NASA:s romerska rymdteleskop Nancy Grace kommer närmare och närmare lanseringsdatumet 2025. Detta bredfälts infraröda teleskop av Hubble-klassen kommer att hjälpa astronomer att upptäcka mörk energis natur, upptäcka planeter och utföra stora undersökningar av natten himmel.
Men även med sin kraft kommer teleskopet att vara begränsad i sin förmåga att undersöka planeter.
Ett team av ingenjörer föreslår att flyga ett uppföljningsuppdrag till Nancy Grace: a Starshade. Denna kronbladsformade rymdfarkost kunde flyga i formation med teleskopet, blockera ljuset från stjärnor och hjälpa den att se de svagare planeterna i närheten.
Får ett exceptionellt teleskop en uppgradering? Det verkar som en win-win.
Ett av nästa observatorium för att hjälpa mänsklighetens förståelse av kosmos är Nancy Grace Roman Space Telescope (NGRST), tidigare känt som Wide Field InfraRed Survey Telescope (WFIRST). Namnbytet var för att hedra arvet efter Dr. Nancy Grace Roman, idag känd som 'Hubbles moder' för hennes arbete med att få Hubble att hända. Hon skapade NASA:s rymdastronomiprogram, blev den första kvinnliga chefen på NASA och fungerade som NASA:s första astronomichef under 1960- och 1970-talen. ( Rehm )
'Nancy Grace Roman är en förebild. Vi döper det här uppdraget efter Nancy Grace Roman på grund av hennes stora prestationer. Jag tror att det verkligen har hjälpt yngre kvinna [sic] för att se att det är möjligt för en kvinna att lyckas, är det möjligt för en kvinna att vara bäst”, säger Dr Julie McEnery, biträdande projektforskare för det romerska rymdteleskopet. ( Rehm )
NGRST har en planerad uppdragstid på fem år, men som alltid kan vi hoppas på en längre varaktighet. Dess nuvarande planerade lanseringsdatum är 2025, och lanseras från Cape Canaveral på en EELV (Evolved Expendable Launch Vehicle). Den kommer att ledas ut till den andra Sun-Earth L2 Lagrange punkt , som ligger mitt emot solen, på andra sidan månen. Den här platsen är idealisk för att hålla instrumenten tillräckligt svala för att observatoriet ska kunna samla in 10 gånger så mycket data som Hubble kan. Under sitt femåriga uppdrag förväntas den mäta ljus från en miljard galaxer.
Konstnärens intryck av det romerska rymdteleskopet Nancy Grace (tidigare WFIRST). Kredit: NASA/GSFC
Det är allt från hundratals miljarder till två biljoner galaxer i universum, bara för att sätta saker i perspektiv. ( Strickland )
Detta teleskop är redan imponerande, precis som det är.
NASA-observatoriet kommer att ha två instrument ombord, The Wide Field Instrument och The Coronagraph Instrument. Wide Field Instrument har en 300-megapixelkamera som ger det ett 100x större synfält än Hubbles infraröda instrument. Detta motsvarar mer himmel som observeras på kortare tid. Om fem år kommer den att ha avbildat över 50 gånger så mycket himmel som Hubble observerade under de första trettio åren.
Coronagraph Instrument (CGI) kommer att utföra högkontrastavbildning och spektroskopi av dussintals närliggande exoplaneter. Det kommer att eliminera bländningen från närliggande stjärnor, vilket gör att den kan se planeter som är nästan en miljard gånger svagare än deras värdstjärna. Resultaten från CGI kommer att hjälpa framtida uppdrag att observera och karakterisera steniga planeter i den beboeliga zonen av stjärnor (ett område där temperaturen är på rätt nivå för att flytande vatten ska kunna bildas, vilket anses vara en nyckelingrediens för liv). ( Krishna )
NGRST kommer att genomföra nära-infraröda undersökningar för att utforska närliggande stjärnor och avlägsna galaxer. Observatoriet kommer att hjälpa till i sökandet efter vad mörk materia och mörk energi är, och en mikrolinsundersökning förväntas hitta ~2600 exoplaneter. Det här är väl och bra.
Men det kunde vara bättre.
Konstnärens återgivning av en stjärnskärm som blockerar stjärnljuset från ett närliggande planetsystem, vilket möjliggör bilder av planeter i jordstorlek i de beboeliga zonerna runt solliknande stjärnor. (Bildkredit: Jay Wong, Los Angeles, Kalifornien.)
Det finns en förslag av Andrew Romero-Wolf et al., för att utveckla vad som kallas för Starshade Rendezvous Probe . Detta skulle vara en 26 meter (~85 fot) frittflygande enhet som skulle göra det möjligt för Nancy Grace Roman Space Telescope att upptäcka jordliknande exoplaneter i de beboeliga zonerna av deras värdstjärna och öka känsligheten för att spektralt karakterisera jordliknande exoplaneter. Den skulle också kunna upptäcka dammet som omger jordliknande exoplaneter. Detta stoft är litet i massa men har en stor yta som gör det lättare att observera än planeten själv.
Planeter är cirka 10 miljarder gånger svagare än ljuset från deras moderstjärna. Stjärnskärmar fungerar genom att blockera ljuset, liknande hur en förmörkelse fungerar. Under en förmörkelse är det lättare att se vad som händer runt solen utan dess bländning. När en stjärnskärm utplaceras gör den att planeterna runt en stjärna kan avbildas direkt, och ger även möjlighet att analysera exoplaneternas atmosfärer.
Stjärnskärmen är inget nytt koncept. NASA har redan arbetat på en kronbladsformad version. Denna form är utformad för att minska böjningen av ljusvågor, vilket gör att den kan avbilda planeter utan att överväldigas av deras moderstjärnljus. ( Rodriguez ) Northrop Grumman hjälper till att utveckla stjärnskärmen, som är högre än en 15-våningsbyggnad, och som skulle flyga på ett avstånd av 20 000 – 40 000 kilometer (~12 400 miles – ~24 800 miles) från observatoriet. Det förväntas hjälpa till att upptäcka extrasolära planeter inom 50 ljusår från oss. ( Northrop Grumman )
Det finns dock några hinder att övervinna. Detta är teknik som aldrig har byggts förut och kräver mycket detaljerad ingenjörskonst. Att hålla stjärnskärmen och observatoriet i perfekt linje är bara en av de svåra uppgifterna ingenjörer kommer att möta. JPL-ingenjören Michael Bottom uttryckte det bäst när han sa: 'Om stjärnorna skulle skalas ner till storleken på ett glasunderlägg, skulle teleskopet vara lika stort som ett suddgummi och de skulle vara åtskilda med cirka 100 kilometer. . Föreställ dig nu att de två objekten är fritt svävande i rymden. De upplever båda dessa små ryck och knuffar från gravitation och andra krafter, och över det avståndet försöker vi hålla dem båda exakt inriktade inom cirka 2 millimeter.' ( NASA )
Och så är det upprullningen av stjärnskärmen. Ovanstående video visar precis vad stjärnskärmen måste göra för att distribuera ordentligt, och det här är bara de första babystegen. När en stjärnskärm är redo för ett uppdrag kan man bara föreställa sig hur många intrikata steg, motorer och ställdon som kommer att krävas för att den ska kunna distribueras ordentligt. Om James Webb rymdteleskopets process för att rulla ut solskölden är någon indikator kommer detta inte att vara en lätt uppgift.
Även med nästa flaggskeppsobservatorium som t.ex HabEx eller Luvoir , kommer det inte att finnas ett annat observatorium som kan upptäcka jordliknande exoplaneter inom det kommande decenniet. Förhoppningen är att denna Starshade Rendezvous Probe kommer att starta tre år in i NGRST-uppdraget, vilket ger den minst två år för att hjälpa till att upptäcka dessa jordliknande exoplaneter.
Vår förståelse av universum utökas med varje nytt observatorium som skjuts upp i rymden. Teknik som stjärnskärmen som föreslås kommer att vara en stor hjälp för att föra fram vår kunskap.
Krediter
ArXiv: Starshade Rendezvous: Exoplanet Sensitivity and Observing Strategy
NASA-teleskopet WFIRST omdöpt efter 'Mother of Hubble' Nancy Grace Roman
Flower Power: NASA avslöjar vårens Starshade-animation
Det kan finnas färre galaxer i universum än vi trodde
Starshade – nyckelverktyg i sökandet efter jordliknande planeter