С недавним запуском Транзитный спутник Exoplanet Survey (TESS), которая состоялась в среду, 18 апреля 2018 года, большое внимание было уделено космическим телескопам следующего поколения, которые выйдут в космос в ближайшие годы. К ним относятся не толькоКосмический телескоп Джеймса Вебба, который в настоящее время планируется запустить в 2020 году, но некоторые другие современные космические корабли, которые будут развернуты к 2030 году.
Такова была тема недавнего десятилетнего обзора астрофизики, проведенного в 2020 году, который включал в себя четыре основные концепции миссии, которые в настоящее время изучаются. Когда эти миссии выйдут в космос, они будут выбирать, где такие миссии, как Хаббл, Кеплер, Спитцер а также Chandra остановился, но будет иметь большую чувствительность и возможности. Как таковые, они, как ожидают, раскроют намного больше о нашей Вселенной и ее секретах.
Как и ожидалось, концепции миссии, представленные в десятилетнем обзоре 2020 года, охватывают широкий круг научных целей - от наблюдения за далекими черными дырами и ранней Вселенной до исследования экзопланет вокруг ближайших звезд и изучения тел Солнечной системы. Эти идеи были тщательно проверены научным сообществом, и четыре были выбраны как достойные изучения.
Как Сьюзен Нефф, главный ученый программы НАСА «Космическое происхождение», объяснила в недавнем пресс-релизе НАСА:
«Это игровое время для астрофизики. Мы хотим построить все эти концепции, но у нас нет бюджета, чтобы сделать все четыре одновременно. Цель этих десятилетних исследований - дать членам сообщества астрофизиков максимально возможную информацию, когда они решат, какую науку делать в первую очередь ».
Четыре выбранные концепции включают в себя Большой ультрафиолетовый / оптический / инфракрасный топограф (LUVOIR) гигантская космическая обсерватория, созданная в традициях Космический телескоп Хаббл, В качестве одной из двух концепций, которые исследует Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, эта концепция требует космического телескопа с массивным сегментированным основным зеркалом, диаметр которого составляет около 15 метров (49 футов).
Для сравнения, JWST‘s (в настоящее время самый совершенный космический телескоп) первичное зеркало имеет диаметр 6,5 м (21 фут 4 дюйма). Как и JWST, зеркало LUVOIR будет состоять из регулируемых сегментов, которые будут разворачиваться после развертывания в космосе. Приводы и двигатели будут активно регулировать и выравнивать эти сегменты для достижения идеальной фокусировки и захвата света от слабых и удаленных объектов.
С помощью этих передовых инструментов LUVOIR сможет напрямую получать изображения планет размером с Землю и оценивать их атмосферу. Как объяснил ученый Аки Роберге:
«Эта миссия амбициозная, но выяснить, есть ли жизнь за пределами Солнечной системы, - приз. Все технологические высокие опоры приводятся в действие этой целью ... Физическая стабильность, а также активный контроль над основным зеркалом и внутренним коронографом (устройством для блокировки звездного света) обеспечат точность пикометра. Все дело в контроле ».
Там также Космический телескоп Origins (OST), еще одна концепция, которую преследует Центр космических полетов Годдарда. Очень похоже на Космический телескоп Spitzer и Гершельская космическая обсерваторияэта дальняя инфракрасная обсерватория будет предлагать в 10 000 раз большую чувствительность, чем любой предыдущий дальний инфракрасный телескоп. Его цели включают наблюдение самых дальних уголков Вселенной, отслеживание пути воды через образование звезд и планет и поиск признаков жизни в атмосферах экзопланет.
Его основное зеркало, диаметр которого составляет около 9 м (30 футов), станет первым активно охлаждаемым телескопом, в котором его зеркало будет иметь температуру около 4 К (-269 ° C; -452 ° F), а его детекторы будут находиться на температура 0,05 К. Для этого команда OST будет полагаться на летающие слои солнцезащитных экранов, четыре криокулера и многоступенчатый холодильник с непрерывным адиабатическим размагничиванием (CADR).
По словам Дейва Лейзавица, ученого Годдарда и исследователя ОЗТ, ОЗТ особенно зависит от больших массивов сверхпроводящих детекторов, которые измеряются в миллионах пикселей. «Когда люди спрашивают о технологических пробелах в разработке космического телескопа Origins, я говорю им, что три главных проблемы - это детекторы, детекторы, детекторы», - сказал он. «Все дело в детекторах».
В частности, ОЗТ будет опираться на два новых типа детекторов: датчики с переходной кромкой (TES) или детекторы кинетической индуктивности (KID). Будучи относительно новыми, детекторы TES быстро созревают и в настоящее время используются в приборе HAWC + на стратосферной обсерватории для инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA).
Тогда есть Обитаемый Экзопланет Имиджер (HabEx), который разрабатывается Лабораторией реактивного движения НАСА. Как и LUVOIR, этот телескоп будет также напрямую отображать планетные системы для анализа состава атмосфер планет с помощью большого сегментированного зеркала. Кроме того, он будет изучать самые ранние эпохи в истории Вселенной и жизненный цикл самых массивных звезд, проливая свет на то, как образуются элементы, необходимые для жизни.
Также, как и LUVOIR, HabEx сможет проводить исследования в ультрафиолетовой, оптической и ближней инфракрасной областях, а также может блокировать яркость родительской звезды, чтобы она могла видеть отражение света от любых планет, вращающихся вокруг нее. Как объяснил Нейл Циммерман, эксперт НАСА в области коронографии:
«Чтобы получить прямое изображение планеты, находящейся на орбите близлежащей звезды, мы должны преодолеть огромный барьер в динамическом диапазоне: подавляющая яркость звезды на фоне тусклого отражения звездного света от планеты, причем только крошечный угол разделяет их. Нет никакого готового решения этой проблемы, потому что это так непохоже на любую другую проблему в наблюдательной астрономии. ”
Чтобы решить эту проблему, команда HabEx рассматривает два подхода, которые включают внешние звездные шторы в форме лепестков, которые блокируют свет, и внутренние коронографы, которые мешают свету звезды достигать детекторов. Еще одна возможность, которую мы исследуем, заключается в нанесении углеродных нанотрубок на коронографические маски для изменения структуры любого дифрагированного света, который все еще проходит.
И последнее, но не менее важное, это Рентгенолог известный как Рысь разрабатывается Центром космических полетов им. Маршалла. Из четырех космических телескопов Lynx является единственной концепцией, которая исследует Вселенную в рентгеновских лучах. Используя рентгеновский микрокалориметрический спектрометр для визуализации, этот космический телескоп будет обнаруживать рентгеновские лучи, приходящие от сверхмассивных черных дыр (SMBH) в центре самых первых галактик во Вселенной.
Этот метод состоит из рентгеновских снимков, попадающих на поглотители детектора и преобразующих их энергию в тепло, которое измеряется термометром. Таким образом, Lynx поможет астрономам раскрыть, как образовались самые ранние SMBH. Как Роб Петр, исследователь Lynx в Goddard, описал миссию:
«Обнаружено, что сверхмассивные черные дыры существуют во Вселенной намного раньше, чем предсказывают наши современные теории. Мы не понимаем, как такие массивные объекты образовались так скоро после того времени, когда могли образоваться первые звезды. Нам нужен рентгеновский телескоп, чтобы увидеть самые первые сверхмассивные черные дыры, чтобы предоставить информацию для теории о том, как они могли сформироваться ».
Независимо от того, какую миссию НАСА в конечном итоге выберет, агентство и отдельные центры начали инвестировать в передовые инструменты для реализации таких концепций в будущем. Четыре команды представили свои промежуточные отчеты еще в марте. Ожидается, что к следующему году они завершат подготовку окончательных отчетов для Национального исследовательского совета (NRC), которые будут использованы для информирования НАСА о его рекомендациях в ближайшие годы.
Как сказал Тай Фам, менеджер по развитию технологий в Управлении астрофизической программы НАСА:
«Я не говорю, что это будет легко. Это не будет Это амбициозные задачи со значительными техническими проблемами, многие из которых частично совпадают и применимы ко всем. Хорошая новость заключается в том, что сейчас закладывается фундамент ».
Теперь, когда TESS развернут и JWST планируется запустить к 2020 году, уроки, извлеченные в течение следующих нескольких лет, несомненно, будут включены в эти миссии. В настоящее время неясно, какие из следующих концепций выйдут в космос к 2030-м годам. Однако, между их передовыми инструментами и уроками, извлеченными из прошлых миссий, мы можем ожидать, что они сделают некоторые глубокие открытия во Вселенной.
