Poznámka redaktorů - Vědecký novinář a autor Bruce Dorminey hovořil se dvěma vědci NASA o možnosti namontovat dalekohled na kosmickou loď pro misi vnějších planet.
Světelné znečištění v naší vnitřní sluneční soustavě, a to jak z blízké záře Slunce, tak z mlhavé zvěrokruhové záře z prachu zeměného v asteroidním pásu, dlouho hledali kosmologové, kteří hledají jasnější pohled na raný vesmír.
Tým NASA, JPL a Caltech však zkoumal možnost zasazení optického dalekohledu do průzkumné kosmické lodi při misi na vnější sluneční soustavu.
Útěk z znečištěného fialového oparu naší vnitřní sluneční soustavy
Cílem je použít optický dalekohled ve fázi plavby, aby bylo možné lépe zvládnout extragalaktické světlo v pozadí; to je kombinované optické pozadí světla ze všech zdrojů ve vesmíru. Představují si užitečnost dalekohledu k nakopnutí kolem 5 Astronomických jednotek (AU), o vzdálenosti Jupiterovy oběžné dráhy. Tým pak chce svá data porovnat s pozemními pozorováními.
Jedním cílem je vrhnout světlo na období reionizace raného vesmíru. Reionizace označuje dobu, kdy ultrafialové (UV) záření z prvních hvězd vesmíru ionizovalo intergalaktické médium (IGM) stripováním elektronů z plynných atomů nebo molekul IGM. Předpokládá se, že toto období reionizace proběhlo nejpozději 450 milionů let po Velkém třesku.
ZEBRA, Zodiacal prach, extragalaktické pozadí a reionizační zařízení, je koncept NASA JPL, který vyžaduje dalekohled 40 milionů dolarů, který se skládá ze tří optických / infračervených přístrojů; sestává z 3 cm širokoúhlého mapovače a 15 cm zobrazovače s vysokým rozlišením. NASA však musí ještě vybrat návrh ZEBRA pro jednu ze svých misí.
Ale abychom se dozvěděli více, mluvili jsme s vedoucím a nástrojovým kosmologem ZEBRA Concept Jamie Bockem a astronomem Charlesem Beichmanem, NASA JPL i Caltech.
Dorminey: Co je to zodiacal light?
Beichman: Je to jasný zdroj rozptýleného světla v naší vlastní sluneční soustavě z prachových zrn, které vyzařují, protože byly zahřívány sluncem a vyzařují samy o sobě
nebo odrážejí sluneční světlo. Pokud jdete ven na velmi jasné tmavé měsíční světlo, můžete vidět pás tohoto světla z tohoto prachu. Sleduje rovinu ekliptiky. Tento prach většinou pochází z materiálu v asteroidním pásu, který se po nějaké velké kolizi rozpadne na malé částice.
Dorminey: Co by pro pozorování znamenalo překonat tento zodiakální prach?
Beichman: Představte si, že sedí v kotlině v Los Angeles a máte veškerý smog a opar a chcete měřit, jak čistý vzduch je v Palm Springs. Musíte být schopni odečíst všechny mlhy mezi místy a tam, a neexistuje žádný způsob, jak to udělat s jakoukoli přesností. Musíte vyjet z povodí, abyste se dostali ze smogu.
Dorminey: Jak by to pomohlo při studiu tohoto extragalaktického pozadí?
Bock: Extragalaktické pozadí světla (EBL) měří celkovou energetickou hustotu světla přicházejícího mimo naši galaxii. Toto světlo dává součet energie produkované hvězdami a galaxiemi a jakýmikoli jinými zdroji během historie kosmického času. Celkové pozadí lze použít ke kontrole, zda správně rozumíme historii vzniku galaxií. Očekáváme, že součást pozadí světla od prvních hvězd bude mít zřetelné spektrum, které vrcholí v blízkém infračerveném světle; to nám může říci, jak jasný a jak dlouho byla epocha, když se formovaly první hvězdy. Bohužel, zodiacal světlo je mnohem jasnější než toto pozadí. Ale když jde na oběžnou dráhu Jupiteru, je zvěrokruhové světlo 30krát slabší než na Zemi a na oběžné dráze Saturn je 100krát slabší.
Dorminey: Museli byste stopovat na misi NASA, nebo by to mohlo být partnerství s jinou kosmickou agenturou, jako je například ESA?
Bock: Zkoumali jsme nejlevnější přístup k přírůstkovým nákladům v partnerství s planetární misí NASA. Mohli bychom ale spolupracovat s jinou kosmickou agenturou. Evropský průzkumník Jupiter Icy Moons Explorer (dříve JGO) nyní soutěží o příští zahájení mise třídy L na začátku roku 2020 a je atraktivní možností pro přispěvaný vědecký nástroj pro výletní fáze. Každý přístup přichází s odlišným prostředím nákladů a partnerství.
Dorminey: Je hlavním řidičem dalekohledu EBL dostat se za prach zvěrokruhu, nebo nabízí 5 AU také pozorovací výhodu, pokud jde o dosažení slabosti velikosti?
Bock: Díky pozadí [tmavší sluneční soustava] existuje pozorovací výhoda. S tak malým dalekohledem se nesnažíme tuto výhodu využít, ale budoucí observatoře by to dokázaly. Měříme zodiacal brightness na Jupitera a dále, což může v budoucnu motivovat astronomická pozorování s dalekohledy ve vnější sluneční soustavě.
Dorminey: S jakými problémy s datovým downlinkem byste se setkali?
Bock: Požadavky na data jsou možná menší, než by se dalo očekávat, protože naše obrazy jsou získány s dlouhými [pozorovacími] integracemi při mírném prostorovém rozlišení. Pro planetární návrh, který jsme podrobně studovali, byl celkový objem dat 230 gigabajtů, přičemž přibližně 65 procent těchto dat bylo vráceno z Jupiteru a ven do Saturn. Dalekohledy směřují autonomně.
Dorminey: A co záření Jupiteru, které ruší optiku a CCD kamery na dalekohledu?
Beichman: Co byste udělali, je přestat provádět pozorování EBL, když je blízko Jupitera. Problémy s radiací jsou významné, takže byste pozorovali pouze před a po absolvování Jupiteru.
Dorminey: Co by vaše nástroje dělali, že plánovaný NASA James Webb Space Telescope (JWST) by ne?
Bock: JWST bude pravděpodobně detekovat nejjasnější první galaxie a podle toho, jak přesně se galaxie vytvořily, bude chybět většina celkového záření díky příspěvku mnoha slabých galaxií. Měření extragalaktického pozadí dává celkové záření ze všech galaxií a poskytuje celkovou energii. Navíc nepotřebujeme velký dalekohled; Stačí 15 cm.
Dorminey: A co planetární věda s dalekohledem?
Bock: Náš přístroj se specializuje na měření nízkého jasu povrchu. Udělali jsme konkrétní návrhová řešení, abychom zmapovali oblak prachu zvěrokruhu z vnitřní na vnější sluneční soustavu. Trojrozměrný pohled nám umožní sledovat původ mezihvězdného prachu ke srážkám komet a asteroidů. Víme, že za kruhovou dráhou Neptunu jsou objekty Kuiperova pásu a je pravděpodobné, že s nimi je také spojen prach.
Dorminey: Jak dlouho bude tento dalekohled fungovat?
Bock: Po dokončení prvotních pozorování by bylo jistě možné, že původní tým nebo vnější strana mohla navrhnout provoz dalekohledu. Jedním vzrušujícím vědeckým případem jsou parallační pozorování mikro-čočkami; pozorování, která používají paralaxu mezi Zemí a Saturnem ke studiu vlivu exo-planet obíhajících kolem hvězd, které produkují mikro-objektivy. Další vědecké příležitosti zahrnují mapy Kuiperova pásu v blízké infračervené oblasti; hvězdné okultace Kuiper Belt Objects; a mapování více polí EBL pro porovnání s jinými průzkumy.
Dorminey: Jak by mohla počáteční pozorování dalekohledu potřást teoretickou kosmologií?
Beichman: Kdykoli provedete měření, které je stokrát lepší než dříve, vždy vás překvapí.
