Εμείς οι άνθρωποι έχουμε μια ακόρεστη πείνα να καταλάβουμε το Σύμπαν. Όπως είπε ο Carl Sagan, «Η κατανόηση είναι έκσταση». Αλλά για να κατανοήσουμε το Σύμπαν, χρειαζόμαστε καλύτερους και καλύτερους τρόπους για να το παρατηρήσουμε. Και αυτό σημαίνει ένα πράγμα: μεγάλα, τεράστια, τεράστια τηλεσκόπια.
Σε αυτήν τη σειρά θα δούμε τα επερχόμενα Super Telescopes στον κόσμο:
- Το τηλεσκόπιο Giant Magellan
- Το εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο
- Το τηλεσκόπιο των 30 μέτρων
- Το Ευρωπαϊκό Εξαιρετικά Μεγάλο Τηλεσκόπιο
- Το Τηλεσκόπιο Μεγάλης Συνοπτικής Έρευνας
- Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb
- Το τηλεσκόπιο υπέρυθρης έρευνας για το ευρύ πεδίο
Είναι εύκολο να ξεχάσουμε τον αντίκτυπο που είχε το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble στην κατάσταση γνώσης μας για το Σύμπαν. Στην πραγματικότητα, αυτό μπορεί να είναι η καλύτερη μέτρηση της επιτυχίας του: Θεωρούμε το Χαμπλ, και ό, τι έχουμε μάθει από αυτό, δεδομένο τώρα. Αλλά αναπτύσσονται και άλλα διαστημικά τηλεσκόπια, συμπεριλαμβανομένου του WFIRST, το οποίο θα είναι πολύ πιο δυνατό από το Hubble. Πόσο μακριά θα επεκτείνουν αυτά τα τηλεσκόπια την κατανόησή μας για το Σύμπαν;
«Το WFIRST έχει τη δυνατότητα να ανοίξει τα μάτια μας στα θαύματα του σύμπαντος, όπως και ο Hubble.» - John Grunsfeld, Διεύθυνση Επιστημονικής Αποστολής της NASA
Το WFIRST μπορεί να είναι ο πραγματικός διάδοχος του Χαμπλ, παρόλο που το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) συχνά αναφέρεται ως τέτοιο. Αλλά μπορεί να είναι λανθασμένο να καλέσετε ακόμη και το WFIRST ένα τηλεσκόπιο. είναι πιο ακριβές να το ονομάζουμε παρατηρητήριο αστροφυσικής. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ένας από τους πρωταρχικούς επιστημονικούς του στόχους είναι να μελετήσει τη Σκοτεινή Ενέργεια, αυτή τη μάλλον μυστηριώδη δύναμη που οδηγεί την επέκταση του Σύμπαντος και το Dark Matter, το δύσκολο να εντοπιστεί θέμα που επιβραδύνει αυτήν την επέκταση.
Το WFIRST θα έχει καθρέφτη 2,4 μέτρων, το ίδιο μέγεθος με το Hubble. Όμως, θα έχει μια κάμερα που θα επεκτείνει τη δύναμη αυτού του καθρέφτη. Το Wide Field Instrument είναι μια κάμερα με υπέρυθρες ακτίνες πολλαπλών ζωνών 288 megapixel. Μόλις τεθεί σε λειτουργία, θα τραβήξει εικόνες που είναι εξίσου ευκρινείς με αυτές του Hubble. Υπάρχει όμως μια τεράστια διαφορά: Το όργανο ευρείας περιοχής θα τραβήξει εικόνες που καλύπτουν πάνω από 100 φορές τον ουρανό που κάνει ο Χαμπλ.
Παράλληλα με το Wide Field Instrument, το WFIRST θα έχει το Coronagraphic Instrument. Το Coronagraphic Instrument θα προωθήσει τη μελέτη των εξωπλανητών. Θα χρησιμοποιήσει ένα σύστημα φίλτρων και μάσκας για να αποκλείσει το φως από άλλα αστέρια και να ακονιστεί σε πλανήτες σε τροχιά γύρω από αυτά τα αστέρια. Αυτό θα επιτρέψει πολύ λεπτομερή μελέτη της ατμόσφαιρας των εξωπλανητών, ένας από τους κύριους τρόπους προσδιορισμού της βιωσιμότητας.
Το WFIRST πρόκειται να κυκλοφορήσει το 2025, αν και είναι πολύ νωρίς για να έχουμε μια ακριβή ημερομηνία. Αλλά όταν ξεκινά, το σχέδιο είναι να ταξιδέψει ο WFIRST στο Sun-Earth LaGrange Point 2 (L2.) Το L2 είναι ένα βαρυτικά ισορροπημένο σημείο στο χώρο όπου το WFIRST μπορεί να κάνει τη δουλειά του χωρίς διακοπή. Η αποστολή πρόκειται να διαρκέσει περίπου 6 χρόνια.
«Το WFIRST έχει τη δυνατότητα να ανοίξει τα μάτια μας στα θαύματα του σύμπαντος, όπως ακριβώς έχει και το Hubble», δήλωσε ο John Grunsfeld, αστροναύτης και αναπληρωτής διαχειριστής της Διεύθυνσης Επιστήμης της Αποστολής της NASA στην έδρα της Ουάσινγκτον. «Αυτή η αποστολή συνδυάζει με μοναδικό τρόπο την ικανότητα να ανακαλύπτει και να χαρακτηρίζει πλανήτες πέρα από το δικό μας ηλιακό σύστημα με την ευαισθησία και την οπτική να βλέπουμε πλατιά και βαθιά στο σύμπαν σε μια προσπάθεια να αποκαλύψουμε τα μυστήρια της σκοτεινής ενέργειας και της σκοτεινής ύλης».
Με λίγα λόγια, υπάρχουν δύο προτάσεις για το ποια σκοτεινή ενέργεια μπορεί να είναι. Η πρώτη είναι η κοσμολογική σταθερά, όπου η Σκοτεινή Ενέργεια είναι ομοιόμορφη σε όλο τον Κόσμο. Το δεύτερο είναι αυτό που είναι γνωστό ως βαθμιαία πεδία, όπου η πυκνότητα της Σκοτεινής Ενέργειας μπορεί να ποικίλει σε χρόνο και χώρο.
Από τη δεκαετία του 1990, οι παρατηρήσεις μας έδειξαν ότι η επέκταση του Σύμπαντος επιταχύνεται. Αυτή η επιτάχυνση ξεκίνησε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Πιστεύουμε ότι η Dark Energy είναι υπεύθυνη για αυτήν την επιταχυνόμενη επέκταση. Παρέχοντας τόσο μεγάλες, λεπτομερείς εικόνες του σύμπαντος, το WFIRST θα επιτρέψει στους αστρονόμους να χαρτογραφήσουν την επέκταση με την πάροδο του χρόνου και σε μεγάλες περιοχές. Το WFIRST θα μετρήσει επίσης με ακρίβεια τα σχήματα, τις θέσεις και τις αποστάσεις εκατομμυρίων γαλαξιών για να παρακολουθήσει την κατανομή και την ανάπτυξη κοσμικών δομών, συμπεριλαμβανομένων των συστάδων γαλαξιών και του Dark Matter που τα συνοδεύει. Η ελπίδα είναι ότι αυτό θα μας δώσει ένα επόμενο επίπεδο κατανόησης όσον αφορά τη σκοτεινή ενέργεια.
Εάν όλα ακούγονται πολύ περίπλοκα, κοιτάξτε το με αυτόν τον τρόπο: Γνωρίζουμε ότι το Σύμπαν επεκτείνεται και γνωρίζουμε ότι η επέκταση επιταχύνεται. Θέλουμε να μάθουμε γιατί επεκτείνεται και πώς. Έχουμε δώσει το όνομα «Dark Energy» στη δύναμη που οδηγεί αυτήν την επέκταση και τώρα θέλουμε να μάθουμε περισσότερα για αυτό.
Η Σκοτεινή Ενέργεια και η επέκταση του Σύμπαντος είναι ένα τεράστιο μυστήριο και ένα ερώτημα που οδηγεί τους κοσμολόγους. (Θέλουν πραγματικά να μάθουν πώς θα τελειώσει το Σύμπαν!) Αλλά για πολλούς από τους υπόλοιπους από εμάς, ένα άλλο ερώτημα είναι ακόμη πιο συναρπαστικό: Είμαστε μόνοι στο Σύμπαν;
Δεν θα υπάρχει γρήγορη απάντηση σε αυτήν, αλλά οποιαδήποτε απάντηση βρίσκουμε ξεκινά με τη μελέτη των εξωπλανητών και αυτό είναι κάτι που θα υπερέχει και η WFIRST.
«Το WFIRST έχει σχεδιαστεί για να απευθύνεται σε επιστημονικούς τομείς που χαρακτηρίζονται ως κορυφαίες προτεραιότητες από την αστρονομική κοινότητα», δήλωσε ο Paul Hertz, διευθυντής του τμήματος αστροφυσικής της NASA στην Ουάσινγκτον. «Το Όργανο Ευρείας Πεδίας θα δώσει στο τηλεσκόπιο τη δυνατότητα λήψης μίας μόνο εικόνας με το βάθος και την ποιότητα του Χαμπλ, αλλά καλύπτει 100 φορές την περιοχή. Το κορωνάριο θα παρέχει επαναστατική επιστήμη, καταγράφοντας τις αμυδρές, αλλά άμεσες εικόνες μακρινών αερίων κόσμων και υπερ-Γη ».
«Το κορωνάριο θα παρέχει επαναστατική επιστήμη, συλλαμβάνοντας τις αμυδρές, αλλά άμεσες εικόνες μακρινών αέριων κόσμων και υπερ-Γη». - Paul Hertz, Τμήμα Αστροφυσικής της NASA
Η δυσκολία στη μελέτη των εξωπλανητών είναι ότι είναι όλα σε αστέρια σε τροχιά. Τα αστέρια είναι τόσο φωτεινά που καθιστούν αδύνατο να δουν τους πλανήτες τους με οποιαδήποτε λεπτομέρεια. Είναι σαν να κοιτάς ένα φάρο μίλια μακριά και να προσπαθείς να μελετήσεις ένα έντομο κοντά στο φάρο.
Το Coronagraphic Instrument του WFIRST θα υπερέχει στο να αποκλείει το φως των μακρινών αστεριών. Αυτό το κάνει με ένα σύστημα καθρεφτών και μάσκας. Αυτό καθιστά δυνατή τη μελέτη των εξωπλανητών. Μόνο όταν αντιμετωπίζεται το φως από το αστέρι, μπορούν να εξεταστούν οι ιδιότητες των εξωπλανητών.
Αυτό θα επιτρέψει λεπτομερείς μετρήσεις της χημικής σύνθεσης της ατμόσφαιρας ενός εξωπλανήτη. Κάνοντας αυτό πάνω από χιλιάδες πλανήτες, μπορούμε να αρχίσουμε να κατανοούμε τον σχηματισμό πλανητών γύρω από διαφορετικούς τύπους αστεριών. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί στο Coronagraphic Instrument.
Το Coronagraphic Instrument ήταν ένα είδος καθυστερημένης προσθήκης στο WFIRST. Ορισμένα από τα άλλα όργανα στο WFIRST δεν είναι βελτιστοποιημένα για να λειτουργούν μαζί του, οπότε υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί στη λειτουργία του. Θα μπορεί να μελετά μόνο γίγαντες φυσικού αερίου και τις λεγόμενες «Super-Earths». Αυτοί οι μεγαλύτεροι πλανήτες δεν απαιτούν τόσο φινέτσα για να μελετήσουν, απλά λόγω του μεγέθους τους. Οι γήινοι κόσμοι πιθανότατα θα είναι πέρα από τη δύναμη του Coronagraphic Instrument.
Αυτοί οι περιορισμοί δεν είναι μεγάλη υπόθεση μακροπρόθεσμα. Το Coronagraph είναι στην πραγματικότητα περισσότερο μια τεχνολογική επίδειξη και δεν αντιπροσωπεύει το τελικό παιχνίδι για τη μελέτη εξωπλανητών. Ό, τι μάθει από αυτό το όργανο θα μας βοηθήσει στο μέλλον. Θα υπάρξει τελικά ένας διάδοχος του WFIRST κάποια μέρα, ίσως δεκαετίες από τώρα, και μέχρι τότε η τεχνολογία Coronagraph θα έχει προχωρήσει πολύ. Εκείνη τη μελλοντική στιγμή, μπορεί να είναι δυνατή η άμεση λήψη στιγμιότυπων εξωπλανητών σαν τη Γη.
Αλλά ίσως δεν θα πρέπει να περιμένουμε τόσο πολύ.
Υπάρχει ένα σχέδιο για την ενίσχυση της αποτελεσματικότητας του Coronagraph στο WFIRST που θα του επέτρεπε να απεικονίσει πλανήτες σαν τη Γη. Ονομάζεται EXO-S Starshade.
Το EXO-S Starshade είναι ένα σύστημα σκίασης με διάμετρο 34m που θα εμποδίσει το αστέρι να μην επηρεάσει τη λειτουργία του WFIRST. Στην πραγματικότητα θα ήταν ένα ξεχωριστό σκάφος, ξεκίνησε χωριστά και στάλθηκε στο δρόμο για ραντεβού με το WFIRST στο L2. Δεν θα ήταν δεμένο, αλλά θα προσανατολιστεί με το WFIRST μέσω ενός συστήματος καμερών και φώτων οδήγησης. Στην πραγματικότητα, ένα μέρος της δύναμης του Starshade είναι ότι θα απέχει περίπου 40.000 έως 50.000 χλμ. Από το WFIRST.
Η σκοτεινή ενέργεια και οι εξωπλανήτες είναι προτεραιότητες για το WFIRST, αλλά υπάρχουν πάντα άλλες ανακαλύψεις που περιμένουν καλύτερα τηλεσκόπια. Δεν είναι δυνατό να προβλέψουμε όλα όσα θα μάθουμε από το WFIRST. Με εικόνες τόσο λεπτομερείς όσο το Hubble, αλλά 100 φορές μεγαλύτερες, είμαστε έτοιμοι για μερικές εκπλήξεις.
"Αυτή η αποστολή θα ερευνήσει το σύμπαν για να βρει τα πιο ενδιαφέροντα αντικείμενα εκεί έξω." - Neil Gehrels, WFIRST Project Scientist
«Εκτός από τις συναρπαστικές δυνατότητές του για σκοτεινή ενέργεια και εξωπλανήτες, το WFIRST θα παρέχει ένα θησαυρό από εξαιρετικά δεδομένα για όλους τους αστρονόμους», δήλωσε ο Neil Gehrels, επιστήμονας του έργου WFIRST στο διαστημικό κέντρο πτήσης Goddard της NASA στο Greenbelt, Maryland. "Αυτή η αποστολή θα ερευνήσει το σύμπαν για να βρει τα πιο ενδιαφέροντα αντικείμενα εκεί έξω."
Με όλα τα Super Telescopes να κυκλοφορούν τα επόμενα χρόνια, μπορούμε να περιμένουμε μερικές εκπληκτικές ανακαλύψεις. Σε 10 έως 20 χρόνια, οι γνώσεις μας θα έχουν προχωρήσει σημαντικά. Τι θα μάθουμε για το Dark Matter και τη Dark Energy; Τι θα γνωρίζουμε για τους πληθυσμούς των εξωπλανητών;
Αυτή τη στιγμή φαίνεται ότι απλώς προσπαθούμε να κατανοήσουμε καλύτερα αυτά τα πράγματα, αλλά με το WFIRST και τα άλλα Super Telescopes, είμαστε έτοιμοι για πιο σκόπιμη μελέτη.
