SuperBIT:En lavpris, ballonbåret teleskop til rivaliserende Hubble

Durham, Toronto og Princeton Universiteter er gået sammen med NASA og den canadiske rumfartsorganisation for at bygge en ny slags astronomisk teleskop. SuperBIT flyver over 99,5% af jordens atmosfære, båret af en heliumballon på størrelse med et fodboldstadion. Teleskopet vil få sin operationelle debut i april næste år, og når det er installeret, vil det få billeder i høj opløsning, der kan måle sig med Hubble-rumteleskopet. Mohamed Shaaban, en ph.d. studerende ved University of Toronto, vil beskrive SuperBIT i sit foredrag i dag (onsdag den 21. juli) på online RAS National Astronomy Meeting (NAM 2021).

Lys fra en fjern galakse kan rejse i milliarder af år for at nå vores teleskoper. I den sidste brøkdel af et sekund, lyset skal passere gennem jordens hvirvler, turbulent atmosfære. Vores syn på universet bliver sløret. Observatorier på jorden er bygget på steder i høj højde for at overvinde noget af dette, men indtil nu er det kun at placere et teleskop i rummet, der undslipper virkningen af ​​atmosfæren.

Superpressure Balloon-borne Imaging Telescope (eller SuperBIT) har et spejl med en diameter på 0,5 meter og bæres til 40 km højde af en heliumballon med en volumen på 532, 000 kubikmeter, på størrelse med et fodboldstadion.

Dens sidste testflyvning i 2019 demonstrerede ekstraordinær pegestabilitet, med variation på mindre end en seksogtredive tusindedel af en grad i mere end en time. Dette skulle gøre det muligt for et teleskop at få billeder lige så skarpe som dem fra Hubble-rumteleskopet.

Ingen har gjort dette før ikke kun fordi det er ekstremt svært, men også fordi balloner kun kunne holde sig i luften i nogle få nætter:for kort til et ambitiøst eksperiment. Imidlertid, NASA har for nylig udviklet 'overtryksballoner', der kan indeholde helium i flere måneder. SuperBIT er planlagt til at lancere på den næste langvarige ballon, fra Wanaka, New Zealand, i april. Båret af sæsonmæssigt stabil vind, den vil sejle rundt om Jorden adskillige gange - forestillende himlen hele natten, derefter bruge solpaneler til at genoplade sine batterier i løbet af dagen.

Med et budget til konstruktion og drift af det første teleskop på US$5 millioner (£3,62 millioner), SuperBIT koster næsten 1000 gange mindre end en lignende satellit. Ikke alene er balloner billigere end raketbrændstof, men evnen til at returnere nyttelasten til Jorden og genstarte den betyder, at dens design er blevet justeret og forbedret i løbet af adskillige testflyvninger. Satellitter skal virke første gang, så typisk har (fænomenalt dyr) redundans, og årti gammel teknologi, der skulle rumkvalificeres af den tidligere mission. Moderne digitale kameraer forbedres hvert år - så udviklingsteamet købte det banebrydende kamera til SuperBITs seneste testflyvning et par uger før lanceringen. Dette rumteleskop vil fortsat kunne opgraderes, eller have nye instrumenter på hver fremtidig flyvning.

På længere sigt, Hubble-rumteleskopet vil ikke blive repareret igen, når det uundgåeligt fejler. I 20 år derefter, ESA/NASA-missioner vil kun muliggøre billeddannelse ved infrarøde bølgelængder (som James Webb-rumteleskopet, der forventes opsendt til efteråret), eller et enkelt optisk bånd (som Euclid-observatoriet, der skal lanceres næste år).

På det tidspunkt vil SuperBIT være den eneste facilitet i verden, der er i stand til at udføre højopløselige flerfarvede optiske og ultraviolette observationer. Holdet har allerede midler til at designe en opgradering fra SuperBITs 0,5 meter blænde teleskop til 1,5 meter (ballonens maksimale bæreevne er et teleskop med et spejl på omkring 2 meter på tværs). Forøgelse af lyssamlende kraft tidoblet, kombineret med dens vidvinkelobjektiv og flere megapixels, vil gøre dette større instrument endnu bedre end Hubble. De billige omkostninger gør det endda muligt at have en flåde af rumteleskoper, der giver tid til astronomer over hele verden.

"Ny ballonteknologi gør det billigt at besøge rummet, let, og miljøvenlig, " sagde Shaaban. "SuperBIT kan løbende omkonfigureres og opgraderes, men dens første mission vil se de største partikelacceleratorer i universet:kollisioner mellem klynger af galakser."

Det videnskabelige mål for flyvningen i 2022 er at måle egenskaberne af mørkt stofpartikler. Selvom mørkt stof er usynligt, astronomer kortlægger den måde, den bøjer lysstråler på, en teknik kendt som gravitationslinser. SuperBIT vil teste, om mørkt stof bliver langsommere under kollisioner. Ingen partikelkolliderer på Jorden kan accelerere mørkt stof, men dette er en nøglesignatur forudsagt af teorier, der kan forklare nylige observationer af myoner, der opfører sig underligt.

"Hulemænd kunne smadre sten sammen, for at se, hvad de er lavet af, " tilføjede prof. Richard Massey fra Durham University. "SuperBIT leder efter knasen af ​​mørkt stof. Det er det samme eksperiment, du skal bare bruge et rumteleskop for at se det."