých hvězd a studium těl Sluneční soustavy. Tyto myšlenky byly vědeckou komunitou důkladně prověřeny a čtyři byly vybrány jako hodné pronásledování.
Susan Neff, hlavní vědec programu Kosmický původ NASA, vysvětlila v nedávné tiskové zprávě NASA:
"Toto je herní čas pro astrofyziku." Chceme vytvořit všechny tyto koncepty, ale nemáme rozpočet na to, aby všechny čtyři byly vytvořeny současně. Smyslem těchto dekadálních studií je poskytnout členům astrofyzické komunity ty nejlepší možné informace, když se rozhodnou, kterou vědu učiní jako první. “
Čtyři vybrané koncepty zahrnují Velký ultrafialový / optický / infračervený měřič (LUVOIR), obrovská kosmická observatoř vyvinutá v tradici Hubbleův kosmický dalekohled. Jako jeden ze dvou konceptů, které zkoumá Goddard Space Flight Center NASA, vyžaduje tento koncept mise vesmírný dalekohled s masivním segmentovaným primárním zrcadlem, které měří průměr asi 15 metrů (49 stop).
Oproti tomu JWST‘s (v současnosti nejpokročilejší kosmický dalekohled) měří průměr 6,5 m (21 ft 4 in). Stejně jako JWST, i zrcadlo LUVOIR by bylo tvořeno nastavitelnými segmenty, které by se rozložily, jakmile by se rozložilo do vesmíru. Pohony a motory by tyto segmenty aktivně upravovaly a zarovnávaly, aby dosáhly dokonalého zaostření a zachytily světlo od slabých a vzdálených objektů.
S těmito pokročilými nástroji by LUVOIR mohl přímo zobrazovat planety Země a posoudit jejich atmosféru. Jak vysvětlil vědec studie Aki Roberge:
"Tato mise je ambiciózní, ale zjišťování, zda existuje život mimo sluneční soustavu, je cenou." Tímto cílem jsou poháněny všechny vysoké póly technologie ... Fyzická stabilita, plus aktivní ovládání primárního zrcátka a vnitřní koronograf (zařízení pro blokování hvězdného světla) povedou k přesnosti picometru. Je to všechno o kontrole. “
Tam jsou také Origins Space Telescope (OST), další koncept sledoval Goddard Space Flight Center. Stejně jako Kosmický dalekohled Spitzer a Herschelova vesmírná observatoř, tato dalekohledová infračervená observatoř by nabídla 10 000krát větší citlivost než jakýkoli předchozí dalekohled s infračerveným světlem. Mezi jeho cíle patří pozorování nejvzdálenějších částí vesmíru, sledování cesty vody skrze formování hvězd a planet a hledání příznaků života v atmosféře exoplanet.
Jeho primární zrcadlo, které by měří průměr asi 9 m (30 ft) v průměru, by bylo prvním aktivně chlazeným dalekohledem, který by udržoval své zrcadlo na teplotě asi 4 K (-269 ° C; -452 ° F) a jeho detektory na teplota 0,05 K. K dosažení tohoto cíle bude tým OST spoléhat na létající vrstvy slunečních paprsků, čtyři kryocoolery a vícestupňovou adiabatickou demagnetizační chladničku (CADR).
Podle Dave Leisawitze, Goddardského vědce a OST studijního vědce, je OST zvláště závislá na velkých polích supravodivých detektorů, které se měří v milionech pixelů. "Když se lidé ptají na technologické mezery ve vývoji kosmického dalekohledu Origins, říkám jim, že třemi největšími výzvami jsou detektory, detektory, detektory," řekl. "Je to všechno o detektorech."
Konkrétně by se OST spoléhal na dva vznikající typy detektorů: Transition Edge Sensors (TES) nebo Kinetic Inductance Detectors (KID). Přestože jsou detektory TES stále relativně nové, rychle zrají a v současné době se používají v přístroji HAWC + na palubě Stratospheric Observatory NASA pro NASA (SOFIA).
Pak je tu Obytný zobrazovač Exoplanet (HabEx), který vyvíjí laboratoř NASA Jet Propulsion Laboratory. Stejně jako LUVOIR, i tento dalekohled by přímo snímal planetární systémy, aby analyzoval složení atmosfér planet s velkým segmentovým zrcadlem. Kromě toho by studoval nejranější epochy v dějinách vesmíru a životním cyklu nejhmotnějších hvězd, a vrhá tak světlo na to, jak se vytvářejí prvky nezbytné pro život.
Stejně jako LUVOIR by HabEx mohl provádět studie na ultrafialových, optických a blízkých infračervených vlnových délkách a být schopen blokovat jas mateřské hvězdy, aby bylo vidět, že se světlo odráží od jakékoli planety obíhající kolem. Jak Neil Zimmerman, odborník NASA v oboru koronagrafie, vysvětlil:
"Abychom mohli přímo představit planetu obíhající kolem blízké hvězdy, musíme překonat obrovskou bariéru v dynamickém rozsahu: ohromující jas hvězdy proti slabému odrazu hvězdného světla mimo planetu, který odděluje pouze malý úhel." Neexistuje žádné off-the-shelf řešení tohoto problému, protože je tak na rozdíl od jakékoli jiné výzvy v observační astronomii. “
Za účelem řešení této výzvy uvažuje tým HabEx dva přístupy, které zahrnují vnější odstíny hvězd ve tvaru okvětních lístků, které blokují světlo, a vnitřní koronografy, které brání hvězdnému světlu dosáhnout detektorů. Další zkoumanou možností je nanesení uhlíkových nanotrubic na koronografické masky za účelem modifikace vzorů jakéhokoli difrakčního světla, které stále prochází.
V neposlední řadě je to X-ray Surveyor známý jako Rys vyvíjí Marshall Space Flight Center. Ze čtyř kosmických dalekohledů je Lynx jediným konceptem, který prozkoumá vesmír v rentgenovém záření. Pomocí rentgenového mikrokalorimetrického zobrazovacího spektrometru detekuje tento kosmický dalekohled rentgenové paprsky pocházející z Supermassive Black Holes (SMBHs) ve středu nejstarších galaxií ve vesmíru.
Tato technika sestává z rentgenových fotografií zasažených detektorovými poruchami a přeměny jejich energie na teplo, které se měří teploměrem. Tímto způsobem Lynx pomůže astronomům odemknout, jak se vytvořily nejranější SMBH. Jak Rob Petre, člen studie Lynx na Goddardu, popsal poslání:
„Bylo pozorováno, že ve vesmíru existují mnohem dříve superhmotné černé díry, než předpovídají současné teorie. Nechápeme, jak se takové masivní objekty vytvořily tak brzy po době, kdy se mohly vytvořit první hvězdy. Potřebujeme rentgenový dalekohled, abychom viděli úplně první superhmotné černé díry, abychom poskytli vstup pro teorie o tom, jak by se mohly vytvořit. “
Bez ohledu na to, kterou misi NASA nakonec vybere, agentura a jednotlivá střediska začali investovat do pokročilých nástrojů, aby v budoucnu tyto koncepty prosazovaly. Čtyři týmy předložily své prozatímní zprávy zpět v březnu. Očekává se, že do příštího roku dokončí závěrečné zprávy pro Národní radu pro výzkum (NRC), které budou v následujících letech použity k informování jejích doporučení pro NASA.
Jako Thai Pham, manažer vývoje technologií pro astrofyzikální programovou kancelář NASA, uvedl:
"Neříkám, že to bude snadné." To nebude. Jedná se o ambiciózní mise s významnými technickými výzvami, z nichž mnohé se překrývají a vztahují se na všechny. Dobrou zprávou je, že základy jsou nyní položeny. “
S rozmístěním TESS a plánovaným zahájením JWST do roku 2020 budou ponaučení získaná v příštích několika letech jistě začleněna do těchto misí. V současné době není jasné, který z následujících konceptů se do 20. let dostane do vesmíru. Mezi jejich vyspělými nástroji a ponaučeními z minulých misí však můžeme očekávat, že provedou nějaké hluboké objevy o vesmíru.
