Neseniai paleidus Tranzitinis „Exoplanet“ tyrimo palydovas (TESS) - įvykusiam 2018 m. Balandžio 18 d., Trečiadienį - daug dėmesio buvo skirta naujos kartos kosminiams teleskopams, kurie ateis į kosmosą. Tai apima ne tikDžeimso Webbo kosminis teleskopas, kurį šiuo metu planuojama išleisti 2020 m., tačiau kai kuriuos kitus patobulintus erdvėlaivius, kurie bus dislokuoti iki 2030-ųjų.
Tai buvo neseniai atlikto 2020 m. Dešimtmečio astrofizikos tyrimo objektas, į kurį buvo įtrauktos keturios pavyzdinių misijų koncepcijos, kurios šiuo metu tiriamos. Kai šios misijos vyks į kosmosą, jos pasirinks ten, kur patinka Hablas, Kepleris, Spitzeris ir Čandra neliks, bet turės didesnį jautrumą ir galimybes. Tikimasi, kad jie išaiškins daug daugiau apie mūsų Visatą ir jos paslaptis.
Kaip ir tikėtasi, 2020 m. Dešimtmečio tyrime pateiktos misijos koncepcijos apima platų mokslinių tikslų spektrą - pradedant tolimų juodųjų skylių ir ankstyvosios Visatos stebėjimu, baigiant egzoplanetų tyrimu aplink netoliese esančiomis žvaigždėmis ir tyrinėjant Saulės sistemos kūnus. Šias idėjas kruopščiai patikrino mokslo bendruomenė, ir keturios buvo atrinktos kaip vertos jos tęsti.
Kaip naujausiame NASA pranešime spaudai paaiškino vyriausioji NASA kosminės kilmės programos mokslininkė Susan Neff:
„Tai yra astrofizikos žaidimų laikas. Mes norime sukurti visas šias koncepcijas, tačiau neturime biudžeto, kad galėtume atlikti visas keturias tuo pačiu metu. Šių dekadalinių tyrimų esmė yra suteikti astrofizikų bendruomenės nariams kuo geresnę informaciją, kai jie nusprendžia, kurį mokslą atlikti pirmiausia. “
Keturios pasirinktos sąvokos apima: Didelis ultravioletinių / optinių / infraraudonųjų spindulių daviklis (LUVOIR), milžiniška kosminė observatorija, sukurta pagal Hablo kosminis teleskopas. Kaip viena iš dviejų NASA Goddardo kosminių skrydžių centro nagrinėjamų sąvokų, šiai misijos koncepcijai reikia kosminio teleskopo su masyviu segmentiniu pirminiu veidrodžiu, kurio skersmuo yra apie 15 metrų (49 pėdos).
Palyginimui, JWST‘s (šiuo metu pažangiausias kosminis teleskopas) pirminio veidrodžio skersmuo yra 6,5 m. Panašiai kaip JWST, „LUVOIR“ veidrodis būtų sudarytas iš reguliuojamų segmentų, kurie atsiskleistų, kai jis bus paleistas į kosmosą. Pavaros ir varikliai aktyviai sureguliuos ir suderins šiuos segmentus, kad būtų pasiektas tobulas fokusavimas ir užfiksuota šviesa iš silpnų ir tolimų objektų.
Naudodamas šias pažangias priemones, LUVOIR galėtų tiesiogiai pavaizduoti Žemės dydžio planetas ir įvertinti jų atmosferą. Kaip paaiškino studijų mokslininkas Aki Roberge:
„Ši misija yra plataus užmojo, tačiau prizas yra sužinoti, ar yra ne Saulės sistemos gyvenimas. Šis tikslas yra nukreiptas į visus technologijos aukštus polius. Fizinis stabilumas, aktyvus pirminio veidrodžio valdymas ir vidinis koronografas (prietaisas, blokuojantis žvaigždę) užtikrins tikslumą pikometru. Viskas priklauso nuo kontrolės. “
Ten taip pat yra Kilmės kosminis teleskopas (OST), kitą koncepciją įgyvendina Goddardo kosminių skrydžių centras. Panašiai kaip Spitzerio kosminis teleskopas ir Heršelio kosminė observatorija, ši tolimosios infraraudonosios spinduliuotės observatorija pasiūlytų 10 000 kartų didesnį jautrumą nei bet kuris ankstesnis tolimojo infraraudonųjų spindulių teleskopas. Jos tikslai yra stebėti tolimiausius Visatos pasiekimus, sekti vandens kelią per žvaigždžių ir planetų formavimąsi ir ieškoti gyvybės ženklų egzoplanetų atmosferose.
Jo pagrindinis veidrodis, kurio skersmuo būtų apie 9 m (30 pėdų), būtų pirmasis aktyviai aušinamas teleskopas, kurio veidrodis būtų maždaug 4 K (-269 ° C; -452 ° F) temperatūroje, o detektoriai - temperatūra 0,05 K. Kad tai pasiektų, OST komanda remsis skraidančiais saulės skydelių sluoksniais, keturiais krioforiniais aušintuvais ir daugiapakopiu nuolatiniu adiabatiniu demagnetizavimo šaldytuvu (CADR).
Deivido Leisawitzo, Goddardo mokslininko ir OST tyrinėtojo, teigimu, OST ypač priklauso nuo didelių superlaidžių detektorių, kurių matmenys yra milijonai pikselių, masyvo. „Kai žmonės klausia apie technologijų spragas kuriant Origins kosminį teleskopą, aš jiems sakau, kad trys svarbiausi iššūkiai yra detektoriai, detektoriai, detektoriai“, - sakė jis. „Viskas apie detektorius“.
Tiksliau, OST priklausytų nuo dviejų naujų tipų detektorių: pereinamųjų briaunų jutiklių (TES) arba kinetinio induktyvumo detektorių (KID). Nors TES detektoriai vis dar yra palyginti nauji, jie greitai bręsta ir šiuo metu naudojami HAWC + įrenginyje NASA Stratosferos infraraudonosios astronomijos observatorijoje (SOFIA).
Tada yra Tinkamas „Exoplanet Imager“ („HabEx“), kurį kuria NASA reaktyvinio varymo laboratorija. Kaip ir LUVOIR, šis teleskopas taip pat tiesiogiai atvaizduos planetų sistemas, kad būtų galima išanalizuoti planetų atmosferos sudėtį dideliu segmentiniu veidrodžiu. Be to, ji tyrinėtų ankstyviausias Visatos istorijos epochas ir masyviausių žvaigždžių gyvenimo ciklą, taip išsiaiškindama, kaip formuojasi gyvenimui būtini elementai.
„HabEx“, kaip ir „LUVOIR“, galėtų atlikti ultravioletinių, optinių ir artimųjų infraraudonųjų spindulių bangų ilgio tyrimus ir užblokuoti pagrindinės žvaigždės ryškumą, kad būtų galima pamatyti šviesą, atsispindinčią nuo bet kokių aplink ją besisukančių planetų. Kaip paaiškino NASA koronagrafijos ekspertas Neilas Zimmermanas:
„Norėdami tiesiogiai atvaizduoti planetą, besisukančią šalia esančios žvaigždės, turime įveikti didžiulį dinaminio diapazono barjerą: nepaprastą žvaigždės ryškumą, palyginti su silpnu žvaigždės atspindžiu nuo planetos, tik mažu kampu, skiriančiu dvi. Šiai problemai nėra tinkamo sprendimo, nes ji visiškai nepanaši į jokius kitus stebėjimo astronomijos iššūkius. “
Siekdama išspręsti šį iššūkį, „HabEx“ komanda svarsto du būdus, į kuriuos įeina išoriniai žiedlapių formos žvaigždžių atspalviai, blokuojantys šviesą, ir vidiniai koronografai, neleidžiantys žvaigždėms patekti į detektorius. Kita tiriama galimybė - ant koronagrafinių kaukių uždėti anglies nanovamzdelius, kad būtų galima modifikuoti bet kokią difrakcinę šviesą, kuri vis dar praeina.
Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas yra Rentgeno matuoklis žinomas kaip Lūšis kuriamas Maršalo kosminių skrydžių centras. Iš keturių kosminių teleskopų „Lynx“ yra vienintelė koncepcija, tirianti Visatą rentgeno spinduliais. Naudodamas rentgeno mikrokalorimetro vaizdavimo spektrometrą, šis kosminis teleskopas aptinka rentgeno spindulius, sklindančius iš „Supermassive Black Holes“ (SMBH) ankstyviausiųjų Visatos galaktikų centre.
Ši technika susideda iš rentgeno nuotraukų, pataikančių į detektoriaus absorberius ir paverčiančių jų energiją šiluma, kuri matuojama termometru. Tokiu būdu „Lynx“ padės astronomams atrakinti, kaip susiformavo ankstyviausios SMBH. Kaip Robdas Petre'as, „Lynx“ tyrimo „Goddard“ narys, apibūdino misiją:
Pastebėta, kad supermasyviosios juodosios skylės egzistuoja visatoje daug anksčiau, nei spėja mūsų dabartinės teorijos. Mes nesuprantame, kaip tokie masyvūs objektai susiformavo taip greitai, kai galėjo susiformuoti pirmosios žvaigždės. Mums reikia rentgeno teleskopo, kad pamatytume pačias pirmąsias supermasyvias juodąsias skylutes, kad galėtume pateikti informaciją apie teorijas, kaip jos galėjo susiformuoti. “
Nepriklausomai nuo to, kokią misiją galiausiai pasirenka NASA, agentūra ir atskiri centrai pradėjo investuoti į pažangias priemones, kad ateityje galėtų įgyvendinti tokias idėjas. Kovo mėnesį keturios komandos pateikė tarpines ataskaitas. Tikimasi, kad iki kitų metų jie baigs rengti Nacionalinės tyrimų tarybos (NRC) galutines ataskaitas, kurios bus naudojamos informuoti apie savo rekomendacijas NASA artimiausiais metais.
Kaip Thai Pham, NASA astrofizikos programų biuro technologijų plėtros vadovas, nurodė:
„Aš nesakau, kad tai bus lengva. To nebus. Tai yra plataus užmojo misijos, turinčios didelių techninių iššūkių, iš kurių daugelis sutampa ir yra taikomos visiems. Geros žinios yra tai, kad pagrindas yra klojamas dabar “.
Kai TESS bus dislokuota ir JWST planuojama pradėti veikti iki 2020 m., Per ateinančius kelerius metus įgyta patirtis tikrai bus įtraukta į šias misijas. Šiuo metu neaišku, kuri iš šių koncepcijų pateks į kosmosą iki 2030-ųjų. Tačiau tarp jų pažangių instrumentų ir ankstesnių misijų pamokų galime tikėtis, kad jie padarys keletą gilių atradimų apie Visatą.
