NASA var klar til at vælte en planet til at finde barriere

NASAs optikeksperter er godt på vej til at vælte en barriere, der har forhindret forskere i at opnå en længe fastholdt ambition:at bygge et ultrastabilt teleskop, der lokaliserer og afbilder snesevis af jordlignende planeter ud over solsystemet og derefter gransker deres atmosfære for livstegn.

Babak Saif og Lee Feinberg på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, har vist for første gang, at de dynamisk kan detektere forvrængninger af subatomiske eller picometerstørrelser-ændringer, der er langt mindre end et atom-på tværs af et fem fods segmenteret teleskopspejl og dets understøttelsesstruktur. Samarbejde med Perry Greenfield ved Space Telescope Science Institute i Baltimore, teamet planlægger nu at bruge et næste generations værktøj og termisk testkammer til yderligere at forfine deres målinger.

Målingen er god nyhed for forskere, der studerer fremtidige missioner for at finde og karakterisere ekstrasolare jordlignende planeter, der potentielt kan understøtte liv.

For at finde liv, disse observatorier skulle samle og fokusere nok lys til at skelne planetens lys fra dets meget lysere forældre stjerne og derefter kunne dissekere det lys for at skelne forskellige atmosfæriske kemiske signaturer, såsom ilt og metan. Dette ville kræve et superstabilt observatorium, hvis optiske komponenter ikke bevæger sig eller forvrænger mere end 12 pikometre, en måling, der er omkring en tiendedel af et hydrogenatom.

Til dato, NASA har ikke bygget et observatorium med så krævende stabilitetskrav.

Hvordan forskydninger opstår

Forskydninger og bevægelser opstår, når materialer, der bruges til at bygge teleskoper, krymper eller udvider på grund af meget svingende temperaturer, som dem, man oplever, når man rejser fra Jorden til rumets frigiditet, eller når de udsættes for voldsomme affyringskræfter mere end seks og en halv gange tyngdekraften.

Forskere siger, at selv næsten umærkelig, bevægelser i atomstørrelse ville påvirke et fremtidigt observatoriets evne til at samle og fokusere nok lys til billede og analysere planetens lys. Følgelig, missionsplanlæggere skal designe teleskoper til picometernøjagtigheder og derefter teste det på samme niveau på tværs af hele strukturen, ikke kun mellem teleskopets reflekterende spejle. Bevægelse, der forekommer på en bestemt position, afspejler muligvis ikke nøjagtigt, hvad der rent faktisk sker andre steder.

"Disse fremtidige missioner vil kræve et utroligt stabilt observatorium, "sagde Azita Valinia, stedfortræder Astrophysics Projects Division programchef. "Dette er en af ​​de højeste teknologiske høje poler, som fremtidige observatorier af denne kaliber skal overvinde. Holdets succes har vist, at vi støt og roligt smutter væk ved den særlige forhindring."

Den indledende test

For at udføre testen, Saif og Feinberg brugte High-Speed ​​Interferometer, eller HSI-et instrument, som den Arizona-baserede 4D-teknologi udviklede til at måle dynamiske ændringer i nanometerstørrelse i James Webb-rumteleskopets optiske komponenter-inklusive dets 18 spejlesegmenter, beslag, og andre understøttende strukturer - under termisk, vibrationer og andre former for miljøtest.

Som alle interferometre, instrumentet deler lys og rekombinerer det derefter for at måle små ændringer, inklusive bevægelse. HSI kan hurtigt måle dynamiske ændringer på tværs af spejlet og andre strukturelle komponenter, give forskere indsigt i, hvad der sker på tværs af teleskopet, ikke bare et bestemt sted.

Selvom HSI var designet til at måle forvrængninger af nanometer eller molekyler i størrelse-hvilket var designstandarden for Webb-ønskede teamet at se, at det kunne bruge det samme instrument, kombineret med specielt udviklede algoritmer, at registrere endnu mindre ændringer over overfladen af ​​et ekstra fem-fods Webb-spejlesegment og dets supporthardware.

Testen viste, at det kunne måling af dynamisk bevægelse helt ned til 25 pikometer - cirka det dobbelte af det ønskede mål, Saif sagde.

Næste skridt

Imidlertid, Goddard og 4D Technology har designet et nyt højhastighedsinstrument, kaldet et speckle interferometer, der tillader målinger af både reflekterende og diffuse overflader ved picometernøjagtigheder. 4D Technology har bygget instrumentet, og Goddard-teamet har påbegyndt den første karakterisering af dets ydeevne i et nyt termisk-vakuum testkammer, der styrer interne temperaturer til en frost 1-millikelvin.

Saif og Feinberg planlægger at placere testemner inde i kammeret for at se, om de kan opnå målenøjagtigheden på 12-pikometer.

"Jeg synes, vi har gjort store fremskridt. Vi kommer derhen, "Sagde Saif.