S nedavnim lansiranjem Tranzitni satelit ankete egzoplaneta (TESS) - koji se održao u srijedu, 18. travnja 2018. - velika je pažnja usmjerena na svemirske teleskope nove generacije koji će u narednim godinama ponijeti svemir. To ne uključuje samoJames Webb svemirski teleskop, koji je trenutačno planiran za lansiranje 2020., ali neke druge napredne svemirske letjelice koje će biti raspoređene do 2030-ih.
Takva je tema bila nedavnog Dekadnog istraživanja 2020. za astrofiziku, koji je obuhvatio četiri koncepta vodeće misije koji se trenutno proučavaju. Kad se ove misije odvedu u svemir, pokupit će se tamo gdje misije vole Hubble, Kepler, Spitzer i Chandra ostavljeni, ali će imati veću osjetljivost i sposobnost. Kao takvi, očekuje se da će oni otkriti puno više o našem Svemiru i tajnama koje on čuva.
Kao što se očekivalo, koncepti misije podneseni u Dekadnom istraživanju 2020. godine pokrivaju širok raspon znanstvenih ciljeva - od promatranja udaljenih crnih rupa i ranog svemira do istraživanja egzoplaneta oko obližnjih zvijezda i proučavanja tijela Sunčevog sustava. Znanstvena je zajednica temeljito provjerila ove ideje, a četiri su odabrane kao vrijedne istrage.
Kao što je Susan Neff, glavna znanstvenica NASA-inog programa za kozmičko podrijetlo, objasnila u nedavnom NASA-inom priopćenju za javnost:
„Ovo je vrijeme igre za astrofiziku. Želimo izgraditi sve te koncepte, ali nemamo proračun da istodobno radimo sve četiri. Svrha ovih dekadalnih studija je pružiti članovima astrofizičke zajednice najbolje moguće informacije jer oni odluče koju od nauka prvo raditi. "
Četiri odabrana koncepta uključuju Veliki ultravijolični / optički / infracrveni geodet (LUVOIR), golemi svemirski opservatorij, razvijen u tradiciji Hubble svemirski teleskop, Kao jedan od dva koncepta koja istražuje NASA-in Goddard Space Space Let, ovaj koncept misije zahtijeva svemirski teleskop s masivnim segmentiranim primarnim zrcalom koje u promjeru ima oko 15 metara (49 stopa).
Za usporedbu, JWST‘s (trenutno najnapredniji svemirski teleskop) primarno ogledalo promjera 6,5 m (21 ft 4 inča). Kao i JWST, LUVOIR-ovo ogledalo bilo bi sastavljeno od podesivih segmenata koji bi se otvarali jednom kada se rabe u svemir. Pokretači i motori aktivno bi podešavali i poravnavali te segmente kako bi postigli savršen fokus i hvatanje svjetla iz slabih i udaljenih predmeta.
Pomoću ovih naprednih alata LUVOIR bi mogao izravno uslikati planete veličine Zemlje i procijeniti njihovu atmosferu. Kako je objasnio studijski znanstvenik Aki Roberge:
„Ova je misija ambiciozna, ali nagrada je saznati postoji li život izvan Sunčevog sustava. Ovaj je cilj vođen svim visokim tehnološkim stupovima ... Fizička stabilnost, plus aktivna kontrola na primarnom ogledalu i unutarnjem koronagrafu (uređaju za blokiranje zvjezdanog svjetla) rezultirat će u preciznosti pikometra. Sve se odnosi na kontrolu. "
Tu su i Svemirski teleskop (OST), još jedan koncept koji slijedi Goddard Centar za svemirske letove. Mnogo slično Spiterski svemirski teleskop i the Herschelov svemirski opservatorij, ovaj bi infracrveni opservatorij ponudio 10.000 puta veću osjetljivost od bilo kojeg prethodnog daleko infracrvenog teleskopa. Njezini ciljevi uključuju promatranje najudaljenijih dosega svemira, traženje vode kroz stvaranje zvijezda i planeta i traženje znakova života u atmosferi egzoplaneta.
Njegovo primarno ogledalo, koje bi izmjerilo oko 9 m (30 ft), bio bi prvi aktivno hlađeni teleskop, koji bi održavao ogledalo na temperaturi od oko 4 K (-269 ° C; -452 ° F), a njegovi detektori na temperatura od 0,05 K. Da bi se to postiglo, tim OST-a oslanjat će se na leteće slojeve sunčanica, četiri kriokolera i višestupanjski kontinuirani adijabatski hladnjak za magneziju (CADR).
Prema Dave Leisawitz, Goddardov znanstvenik i OST znanstvenik, OST se posebno oslanja na velike nizove superprevodnih detektora koji mjere u milijunima piksela. "Kad me ljudi pitaju o tehnološkim nedostacima u razvoju svemirskog teleskopa Origins, kažem im da su prva tri izazova detektori, detektori, detektori", rekao je. "Sve se radi o detektorima."
Konkretno, OST bi se oslanjao na dvije nove vrste detektora: senzori prijelaznog ruba (TES) ili detektori kinetičke induktivnosti (KID). Iako su još relativno novi, TES detektori brzo sazrijevaju i trenutno se koriste u HAWC + instrumentu na NASA-inom stratosferskom opservatoriju za infracrvenu astronomiju (SOFIA).
Onda je tu Stanovni egzoplanet imager (HabEx) koji je razvio NASA-in laboratorij za mlazni pogon. Poput LUVOIR-a, i ovaj bi teleskop izravno prikazao planetarne sustave za analizu sastava planeta u atmosferi s velikim segmentiranim zrcalom. Osim toga, proučavala bi i najranije epohe u povijesti Svemira i životni ciklus najmasivnijih zvijezda, propuštajući tako svjetlost na to kako se formiraju elementi potrebni za život.
Kao i LUVOIR, HabEx će moći provoditi studije u ultraljubičastoj, optičkoj i blizu infracrvenoj valnoj duljini, te biti u mogućnosti blokirati svjetlost roditeljske zvijezde kako bi mogla vidjeti svjetlost koja se odbija od bilo kojeg planeta koji joj okružuje. Kao što je Neil Zimmerman, NASA-in stručnjak za područje koronagrafije, objasnio:
„Da bismo izravno zamislili o planetu koji kruži oko obližnje zvijezde, moramo prevladati ogromnu barijeru u dinamičkom rasponu: neodoljivu svjetlinu zvijezde u odnosu na prigušeni odraz zvijezde od planete, s tek malim kutom koji ih razdvaja. Ne postoji uobičajeno rješenje za ovaj problem jer je tako za razliku od bilo kojeg drugog izazova u promatračkoj astronomiji. "
Da bi se riješio ovog izazova, HabEx tim razmatra dva pristupa, koji uključuju vanjske nijanse zvijezde u obliku latica koje blokiraju svjetlost i unutarnje koronagrafe koji sprečavaju da zvijezda ne prodre u detektore. Druga mogućnost koja se istražuje je primjena ugljikovih nanocjevčica na koronagrafske maske kako bi se modificirali obrasci svake difrakcijske svjetlosti koja još prolazi.
Posljednje, ali ne najmanje bitno, jest Rendgenska snimka poznat kao Ris koji je razvio Centar za svemirske letove Marshall. Od četiri svemirska teleskopa, Lynx je jedini koncept koji će pregledati Svemir pomoću X-zraka. Pomoću spektrometra za snimanje mikrokalorimetra rendgenskim zračenjem, ovaj svemirski teleskop detektirat će X-zrake koje dolaze iz Supermasivne crne rupe (SMBH) u središtu najranijih galaksija u Svemiru.
Ova se tehnika sastoji od rendgenskih fotografija koje udaraju u abnormalnost detektora i pretvaraju njihovu energiju u toplinu, što se mjeri termometrom. Na ovaj će način Lynx pomoći astronomima da otkriju kako su nastali najraniji SMBH. Kao Rob Petre, član studije Lynx u Goddardu, opisao je misiju:
„Primjećeno je da supermasivne crne rupe postoje sve ranije u svemiru nego što to predviđaju naše teorije. Ne razumijemo kako su se tako masivni predmeti formirali tako brzo nakon vremena kad su prve zvijezde mogle nastati. Potreban nam je rendgenski teleskop da bismo vidjeli prve supermasivne crne rupe kako bismo pružili ulaz za teorije o tome kako su se možda formirale. "
Bez obzira koju misiju NASA odabrala, agencija i pojedini centri počeli su ulagati u napredne alate za ostvarivanje takvih koncepata u budućnosti. Četiri tima podnijela su privremena izvješća u ožujku. Očekuje se da će do sljedeće godine dovršiti završna izvješća Nacionalnog istraživačkog vijeća (NRC), koje će se koristiti za informiranje NASA-e o preporukama u narednim godinama.
Kao Thai Pham, menadžer za razvoj tehnologije za NASA-in Ured za program astrofizike, naznačio je:
"Ne kažem da će biti lako. Neće biti. Riječ je o ambicioznim misijama, sa značajnim tehničkim izazovima, od kojih se mnoge preklapaju i odnose se na sve. Dobra vijest je da se temelj postavlja sada. "
Budući da je TESS sada raspoređen, a JWST trebao biti predstavljen do 2020. godine, lekcije naučene u sljedećih nekoliko godina zasigurno će biti ugrađene u ove misije. Trenutno nije jasno koji će od sljedećih koncepata krenuti u svemir do 2030-ih. Međutim, između njihovih naprednih instrumenata i pouka iz prošlih misija možemo očekivati da će oni napraviti neka duboka otkrića o Svemiru.
