I løpet av det neste tiåret vil NASA sende noen virkelig imponerende fasiliteter til verdensrommet. Disse inkluderer neste generasjon romteleskop som James Webb romteleskop (JWST) og det brede felt infrarøde romteleskopet (WFIRST). Bygger på stiftelsen etablert av Hubble, WFIRST vil bruke sin avanserte pakke med instrumenter for å undersøke noen av de dypeste mysteriene i universet.
Et av disse instrumentene er hovedavsnittet som lar teleskopet få et klart blikk på ekstrasolplaneter. Dette instrumentet fullførte nylig en foreløpig designgjennomgang utført av NASA, en viktig milepæl i utviklingen. Dette betyr at instrumentet har oppfylt alle krav til design, plan og budsjett, og nå kan gå videre til neste fase i utviklingen.
Kronografen er en viktig del av WFIRSTs planetjaktinstrumenter. Vanligvis er direkte avbildning av exoplaneter vanskelig på grunn av den intense gjenskinnet som kommer fra foreldrenes stjerner. Dette lyset er mange ganger kraftigere enn lyset som reflekteres fra en planetens overflate eller atmosfære. Av denne grunn skjules de små sporene av lys som indikerer tilstedeværelsen av eksoplaneter for konvensjonelle instrumenter.
Men ved å avlyse den intense gjenskinnet fra en stjerne, vil astronomer ha en mye bedre sjanse for å oppdage planeter som går i bane rundt den. Dette gir den videre fordelen av å kunne studere eksoplaneter direkte, i stedet for å stole på indirekte metoder der stjerner overvåkes for fall i lysstyrke (transittmetoden) eller tegn på bevegelse frem og tilbake, noe som indikerer tilstedeværelsen av et planetarisk system ( Metode for radial hastighet).
Til sammenligning gir Direct Imaging Method mange fordeler, for eksempel muligheten til å skaffe spektre direkte fra en planetens overflate og atmosfære. Dette vil gi rom for mer nøyaktige vurderinger av en planets sammensetning og sammensetningen av atmosfæren - dvs. har den overflatevann, et oksygen-nitrogen
Som Jason Rhodes, prosjektforskeren for Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, forklarte:
"Det vi prøver å gjøre er å avlyse en milliard fotoner fra stjernen for hver eneste en vi fanger fra planeten ... Med WFIRST vil vi kunne få bilder og spektra av disse store planetene, med målet å bevise teknologier som vil bli brukt i et fremtidig oppdrag - for til slutt å se på små steinete planeter som kan ha flytende vann på overflatene, eller til og med livstegn, som våre egne. ”
WFIRSTs coronagraph-instrument (også kalt "stjerneglassene") er et flersjiktet og svært komplekst teknikk, bestående av et system med masker, prismer, detektorer og to selvbøyende speil. Disse speilene er nøkkelkomponentene, som endrer form i sanntid for å imøtekomme innkommende lys for å kompensere for ørsmå endringer i teleskopets optikk.
I takt med høyteknologiske "masker" og andre komponenter - samlet kjent som "aktiv bølgefrontskontroll" - fjerner disse speil forstyrrelsen forårsaket av lysbølger som bøyer seg rundt kantene på coronagrafs lysblokkerende elementer. Sluttresultatet av dette er at stjernelys blir nedtonet mens svakt glødende gjenstander (som tidligere var usynlige) vil vises.
I tillegg til å være 100 til 1000 ganger mer dyktige enn tidligere avsnitt, fungerer WFIRSTs avsnitt som en teknologidemonstrant som vil teste effektiviteten til å hjelpe til med å finne exoplaneter. Disse testene vil bane vei for oppskalerte versjoner som kan legges til enda større teleskoper, som inkluderer de fire foreslåtte observatoriene som vil bli sendt til verdensrommet på 2030-tallet.
Disse inkluderer Stor ultrafiolett / optisk / infrarød kartlegger (LUVOIR), den Origins Space Telescope (OST), og Lynx røntgenmåler. Ved bruk av større og mer avanserte koronparagrafer vil disse teleskopene kunne generere "piksler" med én piksel av mindre planeter som går i bane rundt solene deres (det er der steinete planeter sannsynligvis blir funnet).
Når lyset fra disse bildene er analysert med et spektrometer, vil astronomer kunne jakte på livstegn (også biosignaturer) som aldri før. Som Rhodos sa:
"Med WFIRST vil vi kunne få bilder og spektra av disse store planetene, med målet å bevise teknologier som vil bli brukt i et fremtidig oppdrag - til slutt å se på små steinete planeter som kan ha flytende vann på overflatene, eller til og med tegn på liv, som vårt eget. ”
Inkluderingen av et annet avsnitt på WFIRST er viktig fordi det vil være det første oppdraget siden Hubble (i bane siden 1990) er det eneste NASAs astrofysiske flaggskip-oppdrag som inkluderer denne teknologien. Naturligvis var Hubble sine avsnitt langt enklere og mindre sofistikerte versjoner av teknologien enn hva WFIRST vil bruke.
Mens James Webb romteleskopet vil bli lansert tidligere (for tiden planlagt å bli lansert i 2021) og også vil være utstyrt med teknologien, vil det ikke skryte av den samme undertrykkelsesevnen for stjernelys som WFIRST. Så mens WFIRST vil være det tredje flaggskip-oppdraget som bruker Coronagraph-teknologi, vil det også være det mest sofistikerte.
"WFIRST skal være to eller tre størrelsesordener kraftigere enn noen annen krangel som noen gang er flydd [i sin evne til å skille en planet fra stjernen]," sa Rhodos. "Det burde være en sjanse for noen virkelig overbevisende vitenskap, selv om det bare er en teknisk demo."
Denne typen coronagraph-teknologi kan også gi rom for de klareste bildene som noen gang er tatt av et stjernesystem som er i de tidlige stadier av dannelsen. Dette er preget av en stjerne omgitt av en massiv skive med støv og gass mens planeter sakte dannes av akkretert materiale. For øyeblikket er den beste måten å studere disse platene ved hjelp av infrarøde undersøkelser som kan avbilde varmen som absorberes fra foreldren.
Som Vanessa Bailey, astronom ved JPL og instrumentteknolog for WFIRST
“De avfallsskivene vi ser i dag rundt andre stjerner er lysere og mer massive enn det vi har i vårt eget solsystem. WFIRSTs instruksjonsinstrument kan studere svakere, mer diffust diskmateriale som er mer som hovedsteroidebeltet, Kuiperbeltet og annet støv som kretser rundt solen. "
Disse studiene kunne gi innsikt i hvordan solsystemet vårt ble dannet. Når teknologien har blitt demonstrert vellykket i løpet av oppdragets første 18 måneder, kan NASA begynne med det som kalles et "Deltakende forskerprogram". Under et slikt program vil forskriften være åpen for det vitenskapelige samfunnet og gi rom for et bredere utvalg av observatører og eksperimenter.
Den foreløpige designgjennomgangen er en av flere som er utformet for å undersøke alle aspekter av oppdraget. Hver anmeldelse er omfattende og ment å sikre at hver enkelt del vil samarbeide med de andre. Når denne designgjennomgangen nå er fullført, går coronagrafs utviklingsplan fremover i raskt tempo.
Dette er den andre hovedkomponenten i WFIRST-oppdraget som mottar godkjenning. Wide-Field Instrument ble tømt tilbake i juni, et 288-megapikslers multi-band nær-infrarødt kamera som vil gi skarphet på bilder som kan sammenlignes med det som ble oppnådd av Hubble over et felt 100 ganger større. Dette kameraet regnes som romteleskopets viktigste instrument.
Som Rhodes antydet, vil WFIRST-oppdraget være et historisk oppdrag som ligner på Mars Pathfinder oppdrag som landet på Mars i 1997. Dette var det første NASA-oppdraget som distribuerte en rover (Sojourner) på Mars, som validerte viktige teknologier og metoder som til slutt ville gå inn på Ånd, Mulighet, nysgjerrighet, og Mars 2020 Rovers.
"Det var en teknisk demo," sa Rhodos. “Målet var å vise at en rover fungerer på Mars. Men det fortsatte å gjøre noe veldig interessant vitenskap i løpet av livet. Så vi håper at det samme kommer til å stemme med WFIRSTs teknologidemonstrasjon fra WFIRST. "
