Il telescopio spaziale Hubble è stato nello spazio per 28 anni, producendo alcune delle immagini più belle e scientificamente importanti del cosmo che l'umanità abbia mai preso. Ma ammettiamolo, Hubble sta invecchiando e probabilmente non starà con noi troppo a lungo.
James Webb Space Telescope della NASA è nelle fasi finali dei test e WFIRST è in attesa dietro le quinte. Sarai felice di sapere che ci sono ancora più telescopi spaziali nelle opere, un set di quattro potenti strumenti di progettazione in questo momento, che faranno parte del prossimo Decadal Survey e che aiuteranno a rispondere alle domande più fondamentali sul cosmo.
So, lo so, che il James Webb Space Telescope non ha ancora raggiunto lo spazio, e potrebbero esserci ancora più ritardi nel corso dell'attuale ciclo di test. Al momento in cui sto registrando questo video, sembra maggio 2020, ma dai, sai che ci saranno ritardi.
E poi c'è WFIRST, il telescopio spaziale a infrarossi grandangolare che in realtà è fatto di un vecchio telescopio di classe Hubble di cui l'Ufficio Nazionale della Ricognizione non aveva più bisogno. La Casa Bianca vuole annullarla, il Congresso l'ha salvata e ora la NASA ne sta costruendo parti. Supponendo che non si verifichino ulteriori ritardi, stiamo assistendo a un lancio verso la metà del 2020.
In realtà ho fatto un episodio di supertelescopi e ho parlato di James Webb e WFIRST, quindi se vuoi saperne di più su questi osservatori, controlla prima.
Oggi andremo oltre nel futuro, per esaminare i telescopi della prossima generazione. Quelli che potrebbero essere lanciati dopo il telescopio che viene lanciato dopo il telescopio che verrà dopo.
Prima di approfondire queste missioni, devo parlare del Decadal Survey. Questo è un rapporto creato dalla National Academy of Sciences for Congress e dalla NASA degli Stati Uniti. È essenzialmente una lista dei desideri dagli scienziati alla NASA, che definisce le più grandi domande che hanno nel loro campo scientifico.
Ciò consente al Congresso di assegnare budget e NASA per sviluppare idee di missione che aiuteranno a raggiungere quanti più di questi obiettivi scientifici possibile.
Queste indagini vengono eseguite una volta ogni decennio, riunendo comitati di scienze della Terra, scienze planetarie e astrofisica. Presentano idee, discutono, votano e alla fine concordano una serie di raccomandazioni che definiranno le priorità scientifiche nel prossimo decennio.
Siamo attualmente nel periodo del Decadal Survey 2013-2022, quindi tra pochi anni, il prossimo sondaggio sarà dovuto e definiremo le missioni dal 2023-2032. Lo so, sembra davvero un futuro lontano, ma il tempo sta per scadere per rimettere insieme la band.
Se sei interessato, inserirò un link all'ultimo sondaggio di Decadal, è un documento affascinante e avrai un'idea migliore di come le missioni si uniscono.
Siamo ancora a pochi anni dal documento finale, ma sono in fase di progettazione proposte per i telescopi spaziali di prossima generazione, e sono fantastici. Parliamo di loro.
HabEx
La prima missione che vedremo è HabEx, ovvero la missione di imaging degli esopianeti abitabili. Questo è un veicolo spaziale che fotograferà direttamente i pianeti in orbita attorno ad altre stelle. Prenderanno di mira tutti i tipi di pianeti, dai Giove caldi alle Super Terre, ma il suo obiettivo principale sarà fotografare esopianeti simili alla Terra e misurare le loro atmosfere.
In altre parole, HabEx cercherà di rilevare i segnali della vita nei pianeti in orbita attorno ad altre stelle.
Per fare ciò, HabEx deve bloccare la luce dalla stella, in modo da poter rivelare pianeti molto più deboli nelle vicinanze. Avrà uno e forse due modi per farlo.
Il primo sta usando un coronagraph. Questo è un puntino che si trova all'interno del telescopio stesso, che è posizionato di fronte alla stella e blocca la sua luce. La luce rimanente che passa attraverso il telescopio proviene da oggetti più deboli intorno alla stella e può essere rappresentata dal sensore dello strumento.
Il telescopio ha uno speciale specchio deformabile che può essere modificato e messo a punto fino a quando i pianeti più deboli non vengono visualizzati.
Ecco un esempio di un coronagrafo in uso sul Very Large Telescope dell'Osservatorio europeo meridionale. La stella centrale è nascosta, rivelando il disco di polvere dimmer attorno ad essa. Ecco un'immagine diretta di una nana marrone in orbita attorno a una stella.
E questo è uno dei video più drammatici che penso di aver mai visto, con 4 mondi di dimensioni di Giove in orbita attorno alla stella HR 8799. È un po 'un trucco, i ricercatori hanno animato il movimento dei pianeti tra le osservazioni, ma ancora, wow.
Il secondo metodo per bloccare la luce sarà usare una Starshade. Questo è un veicolo spaziale completamente separato che sembra una girandola. Vola a decine di migliaia di chilometri dal telescopio e, quando è posizionato perfettamente, blocca la luce dalla stella centrale, consentendo al contempo alla luce dei pianeti di fuoriuscire dai bordi.
Il trucco con una Starshade sono quei petali, che creano un bordo più morbido in modo che le onde luminose del pianeta più debole siano meno piegate. Questo crea un'ombra molto scura che dovrebbe avere le migliori possibilità di rivelare i pianeti.
A differenza della maggior parte delle missioni, Starshades come questo può essere utilizzato con qualsiasi osservatorio nello spazio. Quindi, Hubble, James Webb o qualsiasi altro osservatorio potrebbero trarre vantaggio da questo strumento.
Ci siamo sempre lamentati di come possiamo vedere solo una frazione dei pianeti là fuori usando il metodo del transito o della velocità radiale a causa del modo in cui le cose si allineano. Ma con una missione come HabEx, i pianeti possono essere visti in qualsiasi configurazione.
Oltre a questa missione primaria, HabEx sarà utilizzato anche per una varietà di astrofisica, come l'osservazione dell'Universo primordiale e lo studio delle sostanze chimiche delle più grandi stelle prima e dopo che esplodono come supernovae.
Lince
Successivamente, Lynx, che sarà il telescopio a raggi X di prossima generazione della NASA. Sorprendentemente, non è un acronimo, è solo il nome dell'animale. In varie culture si pensava che le lince avessero la capacità soprannaturale di vedere la vera natura delle cose.
I raggi X sono all'estremità superiore dello spettro elettromagnetico e sono bloccati dall'atmosfera terrestre, quindi è necessario un telescopio spaziale per poterli vedere. In questo momento, la NASA ha il suo osservatorio a raggi X di Chandra e l'ESA sta lavorando alla sua missione ATHENA, che dovrebbe essere lanciata nel 2028.
Lynx fungerà da partner del James Webb Space Telescope, sbirciando ai margini dell'Universo osservabile, rivelando le prime generazioni di buchi neri supermassicci e aiutando a tracciare la loro formazione e le loro fusioni nel tempo. Vedrà la radiazione proveniente dal gas caldo proveniente dalla prima rete cosmica, mentre le prime galassie si stavano unendo.
E poi verrà utilizzato per esaminare i tipi di oggetti su cui Chandra, XMM Newton e altri osservatori a raggi X si concentrano su: pulsar, collisioni di galassie, crolli, supernovae, buchi neri e altro ancora. Anche le stelle normali possono emettere bagliori a raggi X che ci dicono di più su di loro.
La stragrande maggioranza della materia dell'Universo si trova in nuvole di gas calde come un milione di Kelvin. Se vuoi vedere l'Universo così com'è, vuoi guardarlo ai raggi X.
I telescopi a raggi X sono diversi dagli osservatori di luce visibile come Hubble. Non puoi semplicemente avere uno specchio che rimbalza ai raggi X. Invece, si utilizzano specchi di incidenza al pascolo che possono reindirizzare leggermente i fotoni che li colpiscono, incanalandoli in un rivelatore.
Con uno specchio esterno di 3 metri, la parte iniziale dell'imbuto, fornirà 50-100 volte la sensibilità con 16 volte il campo visivo, raccogliendo fotoni a 800 volte la velocità di Chandra.
Non sono sicuro di cos'altro dire. Sarà un osservatorio radiologico mostruoso. Fidati di me, gli astronomi pensano che sia un'ottima idea.
Origins Space Telescope
Successivamente, Origins Space Telescope o OST. Come James Webb e lo Spitzer Space Telescope, OST sarà un telescopio a infrarossi, progettato per osservare alcuni degli oggetti più cool dell'universo. Ma sarà ancora più grande. Mentre James Webb ha uno specchio primario largo 6,5 metri, lo specchio OST sarà largo 9,1 metri.
Immagina un telescopio grande quasi quanto i più grandi telescopi terrestri sulla Terra, ma nello spazio. Nello spazio.
Non sarà solo grande, farà freddo.
La NASA è stata in grado di raffreddare Spitzer a soli 5 Kelvin, ovvero 5 gradi sopra lo zero assoluto e solo un po 'più caldo della temperatura di fondo dell'Universo. Stanno progettando di portare Origins a 4 Kelvin. Non sembra molto, ma è una grande sfida ingegneristica.
Invece di semplicemente raffreddare il veicolo spaziale con elio liquido come hanno fatto con Spitzer, dovranno eliminare il calore in più fasi, con riflettori, radiatori e infine un criocooler attorno agli strumenti stessi.
Con un enorme telescopio a infrarossi freddi, Origins spingerà oltre la visione di James Webb sulla formazione delle prime galassie. Guarderà all'era in cui si stavano formando le prime stelle, un tempo che gli astronomi chiamano il Medioevo.
Vedrà la formazione di sistemi planetari, dischi di polvere e osserverà direttamente le atmosfere di altri pianeti in cerca di biosignature, prove della vita là fuori.
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LUVOIR
LUVOIR o il grande geometra UV / ottico / IR. James Webb sarà un potente telescopio, ma è uno strumento a infrarossi progettato per osservare oggetti più freddi nell'Universo, come galassie con spostamento del rosso all'inizio dei tempi o sistemi planetari di nuova formazione. Il telescopio spaziale Origins sarà una versione migliore di James Webb.
LUVOIR sarà il vero successore del telescopio spaziale Hubble. Sarà un enorme strumento in grado di vedere nell'infrarosso, nella luce visibile e nell'ultravioletto.
Ci sono due disegni nelle opere. Uno che è di 8 metri di diametro e potrebbe essere lanciato su un veicolo di sollevamento pesante come il Falcon Heavy. E un altro design che userebbe lo Space Launch System che misura 15 metri di larghezza. È il 50% più grande del più grande telescopio terrestre. Ricorda, Hubble è a soli 2,6 metri.
Avrà un ampio campo visivo e una suite di filtri e strumenti che gli astronomi possono utilizzare per osservare ciò che vogliono. Sarà dotato di un coronografo di cui abbiamo parlato in precedenza, per osservare direttamente i pianeti e oscurare le loro stelle, uno spettrografo per capire quali sostanze chimiche sono presenti nelle atmosfere degli esopianeti e altro ancora.
LUVOIR sarà uno strumento di uso generale, che gli astronomi useranno per fare scoperte nei campi dell'astrofisica e della scienza planetaria. Ma alcune delle sue capacità includeranno: l'osservazione diretta degli esopianeti e la ricerca di biosignature, la categorizzazione di tutti i diversi tipi di esopianeti là fuori, dai giove caldi alle super terre.
Sarà in grado di osservare gli oggetti all'interno del Sistema Solare meglio di ogni altra cosa - se non abbiamo un veicolo spaziale lì, LUVOIR sarà una visione abbastanza buona. Ad esempio, ecco una vista di Encelado di Hubble, rispetto alla vista di LUVOIR.
Sarà in grado di guardare ovunque nell'Universo, per vedere strutture molto più piccole di Hubble. Vedrà le prime galassie, le prime stelle e aiuterà a misurare le concentrazioni di materia oscura in tutto l'Universo.
Gli astronomi continuano a non capire appieno cosa succede quando le stelle raccolgono abbastanza massa per accendersi. LUVOIR esaminerà le regioni di formazione stellare, scruterà attraverso il gas e la polvere e vedrà i primi momenti di formazione stellare e i pianeti che li orbitano attorno.
Ti ho eccitato completamente e totalmente per il futuro dell'astronomia? Buona. Ma ecco che arrivano le cattive notizie. Non c'è quasi nessuna possibilità che la realtà corrisponda a questa fantasia.
All'inizio di questo mese la NASA ha annunciato che i pianificatori delle missioni che lavorano su questi telescopi spaziali dovranno limitare i loro budget tra i tre ei cinque miliardi di dollari. Fino ad ora, i pianificatori non avevano alcuna linea guida, dovevano solo progettare strumenti che potessero portare a termine la scienza.
Gli ingegneri avevano lavorato su piani di missione che potevano facilmente incassare $ 5 miliardi per HabEx, Lynx e OST e stavano considerando $ 20 miliardi molto più grandi per LUVOIR.
Anche se il Congresso ha spinto per budget sorprendentemente grandi per la NASA, l'agenzia spaziale vuole che i suoi pianificatori siano conservatori. E se consideri quanto sia diventato eccessivo il budget e la fine di James Webb, non è del tutto sorprendente.
Inizialmente, James Webb avrebbe dovuto costare da uno a tre punti e cinque miliardi di dollari e il lancio tra il 2007 e il 2011. Ora sembra il 2020 per un lancio, i costi hanno superato un congresso che ha richiesto un budget di $ 8,8 miliardi ed è chiaro che ci sono ancora molti di lavoro da svolgere.
In un recente test di scuotimento, gli ingegneri hanno scoperto rondelle e viti che si erano scosse dal telescopio. Questo non è come uno scaffale IKEA con parti rimanenti. Questi pezzi sono importanti.
Anche se è stato salvato dal tagliere, il telescopio WFIRST è stimato in 3,9 miliardi di dollari, in aumento rispetto al budget originale di 2 miliardi di dollari.
Uno, due o forse anche tutti questi telescopi alla fine verranno costruiti. Questo è ciò che gli scienziati ritengono più importanti per fare le prossime scoperte in astronomia, ma prepararsi a battaglie di bilancio, sovraccarichi di costi e allungamento delle tempistiche. Lo sapremo meglio quando tutti gli studi si riuniranno nel 2019.
Ci vorrebbe una specie di miracolo ingegneristico per riunire tutti e quattro i telescopi, in tempo e in budget, per esplodere nello spazio insieme nel 2035. Ti terrò aggiornato.
