Under det kommande decenniet kommer NASA att skicka några riktigt imponerande faciliteter till rymden. Dessa inkluderar nästa generations rymdteleskop som James Webb Space Telescope (JWST) och Infrarött rymdteleskop (WFIRST). Bygger på den grund som grundades av Hubble, WFIRST kommer att använda sin avancerade svit av instrument för att undersöka några av de djupaste mysterierna i universum.
Ett av dessa instrument är kretsavsnittet som gör det möjligt för teleskopet att få en tydlig titt på planeten utanför solen. Detta instrument avslutade nyligen en preliminär designgranskning som utfördes av NASA, en viktig milstolpe i dess utveckling. Detta innebär att instrumentet har uppfyllt alla krav på design, schema och budget och nu kan gå vidare till nästa fas i utvecklingen.
Kronografen är en viktig del av WFIRSTs planetjaktinstrument. Vanligtvis är direktavbildning av exoplaneter svårt på grund av den intensiva bländningen som kommer från deras moderstjärnor. Detta ljus är många gånger mer kraftfullt än ljuset som reflekteras från planetens yta eller atmosfär. Av denna anledning döljs de små spåren av ljus som indikerar förekomsten av exoplaneter för konventionella instrument.
Men genom att avbryta en intensiv bländning från en stjärna kommer astronomer att ha en mycket bättre chans att upptäcka planeter som kretsar runt den. Detta ger den ytterligare fördelen med att kunna studera exoplaneter direkt, snarare än att förlita sig på indirekta metoder där stjärnor övervakas för dips i ljusstyrka (Transitmetoden) eller tecken på rörelse fram och tillbaka, vilket indikerar närvaron av ett planetsystem ( Radiell hastighetsmetod).
Som jämförelse erbjuder Direct Imaging-metoden många fördelar, till exempel förmågan att få spektra direkt från planetens yta och atmosfär. Detta möjliggör mer exakta bedömningar av en planets sammansättning och sammansättningen av dess atmosfär - dvs har den ytvatten, ett syre-kväve
Som Jason Rhodes, projektforskaren för Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) vid NASA: s Jet Propulsion Laboratory, förklarade:
"Vad vi försöker göra är att avbryta en miljard fotoner från stjärnan för alla som vi fångar från planeten ... Med WFIRST kommer vi att kunna få bilder och spektra av dessa stora planeter, med målet att bevisa teknologier som kommer att användas i ett framtida uppdrag - för att så småningom titta på små steniga planeter som kan ha flytande vatten på sina ytor, eller till och med tecken på liv, som våra egna. ”
WFIRSTs coronagraph-instrument (alias "starglasses") är ett flerskiktat och mycket komplext teknikstycke som består av ett system med masker, prismor, detektorer och två självböjande speglar. Dessa speglar är de viktigaste komponenterna, som ändrar sin form i realtid för att rymma inkommande ljus för att kompensera för små förändringar i teleskopets optik.
Tillsammans med högteknologiska "masker" och andra komponenter - gemensamt kända som "aktiv vågfrontkontroll" - tar dessa speglar bort störningarna som orsakas av ljusvågor som böjer sig runt kanterna på Coronagrafs ljusblockerande element. Slutresultatet av detta är att stjärnljuset blir nedtonat medan svagt glödande föremål (som tidigare var osynliga) kommer att dyka upp.
Förutom att det är 100 till 1 000 gånger mer kapabelt än tidigare avsnitt fungerar WFIRSTs avsnitt som en teknikdemonstrator som kommer att testa dess effektivitet när det gäller att hjälpa till att hitta exoplaneter. Dessa test kommer att bana väg för uppskalade versioner att läggas till ännu större teleskop, som inkluderar de fyra föreslagna observatorierna som kommer att skickas till rymden på 2030-talet.
Dessa inkluderar Stor ultraviolett / optisk / infraröd mätare (LUVOIR), den Origins rymdteleskop (OST) och Lynx röntgenmätare. Med hjälp av större och mer avancerade avsnitt kommer dessa teleskoper att kunna skapa "pixlar" med en pixel av mindre planeter som kretsar närmare deras solar (det är där steniga planeter troligen hittas).
När ljuset från dessa bilder har analyserats med en spektrometer kan astronomer jaga efter tecken på liv (alias biosignaturer) som aldrig tidigare. Som Rhodos sa:
"Med WFIRST kommer vi att kunna få bilder och spektra av dessa stora planeter, med målet att bevisa teknik som kommer att användas i ett framtida uppdrag - att så småningom titta på små steniga planeter som kan ha flytande vatten på sina ytor, eller till och med tecken på liv, som vårt eget. ”
Införandet av ett annat avsnitt på WFIRST är viktigt eftersom det kommer att vara det första uppdraget eftersom Hubble (i omloppsbana sedan 1990) är det enda NASA-astrofysiska flaggskeppsuppdraget som inkluderar denna teknik. Naturligtvis var Hubbels åsikter långt enklare och mindre sofistikerade versioner av tekniken än vad WFIRST kommer att använda.
Medan James Webb rymdteleskopet kommer att lanseras tidigare (för närvarande planerat att lanseras 2021) och kommer också att vara utrustad med tekniken, kommer det inte att skryta med samma stjärnljusundertryckningsförmåga som WFIRST. Så även om WFIRST kommer att vara det tredje flaggskeppsuppdraget för att använda Coronagraph-teknik, kommer det också att vara det mest sofistikerade.
"WFIRST borde vara två eller tre ordningsföljder starkare än någon annan kranskrift som någonsin flyts [i sin förmåga att skilja en planet från sin stjärna]," sade Rhodos. "Det borde finnas en chans för lite riktigt övertygande vetenskap, även om det bara är en teknisk demo."
Den här typen av teknik kan också möjliggöra de tydligaste bilder som någonsin tagits av ett stjärnsystem som befinner sig i de tidiga stadierna av bildandet. Detta kännetecknas av en stjärna omgiven av en massiv skiva med damm och gas medan planeter sakta bildas av tillhörande material. För närvarande är det bästa sättet att studera dessa diskar genom infraröda undersökningar som kan avbilda värmen som absorberas från deras moderstjärna.
Som Vanessa Bailey, en astronom på JPL och instrumentteknolog för WFIRST
”De skräpskivor vi ser idag runt andra stjärnor är ljusare och mer massiva än vad vi har i vårt eget solsystem. WFIRSTs koronstadsinstrument skulle kunna studera svagare, mer diffust skivmaterial som är mer som huvudsteroidbältet, Kuiper-bältet och annat damm som kretsar kring solen. "
Dessa studier kunde ge insikt i hur vårt solsystem bildades. När tekniken framgångsrikt har demonstrerats under uppdragets första 18 månader, kan NASA påbörja det som kallas ett ”deltagande vetenskapsprogram”. Under ett sådant program skulle avsnittet vara öppet för det vetenskapliga samfundet, vilket möjliggör en bredare variation av observatörer och experiment.
Den preliminära designgranskningen är en av flera som utformats för att undersöka alla aspekter av uppdraget. Varje granskning är omfattande och syftar till att säkerställa att varje enskild del fungerar med de andra. När denna designgranskning nu är klar, fortsätter utvecklingsschemat för bolaget i snabb takt.
Detta är den andra huvudkomponenten i WFIRST-uppdraget att få godkännande. Wide-Field Instrument tömdes tillbaka i juni, en 288-megapixel multi-band nära-infraröd kamera som kommer att ge skärpa bilder jämförbara med den som uppnåtts av Hubble över ett fält som är 100 gånger större. Denna kamera anses rymdteleskopets huvudinstrument.
Som Rhodos antydde kommer WFIRST-uppdraget att vara ett historiskt uppdrag som liknar Mars Pathfinder uppdrag som landade på Mars 1997. Detta var det första NASA-uppdraget att distribuera en rover (Sojourner) på Mars, som validerade nyckelteknologier och metoder som så småningom skulle gå in i Anda, Möjlighet, nyfikenhet, och Mars 2020 rovers.
"Det var en teknisk demo," sade Rhodos. ”Målet var att visa att en rover fungerar på Mars. Men det fortsatte med mycket intressant vetenskap under sin livstid. Så vi hoppas att samma sak kommer att vara fallet med WFIRSTs tekniska demo för andra stycken. "
