NASA demonstrerer ny teknologi til at se stjerne med tusindvis af skodder

NASA-forskere planlægger at demonstrere en revolutionerende teknologi til at studere hundredvis af stjerner og galakser på samme tid - en ny kapacitet, der oprindeligt blev skabt til NASAs James Webb-rumteleskop.

Teknologien, kaldet Next-Generation Microshutter Array (NGMSA), vil flyve for første gang på Far-ultraviolet Off Rowland-circle Telescope for Imaging and Spectroscopy, eller FORTIS, mission den 27. oktober. Arrayet omfatter 8, 125 små skodder, hver omkring bredden af ​​et menneskehår, der åbner og lukker efter behov for at fokusere på specifikke himmellegemer.

Ledet af Johns Hopkins University professor Stephan McCandliss, FORTIS vil starte ombord på en Black Brant IX raket fra White Sands Missile Range i New Mexico for at studere den stjernedannende galakse, Messier 33, eller M33. Beliggende omkring 3 millioner lysår fra Jorden i stjernebilledet Triangulum, M33 er det tredjestørste medlem af den lokale gruppe af galakser, der omfatter vores egen Mælkevej og Andromeda.

"FORTIS havde brug for vores nye mikrolukkerteknologi til videnskaben. Vi drager fordel af en testplatform til at fremme klarheden af ​​dette design til brug i rummet. Det er en stor synergi, " sagde Matt Greenhouse, en videnskabsmand ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Greenhouse og hans kollega, Goddard-teknolog Mary Li, fremmer teknologien med støtte fra NASAs Strategic Astrophysics Technology (SAT) program.

Den sonderende raketmission forventes at adressere en lang række risici forbundet med driften af ​​denne nye teknologi. Det vil også være med til at lægge grundlaget for endnu større arrays, som fremtidige astrofysiske missioner har brug for.

Spådomsstrukturer omkring nye varme stjerneklynger

M33 er en spiralskive galakse fyldt med hobe af massive varme stjerner, der er opstået inden for de seneste par millioner år fra kollapsende fødselsskyer af kold gas og støv. For at studere disse lyse klynger, som udsender rigelige mængder lys ved ultraviolette bølgelængder, FORTIS-teleskopet vil først lokalisere de lyseste klynger med dets billedkamera, og en on-the-fly målretningsalgoritme vil lukke alle de små skodder undtagen dem, der falder sammen med de lyse mål.

Dette vil tillade lys at strømme til spektrografen, hvor det vil blive opdelt i komponentbølgelængder for at afsløre detaljer om de fysiske forhold for klyngerne og deres omgivende materiale.

Microshutter-teknologien giver forskere mulighed for at producere flere spektre på én gang. Denne evne forbedrer produktiviteten på begge klingende raketmissioner, som kun tilbyder seks minutters observationstid, eller store rumbaserede observatorier, hvilket kan tage op til en uge at observere besvimelse, genstande langt væk og samle nok lys til at opnå gode spektre. Med observation af tid til en præmie, evnen til at samle lys fra flere objekter på én gang er altafgørende.

Webb, planlagt til lancering i 2021, vil bære NASAs første generation af mikrolukkerteknologi - fire 365 x 172 mikrolukker-arrays, der tilsammen i alt 250, 000 skodder. De vil give Webb mulighed for at opnå spektre af hundredvis af objekter samtidigt.

Det, der adskiller næste generations array på FORTIS fra det, der flyver på Webb, er, hvordan skodderne åbnes og lukkes. Webbs arrays anvender en stor magnet, der fejer hen over skodderne for at aktivere dem. Imidlertid, som med alle mekaniske dele, magneten optager plads og tilfører vægt. Desuden, magnetisk aktiverede arrays kan ikke let skaleres op i størrelse. Som resultat, denne ældre teknologi er i en ulempe for at understøtte fremtidige rumteleskoper større end Webb.

Magnet elimineret

For at imødekomme fremtidige missioner, Goddards microshutter-udviklingsteam eliminerede magneten. Skodderne i piloten 128 x 64 array, der vil flyve på FORTIS, åbner og lukker gennem elektrostatiske interaktioner. Ved at påføre en vekselstrømspænding til elektroder placeret på forsiden af ​​mikroskodderne, skodderne åbnes. For at låse de ønskede skodder, en jævnstrømsspænding påføres elektroderne på bagsiden.

Uden magnet, næste generations array kan skaleres dramatisk op i størrelse - og det er præcis, hvad holdet forsøger at opnå. Især, Greenhouse og Li bruger avancerede fremstillingsteknikker til at skabe en meget større, 840-by-420-array udstyret med 352, 800 mikroskodder, dramatisk forøgelse af et instruments synsfelt.

"Arrayet, der flyver på FORTIS, er en teknologiudviklingsprototype til den store, " sagde Greenhouse.

Andre videnskaber kunne drage fordel

Næste generation af astrofysikmissioner er ikke den eneste potentielle modtager af det magnetfri array. Heliofysiker Sarah Jones overvejer at implementere arrayet af FORTIS-typen på en klingende raketmission kaldet Loss Through Auroral Microburst Precipitation, eller LAMPE. LAMP vil for første gang direkte måle mikroudbrud i pulserende nordlys, farverige lysshows, der forekommer 60 miles over Jorden i en ring omkring de magnetiske poler.

Teknologien kan også i høj grad hjælpe videnskabsmænds indsats for bedre at forstå Solens indflydelse på Jorden. Ved at åbne en lukker ad gangen, Jones sagde, at hun kunne måle partikelhastigheden i Jordens øvre atmosfære og bestemme, i hvilken retning de øvre atmosfæriske vinde blæser. Forskere er interesserede i at opnå disse målinger, fordi disse vinde kan skabe en atmosfærisk modstand på satellitter, der kredser lavt om Jorden.

"Vi ønsker at bruge denne teknologi, så snart vi kan, og vi er glade for at bruge den, " sagde Jones. "Vi har ikke målt disse vinde direkte i 30 år."

Jones' entusiasme er forståelig, Greenhouse sagde. "Alle vil have denne teknologi, " han sagde.