Meil, inimestel, on universumi mõistmiseks rahuldamatu nälg. Nagu ütles Carl Sagan: "Mõistmine on ekstaas." Kuid Universumi mõistmiseks on vaja paremaid ja paremaid viise selle vaatlemiseks. Ja see tähendab ühte asja: suured, tohutud, tohutud teleskoobid.
Selles sarjas vaatleme maailma peatselt saabuvaid superteleskoope:
- Hiiglasliku Magellani teleskoop
- Ülimalt suur teleskoop
- 30-meetrine teleskoop
- Euroopa eriti suur teleskoop
- Suur sünoptilise uuringu teleskoop
- James Webbi kosmoseteleskoop
- Laivälja infrapuna-uuringuteleskoop
Hubble'i kosmoseteleskoobi mõju meie teadmistele universumi kohta on lihtne unustada. Tegelikult võib see olla selle edu parim mõõdupuu: võtame Hubble'i ja kõik, mida oleme sellest õppinud, iseenesestmõistetavana. Kuid arendatakse ka teisi kosmoseteleskoope, sealhulgas WFIRST, mis on palju võimsam kui Hubble. Kui kaugele need teleskoobid laiendavad meie arusaama universumist?
"WFIRSTil on potentsiaal avada meie silmad universumi imedele, samamoodi nagu Hubblel." - John Grunsfeld, NASA teadusmissioonide direktoraat
WFIRST võib olla Hubble'i tõeline järglane, isegi kui James Webbi kosmoseteleskoopi (JWST) sageli selliseks nimetatakse. Kuid WFIRSTi teleskoobiks nimetamine võib olla vale; täpsem on seda nimetada astrofüüsika observatooriumiks. Selle põhjuseks on asjaolu, et üks selle peamisi teaduse eesmärke on uurida tumedat energiat - seda üsna müstilist jõudu, mis juhib Universumi laienemist, ja Dark Matterit - raskesti tuvastatavat ainet, mis aeglustab seda laienemist.
WFIRSTil on 2,4-meetrine peegel, mis on sama suur kui Hubble. Kuid sellel on kaamera, mis laiendab selle peegli võimsust. Wide Field Instrument on 288-megapiksline mitmeribaline infrapunakaamera. Kui see on töövalmis, jäädvustab see pilte, mis on sama teravad kui Hubble'i pildid. Kuid sellel on üks suur erinevus: lainurk-instrument lööb pilte, mis katavad üle 100 korra taevast, mida Hubble teeb.
WFIRST saab lainurkpillide kõrval ka koronograafilise instrumendi. Koronagraafiline instrument edendab eksoplaneetide uurimist. See kasutab filtrite ja maskide süsteemi, et blokeerida teistest tähtedest tulevat valgust ja lihvida neid tähti tiirlevatel planeetidel. See võimaldab eksoplaneetide atmosfääri väga detailselt uurida, mis on üks peamisi võimalusi elamiskõlblikkuse määramiseks.
WFIRST plaanitakse käivitada 2025. aastal, kuigi täpse kuupäeva saamiseks on liiga vara. Kuid kui see käivitub, on WFIRSTil plaan sõita Päikese-Maa kohale LaGrange punkt 2 (L2.) L2 on gravitatsiooniliselt tasakaalustatud punkt ruumis, kus WFIRST saab oma tööd segamatult teha. Missiooni kestus on umbes 6 aastat.
"WFIRSTil on potentsiaal avada meie silmad universumi imedele, samamoodi nagu Hubblel," ütles John Grunsfeld, astronaut ja NASA teadusmissiooni direktoraadi kaastöötaja, kes asub Washingtoni peakorteris. "See missioon ühendab unikaalselt võime avastada ja iseloomustada meie päikesesüsteemist kaugemal asuvaid planeete tundlikkuse ja optika abil, et vaadata laia ja sügavat universumit, eesmärgiga lahti saada tumeda energia ja tumeaine müsteeriumid."
Lühidalt on kaks ettepanekut, mis võib olla tume energia. Esimene on kosmoloogiline konstant, kus tume energia on kogu kosmoses ühtlane. Teine on nn skalaarväljad, kus tumeda energia tihedus võib ajas ja ruumis varieeruda.
Alates 1990. aastatest on vaatlused meile näidanud, et Universumi laienemine kiireneb. See kiirendus algas umbes 5 miljardit aastat tagasi. Me arvame, et Dark Energy vastutab selle kiirenenud laienemise eest. Pakkudes nii suuri ja üksikasjalikke pilte kosmosest, laseb WFIRST astronoomidel kaardistada laienemist aja jooksul ja suurtel aladel. WFIRST mõõdab täpselt ka miljonite galaktikate kujundeid, asukohti ja kaugusi, et jälgida kosmiliste struktuuride, sealhulgas galaktikaparvede ja nendega kaasneva tumeda aine jaotust ja kasvu. Loodetavasti annab see Dark Energy-le järgmise mõistmise taseme.
Kui see kõik kõlab liiga keerulisena, vaadake seda nii: me teame, et Universum laieneb ja me teame, et laienemine kiireneb. Tahame teada, miks ja kuidas see laieneb. Oleme sellele laienemisele jõudvaks jõuks andnud nime “tume energia” ja nüüd tahame sellest rohkem teada saada.
Tume energia ja Universumi laienemine on tohutu mõistatus ja küsimus, mis ajab kosmolooge. (Nad tahavad tõesti teada, kuidas Universum lõppeb!) Kuid paljudele ülejäänud meist on veelgi olulisem teine küsimus: kas oleme universumis üksi?
Sellele ei saa kiiret vastust, kuid iga vastus, mille leiame, algab eksoplaneetide uurimisega ja see on midagi, millega WFIRST samuti silma paistab.
„WFIRST on loodud tegelema teadusvaldkondadega, mille astronoomiline kogukond on määranud prioriteetideks,“ ütles NASA Washingtoni astrofüüsika osakonna direktor Paul Hertz. „Lairibainstrument annab teleskoobile võimaluse jäädvustada üks pilt Hubble'i sügavuse ja kvaliteediga, kuid katab 100-kordse pindala. Koronagraaf pakub revolutsioonilist teadust, jäädvustades nõrkade, kuid otseste piltide kaugetest gaasilistest maailmadest ja supermaast. "
"Koronagraaf pakub revolutsioonilist teadust, jäädvustades nõrkade, kuid otseste piltide kaugetest gaasilistest maailmadest ja supermaast." - Paul Hertz, NASA astrofüüsika osakond
Eksoplaneetide uurimise keerukus on see, et nad kõik tiirlevad tähtede vahel. Tähed on nii eredad, et nende planeete pole võimalik üksikasjalikult näha. See on nagu vahtimine tuletornist miili kaugusel ja proovimine tuletorni lähedal putukat uurida.
WFIRSTi pardal olev koronograafiline instrument on eriti hea, kui ta blokeerib kaugete tähtede valgust. Seda tehakse peeglite ja maskide süsteemiga. See teeb eksoplaneetide uurimise võimalikuks. Eksoplaneetide omadusi saab uurida alles siis, kui tegemist on tähelt tuleva valgusega.
See võimaldab eksoplaneedi atmosfääri keemilise koostise üksikasjalikke mõõtmisi. Tehes seda tuhandete planeetide kaudu, saame aru planeetide moodustumisest erinevat tüüpi tähtede ümber. Coronagraafiainstrumendil on siiski mõned piirangud.
Koroonograafiline instrument oli WFIRSTi omamoodi hiline lisand. Mõnda muud WFIRSTi mõõteriista pole selle jaoks optimeeritud, nii et selle toimimisel on mõned piirangud. See saab uurida ainult gaasigigaane ja nn supermaad. Need suuremad planeedid ei vaja uurimiseks nii palju peenust, lihtsalt nende suuruse tõttu. Maa-sarnased maailmad jäävad tõenäoliselt koroonograafiainstrumendi võimust kaugemale.
Need piirangud pole pikas perspektiivis suured asjad. Coronagraph on tegelikult rohkem tehnoloogia demonstratsioon ja see ei tähenda eksoplaneedi uurimise lõppmängu. Mis sellest instrumendist õpitakse, aitab see meil tulevikus. WFIRSTi järeltulija saab olema mõni päev, võib-olla aastakümneid hiljem, ja selleks ajaks on Coronagraphi tehnoloogia palju edasi arenenud. Sel tulevasel ajal võib olla võimalik ka Maa-suguste eksoplaneetide otsene ülesvõte.
Kuid võib-olla ei pea me nii kaua ootama.
WFIRSTil on plaan suurendada Coronagraphi efektiivsust, mis võimaldaks sellel pildistada Maa-sarnaseid planeete. Seda nimetatakse EXO-S Starshade.
EXO-S Starshade on 34-meetrise läbimõõduga teisaldatav varjutussüsteem, mis blokeerib tähevalgust WFIRST-i funktsioonide kahjustamise eest. See oleks tegelikult eraldi veesõiduk, mis käivitataks eraldi ja saadetaks teele kohtumiseks WFIRSTiga L2-s. See ei oleks lõastatud, vaid orienteeruks WFIRSTi abil läbi kaamerate ja suunatulede süsteemi. Tegelikult on Starshade'i jõu osa selles, et see oleks WFIRSTist umbes 40 000–50 000 km kaugusel.
Tume energia ja eksoplaneedid on WFIRSTi prioriteedid, kuid paremaid teleskoope ootab alati ka muid avastusi. Kõike, mida me WFIRSTist õpime, pole võimalik ennustada. Nii üksikasjalike piltidega kui Hubble, kuid 100 korda suuremad, oleme mõne üllatuse ees.
"See missioon uurib universumit, et leida sealt kõige huvitavamaid objekte." - Neil Gehrels, WFIRSTi projekti teadlane
"Lisaks põnevatele tumeda energia ja eksoplaneetide võimetele pakub WFIRST kõigile astronoomidele suurepäraste andmete aardekalu," ütles NASA Goddardi kosmoselennukeskuse projekti teadlane Neil Gehrels Marylandis Greenbeltis. "See missioon uurib universumit, et leida sealt kõige huvitavamaid objekte."
Kõigi üliteleleskoopide kasutuselevõtuga lähiaastatel võime oodata hämmastavaid avastusi. 10–20 aasta pärast on meie teadmised märkimisväärselt edasi arenenud. Mida õpime tumeda aine ja tumeda energia kohta? Mida me saame teada eksoplaneedi populatsioonidest?
Praegu näib, et me lihtsalt kavatseme nende asjade parema mõistmise poole, kuid WFIRSTi ja teiste Super Teleskoopide abil oleme valmis tegema sihipärasemat uurimist.
