WFIRST rumteleskop monteret til stjernebriller

Da et nyt NASA-rumteleskop åbner øjnene i midten af ​​2020'erne, den vil kigge på universet gennem nogle af de mest sofistikerede solbriller, der nogensinde er designet.

Denne flerlagsteknologi, koronagrafinstrumentet, kunne med rette kaldes "stjernebriller":et system af masker, prismer, detektorer og endda selvbøjende spejle bygget til at blokere genskin fra fjerne stjerner - og afsløre planeterne i kredsløb omkring dem.

Normalt, det blænding er overvældende, udsletter enhver chance for at se planeter kredse om andre stjerner, kaldet exoplaneter, sagde Jason Rhodes, projektforsker for Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) ved NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien.

En stjernes fotoner – lyspartikler – overmander i høj grad alt lys, der kommer fra en planet i kredsløb, når de rammer teleskopet.

"Det, vi forsøger at gøre, er at annullere en milliard fotoner fra stjernen for hver en, vi fanger fra planeten, " sagde Rhodes.

Og WFIRSTs koronagraf har netop afsluttet en stor milepæl:en foreløbig designgennemgang af NASA. Det betyder, at instrumentet har opfyldt alt design, krav til tidsplan og budget, og kan nu gå videre til næste fase:bygge hardware, der vil flyve i rummet. Det er en af ​​en række af sådanne anmeldelser, der undersøger alle facetter af missionen, sagde WFIRST Project Scientist Jeffrey Kruk fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

"Hver en af ​​disse anmeldelser er omfattende, " sagde Kruk. "Vi gennemgår alle aspekter af missionen, for at vise, at alt hænger sammen."

WFIRST-missionens koronagraf er beregnet til at demonstrere styrken af ​​stadig mere avanceret teknologi. Da den fanger lys direkte fra store, gasformige exoplaneter, og fra skiver af støv og gas, der omgiver andre stjerner, det vil vise vejen til teknologier til endnu større rumteleskoper.

Fremtidige teleskoper med endnu mere sofistikerede koronagrafer vil være i stand til at generere enkeltpixel "billeder" af klippeplaneter på størrelse med Jorden. Så kan lyset spredes ind i en regnbue kaldet et "spektrum, "afslører hvilke gasser der er til stede i planetens atmosfære - måske ilt, metan, carbondioxid, og måske endda livstegn.

"Med WFIRST vil vi være i stand til at få billeder og spektre af disse store planeter, med det mål at bevise teknologier, der vil blive brugt i en fremtidig mission - for til sidst at se på små klippeplaneter, der kunne have flydende vand på deres overflader, eller endda tegn på liv, som vores egen, " sagde Rhodes.

På denne måde WFIRST er en slags pioner. Det er derfor, NASA anser coronagrafen for at være en "teknologidemonstration." Selvom det sandsynligvis vil generere vigtige videnskabelige opdagelser, dens hovedopgave er at bevise over for det videnskabelige samfund, at komplekse koronagrafier virkelig kan arbejde i rummet.

"Dette kan være det mest komplicerede astronomiske instrument, der nogensinde er fløjet, " sagde Rhodes.

Hvorfor denne Coronagraph er anderledes

NASAs Hubble-rumteleskop, i kredsløb siden 1990, er indtil videre den eneste NASA-astrofysiske flagskibsmission, der inkluderer koronagrafier - langt enklere og mindre sofistikerede versioner, end der vil flyve på WFIRST.

Men når den lanceres i midten af ​​2020'erne, WFIRST vil være den tredje sådan mission, der inkluderer coronagraph-teknologi. NASAs massive James Webb-rumteleskop, lanceres i 2021, vil inkludere en koronagraf med en skarphed, der er større end Hubbles, men uden WFIRSTs evne til at undertrykke stjernelys.

"WFIRST burde være to eller tre størrelsesordener stærkere end nogen anden koronagraf nogensinde fløjet" i sin evne til at skelne en planet fra dens stjerne, sagde Rhodes. "Der burde være en chance for noget virkelig overbevisende videnskab, selvom det bare er en teknisk demo."

De to fleksible spejle inde i koronagrafen er nøglekomponenter. Som lys, der har rejst titusvis af lysår fra en exoplanet, kommer ind i teleskopet, tusindvis af aktuatorer bevæger sig som stempler, ændring af spejlenes form i realtid. Bøjningen af ​​disse "deformerbare spejle" kompenserer for små fejl og ændringer i teleskopets optik.

Ændringer på spejlenes overflader er så præcise, at de kan kompensere for fejl, der er mindre end bredden af ​​en DNA-streng.

Disse spejle, sammen med højteknologiske "masker, "endnu et stort fremskridt, dæmpe stjernens diffraktion - bøjningen af ​​lysbølger rundt om kanterne af lysblokerende elementer inde i koronagrafen.

Resultatet:blændende stjernelys dæmpes skarpt, og svagt glødende, tidligere skjulte planeter dukker op.

Stjernedæmpningsteknologien kunne også levere de klareste billeder nogensinde af fjerne stjernesystemers formative år - når de stadig er svøbt i skiver af støv og gas, mens spædbarnsplaneter tager form indeni.

"De affaldsskiver, vi ser i dag omkring andre stjerner, er lysere og mere massive, end hvad vi har i vores eget solsystem, " sagde Vanessa Bailey, en astronom ved JPL og instrumentteknolog for WFIRST coronagraph. "WFIRSTs koronagrafinstrument kunne studere svagere, mere diffust skivemateriale, der ligner hovedasteroidebæltet, Kuiper bæltet, og andet støv, der kredser om solen."

Det kunne give dyb indsigt i, hvordan vores solsystem blev dannet.

Kruk sagde, at instrumentets deformerbare spejle og anden avanceret teknologi - kendt som "aktiv bølgefrontkontrol" - burde betyde et spring på 100 til 1, 000 gange kapaciteten af ​​tidligere koronagrafier.

"Når man ser en mulighed som denne for virkelig at åbne nye grænser på et nyt felt, det kan man ikke lade være med at blive begejstret for, " han sagde.

Når coronagraph-teknologien er blevet demonstreret med succes i løbet af missionens første 18 måneder, WFIRSTs koronagraf kan blive åben for det videnskabelige samfund. Et "Participating Scientist Program" ville invitere en bredere vifte af observatører til at udføre eksperimenter ud over demonstrationsfasen.

Coronagrafens fremskridt gennem milepælen for designgennemgang er en del af en udviklingsplan, der nu bevæger sig i et hurtigt klip. Et kæmpe kamera, der også vil flyve på rumfartøjet, kaldet Wide-Field Instrument, klarede den samme forhindring i juni. Det betragtes som rumteleskopets hovedinstrument.

Rhodes kan lide at sammenligne WFIRST med den historieskabende Mars Pathfinder-mission. Efter landing på den røde planet i 1997, Pathfinder-landeren slap en lille rover løs, ved navn Sojourner, at trille på egen hånd rundt på landingsstedet og undersøge nærliggende sten.

"Det var en teknisk demo, " sagde Rhodes. "Målet var at vise, at en rover virker på Mars. Men det fortsatte med at lave noget meget interessant videnskab i løbet af sin levetid. Så vi håber, at det samme vil være tilfældet med WFIRSTs coronagraph tech-demo."