В следващото десетилетие НАСА ще изпрати в космоса някои наистина впечатляващи съоръжения. Те включват космическите телескопи от ново поколение като космическия телескоп James Webb (JWST) и инфрачервения космически телескоп с широко поле (WFIRST). Изграждане на основата, създадена от Хъбъл, WFIRST ще използва своя усъвършенстван набор от инструменти, за да изследва някои от най-дълбоките мистерии на Вселената.
Един от тези инструменти е коронаграфът, който ще позволи на телескопа да получи ясен поглед върху извън слънчевите планети. Този инструмент наскоро завърши предварителен преглед на проекта, проведен от НАСА, основен момент в неговото развитие. Това означава, че инструментът е изпълнил всички изисквания за дизайн, график и бюджет и сега може да премине към следващата фаза в разработката.
Хронографът е важна част от инструментите на WFIRST за лов на планети. Обикновено директно изобразяване на екзопланети е трудно поради интензивните отблясъци, идващи от родителските им звезди. Тази светлина е много пъти по-мощна от светлината, която се отразява от повърхността или атмосферата на планетата. Поради тази причина малките следи от светлина, които показват наличието на екзопланети, са затъмнени за конвенционалните инструменти.
Но като отменят интензивния отблясък на звезда, астрономите ще имат много по-голям шанс да забележат планети, които я обикалят. Това предлага допълнителната полза от възможността да изучават директно екзопланети, вместо да се разчита на косвени методи, при които звездите се наблюдават за потапяне в яркостта (методът на транзит) или признаци за движение напред и назад, което показва наличието на планетарна система ( Метод на радиална скорост).
За сравнение методът за директно изобразяване предлага много предимства, като например способността за получаване на спектри директно от повърхността и атмосферата на планетата. Това ще позволи по-точни оценки на състава на планетата и състава на нейната атмосфера - т.е. има ли повърхностна вода, кислород-азот
Както Джейсън Роудс, проектният учен за широколентовия инфрачервен телескоп за наблюдение (WFIRST) в лабораторията за реактивни двигатели на НАСА, обясни:
„Това, което се опитваме да направим, е да премахнем милиард фотона от звездата за всеки, който заснемем от планетата… С WFIRST ще можем да получим изображения и спектри на тези големи планети, с цел да докажем технологии, които ще бъде използван в бъдеща мисия - в крайна сметка да разгледаме малки скалисти планети, които биха могли да имат течна вода на повърхностите си или дори признаци на живот, като нашата собствена. “
Коронаграфният инструмент на WFIRST (известен още като неговите „звездни стъкла“) е многопластов и изключително сложен елемент от технология, състоящ се от система от маски, призми, детектори и две огледала за самозатягане. Тези огледала са ключовите компоненти, които променят формата си в реално време, за да поместят входяща светлина, за да компенсират малки промени в оптиката на телескопа.
В тандем с високотехнологични „маски“ и други компоненти - общо известни като „активен контрол на вълната“ - тези огледала премахват смущения, причинени от светлинни вълни, които се огъват около краищата на светло блокиращите елементи на коронаграфа. Крайният резултат от това е, че звездната светлина затъмнява, докато се появяват слабо светещи предмети (които преди това са били невидими).
Освен че е 100 до 1000 пъти по-способен от предишните коронаграфи, коронаграфът на WFIRST служи като технологичен демонстратор, който ще тества ефективността му, като помага за намирането на екзопланети. Тези тестове ще проправят пътя за добавяне на мащабирани версии към още по-големи телескопи, което включва четирите предложени обсерватории, които ще бъдат изпратени в космоса до 2030-те.
Те включват Голям ултравиолетов / оптичен / инфрачервен геодезист (LUVOIR), Произход космически телескоп (OST) и Рентгенов рентгенограф на Lynx, Използвайки по-големи и усъвършенствани коронаграфи, тези телескопи ще могат да генерират еднопикселни „изображения“ на по-малки планети, които обикалят около орбитите си (където най-вероятно са откритите скални планети).
След като светлината от тези изображения се анализира със спектрометър, астрономите ще могат да ловуват за признаци на живот (известни още като биосигнатури), както никога досега. Както Родос каза:
„С WFIRST ще можем да получим изображения и спектри на тези големи планети, с цел да докажем технологии, които ще бъдат използвани в бъдеща мисия - в крайна сметка да разгледаме малки скалисти планети, които биха могли да имат течна вода на повърхностите си, или дори признаци на живот, като нашия собствен. "
Включването на коронаграф на WFIRST е важно, тъй като това ще бъде първата мисия, тъй като Хъбъл (на орбита от 1990 г.) е единствената водеща мисия на НАСА за астрофизика, която включва тази технология. Разбира се, коронаграфиите на Хъбъл бяха далеч по-опростени и не толкова сложни версии на технологията, отколкото тази, която WFIRST ще използва.
Докато космическият телескоп James Webb ще бъде пуснат по-рано (в момента планира да стартира през 2021 г.) и също ще бъде оборудван с технологията, той няма да се похвали със същата способност за потискане на звездна светлина като WFIRST. Така че, докато WFIRST ще бъде третата водеща мисия, използваща коронаграфска технология, тя ще бъде и най-сложната.
„WFIRST трябва да бъде с два или три порядъка по-мощен от всеки друг коронаграф, който някога е летял [по своята способност да различава планета от нейната звезда],“ каза Родос. „Трябва да има шанс за наистина убедителна наука, въпреки че това е просто технологично демо.“
Този вид коронаграфска технология може също така да позволи най-ясните изображения, правени някога на звездна система, която е в началните етапи на формиране. Това се характеризира с звезда, заобиколена от масивен диск от прах и газ, докато планетите бавно се образуват от натрупания материал. В момента най-добрият начин за изучаване на тези дискове е чрез инфрачервени изследвания, които могат да изобразят топлината, погълната от родителската им звезда.
Като Ванеса Бейли, астроном в JPL и инструментален технолог за WFIRST
„Дисковете за отломки, които виждаме днес около други звезди, са по-ярки и по-масивни от това, което имаме в нашата собствена слънчева система. Коронаграфният инструмент на WFIRST може да изучава по-слаб, по-дифузен материал на диска, който е по-скоро като Главния астероиден пояс, пояса на Койпер и друг прах, обикалящ около Слънцето. "
Тези изследвания могат да дадат представа за това как се е формирала нашата Слънчева система. След като технологията бъде успешно демонстрирана през първите 18 месеца на мисията, НАСА може да започне това, което е известно като „Участваща програма за учени“. В рамките на такава програма коронаграфът ще бъде отворен за научната общност, позволяващ по-голямо разнообразие от наблюдатели и експерименти.
Предварителният преглед на дизайна е един от няколкото, предназначени да изследват всеки аспект на мисията. Всеки преглед е изчерпателен и има за цел да гарантира, че всяка отделна част ще работи с останалите. С приключването на този преглед на дизайна графикът на разработка на коронаграфа се движи напред с бързи темпове.
Това е вторият основен компонент от мисията WFIRST за получаване на разрешение. Инструментът с широко поле беше изчистен през юни, 288-мегапикселова мулти-лентова близо инфрачервена камера, която ще осигури рязкост на изображенията, сравнима с тази, постигната от Хъбъл над поле 100 пъти по-голямо. Тази камера се счита за основен инструмент на космическия телескоп.
Както посочи Родос, мисията WFIRST ще бъде историческа, подобна на тази Марс Pathfinder мисия, която кацна на Марс през 1997 г. Това беше първата мисия на НАСА, която разположи ровер (пришелец) на Марс, които валидираха ключови технологии и методи, които в крайна сметка ще влязат в дух, Възможност, Любопитство, и Марс 2020 Роувърс.
„Това беше технологично демо“, каза Родос. „Целта беше да се покаже, че на Марс работи роувър. Но през живота си продължи да прави много интересна наука. Така че ние се надяваме, че същото ще бъде вярно и за коронаграфската демонстрация на WFIRST. "
