Hiljutise programmi käivitamisega Exoplaneti uuringu satelliidi transiit (TESS) - mis toimus kolmapäeval, 18. aprillil 2018 - on palju tähelepanu pööratud järgmise põlvkonna kosmoseteleskoopidele, mis lähiaastatel kosmosesse lähevad. Nende hulka kuuluvad mitte ainultJames Webbi kosmoseteleskoop, mis on praegu kavandatud turule toomiseks 2020. aastal, kuid mõni teine arenenud kosmoselaev, mis võetakse kasutusele 2030. aastateks.
See oli hiljutise, 2020. aastal läbi viidud astrofüüsika aastakümnete uuringu teema, mis hõlmas neli lipulaevade missiooni kontseptsiooni, mida praegu uuritakse. Kui need missioonid kosmosesse jõuavad, valivad nad missioonidele meeldiva koha Hubble, Kepler, Spitzer ja Chandra jäetakse pooleli, kuid on suurema tundlikkuse ja võimekusega. Sellisena eeldatakse, et nad paljastavad palju rohkem meie Universumi ja selle saladuste kohta.
Nagu arvata võis, hõlmavad 2020. aasta kümneaastase uuringu jaoks esitatud missioonikontseptsioonid mitmesuguseid teaduslikke eesmärke - alates kaugete mustade aukude ja varajase universumi vaatlemisest kuni lähedalasuvate tähtede ümber eksoplaneetide uurimiseni ja Päikesesüsteemi kehade uurimiseni. Teadusringkonnad kontrollisid neid ideid põhjalikult ja neli on valitud jätkamist väärt.
Nagu NASA värskes pressiteates selgitas NASA kosmilise päritolu programmi peateadlane Susan Neff:
“See on astrofüüsikute mänguaeg. Tahame kõik need kontseptsioonid üles ehitada, kuid meil pole eelarvet, et teha kõik neli korraga. Nende dekadaalsete uuringute mõte on anda astrofüüsikute kogukonna liikmetele parimat võimalikku teavet, kui nad otsustavad, millist teadust kõigepealt teha. ”
Neli valitud mõistet hõlmavad järgmist: Suur ultraviolettkiirguse / optilise / infrapuna mõõtur (LUVOIR), hiiglaslik kosmosevaatluskeskus, mis on välja töötatud Hubble'i kosmoseteleskoop. Nagu üks kahest kontseptsioonist, mida NASA Goddardi kosmoselennukeskus uurib, nõuab see missioonikontseptsioon massiivse segmenteeritud esmast peegliga kosmoseteleskoopi, mille läbimõõt on umbes 15 meetrit (49 jalga).
Võrdluseks JWST‘s (praegu kõige arenenum kosmoseteleskoop) esmase peegli läbimõõt on 6,5 m (21 jalga 4 tolli). Sarnaselt JWST-le koosneks LUVOIR-i peegel reguleeritavatest segmentidest, mis pärast kosmosesse viimist avaneksid. Täiturmehhanismid ja mootorid kohandavad ja joondavad neid segmente aktiivselt, et saavutada täiuslik fookus ja hõivata valgust nõrkadest ja kaugetest objektidest.
Nende täiustatud tööriistade abil saaks LUVOIR otse Maa kujutisega planeete pildistada ja nende atmosfääri hinnata. Nagu uuringuteadlane Aki Roberge selgitas:
„See missioon on ambitsioonikas, kuid auhinnaks on teada saada, kas väljaspool Päikesesüsteemi on olemas elu. Seda eesmärki juhivad kõik tehnoloogia kõrged postid. Füüsiline stabiilsus koos aktiivse juhtimisega primaarpeeglil ja sisemise koronagraadiga (tähevalgust blokeeriv seade) tagavad pikomeetri täpsuse. See kõik on seotud kontrolliga. ”
Seal on ka Päritolu kosmoseteleskoop (OST) - järjekordne kontseptsioon, mille poole püüdleb Goddardi kosmoselennukeskus. Sarnaselt Spitzeri kosmoseteleskoop ja Herscheli kosmosevaatluskeskus, pakuks see kaug-infrapuna observatoorium 10 000 korda suuremat tundlikkust kui ükski eelmine kauge infrapuna teleskoop. Selle eesmärkide hulka kuulub universumi kõige kaugemate jõudmiste jälgimine, veeteede jälgimine tähtede ja planeetide moodustumise kaudu ning elumärkide otsimine eksoplaneetide atmosfääris.
Selle esmane peegel, mille läbimõõt oleks umbes 9 m (30 jalga), oleks esimene aktiivjahutusega teleskoop, mille peegel hoiaks temperatuuri umbes 4 K (-269 ° C; -452 ° F) ja detektorid temperatuuril umbes 4 K (-269 ° C; -452 ° F). temperatuuril 0,05 K. Selle saavutamiseks tugineb OST meeskond lendavatele päikesekaitsekihtidele, neljale krüo-jahutile ja mitmeastmelisele pidevale adiabaatlikule demagnetiseerimise külmikule (CADR).
Goddardi teadlase ja OST-uuringuteadlase Dave Leisawitzi sõnul sõltub OST eriti suurtest ülijuhtivate detektorite massiividest, mille mõõtmed on miljonites pikslites. "Kui inimesed küsivad originaalse kosmoseteleskoobi väljatöötamisel esinevate tehnoloogiliste lünkade kohta, ütlen neile, et kolm peamist väljakutset on detektorid, detektorid, detektorid," ütles ta. "See puudutab kõike detektorit."
Täpsemalt tugineb OST kahele tekkivale detektoritüübile: ülemineku servasensoritele (TES) või kineetilistele induktiivsuse detektoritele (KID). Kuigi TES-detektorid on veel suhteliselt uued, küpsevad need kiiresti ja neid kasutatakse praegu NASA infrapunaastronoomia tähtkujude vaatluskeskuse (SOFIA) HAWC + seadmes.
Siis on olemas Habitable Exoplanet Imager (HabEx), mida töötab välja NASA reaktiivmootorite laboratoorium. Nagu LUVOIR, kujutas see teleskoop ka otseselt planeedisüsteeme, et analüüsida planeetide atmosfääri koostist suure segmenteeritud peegli abil. Lisaks uuriks see universumi ajaloo varasemaid epohhi ja kõige massiivsemate tähtede elutsüklit, valgustades seeläbi elu jaoks vajalike elementide kujunemist.
Sarnaselt LUVOIR-ga suudaks HabEx viia läbi uuringuid ultraviolett-, optilise ja infrapunakiirguse lainepikkustel ning blokeerida algtähe heleduse, et see näeks valgust, mis peegeldub kõigil seda tiirlevatel planeetidel. Nagu NASA koronaafia valdkonna ekspert Neil Zimmerman selgitas:
„Lähedal asuvat tähte tiirleva planeedi otsepildi saamiseks peame dünaamilises vahemikus ületama tohutu tõkke: tähe ülisuur heledus tähevalguse hämara peegelduse taustal planeedil ja ainult pisike nurk eraldab neid. Sellele probleemile puudub otsene lahendus, kuna see erineb vaatlusliku astronoomia kõigist muudest väljakutsetest. ”
Selle väljakutse lahendamiseks kaalub HabExi meeskond kahte lähenemisviisi, mis hõlmavad väliseid kroonlehekujulisi tähevarjusid, mis blokeerivad valgust, ja sisemisi koronagraafe, mis takistavad tähevalguse jõudmist detektoritesse. Veel üks uuritav võimalus on rakendada süsiniknanotorusid koroonograafilistele maskidele, et modifitseerida endiselt läbiva hajuva valguse mustreid.
Viimane, kuid mitte vähem tähtis on see Röntgenuurija tuntud kui Ilves arendab Marshalli kosmoselennukeskus. Neljast kosmoseteleskoobist on Lynx ainus kontseptsioon, mis uurib Universumit röntgenikiirguses. Röntgenkiirguse mikrokalorimeetri pildispektromeetri abil tuvastab see kosmoseteleskoop röntgenikiirguse, mis pärineb ülikõrgetest mustadest aukudest (SMBH) Universumi varaseimate galaktikate keskpunktis.
See tehnika koosneb röntgenifotodest, mis löövad detektori absorbeerijad ja muudavad nende energia soojuseks, mida mõõdetakse termomeetri abil. Sel viisil aitab Lynx astronoomidel lahti saada kõige varasemad SMBH-d. Nagu kirjeldas Goddardi Lynxi uuringu liige Rob Petre missiooni:
On täheldatud, et ülimassiivsed mustad augud eksisteerivad universumis palju varem, kui meie praegused teooriad ennustavad. Me ei saa aru, kuidas sellised massiivsed objektid nii kiiresti pärast seda, kui esimesed tähed võisid moodustuda, moodustusid. Esimeste ülimassiivsete mustade aukude nägemiseks on meil vaja röntgenteleskoopi, et anda sisend teooriatele selle kohta, kuidas need võisid tekkida. "
Sõltumata sellest, millise missiooni NASA lõpuks valib, on agentuur ja üksikud keskused hakanud investeerima täiustatud tööriistadesse, et tulevikus selliseid kontseptsioone järgida. Neli meeskonda esitasid oma vahearuanded märtsis. Järgmiseks aastaks loodetakse neil lõpule viia riikliku teadusnõukogu (NRC) lõpparuanded, mida kasutatakse lähiaastatel NASA-le soovituste edastamiseks.
Nagu NASA astrofüüsika programmibüroo tehnoloogiaarendusjuht Thai Pham märkis:
„Ma ei ütle, et see saab olema lihtne. Seda ei tule. Need on ambitsioonikad missioonid koos oluliste tehniliste väljakutsetega, millest paljud kattuvad ja kehtivad kõigi suhtes. Hea uudis on see, et praegu tehakse alustöid. ”
Kuna TESS on nüüd kasutusele võetud ja JWST plaanitakse käivitada 2020. aastaks, võetakse lähiaastatel õpitud õppetunnid kindlasti nendesse missioonidesse. Praegu pole selge, milline järgmistest kontseptsioonidest 2030. aastateks kosmosesse läheb. Nende täiustatud instrumentide ja varasematest missioonidest saadud õppetundide vahel võime siiski eeldada, et nad teevad universumi kohta põhjalikke avastusi.
