Hubble-romteleskopet har vært i verdensrommet i 28 år og produsert noen av de vakreste og vitenskapelig viktigste bildene av kosmos som menneskeheten noensinne har tatt. Men la oss innse det, Hubble begynner å bli gammel, og den vil sannsynligvis ikke være med oss på så mye lenger.
NASAs James Webb romteleskop er i sluttfasen av testing, og WFIRST venter i vingene. Du vil være glad for å vite at det er enda flere romteleskoper i verkene, et sett med fire kraftige instrumenter i design akkurat nå, som vil være en del av den neste Decadal Survey, og som hjelper deg med å svare på de mest grunnleggende spørsmålene om kosmos.
Jeg vet, jeg vet, James Webb-romteleskopet har ikke en gang nådd plass ennå, og det kan fortsatt være flere forsinkelser når det går gjennom den nåværende testen. Da jeg spiller inn denne videoen, ser den ut som i mai 2020, men kom igjen, du vet at det vil være forsinkelser.
Og så er det WFIRST, det vidvinkel infrarøde romteleskopet som faktisk er laget av et gammelt Hubble-teleskop som Nasjonalt rekognoseringskontor ikke trengte mer. Det hvite hus ønsker å avbryte det, Kongressen reddet det, og nå får NASA konstruert deler av det. Forutsatt at det ikke fører til flere forsinkelser, ser vi på en lansering på midten av 2020-tallet.
Jeg har faktisk laget en episode om superteleskoper, og snakket om James Webb og WFIRST, så hvis du vil lære mer om observatoriene, sjekk det ut først.
I dag skal vi gå videre inn i fremtiden, for å se på neste neste generasjons teleskop. De som kan lanseres etter teleskopet som blir lansert etter teleskopet som kommer dernest.
Før jeg går inn i disse oppdragene, må jeg snakke om Decadal Survey. Dette er en rapport laget av US National Academy of Sciences for Congress og NASA. Det er egentlig en ønskeliste fra forskere til NASA, og definerer de største spørsmålene de har innen sitt vitenskapsfelt.
Dette lar kongressen tildele budsjetter og NASA til å utvikle misjonsideer som vil bidra til å oppfylle så mange av disse vitenskapsmålene som mulig.
Disse undersøkelsene gjøres en gang hvert tiår, og bringer sammen komiteer innen jordvitenskap, planetarikk og astrofysikk. De presenterer ideer, krangler, stemmer og blir til slutt enige om et sett med anbefalinger som vil definere vitenskapelige prioriteringer i løpet av det neste tiåret.
Vi er for øyeblikket i dekadalundersøkelsesperioden 2013-2022, så om noen få år vil den neste undersøkelsen være på grunn og definere oppdragene fra 2023-2032. Jeg vet, det høres virkelig ut som en fjern fremtid, men tiden går faktisk ut for å få bandet sammen igjen.
Hvis du er interessert, legger jeg en lenke til den siste Decadal Survey, det er et fascinerende dokument, og du får en bedre følelse av hvordan oppdrag samles.
Vi er fortsatt noen år unna sluttdokumentet, men seriøse forslag er i planleggingsfasen for neste generasjon romteleskop, og de er kjempebra. La oss snakke om dem.
HabEx
Det første oppdraget vi ser på er HabEx, eller Habitable Exoplanet Imaging Mission. Dette er et romskip som direkte vil fotografere planeter i bane rundt andre stjerner. Den vil være rettet mot alle slags planeter, fra varme Jupiters til superjord, men det primære målet vil være å fotografere jordlignende eksoplaneter og måle atmosfærene deres.
Med andre ord, HabEx kommer til å prøve å oppdage signaler om liv i planeter som kretser rundt andre stjerner.
For å få dette til, trenger HabEx å blokkere lyset fra stjernen, slik at mye svakere planeter i nærheten kan avsløres. Det har en og to måter å gjøre dette på.
Den første bruker et annet avsnitt. Dette er en bitteliten prikk som sitter inne i selve teleskopet, som er plassert foran stjernen og blokkerer lyset. Det gjenværende lyset som går gjennom teleskopet kommer fra svakere gjenstander rundt stjernen og kan avbildes av instrumentets sensor.
Teleskopet har et spesielt deformerbart speil som kan finjusteres og stilles inn til de svakere planetene kommer i sikte.
Her er et eksempel på et bruksområde på European Southern Observatory's Very Large Telescope. Den sentrale stjernen er skjult, og avslører den svakere støvskiven rundt den. Her er et direkte bilde av en brun dverg som kretser rundt en stjerne.
Og dette er en av de mest dramatiske videoene jeg tror jeg noensinne har sett, med fire verdener i Jupiter-størrelse som kretser rundt stjernen HR 8799. Det er litt av et triks, forskerne animerte planetenes bevegelse mellom observasjonene, men fremdeles, wow.
Den andre metoden for å blokkere lyset vil være å bruke en Starshade. Dette er et helt eget romskip som ser ut som et hjul. Den flyr titusenvis av kilometer unna teleskopet, og når det er perfekt plassert, blokkerer det lyset fra den sentrale stjernen, mens det lar lys fra planetene lekke rundt kantene.
Trikset med en Starshade er de kronbladene, som skaper en mykere kant slik at lysbølgene fra den svakere planeten er mindre bøyd. Dette skaper en veldig mørk skygge som skal ha den beste sjansen til å avsløre planeter.
I motsetning til de fleste oppdrag, kan Starshades som dette brukes med ethvert observatorium i verdensrommet. Så Hubble, James Webb eller andre observatorier kan dra nytte av dette instrumentet.
Vi har alltid klaget på hvordan vi bare kan se en brøkdel av planetene der ute ved hjelp av metoden for transitt eller radial hastighet på grunn av hvordan ting stemmer overens. Men med et oppdrag som HabEx, kan planeter sees retning, i hvilken som helst konfigurasjon.
I tillegg til dette primære oppdraget, vil HabEx også brukes til en rekke astrofysikker, som å observere det tidlige universet, og studere kjemikaliene til de største stjernene før og etter at de eksploderer som supernovaer.
Lynx
Neste opp, Lynx, som vil være NASAs neste generasjons røntgenteleskop. Overraskende nok er det ikke en forkortelse, den er bare oppkalt etter dyret. I forskjellige kulturer ble Lynxes antatt å ha den overnaturlige evnen til å se tingenes sanne natur.
Røntgenbilder er i den øvre enden av det elektromagnetiske spekteret, og de er blokkert av jordens atmosfære, så du trenger et romteleskop for å kunne se dem. Akkurat nå har NASA sitt Chandra røntgenobservatorium, og ESA jobber med ATHENA-oppdraget, som skal lanseres i 2028.
Lynx vil fungere som en partner til James Webb romteleskopet, kikke ut til kanten av det observerbare universet, avsløre de første generasjonene av supermassive sorte hull, og hjelpe til med å kartlegge deres dannelse og sammenslåing over tid. Det vil se stråling fra den varme gassen fra den tidlige kosmiske nettet, da de første galaksene kom sammen.
Og så vil den bli brukt til å undersøke hva slags objekter Chandra, XMM Newton og andre røntgenobservatorier fokuserer på: pulsarer, galakskollisjoner, kollapsar, supernovaer, sorte hull og mer. Til og med normale stjerner kan avgi røntgenlys som forteller oss mer om dem.
Det store flertallet av universets sak befinner seg i gassskyer så varme som en million Kelvin. Hvis du vil se universet slik det virkelig er, vil du se på det i røntgenbilder.
Røntgen-teleskoper er forskjellige fra observatorier for synlig lys som Hubble. Du kan ikke bare ha et speil som spretter røntgenbilder. I stedet bruker du beiteforekomstspeil som kan omdirigere fotoner som treffer dem, og funn dem ned til en detektor.
Med et 3 meter ytterspeil, startdelen av trakten, vil det gi 50-100 ganger følsomheten med 16 ganger synsfeltet, og samle fotoner med 800 ganger hastigheten til Chandra.
Jeg er ikke sikker på hva annet jeg skal si. Det vil være et monster røntgenobservatorium. Stol på meg, astronomer synes dette er en veldig god ide.
Origins Space Telescope
Deretter Origins Space Telescope eller OST. I likhet med James Webb, og Spitzer-romteleskopet, vil OST være et infrarødt teleskop, designet for å observere noen av de kuleste gjenstandene i universet. Men det kommer til å bli enda større. Mens James Webb har et primært speil 6,5 meter over, vil OST-speilet være 9,1 meter på tvers.
Se for deg et teleskop nesten like stort som de største bakketeleskopene på jorden, men ute i verdensrommet. I verdensrommet.
Det blir ikke bare stort, det vil være kaldt.
NASA klarte å kjøle ned Spitzer til bare 5 Kelvin - det er 5 grader over absolutt null, og bare litt varmere enn bakgrunnstemperaturen til Universet. De planlegger å få Origins ned til 4 Kelvin. Det høres ikke ut som mye, men det er en enorm ingeniørutfordring.
I stedet for bare å avkjøle romfartøyet med flytende helium som de gjorde med Spitzer, trenger de å ta varmen ut i trinn, med reflekser, radiatorer og til slutt en kryokjøler rundt instrumentene selv.
Med et stort, kaldt infrarødt teleskop, vil Origins skyve utover James Webbs syn på dannelsen av de første galaksene. Det ser ut til den tiden da de første stjernene dannet seg, en tid som astronomer kaller den mørke alderen.
Det vil se dannelsen av planetariske systemer, støvskiver og direkte observere atmosfærene til andre planeter på jakt etter biosignaturer, bevis på livet der ute.
Tre spennende oppdrag, som vil presse kunnskapen vår om universet fremover. Men jeg har lagret det største, mest ambisiøse teleskopet til sist
LUVOIR
LUVOIR, eller den store UV / optiske / IR-kartleggeren. James Webb kommer til å bli et kraftig teleskop, men det er et infrarødt instrument designet for å se på kjøligere objekter i universet, som rødskiftede galakser på begynnelsen av tiden, eller nylig dannede planetariske systemer. Origins Space Telescope vil være en bedre versjon av James Webb.
LUVOIR vil være den sanne etterfølgeren til Hubble-romteleskopet. Det vil være et stort instrument som kan se i infrarødt, synlig lys og ultrafiolett.
Det er to design i verkene. En som er 8 meter på tvers og kan starte på et tungløft kjøretøy som Falcon Heavy. Og en annen design som vil bruke Space Launch System som måler 15 meter på tvers. Det er 50% større enn det største jordbaserte teleskopet. Husk at Hubble er bare 2,6 meter.
Det vil ha et bredt synsfelt og en pakke med filtre og instrumenter som astronomer kan bruke for å observere hva de vil. Den vil være utstyrt med en koronograf som vi snakket om tidligere, for å direkte observere planeter og skjule stjernene deres, en spektrograf for å finne ut hvilke kjemikalier som finnes i eksoplanet-atmosfærer og mer.
LUVOIR vil være et instrument til generell bruk, som astronomer vil bruke for å gjøre funn på tvers av feltene astrofysikk og planetarisk vitenskap. Men noen av funksjonene vil omfatte: å direkte observere eksoplaneter og søke etter biosignaturer, kategorisere alle de forskjellige typer eksoplaneter der ute, fra varme Jupiters til superjordar.
Den vil kunne observere objekter i solsystemet bedre enn noe annet - hvis vi ikke har et romfartøy der, vil LUVOIR være en ganske god utsikt. Her er for eksempel en visning av Enceladus fra Hubble, sammenlignet med utsikten fra LUVOIR.
Det vil være i stand til å se ut hvor som helst i universet, for å se mye mindre strukturer enn Hubble. Den vil se de første galaksene, de første stjernene og bidra til å måle konsentrasjonene av mørk materie over hele universet.
Astronomer forstår fortsatt ikke helt hva som skjer når stjerner samler nok masse til å tenne. LUVOIR vil se på stjernedannende regioner, kikke gjennom gassen og støvet og se de tidligste øyeblikkene av stjernedannelse så vel som planetene som kretser rundt dem.
Har jeg fått deg helt og helt spent på fremtiden til astronomi? Flink. Men her kommer de dårlige nyhetene. Det er nesten ingen sjanse for at virkeligheten vil matche denne fantasien.
Tidligere denne måneden kunngjorde NASA at misjonsplanleggere som jobber med disse romteleskopene, vil trenge å begrense budsjettene til mellom tre og fem milliarder dollar. Til nå hadde ikke planleggere noen retningslinjer, de skulle bare designe instrumenter som kunne få vitenskapen gjort.
Ingeniører hadde jobbet med oppdragsplaner som lett kunne krysse fem milliarder dollar for HabEx, Lynx og OST, og vurderte mye større $ 20 milliarder dollar for LUVOIR.
Selv om Kongressen har presset på overraskende store budsjetter for NASA, ønsker romfartsorganet at planleggerne skal være konservative. Og når du vurderer hvordan overbudsjettet og avdøde James Webb har blitt, er det ikke helt overraskende.
James Webb skulle opprinnelig koste mellom en og tre poeng fem milliarder dollar og lansering mellom 2007 og 2011. Nå ser det ut som 2020 for en lansering, kostnadene har brutt seg forbi et kongressbudsjett på 8,8 milliarder dollar budsjett, og det er klart det fortsatt er mye av arbeidet som skal gjøres.
I en fersk ristetest fant ingeniører skiver og skruer som hadde ristet ut av teleskopet. Dette er ikke som en IKEA-hylle med rester av deler. Disse brikkene er viktige.
Selv om det er blitt frelst fra hakeklossen, er WFIRST Teleskop estimert til 3,9 milliarder dollar, opp fra det opprinnelige budsjettet på 2 milliarder dollar.
Ett, to eller kanskje til og med alle disse teleskopene vil etter hvert bli bygget. Dette er hva forskerne synes er viktigst for å gjøre de neste funnene i astronomi, men gjør deg klar for budsjettkamp, kostnadsoverskridelser og strekkende tidslinjer. Vi vet bedre når alle studiene kommer sammen i 2019.
Det vil kreve et slags teknisk mirakel å få alle de fire teleskopene sammen, til tiden og på budsjettet, for å sprenge til verdensrommet i 2035. Jeg holder deg oppdatert.
