VIIMEINKIN

Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST)  on avaruusteleskooppi , joka on suunniteltu toimimaan ultravioletti-, näkyvä- ja lähi-infrapuna-alueella (110–2400 nm).

Hanketta ei ole päivitetty vuoden 2009 jälkeen. Tällä hetkellä LUVOIRia pidetään uuden sukupolven avaruusteleskooppina .

Tieteelliset tavoitteet

Space Telescope Institute for Space Studies ehdotti ATLASTia NASAn lippulaivatehtäväksi . Teleskoopin päätarkoitus on löytää vastaus kysymykseen: onko galaksissamme elämää jossain muualla . Sen esiintyminen vahvistetaan epäsuorasti, jos "biomarkkereita" (esimerkiksi molekyylihappi, otsoni, vesi ja metaani) havaitaan Maan kaltaisten eksoplaneettojen ilmakehän spektristä .

Sen lisäksi, että teleskooppi etsii merkkejä maan ulkopuolisesta elämästä, se hoitaa myös muita tieteellisiä tehtäviä. Sillä on tarvittavat toiminnot paljastamaan lait, joiden mukaan tähdet muodostuvat, ja sen avulla voimme myös jäljittää pimeän aineen , galaksien ja galaktisten välineiden välisiä monimutkaisia ​​vuorovaikutuksia . ATLASTin tarjoamien havainnointimahdollisuuksien merkittävän harppauksen vuoksi sen tutkimuksen monimuotoisuutta tai suuntaa ei voida nyt tarkasti ennustaa, samoin kuin Hubble-teleskoopin luojat eivät ennakoineet sen roolia jättiläisten eksoplaneettojen ilmakehän karakterisoinnissa tai kiihtyvyyden mittaamisessa. kosminen laajeneminen supernovien avulla .

Elämän etsintä galaksissamme

ATLAST voi sisäistä koronagrafia tai ulkoista tähtienestolaitetta (okkultteria) käyttäen kuvata Maan kokoisten eksoplaneettojen ilmakehää ja pintaa pitkäikäisten tähtien asuttavalla vyöhykkeellä jopa 45 parsekin (~146 valovuoden) etäisyydellä. mukaan lukien niiden pyörimisnopeus, ilmasto ja mahdollinen asuttavuus. ATLAST kerää myös tietoa pinnan ominaisuuksista, pilvipeitteen ja ilmaston muutoksista sekä mahdollisesti myös vuodenaikojen vaihteluista peittävässä kasvillisuudessa [1] .

Biomarkkerien onnistuneen etsimisen suorittamiseksi eksoplaneetoilta tarvitaan suuren aukon avaruusteleskooppi, joka ratkaisee neljä pääongelmaa, jotka liittyvät tällaiseen etsintään.

Ensimmäinen ja tärkein ongelma: Maan kokoiset planeetat ovat hyvin himmeitä. Twin of the Earth 32 sv:n etäisyydellä. vuotta, pyörien G-luokan tähden ympärillä, sen magnitudi on V ~ 30. Biomarkkerien, kuten molekyylihapen, havaitseminen eksoplaneetan ilmakehässä vaatii kaukoputken, joka pystyy saamaan suoran spektroskopian tällaisesta heikosta lähteestä.

Toinen ongelma on, että lähimpien F, G, K-tähtien ympärillä olevan asumiskelpoisen vyöhykkeen keskimääräinen kulmakoko on alle 100 millikaaresekuntia (mas). Siten kuvantamisjärjestelmän kulmaresoluutio on oltava ~ 10–25 mas, jotta eksoplaneetta voidaan valita hyväksyttävästi.

Kolmas ongelma: Maan kokoisten planeettojen suora havainnointi asuttavalla vyöhykkeellä vaatii suurta kontrastia kuvantamisjärjestelmältä sekä tähden valon estämistä. Laskelmista seuraa, että vaadittu tähtivalon vaimennuskerroin on välillä - . Jotkin nykyiset menetelmät pystyvät tarjoamaan näin korkean kontrastin, mutta ne kaikki vaativat aaltorintaman vakautta, jota ei voida saavuttaa maanpäällisillä teleskoopeilla maan ilmakehän vaikutuksen vuoksi. Siksi tarvitaan avaruudessa sijaitsevia teleskooppeja vaaditun aaltorintaman vakauden saavuttamiseksi. Lopuksi, planeetat, joissa on biomarkkereita, voivat olla niin harvinaisia, että olisi tarpeen skannata kymmeniä tai jopa satoja tähtiä löytääkseen vain pienen määrän planeettoja, joissa on elonmerkkejä. Tähtien määrä, joille ATLAST pystyy hankkimaan eksoplaneettojen spektrin tietyllä signaali-kohinasuhteella ja kohtuullisessa ajassa, on suunnilleen yhtä suuri kuin , missä D on kaukoputken aukon halkaisija. Laskelmat osoittavat, että biomarkkerien onnistuneen havaitsemisen todennäköisyyden lisäämiseksi lähellä olevien tähtien planeetoilta tarvitaan kaukoputki, jonka aukko on vähintään 8 m [2] .

Taulukosta näkyy, kuinka monta lähellä olevien tähtien määrää asumiskelpoisen vyöhykkeen säde on havainnoitavissa käytetyistä kaukoputkesta riippuen.

Tutkimus galaksien välisen väliaineen vuorovaikutuksesta galaksien kanssa

Galaksien evoluution ymmärtämisen ytimessä on ymmärtää, kuinka galaksien välisestä väliaineesta tuleva kaasu pääsee galakseihin ja miten galaksit reagoivat tähän . Kaasun sisäänpääsyn ja ulosvirtauksen prosessien tutkiminen on havainnollistavaa. Näitä prosesseja voidaan karakterisoida tutkimalla ultraviolettisäteilyn absorptiota ja emissioviivaspektroskopiaa .

Ultraviolettialueen aaltoja tarvitaan kuvaamaan lämmintä intergalaktista kaasua, jossa on pieni punasiirtymä . Teleskoopin päätehtävänä on saada datajoukko vaaditulla spektriresoluutiolla. Teleskoopin ultraviolettispektrografia kehitetään tällaisten havaintojen suorittamiseen. Monet muut tieteelliset tarkoitukset vaativat samanlaista ultraviolettispektroskopian herkkyyttä (resoluutio R ~ 20 000-100 000) aallonpituuksilla 110-300 nm. Suurin riski kaukoputken kyvylle saavuttaa asetetut tieteelliset tavoitteensa ultraviolettialueella on tehokkaiden ultraviolettiaaltoilmaisimien saatavuus. Nykyiset ilmaisimet voivat kuitenkin saavuttaa ehdotetut tieteelliset tavoitteet, mutta havainnot kestävät 4 kertaa pidempään.

Tähtien muodostumisen historiaan tutustuminen

ATLAST pystyy rekonstruoimaan tähtien muodostumisen historian sadoissa galakseissa Paikallisen ryhmän ulkopuolella , jolloin tutkijat voivat tutkia kaiken kirjon tähtien muodostumisolosuhteita.

Täydellinen ja tarkka teoria galaksien muodostumisesta ja evoluutiosta vaatii tarkan määritelmän siitä, miten ja milloin galaksit muodostavat tähtipopulaatioita ja kuinka tämä muodostuminen muuttuu ympäristön mukana. Sopivin tapa tehdä tämä on analysoida jättiläisgalaksien tähtipopulaatiota, jotta voidaan rekonstruoida tähtien muodostumisen historia, määrittää niiden eri rakenteiden kemiallinen kehitys ja kinematiikka. Heidän ikänsä täydellisin ja tarkin diagnoosi suoritetaan tutkimalla kääpiö- ja jättitähtiä, mukaan lukien pääsekvenssin lähtöajan määrittäminen . Pääsekvenssistä poistuttuaan tähti kuitenkin muuttuu nopeasti liian himmeäksi, jotta se ei olisi havaittavissa paikallisen ryhmän ulkopuolisten galaksien kaukoputkilla . Tämä rajoittaa suuresti kykyämme saada tietoa galaksien muodostumisen yksityiskohdista, koska paikallisryhmän galaksit eivät ole tyypillinen näyte galaksien populaatiosta universumin laajemmassa mittakaavassa . ATLASTilla on mahdollisuus tarkkailla tähtiä paikallisen ryhmän ulkopuolelta . Vertailun vuoksi Hubble- teleskoopilla ja James Webb -teleskoopilla ei ole vaadittua tarkkuutta muiden jättimäisten galaksien kuin Linnunradan ja Andromedan tarkkailuun . 8 metrin (9,2 m) ATLAST-avaruusteleskooppi pystyy tarkkailemaan 140 (160) galaksia, mukaan lukien 12 (13) jättiläisspiraalia ja lähin jättimäinen elliptinen Maffei 1 .

Galaksien iän ja muiden ominaisuuksien määrittämiseksi tarvitaan tuhansien tähtien fotometria, jotka kattavat 4 kirkkausluokkaa. Tällaiset havainnot edellyttävät, että kaukoputken näkökenttä on vähintään 4 kaariminuuttia. ATLAST voi toimia yhdessä 30 metrin maanpäällisen teleskoopin (esimerkiksi TMT - Thirty Meter Telescope ) kanssa, mikä laajentaa muiden hyvin asuttujen galaksiryhmien havainnointikykyä hankkimalla fotometriaa G-luokan kääpiötähdistä , joiden magnitudi on V ~ 35 avaruusteleskoopin avulla ja Sculptor Groupin Brighter Giant Data Telescope -teleskoopin saaminen maassa . Sculptor Groupin kääpiötähdet ovat käytännössä saavuttamattomissa TMT:llä.

Pimeän aineen tutkimus

Kääpiöpallogalaksit ( dSph ), heikoin tunnetuista galaksityypeistä, ovat sopivimpia paikkoja tutkia ei-baryonisen pimeän aineen ominaisuuksia . Tähän on useita syitä. Ensinnäkin pimeä aine muodostaa suurimman osan niiden massasta: havaintojen avulla havaittiin, että näiden galaksien massa-luminositeettisuhde on 10-100 kertaa suurempi kuin tavallisella jättiläisgalaksilla (esimerkiksi Linnunrata tai M31 ). Toiseksi niitä on suhteellisen paljon lähellämme - Paikallisesta ryhmästä on löydetty tähän mennessä 19 tällaista galaksia. Lopuksi, kaikkia 19 galaksia, jotka kattavat yli 4 valoisuusluokkaa, on havaittu ympäröivän pimeän aineen halon, jolla on sama massa (~10^7) aurinkomassaa ) niiden 300 parsekin keskialueella. . ATLAST mittaa tähtien liikettä näissä galakseissa ja määrittää niiden gravitaatiovuorovaikutuksen.

Tekniset tiedot

Uuden teleskoopin konseptia ehdotti Space Telescope Science Institute . ATLAST tulee olemaan Hubble-teleskoopin seuraaja , joka pystyy tarkkailemaan ja valokuvaamaan spektroskooppisesti tähtitieteellisiä kohteita ultravioletti-, näkyvä- ja infrapuna-alueella huomattavasti paremmalla resoluutiolla kuin Hubble-teleskooppi ( HST) tai joulukuussa 2021 julkaistu James Webb -teleskooppi . JWST). Aivan kuten JWST, ATLAST laukaistaan ​​maa-aurinkojärjestelmän Lagrangen pisteeseen L 2 .

ATLASTilla on ensisijainen peili, jonka halkaisija on 8–16,8 metriä, riippuen lopullisesta konseptista, joka hyväksytään myöhemmin. Tällä hetkellä kehittäjät ovat tunnistaneet kaksi erilaista arkkitehtuuria, joilla on samanlainen optinen rakenne. Ensimmäinen sisältää kaukoputken, jossa on monoliittinen pääpeili (8 m), toinen on monista segmenteistä rakennettu kaukoputki, jossa on pääpeili (9,2 m tai 16,8 m). Nämä arkkitehtuurit kattavat joukon mahdollisia teknologioita ja keinoja: monoliittinen peili, joko segmentoitu, SLS-kantoraketti tai Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV), passiivinen tai täysin aktiivinen aaltorintaman ohjaus jne. Esimerkiksi kahdeksan metrin peilillä on monoliittisten peiliteleskooppien edut korkean kuvan kontrastin ja hyvän aaltorintaman hallinnan muodossa. Kuusitoistametrisessä peilissä on kaikki suuren keräilypinta-alan kaukoputkelle ominaiset edut. Teleskoopin rakennuskonseptit viittaavat Hubble- ja James Webb -teleskoopin kehityksestä jäljelle jääneeseen kehitykseen , mutta niissä on myös merkittäviä poikkeamia näistä suunnitelmista rakenteen massan ja monimutkaisuuden vähentämiseksi. ATLASTin kulmaresoluutio on 5–10 kertaa parempi kuin JWST ja herkkyysraja 2000 kertaa parempi kuin HST:n. Kahteen konseptiin, 8 metrin monoliittiseen peiliin ja 16,8 metrin segmentoituun peiliin, sisältyy kehitteillä olevan SLS-kantoraketin käyttö. ATLASTin tehtävä ei kuitenkaan riipu yksinomaan SLS:stä. 9,2 m:n segmentoidun peiliteleskoopin konsepti on EELV-yhteensopiva perii myös James Webb -teleskoopin suunnittelun

Molemmissa arkkitehtuureissa (monoliittinen ja segmentoitu peili) ymmärretään, että ATLAST voidaan palvella samalla tavalla kuin HST:tä. NASA pystyy korvaamaan ja palaamaan Maahan analysointia ja tulevia päivityksiä varten kaukoputkessa olevat instrumentit käyttämällä joko automatisoitua moduulia (tällä hetkellä ehdotettu menetelmä) tai miehistöityä Orion-avaruusalusta . Kuten HST ja JWST, ATLAST saa virtansa aurinkopaneeleista.

Tehtävä

ATLASTin ehdotettiin laukaistavan joko Kennedyn avaruuskeskuksesta SLS-raketilla tai, jos 9,2-metrinen rakenne hyväksyttiin, NASAn laitoksista, jotka pystyvät laukaisemaan EELV:itä. Lentoyhtiö asettaa ATLASTin ja Earth Departure Stagen , kun insinöörit tarkistavat EDS- ja ATLAST-järjestelmien suorituskyvyn. Kun EDS on testattu, se toimii taas ja ATLAST aloittaa kolmen kuukauden matkan Lagrange-pisteeseen L 2 Sun-Earth ja siirtyy niin sanotulle " halo-kiertoradalle " saapuessaan määränpäähän. Matkalla pisteeseen L2 kaukoputki kääntää optiikkaansa (jos segmentoitu versio hyväksytään).

Huoltotehtäviä käynnistetään 5-7 vuoden välein, ja niiden avulla tähtitieteilijät voivat päivittää ATLAST-teleskoopin uusilla teknologioilla ja uusilla instrumenteilla. Kuten HST, ATLASTin käyttöikä on 20 vuotta. Tammikuussa 2016 neljä amerikkalaisten tutkijoiden ja insinöörien ryhmää aloitti työskentelyn neljässä eri projektissa suuria avaruusobservatorioita varten. Yksi näistä projekteista, nimeltään Large UV/Optical/Infrared Surveyor ( LUVOIR ), on monella tapaa samanlainen kuin ATLAST . Toinen projekti, nimeltään Habitable Exoplanet Imaging Mission ( ) optista ja lähi-infrapuna-avaruusteleskooppia, jossa on 4 metrin monoliittinen primääripeili, joka on suunniteltu ottamaan suoria kuvia eksoplaneetoista sisäänrakennetun koronagrafin tai ulkoisen okkultterin avulla. Vuonna 2019 näiden neljän ryhmän raportit menivät Yhdysvaltain kansalliselle tiedeakatemialle, joka vuonna 2021 suosittelee NASA:lle, minkä hankkeen tulee asettaa korkein prioriteetti seuraavien vuosikymmenten lippulaivatehtäväksi. Koska suuren avaruusobservatorion luominen kestää vähintään 15 vuotta, sen laukaisun avaruuteen pitäisi odottaa 2030-luvun jälkipuoliskolla.

Muistiinpanot

1. ↑ ATLAST: Characterizing Habitable Worlds . Haettu 26. kesäkuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 11. helmikuuta 2022. (määrätön)
2. ↑ Marc Postman et ai. Edistyksellisen teknologian suuren aukon avaruusteleskooppi: Teknologiasuunnitelma seuraavalle vuosikymmenelle  (eng.)  (linkki ei saatavilla) . Kehittyneen teknologian suuren aukon avaruusteleskooppidokumentit . Space Telescope Research Institute (toukokuu 2009). Haettu 17. huhtikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 29. kesäkuuta 2013.

Katso myös

• LUVOIR
• Hubble-avaruusteleskooppi
• James Webbin avaruusteleskooppi
• eksoplaneetta
• Pimeä aine

Linkit

• Arkistoitu alkuperäisestä 12. heinäkuuta 2012. Virallinen sivusto