Odată cu lansarea recentă a Tranzitarea satelitului de sondaj Exoplanet (TESS) - care a avut loc miercuri, 18 aprilie 2018 - o mulțime de atenții au fost concentrate asupra telescoapelor spațiale de generație următoare, care vor fi ocupate de spațiu în următorii ani. Acestea includ nu numaiTelescopul spațial James Webb, care este în prezent programat pentru lansare în 2020, dar o altă navă spațială avansată care va fi dislocată până în anii 2030.
Acesta a fost subiectul recentului sondaj Decadal 2020 pentru Astrofizică, care a inclus patru concepte-misiune-pilot, care sunt în prezent studiate. Atunci când aceste misiuni vor ajunge în spațiu, vor ridica locul unde le place misiunile Hubble, Kepler, Spitzer și Chandra părăsit, dar va avea o mai mare sensibilitate și capacitate. Ca atare, se așteaptă să dezvăluie mult mai multe despre Universul nostru și despre secretele pe care le deține.
Așa cum era de așteptat, conceptele de misiune prezentate la Sondajul Decadal 2020 2020 acoperă o gamă largă de obiective științifice - de la observarea găurilor negre îndepărtate și a Universului timpuriu, până la investigarea exoplanetelor din jurul stelelor din apropiere și studierea corpurilor sistemului solar. Aceste idei au fost analizate temeinic de către comunitatea științifică și patru au fost selectate drept demne de urmărire.
După cum a explicat Susan Neff, omul de știință principal al Programului Cosmic Origins al NASA, într-un comunicat de presă recent al NASA:
„Este timpul jocului pentru astrofizică. Vrem să construim toate aceste concepte, dar nu avem bugetul pentru toate cele patru în același timp. Scopul acestor studii decadale este de a oferi membrilor comunității astrofizice cele mai bune informații posibile, deoarece ei decid ce știință trebuie să facă mai întâi. ”
Cele patru concepte selectate includ Supraveghetor ultraviolet / optic / infraroșu mare (LUVOIR), un gigant observator spațial dezvoltat în tradiția Telescopul spațial Hubble. Fiind unul dintre cele două concepte cercetate de Goddard Space Flight Center de la NASA, acest concept de misiune solicită un telescop spațial cu o oglindă primară segmentată masivă, care măsoară aproximativ 15 metri (49 de metri) în diametru.
În comparație, JWST‘s (în prezent cel mai avansat telescop spațial) oglinda primară măsoară 6,5 m (21 ft 4 in) în diametru. La fel ca JWST, oglinda LUVOIR ar fi alcătuită din segmente reglabile, care se vor derula odată ce s-ar fi deplasat în spațiu. Actuatoarele și motoarele ar regla și alinia în mod activ aceste segmente pentru a obține focalizarea perfectă și a capta lumina de la obiecte slabe și îndepărtate.
Cu aceste instrumente avansate, LUVOIR ar fi capabil să imagineze direct planetele de dimensiunea Pământului și să-și evalueze atmosfera. Așa cum a explicat savantul de studiu, Aki Roberge:
„Această misiune este ambițioasă, dar a afla dacă există viață în afara sistemului solar este premiul. Toți stâlpii înalți ai tehnologiei sunt conduși de acest obiectiv ... Stabilitatea fizică, plus controlul activ pe oglinda primară și un coronagraf intern (un dispozitiv pentru blocarea luminii stelare) va avea ca rezultat precizia picometrului. Totul ține de control. ”
Există și Telescopul spațial Origins (OST), un alt concept fiind urmărit de Centrul de zbor spațial Goddard. Asemenea Telescopul spațial Spitzer si Observatorul spațial HerschelAcest observator cu infraroșu îndelungat ar oferi de 10.000 de ori mai multă sensibilitate decât orice telescop precedent cu infraroșu. Obiectivele sale includ respectarea celor mai îndepărtate ale universului, urmărirea căii apei prin formarea stelelor și a planetei și căutarea semnelor de viață în atmosfera exoplanetelor.
Oglinda sa primară, care ar măsura aproximativ 9 m (30 ft) în diametru, va fi primul telescop răcit activ, menținând oglinda la o temperatură de aproximativ 4 K (-269 ° C; -452 ° F) și detectoarele sale la o temperatură de 0,05 K. Pentru a realiza acest lucru, echipa OST se va baza pe straturi de protecție solară zburătoare, patru criocooluri și un frigider de demagnetizare continuă cu mai multe etape (CADR).
Potrivit lui Dave Leisawitz, un om de știință Goddard și om de studiu OST, OST se bazează în special pe tablouri mari de detectoare supraconductoare care se măsoară în milioane de pixeli. „Când oamenii întreabă despre lipsurile tehnologice în dezvoltarea telescopului spațial Origins, le spun că primele trei provocări sunt detectoarele, detectoarele, detectoarele”, a spus el. „Este vorba doar despre detectoare.”
Mai exact, OST s-ar baza pe două tipuri de detectoare emergente: senzori de tranziție de margine (TES) sau detectori de inductanță cinetică (KID). Deși sunt relativ noi, detectoarele TES se maturizează rapid și sunt utilizate în prezent în instrumentul HAWC + la bordul Observatorului Stratosferic al NASA pentru astronomia infraroșie (SOFIA).
Apoi există Imaginație exoplanetă obișnuită (HabEx), care este dezvoltat de Laboratorul de Propulsie Jet de la NASA. La fel ca LUVOIR, acest telescop ar imagina direct sistemele planetare pentru a analiza compoziția atmosferelor planetelor cu o oglindă mare segmentată. În plus, ar studia primele epoci din istoria Universului și ciclul de viață al celor mai masive stele, aruncând astfel lumină asupra modului în care se formează elementele necesare vieții.
De asemenea, cum ar fi LUVOIR, HabEx ar fi capabil să efectueze studii în lungimile de undă ultraviolete, optice și în infraroșu aproape și să poată bloca luminozitatea unei stele părinte, astfel încât să poată vedea lumina reflectată de orice planete care o orbitează. După cum ne-a explicat Neil Zimmerman, expert NASA în domeniul coronagrafiei:
„Pentru a imagina direct o planetă orbitând pe o stea din apropiere, trebuie să depășim o barieră imensă în raza dinamică: luminozitatea copleșitoare a stelei față de reflectarea slabă a luminii stelare de pe planetă, cu un unghi minuscul care îi separă pe cei doi. Nu există o soluție în afara raftului pentru această problemă, deoarece este diferită de orice altă provocare din astronomia observațională. "
Pentru a rezolva această provocare, echipa HabEx are în vedere două abordări, care includ nuanțe de stele exterioare în formă de petală care blochează lumina și coronagrafele interne care împiedică lumina stelară să ajungă la detectoare. O altă posibilitate care este investigată este aplicarea nanotuburilor de carbon pe măștile coronagrafice pentru a modifica modelele oricărei lumină difractă care încă trece.
Ultimul, dar nu cel mai important, este Geografie cu raze X cunoscut ca râs fiind dezvoltat de Marshall Space Flight Center. Dintre cele patru telescoape spațiale, Lynx este singurul concept care va examina Universul în raze X. Folosind un spectrometru imagistic pentru microcalorimetri cu raze X, acest telescop spațial va detecta razele X provenind de la Gurile Negre Supermassive (SMBHs) din centrul primelor galaxii din Univers.
Această tehnică constă în fotografii cu raze X care lovesc absorderele unui detector și își transformă energia în căldură, care este măsurată printr-un termometru. În acest fel, Lynx îi va ajuta pe astronomi să deblocheze modul în care s-au format primii SMBH. După cum Rob Petre, membru al studiului Lynx la Goddard, a descris misiunea:
„S-a observat că găurile negre supermasive există mult mai devreme în univers decât prevede actualele noastre teorii. Nu înțelegem cum s-au format astfel de obiecte masive atât de curând după perioada în care s-ar fi putut forma primele stele. Avem nevoie de un telescop cu raze X pentru a vedea primele găuri negre supermasive, pentru a oferi informații despre teoriile despre cum s-ar fi putut forma. ”
Indiferent de misiunea selectată de NASA în cele din urmă, agenția și centrele individuale au început să investească în instrumente avansate pentru a urmări astfel de concepte în viitor. Cele patru echipe și-au prezentat rapoartele provizorii în martie. Până anul viitor, ei sunt așteptați să finalizeze rapoartele finale pentru Consiliul Național de Cercetare (CNR), care vor fi utilizate pentru a informa recomandările sale către NASA în următorii ani.
După cum a indicat Thai Pham, managerul dezvoltării tehnologice pentru Biroul de programe de astrofizică al NASA:
„Nu spun că va fi ușor. Nu va fi. Este vorba de misiuni ambițioase, cu provocări tehnice semnificative, multe dintre acestea se suprapun și se aplică tuturor. Vestea bună este că acum se pun bazele. ”
Cu TESS acum implementat și JWST programat să fie lansat până în 2020, lecțiile învățate în următorii ani vor fi cu siguranță încorporate în aceste misiuni. În prezent, nu este clar care dintre următoarele concepte vor ajunge în spațiu până în anii 2030. Cu toate acestea, între instrumentele lor avansate și lecțiile învățate din misiunile trecute, ne putem aștepta ca acestea să facă câteva descoperiri profunde despre Univers.
