Nota dei redattori - La giornalista e autrice scientifica Bruce Dorminey ha parlato con due scienziati della NASA della possibilità di montare un telescopio su un veicolo spaziale per una missione sui pianeti esterni.
L'inquinamento luminoso nel nostro sistema solare interno, sia dal vicino bagliore del Sole sia dal fosco bagliore zodiacale dalla polvere radicata nella fascia degli asteroidi, ha a lungo ostacolato i cosmologi alla ricerca di una visione più chiara dell'Universo primordiale.
Ma un team della NASA, JPL e Caltech ha esaminato la possibilità di agganciare un telescopio ottico a un veicolo spaziale di indagine in missione verso il sistema solare esterno.
Sfuggire alla foschia viola inquinata del nostro sistema solare interno
L'idea è di utilizzare il telescopio ottico in fase di crociera per ottenere una migliore gestione della luce di sfondo extragalattica; cioè, la luce di sfondo ottica combinata proveniente da tutte le fonti nell'Universo. Immaginano l'utilità del telescopio per colpire circa 5 Unità Astronomiche (AU), circa la distanza dell'orbita di Giove. Il team vuole quindi correlare i propri dati con osservazioni basate sul terreno.
Un obiettivo è far luce sull'epoca della reionizzazione nell'universo primordiale. La reionizzazione si riferisce al tempo in cui le radiazioni ultraviolette (UV) delle prime stelle dell'universo hanno ionizzato il mezzo intergalattico (IGM) rimuovendo gli elettroni dagli atomi o dalle molecole gassose dell'IGM. Si pensa che questo periodo di reionizzazione abbia avuto luogo non oltre 450 milioni di anni dopo il Big Bang.
ZEBRA, la polvere zodiacale, sfondo extragalattico e apparato di reionizzazione, è un concetto JPL della NASA che richiede un telescopio da 40 milioni di dollari composto da tre strumenti ottici / vicino all'infrarosso; costituito da un mappatore per campo largo 3 cm e un riproduttore d'immagini ad alta risoluzione da 15 cm. Tuttavia, la NASA deve ancora selezionare la proposta ZEBRA per una delle sue missioni.
Ma per saperne di più, abbiamo parlato con il capo della ZEBRA Concept e il cosmologo strumento Jamie Bock e l'astronomo Charles Beichman, entrambi della NASA JPL e Caltech.
Dorminey: Cos'è la luce zodiacale?
Beichman: È una fonte luminosa di luce diffusa nel nostro sistema solare dai granelli di polvere che emettono perché sono stati riscaldati dal sole e si irradiano da soli
o riflettere la luce del sole. Se esci su una luce senza luna scura molto chiara, puoi vedere la banda di questa luce da questa polvere. Segue il piano dell'eclittica. Quella polvere proviene principalmente da materiale nella cintura degli asteroidi che viene macinato in piccole particelle dopo una grande collisione.
Dorminey: Cosa significa superare questa polvere zodiacale per le osservazioni?
Beichman: Immagina di stare seduto nel bacino di Los Angeles e hai tutto questo smog e foschia e vuoi misurare quanto sia chiara l'aria a Palm Springs. Devi essere in grado di sottrarre tutta la foschia tra qui e là e non c'è modo di farlo con precisione. Devi uscire dal bacino per uscire dallo smog.
Dorminey: In che modo ciò aiuterebbe a studiare questo background extragalattico?
Bock: La Extragalactic Background Light (EBL) misura la densità energetica totale della luce proveniente dall'esterno della nostra galassia. Questa luce fornisce la somma dell'energia prodotta da stelle e galassie e da qualsiasi altra fonte, nel corso della storia del tempo cosmico. Lo sfondo totale può essere usato per verificare se comprendiamo correttamente la storia della formazione delle galassie. Ci aspettiamo che un componente della luce di sfondo delle prime stelle abbia uno spettro distinto che raggiunge il picco nel vicino infrarosso; questo può dirci quanto era luminosa e quanto tempo era l'epoca in cui si stavano formando le prime stelle. Sfortunatamente, la luce zodiacale è molto più luminosa di questo sfondo. Ma andando nell'orbita di Giove, la luce zodiacale è 30 volte più debole che sulla Terra, e nell'orbita di Saturno è 100 volte più debole.
Dorminey: Dovresti fare l'autostop in una missione della NASA o potrebbe essere una partnership con un'altra agenzia spaziale, come l'ESA ad esempio?
Bock: Abbiamo esplorato l'approccio del costo incrementale più economico, collaborando con una missione planetaria della NASA. Ma potremmo collaborare con un'altra agenzia spaziale. L'European Jupiter Icy Moons Explorer (ex JGO) è ora in competizione per il prossimo lancio della missione di classe L nei primi anni del 2020 ed è una possibilità interessante per uno strumento scientifico in fase di crociera. Ogni approccio ha un diverso ambiente di costi e partnership.
Dorminey: il primo driver del telescopio EBL è in grado di superare la polvere zodiacale o 5 AU offre anche un vantaggio osservativo in termini di svenimento di magnitudo?
Bock: Vi è un vantaggio osservativo dovuto allo sfondo del [sistema solare più scuro]. Con un telescopio così piccolo, non stiamo cercando di sfruttare questo vantaggio, ma i futuri osservatori potrebbero farlo. Misureremo la luminosità zodiacale su Giove e oltre, e questo potrebbe motivare osservazioni astronomiche con i telescopi nel sistema solare esterno in futuro.
Dorminey: che tipo di sfide di downlink di dati incontreresti?
Bock: I requisiti dei dati sono forse più piccoli di quanto ci si potrebbe aspettare, perché le nostre immagini sono ottenute con lunghe integrazioni [osservative] a moderata risoluzione spaziale. Per la proposta planetaria che abbiamo studiato in dettaglio, il volume totale di dati era di 230 gigabyte, con circa il 65 percento di questi dati restituiti da Giove e inviati a Saturno. I puntamenti del telescopio funzionano in modo autonomo.
Dorminey: che dire delle radiazioni di Giove che interferiscono con l'ottica e le telecamere CCD sul telescopio?
Beichman: Quello che faresti è smettere di fare le osservazioni EBL mentre sei vicino a Giove. I problemi di radiazione sono significativi, quindi faresti solo osservazioni prima e dopo aver superato Giove.
Dorminey: cosa farebbero i tuoi strumenti che il previsto James Webb Space Telescope (JWST) della NASA non farebbe?
Bock: JWST rileverà probabilmente le prime galassie più luminose e, a seconda di come si sono formate le galassie, mancherà la maggior parte della radiazione totale a causa del contributo di molte galassie deboli. La misurazione dello sfondo extragalattico fornisce la radiazione totale da tutte le galassie e fornisce l'energia totale. Inoltre, non abbiamo bisogno di un grande telescopio; 15 cm sono sufficienti.
Dorminey: che dire della scienza planetaria con il telescopio?
Bock: Il nostro strumento è specializzato nell'effettuare misurazioni a bassa luminosità della superficie. Abbiamo fatto scelte progettuali specifiche per mappare la nuvola di polvere zodiacale dal sistema solare interno a quello esterno. Una vista tridimensionale ci permetterà di rintracciare le origini della polvere interstellare su comete e collisioni di asteroidi. Sappiamo che ci sono oggetti della fascia di Kuiper oltre l'orbita di Nettuno, ed è probabile che vi sia anche polvere associata ad essi.
Dorminey: per quanto tempo funzionerebbe questo telescopio?
Bock: Dopo il completamento delle prime osservazioni, sarebbe certamente possibile che la squadra originale o una parte esterna potesse proporre di utilizzare il telescopio. Un caso scientifico entusiasmante sono le osservazioni di micro-lenti parallasse; osservazioni che usano la parallasse tra Terra e Saturno per studiare l'influenza degli esopianeti in orbita attorno alle stelle producendo un evento di microlente. Altre opportunità scientifiche includono mappe della Cintura di Kuiper nel vicino infrarosso; occultazioni stellari di Kuiper Belt Objects; e mappare più campi EBL per il confronto con altri sondaggi.
Dorminey: In che modo le osservazioni iniziali del telescopio potrebbero scuotere la cosmologia teorica?
Beichman: Ogni volta che esegui una misurazione che è un fattore cento volte migliore di prima, ricevi sempre una sorpresa.
