У наступне десятиліття NASA відправить у космос кілька справді вражаючих засобів. До них відносяться космічні телескопи наступного покоління, як космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) та інфрачервоний космічний телескоп широкого поля (WFIRST). Будівля на фундаменті, встановленому Хаббл, WFIRST використає свій сучасний набір інструментів для дослідження деяких найглибших таємниць Всесвіту.
Одним із таких інструментів є коронаграф, який дозволить телескопу отримати чіткий погляд на позасонячні планети. Цей інструмент нещодавно завершив попередній огляд проекту, проведений НАСА, головну віху в його розробці. Це означає, що інструмент відповідав усім вимогам щодо проектування, розкладу та бюджету і тепер може перейти до наступного етапу в розробці.
Хронограф є важливою частиною інструментів полювання на планету WFIRST. Зазвичай, безпосередньо зобразити екзопланети важко через інтенсивні відблиски від батьківських зірок. Це світло у багато разів сильніше, ніж світло, що відбивається від поверхні планети чи атмосфери. З цієї причини малі сліди світла, які вказують на наявність екзопланет, затемнюються для звичайних приладів.
Але відмінивши яскраві відблиски зірки, астрономи матимуть набагато більше шансів помітити планети, які обертаються на орбіті. Це дає додаткову користь від можливості вивчати екзопланети безпосередньо, а не покладатися на непрямі методи, коли зірки контролюються за пониженням яскравості (метод транзиту) або ознаки руху вперед-назад, що вказує на наявність планетарної системи ( Метод променевої швидкості).
Для порівняння, метод прямого зображення дає багато переваг, таких як можливість отримання спектрів безпосередньо з поверхні та атмосфери планети. Це дозволить точніше оцінити склад планети та склад її атмосфери - тобто чи мають поверхневі води, кисень-азот
Як пояснив Джейсон Родос, науковець проекту для широкомасштабного інфрачервоного обстежувального телескопа (WFIRST) в лабораторії реактивного руху НАСА, пояснив:
"Що ми намагаємось зробити - це відмінити мільярд фотонів зірки на кожну, яку ми захопимо з планети ... З WFIRST ми зможемо отримати зображення та спектри цих великих планет з метою довести технології, які буде використовуватися в майбутній місії - врешті-решт подивитися на маленькі скелясті планети, які могли б мати рідку воду на своїх поверхнях, або навіть ознаки життя, як у нас ».
Коронаграфічний інструмент WFIRST (він же його "зіркові окуляри") - це багатошаровий і дуже складний фрагмент технології, що складається з системи масок, призми, детекторів та двох дзеркал, що самовідгинаються. Ці дзеркала є ключовими компонентами, які змінюють свою форму в режимі реального часу для розміщення вхідного світла для компенсації невеликих змін в оптиці телескопа.
У тандемі з високотехнологічними «масками» та іншими компонентами, спільно відомими як «активне управління хвилею фронту», ці дзеркала видаляють перешкоди, спричинені легкими хвилями, що загинаються навколо країв блокуючих елементів коронаграму. Кінцевим підсумком цього є те, що зоряне світло тьмяніє, тоді як з'являться слабкі сяючі предмети (які раніше були невидимими).
Окрім того, що він у 100-1000 разів здатніший до попередніх коронаграфів, коронаграф WFIRST виконує функцію демонстратора технологій, який перевірить його ефективність, допомагаючи знайти екзопланети. Ці випробування прокладуть шлях для додавання масштабованих версій до ще більших телескопів, що включає чотири запропоновані обсерваторії, які будуть відправлені в космос до 2030-х років.
До них відносяться Великий ультрафіолетовий / оптичний / інфрачервоний геодезист (LUVOIR), Походження космічного телескопа (OST) та Рентгенівський рентгенограф. Використовуючи більші та вдосконалені коронаграфи, ці телескопи зможуть генерувати однопіксельні «зображення» менших планет, які орбітують ближче до своїх сонців (саме там, де найбільше шансів знайти скелясті планети).
Після того, як світло з цих зображень буде проаналізовано за допомогою спектрометра, астрономи зможуть полювати на ознаки життя (т.к. біосигнатури), як ніколи. Як сказав Родос:
"За допомогою WFIRST ми зможемо отримати зображення та спектри цих великих планет з метою довести технології, які будуть використовуватися в майбутній місії - врешті-решт подивитися на маленькі скелясті планети, які можуть мати рідку воду на своїх поверхнях, або навіть ознаки життя, як у нас ».
Включення коронаграфа на WFIRST є важливим, оскільки це буде першою місією, оскільки Хаббл (на орбіті з 1990 року) є єдиною флагманською місією астрофізики НАСА, яка включає цю технологію. Звичайно, коронаграфи Хаббла були набагато простішими та менш складними версіями технології, ніж те, що використовуватиме WFIRST.
Хоча космічний телескоп Джеймса Вебба буде запущений раніше (планується його запуск у 2021 році) і також буде оснащений технологією, він не може похвалитися такою ж здатністю придушення зоряного світла, що і WFIRST. Тож, хоча WFIRST стане третьою флагманською місією з використання коронаграфічних технологій, вона також буде найскладнішою.
"WFIRST повинен бути на два-три порядки більш потужним, ніж будь-який інший коронаграф, який коли-небудь пролітав [у своїй здатності відрізняти планету від її зірки]", - сказав Родос. "Має бути шанс для якоїсь справді переконливої науки, навіть якщо це лише демонстрація технологій."
Цей вид коронаграфічних технологій також міг би забезпечити найясніші зображення, зроблені колись із зіркової системи, що знаходиться на ранніх стадіях формування. Для цього характерна зірка, оточена масивним диском пилу та газу, в той час як планети повільно утворюються з нарощеного матеріалу. В даний час найкращим способом вивчення цих дисків є інфрачервоні дослідження, які дозволяють зобразити тепло, поглинене від їх материнської зірки.
Як Ванеса Бейлі, астроном JPL та приладовий технолог WFIRST
«Диски сміття, які ми бачимо сьогодні навколо інших зірок, яскравіші та масивніші, ніж у нас у нашій Сонячній системі. Коронаграфічний інструмент WFIRST міг би вивчати слабкіші, дифузніші матеріали диска, схожі на Головний пояс астероїда, Пояс Койпера та інші пили, що обходять навколо Сонця. "
Ці дослідження можуть дати зрозуміти, як формувалася наша Сонячна система. Після успішної демонстрації технології протягом перших 18 місяців місії, NASA може розпочати те, що відомо як "Програма вченого-учасника". За такою програмою коронаграф буде відкритий для наукового співтовариства, що дозволить отримати широке коло спостерігачів та експерименти.
Попередній огляд дизайну - один з декількох, розроблений для вивчення всіх аспектів місії. Кожен огляд є вичерпним і покликаний забезпечити, щоб кожна окрема частина працювала з іншими. Коли цей огляд дизайну завершений, графік розробки коронаграфа рухається вперед швидкими темпами.
Це другий головний компонент місії WFIRST щодо отримання дозволу. Інструмент із широкими полями був очищений ще в червні, багатодіапазонна 288-мегапіксельна багатодіапазонна ближча інфрачервона камера, яка забезпечить чіткість зображень, порівнянну з тією, яку досяг Хаббл над полем у 100 разів більшим. Ця камера вважається головним інструментом космічного телескопа.
Як зазначав Родос, місія WFIRST буде історичною, аналогічною цій Марс-Патфіндер місія, що висадилася на Марсі в 1997 році. Це була перша місія NASA, яка розгорнула ровер (Притулок) на Марсі, які затвердили ключові технології та методи, які в кінцевому підсумку перейдуть в систему Дух, Можливість, Цікавість, і Марс 2020 роверів.
"Це була демонстрація технологій", - сказав Родос. «Мета полягала в тому, щоб показати, що на Марсі працює ровер. Але він продовжував займатися дуже цікавою наукою протягом свого життя. Тож ми сподіваємось, що це стосується і коронаграфічної демонстрації WFIRST. "
