Redaktørens note - Vitenskapsjournalist og forfatter Bruce Dorminey snakket med to forskere fra NASA om muligheten for å montere et teleskop på et romfartøy for et ytre planeteroppdrag.
Lysforurensning i vårt indre solsystem, fra både den nærliggende solskinnet og den disige dyrekretsen fra glød fra støv som er bundet opp i asteroidebeltet, har lenge stimulert kosmologer på jakt etter et klarere inntrykk av det tidlige universet.
Men et team ved NASA, JPL og Caltech har sett på muligheten for å hekte et optisk teleskop til et romfartsundersøkelse på oppdrag til det ytre solsystemet.
Rømmer vårt forurensede lilla uklarhet i det indre solsystemet
Tanken er å bruke det optiske teleskopet i cruisefase for å få et bedre håndtak på ekstragalaktisk bakgrunnslys; det vil si det kombinerte optiske bakgrunnslyset fra alle kilder i universet. De ser for seg teleskopets nytte av å sparke inn rundt 5 astronomiske enheter (AU), omtrent avstanden til Jupiters bane. Teamet ønsker da å korrelere dataene sine med bakkebaserte observasjoner.
Et mål er å belyse det tidlige universets epok om reionisering. Reionisering refererer til tiden da ultrafiolett (UV) stråling fra universets første stjerner ioniserte det intergalaktiske mediet (IGM) ved å fjerne elektroner fra IGMs gassatomer eller molekyler. Denne perioden med reionisering antas å ha funnet sted senest 450 millioner år etter Big Bang.
ZEBRA, Zodiacal dust, Extragalactic Background and Reionization Apparatus, er et NASA JPL-konsept som krever et teleskop på 40 millioner dollar som består av tre optiske / nærinfrarøde instrumenter; bestående av en 3 cm bredfeltmapper og en 15 cm høyoppløselig bilder. NASA har imidlertid ennå ikke valgt ZEBRA-forslaget for et av sine oppdrag.
Men for å lære mer, snakket vi med ZEBRA-konseptets leder og instrumentkosmolog Jamie Bock og astronom Charles Beichman, begge fra NASA JPL og Caltech.
Dorminey: Hva er stjernetegn?
Beichman: Det er en lys kilde til diffust lys i vårt eget solsystem fra støvkorn som avgir fordi de er blitt oppvarmet av solen og stråler av seg selv
eller reflekter sollys. Hvis du går ut på et veldig klart mørkt måneløst lys, kan du se lysets bånd fra dette støvet. Den følger ekliptikens plan. At støvet stammer for det meste fra materiale i asteroidebeltet som blir grunnet opp i små partikler etter en stor kollisjon.
Dorminey: Hva ville komme forbi dette dyrekretsen støvet bety for observasjoner?
Beichman: Se for deg å sitte i Los Angeles-bassenget, så har du all denne smog og dis, og du vil måle hvor klar luften er ute ved Palm Springs. Du må kunne trekke bort all disen mellom her og der, og det er bare ingen måte å gjøre det med noen nøyaktighet. Du må kjøre ut av kummen for å komme ut av smog.
Dorminey: Hvordan ville dette hjelpe til å studere denne ekstragalaktiske bakgrunnen?
Bock: Det ekstragalaktiske bakgrunnslyset (EBL) måler den totale energitettheten til lys som kommer utenfor galaksen vår. Dette lyset gir summen av energien som produseres av stjerner og galakser, og andre kilder, over den kosmiske tidens historie. Den totale bakgrunnen kan brukes til å sjekke om vi riktig forstår galaksenes formasjonshistorie. Vi forventer at en komponent av bakgrunnslyset fra de første stjernene har et distinkt spekter som topper seg i det nærinfrarøde; dette kan fortelle oss hvor lys og hvor lang epoken var da de første stjernene dannet seg. Dessverre er dyrekretsen mye lysere enn denne bakgrunnen. Men ved å gå til Jupiters bane, er dyrekretslyset 30 ganger svakere enn på Jorden, og ved bane til Saturn er det 100 ganger svakere.
Dorminey: Vil du måtte haike på et NASA-oppdrag, eller kan det være et partnerskap med et annet romfartsorgan, som ESA for eksempel?
Bock: Vi har undersøkt den billigste tilnærmingsmessige kostnadstilnærmingen, og samarbeid med et NASA planetarisk oppdrag. Men vi kunne samarbeide med et annet romfartsbyrå. Den europeiske Jupiter Icy Moons Explorer (tidligere JGO) konkurrerer nå om den neste L-klassen misjonslansering på begynnelsen av 2020-tallet og er en attraktiv mulighet for et bidraget vitenskapsinstrument for cruisefase. Hver tilnærming har forskjellige miljø- og kostnadsmiljøer.
Dorminey: Er den viktigste driveren for EBL-teleskopet å komme lenger enn stjernetrykket, eller tilbyr 5 AU også en observasjonsfordel når det gjelder å oppnå svakhet i størrelsesorden?
Bock: Det er en observerende fordel på grunn av [mørkere solsystem] bakgrunn. Med et så lite teleskop prøver vi ikke å utnytte denne fordelen, men fremtidige observatorier kunne det. Vi vil måle dyrekretsens lysstyrke til Jupiter og utover, og dette kan motivere astronomiske observasjoner med teleskoper i det ytre solsystemet i fremtiden.
Dorminey: Hva slags data downlink-utfordringer vil du møte?
Bock: Datakravene er kanskje mindre enn man først kan forvente, fordi bildene våre er oppnådd med lange [observasjonelle] integrasjoner med moderat romlig oppløsning. For planetforslaget vi studerte i detalj, var det totale datavolumet 230 gigabyte, med omtrent 65 prosent av disse dataene returnert fra Jupiter og ut til Saturn. Teleskoppekene fungerer autonomt.
Dorminey: Hva med stråling fra Jupiter som forstyrrer optikken og CCD-kameraene på teleskopet?
Beichman: Det du vil gjøre er å slutte å gjøre EBL-observasjonene mens du er i nærheten av Jupiter. Strålingsproblemene er betydelige, så du vil bare gjøre observasjoner før og etter å ha passert Jupiter.
Dorminey: Hva ville instrumentene dine gjort som NASAs planlagte James Webb Space Telescope (JWST) ikke ville gjort?
Bock: JWST vil sannsynligvis oppdage de lyseste første galaksene, og avhengig av nøyaktig hvordan galakser som er dannet, vil savne mesteparten av den totale strålingen på grunn av bidraget fra mange svake galakser. Å måle den ekstragalaktiske bakgrunnen gir den totale strålingen fra alle galaksene og gir den totale energien. Videre trenger vi ikke et stort teleskop; 15 cm er tilstrekkelig.
Dorminey: Hva med planetvitenskap med teleskopet?
Bock: Instrumentet vårt spesialiserer seg på målinger med lav overflate-lysstyrke. Vi tok spesifikke designvalg for å kartlegge stjernetrykkskyen fra det indre til det ytre solsystemet. En tredimensjonal utsikt vil la oss spore opprinnelsen til interstellært støv til kometer og asteroidekollisjoner. Vi vet at det er Kuiper-belteobjekter utenfor bane til Neptun, og det er sannsynligvis at det også er støv forbundet med dem.
Dorminey: Hvor lenge ville dette teleskopet fungere?
Bock: Etter at de viktigste observasjonene var fullført, ville det absolutt være mulig at det opprinnelige teamet eller en utenforstående parti kunne foreslå å betjene teleskopet. En spennende vitenskapssak er observasjoner av parallaks mikrolinser; observasjoner som bruker parallaksen mellom Jorden og Saturn for å studere påvirkningen av ekso-planeter som kretser rundt stjernene og produserer en mikro-linsebegivenhet. Andre vitenskapelige muligheter inkluderer kart over Kuiper Belt i det nærinfrarøde; stjernekultasjoner av Kuiper Belt Objects; og kartlegge flere EBL-felt for sammenligning med andre undersøkelser.
Dorminey: Hvordan ville teleskopets første observasjoner potensielt riste opp teoretisk kosmologi?
Beichman: Når du gjør en måling som er en faktor hundre ganger bedre enn før, blir du alltid en overraskelse.
