V nasledujúcom desaťročí bude NASA posielať do vesmíru niektoré skutočne pôsobivé zariadenia. Patria medzi ne vesmírne teleskopy novej generácie, ako napríklad James Webb Space Telescope (JWST) a Infračervený vesmírny teleskop Wide Field (WFIRST). Nadväzujúc na nadáciu založenú Hubble, WFIRST použije svoju pokročilú sadu nástrojov na preskúmanie niektorých najhlbších záhad vesmíru.
Jedným z týchto nástrojov je koronograf, ktorý umožní ďalekohľadu získať jasný pohľad na extra solárne planéty. Tento nástroj nedávno dokončil predbežné preskúmanie návrhu, ktoré uskutočnil NASA, významný míľnik v jeho vývoji. To znamená, že nástroj splnil všetky požiadavky na dizajn, harmonogram a rozpočet a teraz môže prejsť do ďalšej fázy vývoja.
Chronograf je dôležitou súčasťou nástrojov WFIRST na lov planét. Zvyčajne je priame zobrazovacie exoplanety ťažké kvôli intenzívnemu oslneniu od svojich materských hviezd. Toto svetlo je mnohokrát silnejšie ako svetlo odrážané od povrchu alebo atmosféry planéty. Z tohto dôvodu sú pre konvenčné prístroje zakryté malé stopy svetla, ktoré naznačujú prítomnosť exoplanet.
Ale zrušením intenzívneho oslnenia hviezdy budú mať astronómovia oveľa väčšiu šancu na nájdenie planét, ktoré ju obiehajú. To ponúka ďalšiu výhodu v tom, že je možné priamo študovať exoplanety, než sa spoliehať na nepriame metódy, pri ktorých sú hviezdy monitorované na poklesy jasu (tranzitná metóda) alebo znaky pohybu tam a späť, čo naznačuje prítomnosť planetárneho systému ( Metóda radiálnej rýchlosti).
V porovnaní s tým metóda priameho zobrazovania ponúka mnoho výhod, napríklad schopnosť získavať spektrá priamo z povrchu a atmosféry planéty. To umožní presnejšie hodnotenie zloženia planéty a zloženia jej atmosféry - to znamená, že má povrchovú vodu, kyslík-dusík.
Ako Jason Rhodes, vedecký pracovník projektu pre širokoúhlý infračervený prieskumný ďalekohľad (WFIRST) v laboratóriu Jet Propulsion Laboratory NASA, vysvetlil:
„Snažíme sa zrušiť miliardu fotónov z hviezdy za každú, ktorú zachytíme z planéty ... S WFIRST dokážeme získať obrázky a spektrá týchto veľkých planét s cieľom dokázať technológie, ktoré bude použitá v budúcej misii - nakoniec sa pozrieme na malé skalnaté planéty, ktoré by mohli mať tekutú vodu na svojich povrchoch alebo dokonca známky života, ako je tá naša. “
Koronografový nástroj WFIRST (tiež známy ako „hviezdice“) je viacvrstvová a veľmi zložitá technológia pozostávajúca zo systému masiek, hranolov, detektorov a dvoch samohybných zrkadiel. Tieto zrkadlá sú kľúčovými komponentmi, ktoré menia svoj tvar v reálnom čase tak, aby vyhovovali prichádzajúcemu svetlu a kompenzovali drobné zmeny v optike ďalekohľadu.
V spojení s high-tech „maskami“ a ďalšími komponentmi - súhrnne známymi ako „aktívna ochrana pred vlnami“ - tieto zrkadlá odstraňujú rušenie spôsobené svetelnými vlnami, ktoré sa ohýbajú okolo okrajov prvkov blokujúcich svetlo v koronografe. Konečným výsledkom je, že hviezdne svetlo sa stlmí, zatiaľ čo sa objavia slabo žiariace objekty (ktoré boli predtým neviditeľné).
Koronograf WFIRST okrem toho, že je 100 až 1 000-krát schopnejší ako predchádzajúce koronografy, slúži ako demonštrátor technológie, ktorý otestuje jeho účinnosť pri hľadaní exoplanet. Tieto testy pripravia pôdu pre rozšírené verzie, ktoré sa pridajú k ešte väčším ďalekohľadom, ktoré zahŕňajú štyri navrhované observatóriá, ktoré sa do vesmíru pošlú do 30. rokov 20. storočia.
Medzi ne patrí Veľký ultrafialový / optický / infračervený geodet (LUVOIR), Priestorový ďalekohľad Origins (OST) a Röntgenový prieskum rysa, Použitím väčších a pokročilejších koronografov budú tieto ďalekohľady schopné generovať „obrazové“ obrazy menších planét, ktoré obiehajú bližšie k ich slnkom (čo je miesto, kde sa najpravdepodobnejšie vyskytujú skalné planéty).
Akonáhle bude svetlo z týchto obrazov analyzované spektrometrom, budú môcť astronómovia loviť príznaky života (aka. Biosignatúry) ako nikdy predtým. Ako povedal Rhodos:
„S WFIRST dokážeme získať obrázky a spektrá týchto veľkých planét s cieľom dokázať technológie, ktoré sa budú používať v budúcej misii - nakoniec sa pozrieme na malé skalnaté planéty, ktoré by mohli mať na svojich povrchoch tekutú vodu, alebo dokonca aj známky života, ako je ten náš. “
Zaradenie koronografu na WFIRST je dôležité, pretože to bude prvá misia od roku 1950, kedy je Hubble (na obežnej dráhe od roku 1990) jedinou vlajkovou loďou astrofyziky NASA, ktorá túto technológiu zahrnula. Koronografy Hubbleu boli samozrejme omnoho jednoduchšie a sofistikovanejšie verzie technológie, ako to, ktoré použije WFIRST.
Kým bude James Webb Space Telescope uvedený na trh skôr (v súčasnosti sa plánuje spustenie v roku 2021) a bude vybavený aj touto technológiou, nebude sa pochváliť rovnakou schopnosťou potlačiť hviezdne svetlo ako WFIRST. Zatiaľ čo WFIRST bude treťou hlavnou misiou, ktorá využíva technológiu koronografov, bude tiež najnáročnejšou.
"WFIRST by mal byť o dva alebo tri rády silnejší ako ktorýkoľvek iný koronograf, aký kedy preletel [v schopnosti rozlíšiť planétu od svojej hviezdy]," uviedol Rhodos. "Mala by existovať šanca pre nejakú skutočne presvedčivú vedu, aj keď je to len ukážka techniky."
Tento druh technológie koronografov by tiež mohol umožniť najjasnejšie snímky, aké kedy boli odfotografované s hviezdnym systémom, ktorý je v raných fázach formácie. Toto je charakterizované hviezdou obklopenou obrovským diskom prachu a plynu, zatiaľ čo planéty sa pomaly tvoria z nahromadeného materiálu. V súčasnosti je najlepším spôsobom štúdia týchto diskov infračervené prieskumy, ktoré dokážu zachytiť teplo absorbované z ich materskej hviezdy.
Ako Vanessa Bailey, astronómka JPL a nástrojová technológia pre WFIRST
„Diskové zvyšky, ktoré dnes vidíme okolo iných hviezd, sú jasnejšie a mohutnejšie ako tie, ktoré máme v našej vlastnej slnečnej sústave. Koronografový nástroj WFIRST mohol študovať slabší, viac rozptýlený diskový materiál, ktorý je skôr ako hlavný asteroidový pás, Kuiperov pás a iný prach obiehajúci okolo Slnka. “
Tieto štúdie by mohli priniesť pohľad na to, ako sa formovala naša slnečná sústava. Keď sa technológia úspešne preukáže počas prvých 18 mesiacov misie, NASA môže začať to, čo sa nazýva „Participujúci vedecký program“. V rámci takého programu by bol koronograf otvorený vedeckej komunite, čo by umožnilo širšiu škálu pozorovateľov a experimentov.
Predbežné preskúmanie návrhu je jedným z niekoľkých navrhnutých na preskúmanie všetkých aspektov misie. Každá kontrola je komplexná a jej cieľom je zabezpečiť, aby každá jednotlivá časť spolupracovala s ostatnými. Po dokončení tejto kontroly dizajnu sa vývojový plán koronografu pohybuje rýchlym tempom.
Toto je druhá hlavná súčasť misie WFIRST, ktorá dostala povolenie. Wide-Field Instrument bol vymazaný späť v júni, 288-megapixelová viacpásmová kamera s blízkym infračerveným žiarením, ktorá poskytne ostrosť obrázkov porovnateľnú s ostrosťou dosiahnutou Hubbleom na poli 100-krát väčšom. Táto kamera sa považuje za hlavný nástroj vesmírneho teleskopu.
Ako naznačil Rhodos, misia WFIRST bude historická misia podobná misii Mars Pathfinder misia, ktorá pristála na Marse v roku 1997. Bola to prvá misia NASA, ktorá nasadila rover (Sojourner) na Marse, ktorý potvrdil kľúčové technológie a metódy, ktoré by nakoniec vstúpili do EÚ duch, Príležitosť, zvedavosť, a Mars 2020 Rovers.
"Bolo to technické demo," povedal Rhodos. „Cieľom bolo ukázať, že na Marse pracuje rover. Počas svojho života sa však venovala nejakej veľmi zaujímavej vede. Dúfame, že to isté sa bude týkať technologického demonštrácie WFIRST. “
