Με την πρόσφατη κυκλοφορία του Διαμετακόμιση δορυφόρου Exoplanet Survey (TESS) - που πραγματοποιήθηκε την Τετάρτη, 18 Απριλίου 2018 - έχει δοθεί μεγάλη προσοχή στα διαστημικά τηλεσκόπια επόμενης γενιάς που θα φτάσουν στο διάστημα τα επόμενα χρόνια. Αυτά περιλαμβάνουν όχι μόνο τοΔιαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει το 2020, αλλά μερικά άλλα προηγμένα διαστημόπλοια που θα αναπτυχθούν έως το 2030.
Αυτό ήταν το αντικείμενο της πρόσφατης έρευνας Decadal 2020 για την Αστροφυσική, η οποία περιελάμβανε τέσσερις εμβληματικές έννοιες αποστολής που μελετώνται επί του παρόντος. Όταν αυτές οι αποστολές φτάσουν στο διάστημα, θα πάρουν εκεί που τους αρέσει Hubble, Kepler, Spitzer και Τσάντρα σταματήσει, αλλά θα έχει μεγαλύτερη ευαισθησία και ικανότητα. Ως εκ τούτου, αναμένεται να αποκαλύψουν πολλά περισσότερα για το Σύμπαν και τα μυστικά που κατέχει.
Όπως ήταν αναμενόμενο, οι έννοιες της αποστολής που υποβλήθηκαν στην έρευνα Decadal 2020 καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα επιστημονικών στόχων - από την παρατήρηση μακρινών μαύρων τρυπών και το πρώιμο Σύμπαν έως τη διερεύνηση εξωπλανητών γύρω από τα κοντινά αστέρια και τη μελέτη των σωμάτων του Ηλιακού Συστήματος. Αυτές οι ιδέες εξετάστηκαν διεξοδικά από την επιστημονική κοινότητα και τέσσερις έχουν επιλεγεί ως άξιες επιδίωξης.
Όπως εξήγησε η Susan Neff, επικεφαλής επιστήμονας του προγράμματος Cosmic Origins της NASA, σε πρόσφατο δελτίο τύπου της NASA:
«Αυτή είναι η ώρα του παιχνιδιού για την αστροφυσική. Θέλουμε να δημιουργήσουμε όλες αυτές τις έννοιες, αλλά δεν έχουμε τον προϋπολογισμό να κάνουμε και τα τέσσερα ταυτόχρονα. Ο σκοπός αυτών των δεκαδικών μελετών είναι να δώσουν στα μέλη της αστροφυσικής κοινότητας τις καλύτερες δυνατές πληροφορίες καθώς αποφασίζουν ποια επιστήμη θα κάνουν πρώτα ».
Οι τέσσερις επιλεγμένες έννοιες περιλαμβάνουν το Μετρητής υπεριώδους / οπτικού / υπέρυθρου (LUVOIR), ένα γιγαντιαίο διαστημικό παρατηρητήριο που αναπτύχθηκε στην παράδοση του Διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Ως μία από τις δύο έννοιες που διερευνάται από το Διαστημικό Κέντρο Πτήσης Goddard της NASA, αυτή η ιδέα της αποστολής απαιτεί ένα διαστημικό τηλεσκόπιο με έναν τεράστιο πρωτογενή καθρέφτη με διαμέτρηση που έχει διάμετρο περίπου 15 μέτρα.
Συγκριτικά, το JWST‘Ο πρωτογενής καθρέφτης s (σήμερα το πιο προηγμένο διαστημικό τηλεσκόπιο) έχει διάμετρο 6,5 m (21 ft 4 in). Όπως και το JWST, ο καθρέφτης του LUVOIR θα αποτελούταν από ρυθμιζόμενα τμήματα που θα ξεδιπλώνονταν μόλις αναπτυχθεί στο διάστημα. Οι ενεργοποιητές και οι κινητήρες προσαρμόζουν ενεργά και ευθυγραμμίζουν αυτά τα τμήματα για να επιτύχουν την τέλεια εστίαση και να συλλάβουν φως από εξασθενημένα και μακρινά αντικείμενα.
Με αυτά τα προηγμένα εργαλεία, το LUVOIR θα μπορεί να απεικονίζει άμεσα πλανήτες μεγέθους Γης και να εκτιμήσει την ατμόσφαιρά τους. Όπως εξήγησε ο Επιστήμονας της Μελέτης Aki Roberge:
«Αυτή η αποστολή είναι φιλόδοξη, αλλά το να βρεις αν υπάρχει ζωή έξω από το ηλιακό σύστημα είναι το βραβείο. Όλοι οι ψηλοί πόλοι της τεχνολογίας καθορίζονται από αυτόν τον στόχο… Η φυσική σταθερότητα, καθώς και ο ενεργός έλεγχος στον πρωτεύοντα καθρέφτη και μια εσωτερική στεφάνη (μια συσκευή για τον αποκλεισμό του φωτός του αστεριού) θα έχει ως αποτέλεσμα την ακρίβεια του πικόμετρου. Είναι όλα σχετικά με τον έλεγχο. "
Υπάρχει επίσης το Διαστημικό τηλεσκόπιο Origins (OST), μια άλλη ιδέα που επιδιώκει το Goddard Space Flight Center. Μοιάζει πολύ με το Διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer και το Διαστημικό Παρατηρητήριο Herschel, αυτό το παρατηρητήριο υπερύθρων θα προσφέρει 10.000 φορές μεγαλύτερη ευαισθησία από οποιοδήποτε προηγούμενο τηλεσκόπιο υπερύθρων. Οι στόχοι του περιλαμβάνουν την παρατήρηση των πιο απομακρυσμένων σημείων του σύμπαντος, την ανίχνευση της πορείας του νερού μέσω του σχηματισμού άστρων και πλανητών και την αναζήτηση σημείων ζωής στις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών.
Ο κύριος καθρέφτης του, που θα είχε διάμετρο περίπου 9 m (30 πόδια), θα ήταν το πρώτο ενεργά ψυγμένο τηλεσκόπιο, διατηρώντας τον καθρέφτη του σε θερμοκρασία περίπου 4 K (-269 ° C, -452 ° F) και οι ανιχνευτές του θερμοκρασία 0,05 K. Για να επιτευχθεί αυτό, η ομάδα OST θα βασιστεί σε πετώντας στρώματα ηλιοφάνειας, τέσσερα κρυοψύκτες και ένα ψυγείο συνεχούς αδιαβατικού απομαγνητισμού πολλαπλών σταδίων (CADR).
Σύμφωνα με τον Dave Leisawitz, επιστήμονα Goddard και επιστήμονα μελέτης OST, το OST βασίζεται ιδιαίτερα σε μεγάλες συστοιχίες ανιχνευτών υπεραγωγών που μετρά σε εκατομμύρια pixel. «Όταν οι άνθρωποι ρωτούν για τα τεχνολογικά κενά στην ανάπτυξη του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Origins, τους λέω ότι οι τρεις πρώτες προκλήσεις είναι οι ανιχνευτές, οι ανιχνευτές, οι ανιχνευτές», είπε. "Όλα αφορούν τους ανιχνευτές."
Συγκεκριμένα, το OST θα βασίζεται σε δύο αναδυόμενους τύπους ανιχνευτών: Transition Edge Sensors (TESs) ή Kinetic Inductance Detectors (KIDs). Αν και εξακολουθούν να είναι σχετικά νέοι, οι ανιχνευτές TES ωριμάζουν γρήγορα και χρησιμοποιούνται επί του παρόντος στο όργανο HAWC + στο Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) της NASA.
Τότε υπάρχει το Κατοικήσιμος Exoplanet Imager (HabEx) που αναπτύσσεται από το Jet Propulsion Laboratory της NASA. Όπως το LUVOIR, αυτό το τηλεσκόπιο θα μπορούσε επίσης να απεικονίσει άμεσα πλανητικά συστήματα για να αναλύσει τη σύνθεση της ατμόσφαιρας των πλανητών με έναν μεγάλο τμηματικό καθρέφτη. Επιπλέον, θα μελετούσε τις πρώτες εποχές στην ιστορία του Σύμπαντος και τον κύκλο ζωής των πιο τεράστιων αστεριών, ρίχνοντας έτσι φως στο πώς διαμορφώνονται τα στοιχεία που είναι απαραίτητα για τη ζωή.
Επίσης, όπως το LUVOIR, το HabEx θα μπορούσε να διεξάγει μελέτες στα μήκη κύματος υπεριώδους, οπτικού και σχεδόν υπέρυθρου και να μπορεί να αποκλείει τη φωτεινότητα ενός γονικού αστεριού, ώστε να μπορεί να βλέπει το φως να ανακλάται από οποιουσδήποτε πλανήτες σε τροχιά γύρω από αυτό. Όπως εξήγησε ο Neil Zimmerman, εμπειρογνώμονας της NASA στον τομέα της κορανογράφησης:
«Για να απεικονίσουμε άμεσα έναν πλανήτη σε τροχιά γύρω από ένα αστέρι, πρέπει να ξεπεράσουμε ένα τεράστιο εμπόδιο σε δυναμικό εύρος: τη συντριπτική φωτεινότητα του αστεριού ενάντια στη σκοτεινή αντανάκλαση του αστεριού από τον πλανήτη, με μόνο μια μικρή γωνία που χωρίζει τα δύο. Δεν υπάρχει λύση εκτός αυτού του προβλήματος γιατί είναι τόσο διαφορετική από οποιαδήποτε άλλη πρόκληση στην αστρονομία παρατήρησης. "
Για να αντιμετωπίσει αυτήν την πρόκληση, η ομάδα HabEx εξετάζει δύο προσεγγίσεις, οι οποίες περιλαμβάνουν εξωτερικές αποχρώσεις σε σχήμα πέταλου που εμποδίζουν το φως και τις εσωτερικές παραγράφους που εμποδίζουν το φως του αστεριού να φτάσει στους ανιχνευτές. Μια άλλη πιθανότητα που διερευνάται είναι να εφαρμόσετε νανοσωλήνες άνθρακα πάνω στις κορανογραφικές μάσκες για να τροποποιήσετε τα μοτίβα οποιουδήποτε διαθλαμένου φωτός που εξακολουθεί να περνά.
Τελευταίο, αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, είναι το Επιθεωρητής ακτίνων Χ γνωστός ως Λύγκας αναπτύσσεται από το Marshall Space Flight Center. Από τα τέσσερα διαστημικά τηλεσκόπια, το Lynx είναι η μόνη ιδέα που θα εξετάσει το Σύμπαν σε ακτίνες Χ. Χρησιμοποιώντας ένα φασματόμετρο απεικόνισης ακτινογραφίας μικροκαλομέτρου, αυτό το διαστημικό τηλεσκόπιο θα ανιχνεύσει ακτίνες Χ που προέρχονται από Supermassive Black Holes (SMBHs) στο κέντρο των πρώτων γαλαξιών στο Σύμπαν.
Αυτή η τεχνική αποτελείται από φωτογραφίες ακτίνων Χ που χτυπούν τις απουσίες ενός ανιχνευτή και μετατρέπουν την ενέργειά τους σε θερμότητα, η οποία μετριέται από ένα θερμόμετρο. Με αυτόν τον τρόπο, το Lynx θα βοηθήσει τους αστρονόμους να ξεκλειδώσουν τον τρόπο με τον οποίο σχηματίστηκαν τα πρώτα SMBH. Όπως ο Rob Petre, μέλος της μελέτης Lynx στο Goddard, περιέγραψε την αποστολή:
«Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες έχουν παρατηρηθεί ότι υπάρχουν πολύ νωρίτερα στο σύμπαν από ό, τι προβλέπουν οι τρέχουσες θεωρίες μας. Δεν καταλαβαίνουμε πώς σχηματίστηκαν τόσο τεράστια αντικείμενα τόσο σύντομα μετά τη στιγμή που θα μπορούσαν να σχηματιστούν τα πρώτα αστέρια. Χρειαζόμαστε ένα τηλεσκόπιο ακτίνων Χ για να δούμε τις πρώτες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, προκειμένου να παρέχουμε τις πληροφορίες για τις θεωρίες για το πώς θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί. "
Ανεξάρτητα από την αποστολή που επιλέγει τελικά η NASA, το πρακτορείο και τα μεμονωμένα κέντρα έχουν αρχίσει να επενδύουν σε προηγμένα εργαλεία για την επιδίωξη τέτοιων εννοιών στο μέλλον. Οι τέσσερις ομάδες υπέβαλαν τις ενδιάμεσες εκθέσεις τους τον Μάρτιο. Μέχρι το επόμενο έτος, αναμένεται να ολοκληρώσουν τις τελικές εκθέσεις για το Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας (NRC), το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για να ενημερώσει τις συστάσεις του στη NASA τα επόμενα χρόνια.
Όπως ο Thai Pham, διευθυντής ανάπτυξης τεχνολογίας για το Γραφείο Αστροφυσικής της NASA, ανέφερε:
«Δεν λέω ότι θα είναι εύκολο. Δεν θα είναι. Πρόκειται για φιλόδοξες αποστολές, με σημαντικές τεχνικές προκλήσεις, πολλές από τις οποίες αλληλεπικαλύπτονται και ισχύουν για όλους. Τα καλά νέα είναι ότι έχουν τεθεί τα θεμέλια τώρα. "
Με το TESS να έχει αναπτυχθεί και το JWST να έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει έως το 2020, τα διδάγματα που θα αντληθούν τα επόμενα χρόνια σίγουρα θα ενσωματωθούν σε αυτές τις αποστολές. Προς το παρόν, δεν είναι σαφές ποια από τις ακόλουθες έννοιες θα φτάσει στο διάστημα μέχρι το 2030. Ωστόσο, μεταξύ των προηγμένων μέσων τους και των διδαγμάτων από προηγούμενες αποστολές, μπορούμε να περιμένουμε ότι θα κάνουν κάποιες βαθιές ανακαλύψεις για το Σύμπαν.
