Το WFIRST παίρνει τον κορωνογράφο του, για να μπλοκάρει το φως των αστεριών και να αποκαλύψει τους πλανήτες τους
Την επόμενη δεκαετία, η NASA θα στείλει μερικές πραγματικά εντυπωσιακές εγκαταστάσεις στο διάστημα. Αυτά περιλαμβάνουν τα διαστημικά τηλεσκόπια επόμενης γενιάς όπως το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) και το Υπέρυθρο Διαστημικό Τηλεσκόπιο Ευρύ Πεδίου (ΠΡΩΤΟΣ). Χτίζοντας στα θεμέλια που ιδρύθηκαν απόΧαμπλ, το WFIRST θα χρησιμοποιήσει την προηγμένη σουίτα οργάνων του για να διερευνήσει μερικά από τα βαθύτερα μυστήρια του Σύμπαντος.
Ένα από αυτά τα όργανα είναι ο στεφανογράφος που θα επιτρέψει στο τηλεσκόπιο να δει καθαρά τους εξωηλιακούς πλανήτες. Αυτό το όργανο ολοκλήρωσε πρόσφατα α προκαταρκτική επισκόπηση διεξήχθη από τη NASA, ένα σημαντικό ορόσημο στην ανάπτυξή της. Αυτό σημαίνει ότι το μέσο έχει εκπληρώσει όλες τις απαιτήσεις σχεδιασμού, χρονοδιαγράμματος και προϋπολογισμού και τώρα μπορεί να προχωρήσει στην επόμενη φάση ανάπτυξης.
Ο χρονογράφος είναι ένα σημαντικό μέρος των οργάνων κυνηγιού πλανητών του WFIRST. Συνήθως, η άμεση απεικόνιση εξωπλανητών είναι δύσκολη λόγω της έντονης λάμψης που προέρχεται από τα μητρικά τους αστέρια. Αυτό το φως είναι πολλές φορές πιο ισχυρό από το φως που αντανακλάται από την επιφάνεια ή την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Για το λόγο αυτό, τα μικρά ίχνη φωτός που υποδεικνύουν την παρουσία εξωπλανητών επισκιάζονται για τα συμβατικά όργανα.
Αλλά ακυρώνοντας την έντονη λάμψη ενός αστεριού, οι αστρονόμοι θα έχουν πολύ περισσότερες πιθανότητες να εντοπίσουν πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από αυτό. Αυτό προσφέρει το περαιτέρω πλεονέκτημα της δυνατότητας απευθείας μελέτης εξωπλανητών, αντί να βασίζεται σε έμμεσες μεθόδους όπου τα αστέρια παρακολουθούνται για βυθίσεις στη φωτεινότητα (το Μέθοδος διέλευσης ) ή σημάδια κίνησης μπρος-πίσω, που υποδηλώνει την παρουσία πλανητικού συστήματος (το Μέθοδος Radial Velocity ).
Συγκριτικά, το Μέθοδος Άμεσης Απεικόνισης προσφέρει πολλά οφέλη, όπως η δυνατότητα λήψης φασμάτων απευθείας από την επιφάνεια και την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Αυτό θα επιτρέψει πιο ακριβείς εκτιμήσεις της σύνθεσης ενός πλανήτη και της σύστασης της ατμόσφαιράς του – δηλαδή έχει επιφανειακό νερό, ατμόσφαιρα οξυγόνου-αζώτου κ.λπ. Όλα αυτά είναι ζωτικής σημασίας για τον προσδιορισμό του εάν ένας πλανήτης είναι δυνητικά κατοικήσιμος.
Ως Jason Rhodes, ο επιστήμονας του έργου για το τηλεσκόπιο υπέρυθρης έρευνας ευρέως πεδίου (WFIRST) στο Εργαστήριο Jet Propulsion της NASA, εξήγησε :
«Αυτό που προσπαθούμε να κάνουμε είναι να ακυρώσουμε ένα δισεκατομμύριο φωτόνια από το αστέρι για κάθε ένα που συλλαμβάνουμε από τον πλανήτη… Με το WFIRST θα μπορούμε να λαμβάνουμε εικόνες και φάσματα αυτών των μεγάλων πλανητών, με στόχο να αποδείξουμε τεχνολογίες ότι θα χρησιμοποιηθεί σε μια μελλοντική αποστολή – για να δούμε τελικά μικρούς βραχώδεις πλανήτες που θα μπορούσαν να έχουν υγρό νερό στην επιφάνειά τους, ή ακόμα και σημάδια ζωής, όπως το δικό μας».
Απεικόνιση καλλιτέχνη του εξωπλανήτη HR8799e, η οποία παρατηρήθηκε ευθέως χρησιμοποιώντας το όργανο GRAVITY του ESO στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκοπικό Συμβολόμετρο του. Πίστωση εικόνας: ESO/L. Calçada
Το όργανο στεφανογράφου του WFIRST (γνωστό και ως τα «αστρικά γυαλιά» του) είναι ένα πολυεπίπεδο και εξαιρετικά περίπλοκο κομμάτι τεχνολογίας, που αποτελείται από ένα σύστημα μάσκες, πρίσματα, ανιχνευτές και δύο αυτοκαμπτόμενους καθρέφτες. Αυτοί οι καθρέφτες είναι τα βασικά στοιχεία, τα οποία αλλάζουν το σχήμα τους σε πραγματικό χρόνο για να φιλοξενήσουν το εισερχόμενο φως για να αντισταθμίσουν τις μικροσκοπικές αλλαγές στην οπτική του τηλεσκοπίου.
Σε συνδυασμό με «μάσκες» υψηλής τεχνολογίας και άλλα εξαρτήματα – γνωστά συλλογικά ως «ενεργός έλεγχος μετώπου κύματος» – αυτοί οι καθρέφτες αφαιρούν την παρεμβολή που προκαλείται από τα κύματα φωτός που κάμπτονται γύρω από τις άκρες των στοιχείων αποκλεισμού φωτός του στεφανογράφου. Το τελικό αποτέλεσμα αυτού είναι ότι το φως των αστεριών χαμηλώνει ενώ θα εμφανιστούν ελαφρώς λαμπερά αντικείμενα (που στο παρελθόν ήταν αόρατα).
Εκτός από το ότι είναι 100 έως 1.000 φορές πιο ικανός από τους προηγούμενους στεφανογράφους, ο στεφανογράφος του WFIRST χρησιμεύει ως επίδειξης τεχνολογίας που θα δοκιμάσει την αποτελεσματικότητά του στην εύρεση εξωπλανητών. Αυτές οι δοκιμές θα ανοίξουν το δρόμο για την προσθήκη κλιμακωμένων εκδόσεων σε ακόμη μεγαλύτερα τηλεσκόπια, τα οποία περιλαμβάνουν τέσσερα προτεινόμενα παρατηρητήρια που θα σταλεί στο διάστημα μέχρι τη δεκαετία του 2030.
Αυτά περιλαμβάνουν το Μεγάλος υπεριώδης/οπτικός/υπέρυθρος τοπογράφος (LUVOIR), το Διαστημικό τηλεσκόπιο Origins (OST), και το Lynx Surveyor ακτίνων Χ . Χρησιμοποιώντας μεγαλύτερους και πιο προηγμένους στεφανογράφους, αυτά τα τηλεσκόπια θα μπορούν να παράγουν «εικόνες» ενός εικονοστοιχείου μικρότερων πλανητών που βρίσκονται σε τροχιά πιο κοντά στον ήλιο τους (εκεί όπου είναι πιο πιθανό να βρεθούν βραχώδεις πλανήτες).
Μόλις το φως από αυτές τις εικόνες αναλυθεί με ένα φασματόμετρο, οι αστρονόμοι θα μπορούν να κυνηγούν για σημάδια ζωής (γνωστοί και ως βιουπογραφές) όπως ποτέ πριν. Όπως είπε ο Ρόδος:
«Με το WFIRST θα μπορέσουμε να λάβουμε εικόνες και φάσματα αυτών των μεγάλων πλανητών, με στόχο να αποδείξουμε τεχνολογίες που θα χρησιμοποιηθούν σε μια μελλοντική αποστολή – να δούμε τελικά μικρούς βραχώδεις πλανήτες που θα μπορούσαν να έχουν υγρό νερό στην επιφάνειά τους, ή ακόμα και σημάδια ζωής, σαν τα δικά μας».
Η συμπερίληψη ενός κορωνογράφου στο WFIRST είναι σημαντική γιατί θα είναι η πρώτη αποστολή αφού το Hubble (σε τροχιά από το 1990) είναι η μοναδική ναυαρχίδα της αστροφυσικής αποστολής της NASA που περιλαμβάνει αυτήν την τεχνολογία. Φυσικά, οι κορωνογράφοι του Hubble ήταν πολύ απλούστερες και λιγότερο εξελιγμένες εκδόσεις της τεχνολογίας από αυτές που θα χρησιμοποιήσει το WFIRST.
Ενώ το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα εκτοξευθεί νωρίτερα (προγραμματίζεται επί του παρόντος να εκτοξευτεί το 2021) και θα είναι επίσης εξοπλισμένο με την τεχνολογία, δεν θα έχει την ίδια ικανότητα καταστολής του αστρικού φωτός με το WFIRST. Έτσι, ενώ το WFIRST θα είναι η τρίτη εμβληματική αποστολή που θα χρησιμοποιεί τεχνολογία κορωνογράφου, θα είναι επίσης η πιο εξελιγμένη.
«Το WFIRST θα πρέπει να είναι δύο ή τρεις τάξεις μεγέθους πιο ισχυρό από οποιονδήποτε άλλο κορωνογράφο που έχει πετάξει ποτέ [στην ικανότητά του να διακρίνει έναν πλανήτη από το άστρο του]», είπε ο Ρόουντς. «Θα πρέπει να υπάρχει μια ευκαιρία για κάποια πραγματικά συναρπαστική επιστήμη, παρόλο που είναι απλώς μια επίδειξη τεχνολογίας».
Η εντύπωση του καλλιτέχνη από τον περιαστρικό δίσκο με συντρίμμια γύρω από ένα μακρινό αστέρι. Πίστωση: NASA/JPL
Αυτό το είδος τεχνολογίας στεφανογράφου θα μπορούσε επίσης να επιτρέψει τις πιο καθαρές εικόνες που έχουν ληφθεί ποτέ από ένα αστρικό σύστημα που βρίσκεται στα αρχικά στάδια σχηματισμού. Αυτό χαρακτηρίζεται από ένα αστέρι που περιβάλλεται από έναν τεράστιο δίσκο σκόνης και αερίου, ενώ οι πλανήτες σχηματίζονται αργά από συσσωρευμένο υλικό. Επί του παρόντος, ο καλύτερος τρόπος για να μελετήσετε αυτούς τους δίσκους είναι με υπέρυθρες έρευνες που μπορούν να απεικονίσουν τη θερμότητα που απορροφάται από το μητρικό τους αστέρι.
Ως Vanessa Bailey, αστρονόμος στο JPL και τεχνολόγος οργάνων για τον κορωνογράφο WFIRST, εξήγησε :
«Οι δίσκοι συντριμμιών που βλέπουμε σήμερα γύρω από άλλα αστέρια είναι φωτεινότεροι και πιο μαζικοί από αυτό που έχουμε στο δικό μας ηλιακό σύστημα. Το όργανο στεφανογράφου του WFIRST θα μπορούσε να μελετήσει πιο αχνό, πιο διάχυτο υλικό δίσκου που μοιάζει περισσότερο με την Κύρια Ζώνη Αστεροειδών, τη Ζώνη Kuiper και άλλη σκόνη που περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο.
Αυτές οι μελέτες θα μπορούσαν να δώσουν μια εικόνα για το πώς σχηματίστηκε το Ηλιακό μας Σύστημα. Μόλις η τεχνολογία επιδειχθεί επιτυχώς κατά τους πρώτους 18 μήνες της αποστολής, η NASA μπορεί να ξεκινήσει αυτό που είναι γνωστό ως «Πρόγραμμα Συμμετέχοντος Επιστήμονα». Στο πλαίσιο ενός τέτοιου προγράμματος, ο κορωνογράφος θα είναι ανοιχτός στην επιστημονική κοινότητα, επιτρέποντας μια ευρύτερη ποικιλία παρατηρητών και πειραμάτων.
Η προκαταρκτική αναθεώρηση σχεδιασμού είναι μία από τις πολλές που έχουν σχεδιαστεί για να εξετάσουν κάθε πτυχή της αποστολής. Κάθε αναθεώρηση είναι περιεκτική και έχει σκοπό να διασφαλίσει ότι κάθε μεμονωμένο μέρος θα συνεργαστεί με τα άλλα. Με αυτή την ανασκόπηση σχεδιασμού να έχει ολοκληρωθεί, το πρόγραμμα ανάπτυξης του κορωνογράφου προχωρά με γρήγορο ρυθμό.
Ο οπτικός μηχανικός Camilo Mejia Prada ρίχνει φως στο εσωτερικό της κλίνης δοκιμών για τον κορωνογράφο του WFIRST στο JPL της NASA. Πίστωση: NASA/JPL-Caltech/Matthew Luem
Αυτό είναι το δεύτερο σημαντικό στοιχείο της αποστολής WFIRST για να λάβει άδεια. Το Wide-Field Instrument εκκαθαρίστηκε τον Ιούνιο, μια κάμερα εγγύς υπέρυθρη πολλαπλών ζωνών 288 megapixel που θα παρέχει ευκρίνεια εικόνων συγκρίσιμη με αυτή που επιτεύχθηκε από το Hubble σε ένα πεδίο 100 φορές μεγαλύτερο. Αυτή η κάμερα θεωρείται το κύριο όργανο του διαστημικού τηλεσκοπίου.
Όπως ανέφερε η Ρόδος, η αποστολή WFIRST θα είναι ιστορική παρόμοια με αυτήνMars Pathfinderαποστολή που προσγειώθηκε στον Άρη το 1997. Αυτή ήταν η πρώτη αποστολή της NASA που ανέπτυξε ένα rover (Παρεπίδημος) στον Άρη, ο οποίος επικύρωσε βασικές τεχνολογίες και μεθόδους που τελικά θα εισέλθουν στο Πνεύμα , Ευκαιρία , Περιέργεια ,και Μάρτιος 2020 ρόβερ.
«Αυτό ήταν ένα τεχνολογικό demo», είπε ο Rhodes. «Ο στόχος ήταν να δείξουμε ότι ένα rover λειτουργεί στον Άρη. Αλλά συνέχισε να κάνει κάποια πολύ ενδιαφέρουσα επιστήμη κατά τη διάρκεια της ζωής του. Οπότε ελπίζουμε ότι το ίδιο θα ισχύει και για το τεχνολογικό demo του κορωνογράφου του WFIRST».
Περαιτέρω ανάγνωση: NASA