З недавнім запуском Прохідний супутник опитування екзопланет (TESS) - що відбувся у середу, 18 квітня 2018 р. - багато уваги було приділено космічним телескопам наступного покоління, які вийдуть у космос у найближчі роки. Сюди входять не тількиКосмічний телескоп Джеймса Вебба, який зараз планується запустити в 2020 році, але деякі інші вдосконалені космічні апарати, які будуть розгорнуті до 2030-х років.
Таке було предметом нещодавнього Десятилітнього опитування астрофізики 2020 року, яке включало чотири провідні концепції місії, які зараз вивчаються. Коли ці місії вийдуть у космос, вони підберуть місця, де подобаються місії Хаббл, Кеплер, Шпіцер і Чандра залишено, але матиме більшу чутливість та здатність. Тому вони очікують, що вони розкриють набагато більше про наш Всесвіт та секрети, які він зберігає.
Як і очікувалося, концепції місії, подані до Десятирічного опитування 2020 року, охоплюють широкий спектр наукових цілей - від спостереження за далекими чорними дірами та раннього Всесвіту до дослідження екзопланет навколо довколишніх зірок та вивчення тіл Сонячної системи. Ці ідеї були ретельно перевірені науковою спільнотою, і чотири були обрані такими, що гідні переслідування.
Як пояснила Сьюзан Нефф, головний науковий співробітник НАСА Програма космічних витоків у недавньому прес-релізі NASA:
«Це час для астрофізики. Ми хочемо побудувати всі ці концепції, але у нас немає бюджету, щоб зробити усі чотири одночасно. Сенс цих декадальних досліджень полягає в тому, щоб дати членам спільноти астрофізики найкращу можливу інформацію, коли вони вирішать, яку науку робити першою ».
Чотири обрані концепції включають в себе Великий ультрафіолетовий / оптичний / інфрачервоний геодезист (LUVOIR), гігантська космічна обсерваторія, розроблена в традиціях Космічний телескоп Хаббл. Оскільки одна з двох концепцій, яку досліджує НАСА Центр космічних польотів Годдарда, ця концепція місії вимагає створення космічного телескопа з масивним сегментованим первинним дзеркалом, яке має діаметр близько 15 метрів (49 футів).
Для порівняння - JWST‘s (в даний час найсучасніший космічний телескоп) первинне дзеркало має діаметр 6,5 м (21 фут 4 дюйма). Так само, як і дзеркало JWST, дзеркало LUVOIR буде складатися з регульованих сегментів, які розгортатимуться після його розгортання в космос. Приводи та двигуни активно регулювали б і вирівнювали ці сегменти для того, щоб досягти ідеального фокусу та захоплення світла від слабких та далеких предметів.
За допомогою цих передових інструментів LUVOIR зможе безпосередньо зображувати планети розміром із Землею та оцінювати їх атмосферу. Як пояснив науковий співробітник Акі Роберж:
«Ця місія амбітна, але визначити, чи є життя поза Сонячною системою, це приз. Цією ціллю керують усі високотехнологічні полюси ... Фізична стабільність, а також активне управління первинним дзеркалом та внутрішнім коронаграфом (пристроєм для блокування зіркового світла) призведе до точності пікометра. Це все про контроль. "
Там також Походження космічного телескопа (OST) - ще одна концепція, яку здійснює Центр космічних польотів Годдарда. Наче подібне Космічний телескоп Шпіцера і Космічна обсерваторія Гершель, ця далека інфрачервона обсерваторія запропонувала б в 10000 разів більше чутливості, ніж будь-який попередній далеко інфрачервоний телескоп. Її цілі включають спостереження за найдальшими ділянками Всесвіту, відстеження шляху води через утворення зірок і планет та пошук ознак життя в атмосфері екзопланет.
Його первинне дзеркало, яке вимірювало б діаметр близько 9 м (30 футів), буде першим активно охолоджуваним телескопом, підтримуючи дзеркало при температурі близько 4 К (-269 ° С; -452 ° F) та його детектори при температура 0,05 К. Для досягнення цього команда OST буде покладатися на літаючі шари сонцезахисних екранів, чотири кріоохладителя та багатоступеневий безперервний адіабатичний холодильник розмагнічування (CADR).
За словами Дейва Лейсавіца, вченого Годдарда та вченого з вивчення OST, OST особливо покладається на великі масиви надпровідних детекторів, які вимірюють мільйони пікселів. "Коли люди запитують про технологічні прогалини в розробці космічного телескопа Origins, я кажу їм, що головні три проблеми - це детектори, детектори, детектори", - сказав він. "Вся справа в детекторах".
Зокрема, OST буде покладатися на два нові види детекторів: датчики крайових переходів (TES) або детектори кінетичної індуктивності (KID). Детектори TES, хоча ще відносно нові, швидко дозрівають і зараз використовуються в інструменті HAWC + на борту Стратосферної обсерваторії інфрачервоної астрономії НАСА НАСА (SOFIA).
Тоді є Привітний екзопланетний пристрій (HabEx), який розробляється лабораторією реактивного руху NASA. Як і LUVOIR, цей телескоп також безпосередньо зображав би планетарні системи для аналізу складу атмосфер планети за допомогою великого сегментованого дзеркала. Крім того, воно вивчило б найдавніші епохи в історії Всесвіту та життєвий цикл наймасивніших зірок, прояснивши таким чином світло на те, як формуються необхідні для життя елементи.
Так само, як LUVOIR, HabEx зможе провести дослідження ультрафіолетової, оптичної та ближньої інфрачервоної довжин хвиль, а також зможе блокувати яскравість материнської зірки, щоб вона могла бачити, як світло відбивається від будь-яких планет, що обертаються навколо неї. Як пояснив Ніл Циммерман, експерт NASA у галузі коронаграфії:
"Щоб безпосередньо зобразити планету, яка обертається навколо зорі, ми повинні подолати величезний бар'єр у динамічному діапазоні: переважна яскравість зірки проти тьмяного відбиття зіркового світла від планети, лише два крихітні кути, що розділяють ці дві. Немає розв'язання цієї проблеми, оскільки вона на відміну від будь-якої іншої проблеми в спостережній астрономії ".
Щоб вирішити цю проблему, команда HabEx розглядає два підходи, до яких належать зовнішні відтінки зірочок у формі пелюсток, що блокують світло та внутрішні коронаграфи, які не дозволяють зірковому світлу потрапляти до детекторів. Іншою можливістю, яку досліджують, є нанесення вуглецевих нанотрубок на коронаграфічні маски, щоб змінити структури будь-якого дифракційного світла, який все ще проникає.
Останнє, але не менш важливе, - це Рентгенівський огляд відомий як Рись розробляється Центром космічних польотів Маршалла. З чотирьох космічних телескопів Lynx є єдиною концепцією, яка вивчить Всесвіт за допомогою рентгенівських променів. Використовуючи рентгенівський мікрокалориметровий спектрометр, цей космічний телескоп буде виявляти рентгенівські промені, що надходять із надмасивних чорних дірок (SMBH) у центрі найдавніших галактик Всесвіту.
Ця методика складається з рентгенівських знімків, які вражають пошкодження детектора і перетворюють свою енергію в тепло, яке вимірюється термометром. Таким чином Lynx допоможе астрономам розблокувати те, як формувалися найдавніші SMBH. Як розповів Роб Петре, член дослідження Lynx у Годдарді, місію:
«Супермасивні чорні діри існували набагато раніше у Всесвіті, ніж передбачають наші сучасні теорії. Ми не розуміємо, як такі масивні об’єкти формувалися так швидко після того часу, коли могли утворитися перші зірки. Нам потрібен рентгенівський телескоп, щоб побачити найперші надмасивні чорні діри, щоб дати вклад для теорій про те, як вони могли формуватися ».
Незалежно від того, яку місію NASA обирає в кінцевому рахунку, агентство та окремі центри почали інвестувати в передові інструменти для здійснення таких концепцій у майбутньому. Чотири команди подали проміжні звіти ще в березні. До наступного року вони, як очікується, завершать заключні звіти для Національної ради досліджень (NRC), які будуть використані для інформування своїх рекомендацій НАСА в найближчі роки.
Як повідомив Тай Фам, менеджер з розробки технологій для НАСА в офісі програми з астрофізики:
"Я не кажу, що це буде легко. Цього не буде. Це амбітні місії зі значними технічними проблемами, багато з яких перетинаються і стосуються всіх. Хороша новина полягає в тому, що основи зараз закладаються ».
Оскільки TESS зараз розгорнуто, а JWST планується запустити до 2020 року, уроки, отримані в наступні кілька років, безумовно, будуть включені в ці місії. В даний час не ясно, яка з наступних концепцій вийде в космос до 2030-х років. Однак між їх передовими інструментами та уроками, отриманими з минулих місій, ми можемо очікувати, що вони зроблять глибокі відкриття про Всесвіт.
