Svemirski teleskop Hubble u svemiru je već 28 godina, stvarajući neke od najljepših i znanstveno najvažnijih slika kozmosa koje je čovječanstvo ikada snimilo. Ali budimo iskreni, Hubble stari i vjerojatno neće biti s nama još dugo.
NASA-in svemirski teleskop James Webb u završnoj je fazi testiranja, a WFIRST čeka na svojim krilima. Bit će vam drago znati da je u izradi još više svemirskih teleskopa, set od četiri moćna instrumenta koji su trenutno u dizajnu, koji će biti dio sljedećeg Decadal Survey, a koji će pomoći da se odgovori na najosnovnija pitanja o kozmosu.
Svemirski teleskop James Webb u čistoj sobi u NASA-inom svemirskom centru Johnson u Houstonu. Zasluge: NASA/JSC
Znam, znam, svemirski teleskop James Webb još nije stigao do svemira, a moglo bi biti još kašnjenja dok prolazi kroz trenutni krug testova. U vrijeme kada snimam ovaj video, izgleda kao u svibnju 2020., ali hajde, znate da će biti kašnjenja.
A tu je i WFIRST, širokokutni infracrveni svemirski teleskop koji je zapravo napravljen od starog teleskopa klase Hubble koji Državnom uredu za izviđanje više nije trebao. Bijela kuća ga želi poništiti, Kongres ga je spasio, a sada NASA konstruira dijelove. Pod pretpostavkom da nema više kašnjenja, gledamo na lansiranje sredinom 2020-ih.
NASA-in infracrveni teleskop širokog polja (WFIRST) snimit će slike Hubble kvalitete koje pokrivaju dijelove neba 100 puta veće od Hubblea. Ove goleme slike omogućit će astronomima da proučavaju evoluciju kozmosa. Njegov koronagrafski instrument izravno će snimati egzoplanete i proučavati njihovu atmosferu.
Zasluge: NASA/GSFC/Laboratorij za konceptualne slike
Zapravo sam radio epizodu o superteleskopima i govorio o Jamesu Webbu i WFIRSTU, pa ako želite saznati više o tim zvjezdarnicama, prvo to pogledajte.
Danas ćemo ići dalje u budućnost, pogledati sljedeću generaciju teleskopa. One koje bi mogle biti lansirane nakon teleskopa koji se lansira nakon teleskopa koji slijedi.
Prije nego što se udubim u ove misije, moram razgovarati o Dekadalnom istraživanju. Ovo je izvješće koje su izradile Nacionalna akademija znanosti SAD-a za Kongres i NASA. To je u biti popis želja znanstvenika do NASA-e, koji definira najveća pitanja koja imaju u svom području znanosti.
To omogućuje Kongresu da dodjeljuje proračune, a NASA-i da razvije ideje o misijama koje će pomoći u ispunjavanju što većeg broja ovih znanstvenih ciljeva.
Ova se istraživanja provode jednom u desetljeću, okupljajući odbore za znanost o Zemlji, planetarnu znanost i astrofiziku. Oni iznose ideje, raspravljaju, glasaju i na kraju se slažu oko niza preporuka koje će definirati znanstvene prioritete tijekom sljedećeg desetljeća.
Trenutačno smo u razdoblju desetljeća istraživanja 2013.-2022., tako da će za samo nekoliko godina biti predviđeno sljedeće istraživanje i definirati misije od 2023.-2032. Znam, to stvarno zvuči kao daleka budućnost, ali vrijeme zapravo ističe da se bend ponovno okupi.
Ako ste zainteresirani, Stavit ću poveznicu na posljednju dekadsku anketu , to je fascinantan dokument i bolje ćete razumjeti kako se misije spajaju.
Još smo nekoliko godina udaljeni od konačnog dokumenta, ali ozbiljni prijedlozi su u fazi planiranja za svemirske teleskope sljedeće generacije, i oni su fantastični. Razgovarajmo o njima.
Prva misija koju ćemo pogledati je HabEx, ili Habitable Exoplanet Imaging Mission. Ovo je letjelica koja će izravno fotografirati planete koji kruže oko drugih zvijezda. Ciljat će sve vrste planeta, od vrućih Jupitera do super Zemlje, ali će mu primarni cilj biti fotografiranje egzoplaneta sličnih Zemlji i mjerenje njihove atmosfere.
Valne duljine svjetlosti koje mogu pomoći sugerirati biosfere. Zasluge: NASA/JPL
Drugim riječima, HabEx će pokušati otkriti signale života na planetima koji kruže oko drugih zvijezda.
Da bi se to postiglo, HabEx treba blokirati svjetlost zvijezde, tako da se mogu otkriti mnogo slabiji planeti u blizini. Imat će jedan, a možda i dva načina za to.
Prvi je korištenje koronografa. Ovo je sićušna točka koja se nalazi unutar samog teleskopa, koji je postavljen ispred zvijezde i blokira njezino svjetlo. Preostalo svjetlo koje prolazi kroz teleskop dolazi od slabijih objekata oko zvijezde i može se snimiti senzorom instrumenta.
Teleskop ima posebno deformabilno zrcalo koje se može podesiti i podesiti sve dok slabiji planeti ne dođu u vidjelo.
Evo primjera koronagrafa koji se koristi na vrlo velikom teleskopu Europskog južnog opservatorija. Središnja zvijezda je skrivena, otkrivajući tamniji disk prašine oko nje. Evo izravne slike smeđeg patuljka koji kruži oko zvijezde.
Ova infracrvena slika prikazuje prsten prašine oko obližnje zvijezde HR 4796A u južnom zviježđu Kentaura. Bio je to jedan od prvih koje je proizveo instrument SPHERE ubrzo nakon što je instaliran na ESO-ov vrlo veliki teleskop u svibnju 2014. Ne samo da pokazuje sam prsten s velikom jasnoćom, već otkriva i moć SPHERE da smanji odsjaj iz samog svijetla zvijezda — ključ za pronalaženje i proučavanje egzoplaneta u budućnosti.
A ovo je jedan od najdramatičnijih videa Mislim da sam ikad vidio, s 4 svijeta veličine Jupitera koji kruže oko zvijezde HR 8799. To je mali trik, istraživači su animirali kretanje planeta između promatranja, ali ipak, wow.
Druga metoda blokiranja svjetla bit će korištenje Starshade. Ovo je potpuno odvojena svemirska letjelica koja izgleda kao pinwheel. Leti desetke tisuća kilometara daleko od teleskopa, a kada je savršeno pozicioniran, blokira svjetlost središnje zvijezde, dok dopušta svjetlosti s planeta da curi oko rubova.
Trik sa Starshadeom je u tim laticama, koje stvaraju mekši rub tako da su svjetlosni valovi sa slabijeg planeta manje savijeni. To stvara vrlo tamnu sjenu koja bi trebala imati najbolje šanse za otkrivanje planeta.
Umjetnički koncept prototipa sjenila, divovske strukture dizajnirane da blokira odsjaj zvijezda kako bi budući svemirski teleskopi mogli snimati planete. Zasluge: NASA/JPL
Za razliku od većine misija, Starshades poput ove mogu se koristiti s bilo kojim zvjezdarnicama u svemiru. Dakle, Hubble, James Webb ili bilo koja druga zvjezdarnica mogla bi iskoristiti prednosti ovog instrumenta.
Uvijek smo se žalili na to kako možemo vidjeti samo djelić planeta vani koristeći metodu tranzita ili radijalne brzine zbog načina na koji se stvari postavljaju. Ali s misijom kao što je HabEx, planeti se mogu vidjeti u smjeru, u bilo kojoj konfiguraciji.
Uz ovu primarnu misiju, HabEx će se također koristiti za razne astrofizike, poput promatranja ranog svemira i proučavanja kemikalija najvećih zvijezda prije i nakon što eksplodiraju kao supernove.
Sljedeći je Lynx, koji će biti NASA-in rendgenski teleskop sljedeće generacije. Iznenađujuće, to nije akronim, samo je dobio ime po životinji. U raznim kulturama smatralo se da risovi imaju nadnaravnu sposobnost da vide pravu prirodu stvari.
X-zrake su na višem kraju elektromagnetskog spektra i blokirane su Zemljinom atmosferom, pa vam je potreban svemirski teleskop da biste ih mogli vidjeti. Trenutno NASA ima svoj Chandra X-ray Observatorij, a ESA radi na svojoj misiji ATHENA, koja bi trebala biti lansirana 2028.
Koncept misije Lynx. Zasluge: NASA
Lynx će djelovati kao partner svemirskom teleskopu James Webb, zavirujući na rub vidljivog svemira, otkrivajući prve generacije supermasivnih crnih rupa i pomažući u planiranju njihovog nastanka i spajanja tijekom vremena. Vidjet će zračenje koje dolazi iz vrućeg plina iz rane kozmičke mreže, dok su se prve galaksije okupljale.
A onda će se koristiti za ispitivanje vrsta objekata Chandra, XMM Newton i druge rendgenske opservatorije usredotočuju se na: pulsare, sudare galaksija, kolapsare, supernove, crne rupe i još mnogo toga. Čak i normalne zvijezde mogu ispuštati rendgenske baklje koje nam govore više o njima.
Velika većina tvari u Svemiru smještena je u oblacima plina koji su vrući kao milijun Kelvina. Ako želite vidjeti Univerzum kakav on uistinu jest, želite ga gledati u X-zrakama.
Rentgenski teleskopi se razlikuju od zvjezdarnica vidljivog svjetla kao što je Hubble. Ne možete imati samo zrcalo koje odbija rendgenske zrake. Umjesto toga, koristite zrcala za pašenje koja mogu lagano preusmjeriti fotone koji ih pogode, usmjeravajući ih do detektora.
Umjetnička ilustracija rendgenskog opservatorija Chandra. Chandra je najosjetljiviji rendgenski teleskop ikad napravljen. Zasluge: NASA/CXC/NGST
S vanjskim zrcalom od 3 metra, početnim dijelom lijevka, pružit će 50-100 puta veću osjetljivost uz 16 puta veće vidno polje, skupljajući fotone 800 puta većom brzinom od Chandre.
Nisam siguran što bih drugo rekao. Bit će to čudovišna rendgenska zvjezdarnica. Vjerujte mi, astronomi misle da je ovo vrlo dobra ideja.
Zatim, svemirski teleskop Origins ili OST. Poput Jamesa Webba i svemirskog teleskopa Spitzer, OST će biti infracrveni teleskop, dizajniran za promatranje nekih od najzgodnijih objekata u svemiru. Ali bit će još veći. Dok James Webb ima primarno zrcalo prečnika 6,5 metara, OST zrcalo će biti prečnika 9,1 metar.
Zamislite teleskop velik gotovo kao najveći zemaljski teleskopi na Zemlji, ali u svemiru. U svemiru.
Umjetnički koncept svemirskog teleskopa Origins (OST). Zasluge: NASA/GSFC
Neće biti samo veliko, bit će hladno.
NASA je uspjela ohladiti Spitzera na samo 5 Kelvina - to je 5 stupnjeva iznad apsolutne nule, i samo malo toplije od pozadinske temperature Svemira. Planiraju smanjiti Origins na 4 Kelvina. Ne zvuči puno, ali je veliki inženjerski izazov.
Umjesto da letjelicu samo hlade tekućim helijem kao što su to učinili sa Spitzerom, morat će odvoditi toplinu u fazama, reflektorima, radijatorima i na kraju kriohladnjakom oko samih instrumenata.
S ogromnim, hladnim infracrvenim teleskopom, Origins će odmaknuti pogled Jamesa Webba na formiranje prvih galaksija. Pogledat će na doba kada su se prve zvijezde formirale, vrijeme koje astronomi nazivaju mračnim vijekom.
Vidjet će formiranje planetarnih sustava, diskova prašine i izravno promatrati atmosfere drugih planeta tražeći biosignature, dokaze života vani.
Tri uzbudljive misije, koje će pogurati naše znanje o Svemiru naprijed. Ali najveći, najambiciozniji teleskop sam sačuvao za kraj
LUVOIR, ili Veliki UV/Optički/IR Surveyor. James Webb bit će moćan teleskop, ali to je infracrveni instrument dizajniran za promatranje hladnijih objekata u svemiru, poput galaksija pomaknutih crvenom bojom na početku vremena ili novoformiranih planetarnih sustava. Svemirski teleskop Origins bit će bolja verzija Jamesa Webba.
LUVOIR će biti pravi nasljednik svemirskog teleskopa Hubble. Bit će to ogroman instrument koji može vidjeti u infracrvenom, vidljivom i ultraljubičastom svjetlu.
Umjetnički koncept velikog ultraljubičastog/optičkog/infracrvenog geodeta (LUVOIR) svemirskog teleskopa. Zasluge: NASA/GSFC
U radu su dva dizajna. Onaj koji je prečnika 8 metara i mogao bi se lansirati na teško vozilo kao što je Falcon Heavy. I još jedan dizajn koji bi koristio Space Launch System koji ima širinu od 15 metara. To je 50% veće od najvećeg zemaljskog teleskopa. Zapamtite, Hubble je samo 2,6 metara.
Imat će široko vidno polje i skup filtera i instrumenata koje astronomi mogu koristiti za promatranje što god žele. Bit će opremljen koronografom kao što smo ranije govorili, za izravno promatranje planeta i zatamnjivanjem njihovih zvijezda, spektrografom koji će otkriti koje su kemikalije prisutne u atmosferama egzoplaneta i još mnogo toga.
LUVOIR će biti instrument opće namjene, koji će astronomi koristiti za otkrivanja u poljima astrofizike i planetarne znanosti. No neke od njegovih mogućnosti uključivat će: izravno promatranje egzoplaneta i traženje biosignatura, kategoriziranje svih različitih vrsta egzoplaneta vani, od vrućih Jupitera do super Zemlje.
Moći će promatrati objekte unutar Sunčevog sustava bolje od bilo čega drugog - ako tamo nemamo letjelicu, LUVOIR će biti prilično dobar pogled. Na primjer, evo pogleda na Enceladus s Hubblea, u usporedbi s pogledom iz LUVOIR-a.
Enceladus viđen s Hubblea i LUVOIR-a. Zasluge: NASA
Moći će gledati bilo gdje u svemiru, vidjeti mnogo manje strukture od Hubblea. Vidjet će prve galaksije, prve zvijezde i pomoći pri mjerenju koncentracije tamne tvari u svemiru.
Astronomi još uvijek ne razumiju u potpunosti što se događa kada zvijezde skupe dovoljno mase da se zapale. LUVOIR će pogledati regije stvaranja zvijezda, proviriti kroz plin i prašinu i vidjeti najranije trenutke nastanka zvijezda, kao i planete koji kruže oko njih.
Jesam li vas potpuno i potpuno oduševio budućnošću astronomije? Dobro. Ali evo loših vijesti. Gotovo da nema šanse da se stvarnost poklopi s ovom fantazijom.
Ranije ovog mjeseca NASA je objavila da će planeri misija koji rade na tim svemirskim teleskopima morati ograničiti svoje proračune na između tri i pet milijardi dolara. Do sada, planeri nisu imali nikakve smjernice, trebali su samo dizajnirati instrumente koji bi mogli provesti znanost.
Inženjeri su radili na planovima misije koji bi lako mogli prijeći 5 milijardi dolara za HabEx, Lynx i OST, a razmatrali su i mnogo većih 20 milijardi dolara za LUVOIR.
Iako se Kongres zalaže za iznenađujuće velike proračune za NASA-u, svemirska agencija želi da njeni planeri budu konzervativni. A kada uzmete u obzir koliko je James Webb postao prekoračen proračunom i kasni, to nije sasvim iznenađujuće.
James Webb je izvorno trebao koštati između jedne i tri i pet milijardi dolara i lansirati između 2007. i 2011. Sada izgleda kao da će lansiranje biti 2020., troškovi su premašili proračun od 8,8 milijardi dolara koji je propisao Kongres, i jasno je da ima još puno posla koji treba obaviti.
U nedavnom testu protresanja, inženjeri su pronašli podloške i vijke koji se istresao iz teleskopa. Ovo nije poput IKEA police s ostacima dijelova. Ovi komadi su važni.
Iako je spašen iz bloka, WFIRST Telescope procjenjuje se na 3,9 milijardi dolara, što je više u odnosu na izvorni proračun od 2 milijarde dolara.
Jedan, dva ili možda čak i svi ovi teleskopi će na kraju biti izgrađeni. To je ono što znanstvenici smatraju najvažnijim za sljedeća otkrića u astronomiji, ali pripremite se za proračunske bitke, prekoračenja troškova i rastezanje vremenskih rokova. Znat ćemo bolje kada se svi studiji okupe 2019. godine.
Bilo bi potrebno nekakvo inženjersko čudo da se sva četiri teleskopa spoje, na vrijeme i prema proračunu, da zajedno polete u svemir 2035. Obavještavat ću vas.
