En fortælling om to teleskoper:WFIRST og Hubble

NASA's Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), planlagt til lancering i midten af ​​2020'erne, vil skabe enorme kosmiske panoramaer. Ved at bruge dem, astronomer vil udforske alt fra vores solsystem til kanten af ​​det observerbare univers, inklusive planeter i hele vores galakse og den mørke energis natur.

Selvom det ofte sammenlignes med Hubble-rumteleskopet, som fylder 30 år i denne uge, WFIRST vil studere kosmos på en unik og komplementær måde.

"WFIRST vil muliggøre utrolige videnskabelige fremskridt inden for en bred vifte af emner, fra stjernepopulationer og fjerne planeter til mørk energi og strukturen af ​​galakser, " sagde Ken Carpenter, WFIRST jordsystemprojektforsker og Hubble operationsprojektforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Hubble bidrog enormt til vores forståelse på disse områder, men WFIRST vil drive os fremad ved at studere langt flere objekter på himlen."

Tredive år efter lanceringen, Hubble fortsætter med at give os fantastiske, detaljerede billeder af universet. Når WFIRST åbner øjnene for kosmos, det vil generere meget større billeder, mens det matcher Hubbles sprøde infrarøde opløsning.

Hubble tilføjer vores billede af universet på måder, WFIRST ikke kan ved at bruge ultraviolet syn, der fanger detaljerne i høj opløsning, og ved at give mere specialiserede funktioner til dybdegående undersøgelse af det lys, der udsendes af individuelle objekter. WFIRST giver en mere generel evne til at dække brede områder ved synlige og infrarøde bølgelængder.

Hvert WFIRST-billede vil fange en plet af himlen, der er større end den tilsyneladende størrelse af en fuldmåne. Hubbles bredeste eksponeringer, taget med dets avancerede kamera til undersøgelser, er næsten 100 gange mindre. I løbet af de første fem års observationer, WFIRST vil afbilde over 50 gange så meget himmel, som Hubble hidtil har dækket på 30 år.

Da kvaliteten vil være den samme, WFIRST vil fungere som en flåde på 100 Hubbles, der opererer synkroniseret. Dets store synsfelt vil sætte WFIRST i stand til at udføre omfattende kosmiske undersøgelser, der ville tage hundreder af år ved at bruge Hubble. Forskere vil bruge disse undersøgelser til at studere nogle af de mest overbevisende mysterier i universet, inklusive mørk energi - en mærkelig kraft, der accelererer udvidelsen af ​​universet.

Hubble spillede en stor rolle i opdagelsen af ​​mørk energi. I 1998 astronomer målte, hvor hurtigt universet udvider sig ved at bruge jordbaserede teleskoper til at studere relativt nærliggende eksploderende stjerner, kaldet supernovaer. De gjorde den overraskende opdagelse, at udvidelsen af ​​universet accelererer. Astronomer, der bruger Hubble, bekræftede dette resultat ved at måle supernovaer over en længere periode. Dataene viste, at mens universets ekspansion blev bremset som forventet i det meste af den kosmiske historie, det begyndte at tage fart for et par milliarder år siden.

Forskere har siden fastslået, at uanset hvad der forårsager denne acceleration, udgør omkring 68% af det samlede stof og energi i universet, men indtil videre ved vi ikke meget mere om det. At afdække mørk energis natur og rolle vil være et af WFIRSTs primære mål. Forskere vil bruge tre undersøgelser til at undersøge mørke energipuslespillet fra forskellige vinkler, herunder en undersøgelse af en nøgletype supernova, bygger på de observationer, der førte til opdagelsen af ​​mørk energi. Missionens to store arealundersøgelser vil måle formerne på hundreder af millioner af galakser og finde afstande til titusinder. Dette vil gøre WFIRSTs bredfeltsbilleder til 3D-kort, der måler universets udvidelse og væksten af ​​galakser i det.

WFIRST vil hjælpe os med at forstå, hvordan mørk energi har påvirket udvidelsen af ​​universet i fortiden, som vil kaste lys over, hvordan det kan påvirke fremtiden for kosmos.

Et nyt sæt øjne på universet

Mens Hubble ser kosmos i infrarød, synligt og ultraviolet lys, WFIRST vil blive indstillet til at se et lidt bredere udvalg af infrarødt lys, end Hubble kan observere. Detektering af mere af lysspektret giver Hubble mulighed for at skabe et mere omfattende billede af mange processer, der arbejder i individuelle objekter i kosmos. WFIRST er designet til at udvide Hubbles infrarøde observationer specifikt, fordi at udføre enorme undersøgelser af det infrarøde univers vil lade os se et stort antal kosmiske objekter og subtile processer i områder af rummet, som ellers ville være vanskelige eller umulige at se.

WFIRST vil hjælpe med at opklare mysterier omkring mørk energi og galaksernes udvikling ved at kigge hen over enorme strækninger af universet – endda længere end Hubble er i stand til at se. Disse undersøgelser kræver præcise infrarøde observationer, fordi lys skifter til længere bølgelængder, fra ultraviolet og synligt til infrarødt, da den rejser over store astronomiske afstande på grund af rummets udvidelse.

WFIRSTs infrarøde muligheder vil også give et nyt syn på objekter, der er tættere på hjemmet. Hjertet af vores Mælkevejsgalakse er tæt befolket med rige mål, men indhyllet i støv, der skjuler synligt lys. Som et infrarødt teleskop, WFIRST vil i det væsentlige bruge varmebriller til at kigge gennem støvet, giver os et nyt syn på galaksens indre funktion.

Disse observationer vil give astronomer mulighed for at studere stjerneudviklingen - fødslerne, stjerners liv og død. WFIRST vil også udvide vores beholdning af exoplaneter – planeter uden for vores solsystem – ved at afsløre tusindvis af verdener, som astronomer forventer vil være meget forskellige fra de fleste af de 4, 100 nu kendt. De fleste af de i øjeblikket kendte exoplaneter er enten meget tæt på deres værtsstjerner, eller store planeter, der kredser længere væk. Hubble har observeret nogle af disse planeter direkte ved hjælp af koronagrafer, som blokerer genskin fra stjerner. WFIRST vil bygge videre på denne teknologi for at lave en aktiv koronagraf, der er meget bedre til at undertrykke stjernelys - en demonstration af teknologi, der når længere fremme, vil gøre det muligt for fremtidige rumteleskoper at afbilde exoplaneter i jordstørrelse.

Søger efter kosmiske sjældenheder

Forskere vil også bruge WFIRSTs kosmiske undersøgelser til at opnå enorme prøver af nogle af de mest ekstreme objekter i universet, inklusive kvasarer – aktive galakser med superlyse centre. At udpege deres placeringer vil give Hubble og andre teleskoper mulighed for at følge op for detaljerede observationer. Disse undersøgelser vil gøre det muligt for astronomer at sammensætte historien om galaksevækst og universets udvikling.

For at gøre disse undersøgelser mulige, WFIRST vil operere meget længere væk fra Jorden end Hubble gør. Mens Hubble kredser omkring 340 miles over os, WFIRST vil være placeret omkring 930, 000 miles (1,5 millioner km) væk fra Jorden i retning modsat Solen. På dette særlige sted i rummet, kaldet det andet sol-jord lagrangepunkt, eller L2, gravitationskræfter fra Solen og Jorden balancerer for at holde rumfartøjer i relativt stabile baner.

I nærheden af ​​L2, WFIRST vil kredse om Solen synkront med Jorden, bruge et solskjold til at blokere sollys og holde rumfartøjet køligt. Da infrarødt lys er varmestråling, hvis WFIRST opvarmes af stråling fra Jorden, Solen eller endda dens egne instrumenter, det vil overvælde de infrarøde sensorer. Fra dette udsigtspunkt, WFIRST kan se store dele af himlen jævnt over lange perioder.

Enorme gobeliner

For at samle så meget lys som muligt, teleskoper har brug for store primære spejle. Da både WFIRST og Hubble har et primært spejl, der er 2,4 meter (7,9 fod) på tværs, de samler den samme mængde lys. Mens samme størrelse, WFIRSTs spejl vejer kun en fjerdedel af Hubbles vægt takket være fremskridt inden for teknologi.

Med Hubbles lignende lyskollektion, opløsning og et overlap i infrarøde muligheder, det kan hjælpe med at sætte forventninger til WFIRST. For eksempel, Hubble producerede et panoramabillede af vores nabo Andromeda-galakse som en del af Panchromatic Hubble Andromeda Treasury-programmet (PHAT). Forskere kompilerede PHAT-billedet fra 7, 398 eksponeringer taget i løbet af tre år. WFIRST kunne replikere Hubbles PHAT-billede mere end 1, 000 gange hurtigere. Denne type observation vil afsløre, hvordan stjerner ændrer sig med tiden og påvirker den galakse, hvor de bor.

Ligesom Hubble, WFIRST vil også tilbyde et General Observer-program for at støtte det astronomiske samfund, giver videnskabsfolk mulighed for at drage fordel af missionens unikke muligheder ved at foreslå nye, konkurrerende udvalgte observationer. Som med Hubble, forfølgelsen af ​​efterforskninger, der ikke engang var påtænkt før lanceringen, vil sandsynligvis blive den primære arv fra WFIRST-missionen. Hele mængden af ​​WFIRST-data vil være offentligt tilgængelige inden for få dage efter at de er blevet taget - den første til en NASA-astrofysisk flagskibsmission. WFIRST vil have et robust arkivforskningsprogram, der giver forskere mulighed for at drage fuld fordel af disse enorme datasæt.

WFIRST nyder godt af yderligere 30 års store teknologiske fremskridt, dog vil Hubble fortsætte med at transformere vores forståelse af universet. I de kommende år, WFIRSTs enorme infrarøde undersøgelser vil afsløre interessante mål for opfølgning af andre missioner. Hubble kan se målene i yderligere bølgelængder af lys og vil give det eneste højopløselige billede af det ultraviolette univers. James Webb-rumteleskopet kan lave detaljerede observationer, der går endnu længere ind i det infrarøde med sin høje opløsning, zoomet ind. At kombinere WFIRST's resultater med Hubbles og Webbs resultater kan revolutionere vores forståelse i en lang række kosmiske stræben.

"WFIRSTs undersøgelser kræver ikke, at vi ved præcis, hvor og hvornår vi skal kigge for at gøre spændende opdagelser - vi vil ikke være begrænset til at kigge under den kosmiske lygtepæl, " sagde Goddards Julie McEnery, WFIRST stedfortrædende projektforsker. "Missionen vil tænde projektørlyset, så vi kan udforske universet på en helt ny måde."