Vi mennesker har en umettelig sult etter å forstå universet. Som Carl Sagan sa: "Forståelse er ekstase." Men for å forstå universet, trenger vi bedre og bedre måter å observere det på. Og det betyr en ting: store, enorme, enorme teleskoper.
I denne serien skal vi se på verdens kommende superteleskoper:
- The Giant Magellan Telescope
- Det overveldende store teleskopet
- 30 meter teleskopet
- Det europeiske ekstremt store teleskopet
- Det store synoptiske undersøkelsesteleskopet
- James Webb romteleskopet
- Infrarødt undersøkelsesteleskop med bredt felt
Det er lett å glemme virkningen som Hubble-romteleskopet har hatt på vår kunnskapstilstand om universet. Det kan faktisk være den beste målingen av suksessen: Vi tar Hubble, og alt vi har lært av det, for gitt nå. Men andre romteleskoper utvikles, inkludert WFIRST, som vil være mye kraftigere enn Hubble. Hvor langt vil disse teleskopene utvide vår forståelse av universet?
"WFIRST har potensial til å åpne øynene våre for universets underverk, omtrent på samme måte som Hubble har." - John Grunsfeld, direktoratet for vitenskapsmisjon i NASA
WFIRST kan være den sanne etterfølgeren til Hubble, selv om James Webb romteleskopet (JWST) ofte er utpekt som sådan. Men det kan være feil å til og med kalle WFIRST et teleskop; det er mer nøyaktig å kalle det et astrofysisk observatorium. Det er fordi et av de primære vitenskapelige målene er å studere Dark Energy, den ganske mystiske kraften som driver utvidelsen av universet, og Dark Matter, den vanskelig å oppdage saken som bremser utvidelsen.
WFIRST vil ha et speil på 2,4 meter, i samme størrelse som Hubble. Men det vil ha et kamera som vil utvide kraften til det speilet. Wide Field Instrument er et 288-megapikslers multi-band nær-infrarødt kamera. Når den er i bruk, vil den ta bilder som er like skarpe som fra Hubble. Men det er en stor forskjell: The Wide Field Instrument vil ta bilder som dekker over 100 ganger himmelen som Hubble gjør.
Ved siden av Wide Field-instrumentet vil WFIRST ha Coronagraphic-instrumentet. Coronagraphic Instrument vil fremme studiet av eksoplaneter. Den vil bruke et system med filtre og masker for å sperre lyset fra andre stjerner, og finpusse på planeter som kretser rundt stjernene. Dette vil tillate veldig detaljert studie av atmosfærene til eksoplaneter, en av de viktigste måtene å bestemme beboelighet på.
WFIRST er planlagt å bli lansert i 2025, selv om det er for tidlig å ha en eksakt dato. Men når den lanseres, er planen at WFIRST skal reise til Sun-Earth LaGrange Point 2 (L2.) L2 er et gravitasjonsmessig balansert punkt i rommet der WFIRST kan gjøre sitt arbeid uten avbrudd. Oppdraget er beregnet til å vare i 6 år.
"WFIRST har potensial til å åpne øynene våre for universets underverk, omtrent på samme måte som Hubble har," sa John Grunsfeld, astronaut og assisterende administrator av NASAs Science Mission Directorate ved hovedkvarteret i Washington. "Dette oppdraget kombinerer unik evne til å oppdage og karakterisere planeter utover vårt eget solsystem med følsomhet og optikk for å se bredt og dypt inn i universet i et forsøk på å avdekke mysteriene om mørk energi og mørk materie."
I et nøtteskall er det to forslag til hva Dark Energy kan være. Den første er den kosmologiske konstanten, der Dark Energy er ensartet i hele kosmos. Det andre er det som er kjent som skalfelt, der tettheten av Dark Energy kan variere i tid og rom.
Siden 1990-tallet har observasjoner vist oss at utvidelsen av universet akselererer. Den akselerasjonen startet for rundt 5 milliarder år siden. Vi tror at Dark Energy er ansvarlig for den akselererte utvidelsen. Ved å tilby så store, detaljerte bilder av kosmos, vil WFIRST la astronomer kartlegge utvidelse over tid og over store områder. WFIRST vil også nøyaktig måle formene, posisjonene og avstandene til millioner av galakser for å spore fordelingen og veksten av kosmiske strukturer, inkludert galakse-klynger og Dark Matter som følger med dem. Håpet er at dette vil gi oss et neste nivå av forståelse når det kommer til Dark Energy.
Hvis det hele høres for komplisert ut, se på det på denne måten: Vi vet at universet ekspanderer, og vi vet at utvidelsen akselererer. Vi vil vite hvorfor det utvides, og hvordan. Vi har gitt navnet ‘Dark Energy’ til styrken som driver den utvidelsen, og nå vil vi vite mer om den.
Dark Energy og utvidelsen av universet er et enormt mysterium, og et spørsmål som driver kosmologer. (De vil virkelig vite hvordan universet vil ende!) Men for mange av oss andre er et annet spørsmål enda mer overbevisende: Er vi alene i universet?
Det vil ikke være noe raskt svar på det, men noe svar vi finner begynner med å studere eksoplaneter, og det er noe WFIRST også vil utmerke seg med.
"WFIRST er designet for å ta opp vitenskapsområder som er identifisert som toppprioriteringer av det astronomiske samfunnet," sa Paul Hertz, direktør for NASAs Astrofysikkdivisjon i Washington. “Wide-Field Instrument vil gi teleskopet muligheten til å ta et enkelt bilde med dybden og kvaliteten på Hubble, men dekker 100 ganger området. Bestemmelsen vil gi revolusjonerende vitenskap og fange de svake, men direkte bilder av fjerne gassformede verdener og superjordene. "
"Annet vil gi revolusjonerende vitenskap og fange de svake, men direkte bilder av fjerne gassformede verdener og superjordene." - Paul Hertz, NASAs astrofysikkdivisjon
Vanskeligheten med å studere eksoplaneter er at de alle er i bane rundt stjerner. Stjerner er så lyse at de gjør det umulig å se planetene sine i detalj. Det er som å stirre inn i et fyrtårn mil unna og prøve å studere et insekt i nærheten av fyret.
Coronagraphic Instrument ombord WFIRST vil utmerke seg med å blokkere lyset fra fjerne stjerner. Det gjør det med et system med speil og masker. Det er dette som gjør det mulig å studere eksoplaneter. Først når lyset fra stjernen blir behandlet, kan eksoplanetenes egenskaper undersøkes.
Dette vil tillate detaljerte målinger av den kjemiske sammensetningen av en eksoplanets atmosfære. Ved å gjøre dette over tusenvis av planeter, kan vi begynne å forstå dannelsen av planeter rundt forskjellige typer stjerner. Det er imidlertid noen begrensninger for Coronagraphic Instrument.
Coronagraphic Instrument var et slags sent tilskudd til WFIRST. Noen av de andre instrumentene på WFIRST er ikke optimalisert for å jobbe med den, så det er noen begrensninger i bruken. Den vil bare kunne studere gassgiganter, og såkalte Super-Earths. Disse større planetene krever ikke så mye finesse å studere, bare på grunn av størrelsen. Jordlignende verdener vil sannsynligvis være utenfor kraften i Coronagraphic Instrument.
Disse begrensningene er ikke så farlige i det lange løp. Coronagraph er faktisk mer en teknologidemonstrasjon, og den representerer ikke sluttkampen for eksoplanettstudie. Uansett hva man lærer av dette instrumentet vil hjelpe oss i fremtiden. Det vil bli en eventuell etterfølger av WFIRST en dag, kanskje flere tiår fra nå, og innen den tid vil Coronagraph-teknologien ha avansert mye. På det fremtidige tidspunktet kan direkte øyeblikksbilder av jordlignende eksoplaneter godt være mulig.
Men kanskje vi ikke trenger å vente så lenge.
Det er en plan for å øke effektiviteten til Coronagraph på WFIRST som vil tillate den å avbilde jordlignende planeter. Det kalles EXO-S Starshade.
EXO-S Starshade er et skyggesystem med 34 m i diameter som kan hindre stjernelys i å redusere funksjonen til WFIRST. Det ville faktisk være et eget håndverk, lansert separat og sendt på vei til møte med WFIRST på L2. Det ville ikke være bundet, men ville orientere seg med WFIRST gjennom et system med kameraer og ledelys. En del av kraften til Starshade er faktisk at den ville være omtrent 40 000 til 50 000 km unna WFIRST.
Dark Energy og Exoplanets er prioriteringer for WFIRST, men det er alltid andre funn som venter på bedre teleskoper. Det er ikke mulig å forutsi alt vi lærer av WFIRST. Med bilder så detaljerte som Hubbles, men 100 ganger større, er vi inne på noen overraskelser.
"Dette oppdraget vil kartlegge universet for å finne de mest interessante objektene der ute." - Neil Gehrels, WFIRST prosjektforsker
"I tillegg til sine spennende evner for mørk energi og eksoplaneter, vil WFIRST gi en skattekiste av utsøkte data for alle astronomer," sa Neil Gehrels, WFIRST prosjektforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Dette oppdraget vil kartlegge universet for å finne de mest interessante objektene der ute."
Med alle superteleskopene som kommer på nett i løpet av de neste årene, kan vi forvente noen fantastiske funn. Om 10 til 20 år vil kunnskapen vår ha kommet betydelig. Hva vil vi lære om Dark Matter og Dark Energy? Hva vil vi vite om eksoplanettbestander?
Akkurat nå virker det som om vi bare famler mot en bedre forståelse av disse tingene, men med WFIRST og de andre superteleskopene er vi opptatt av å få en mer målrettet studie.
