De Hubble-ruimtetelescoop staat al 28 jaar in de ruimte en produceert enkele van de mooiste en wetenschappelijk belangrijkste beelden van de kosmos die de mensheid ooit heeft gemaakt. Maar laten we eerlijk zijn, Hubble wordt oud en het zal waarschijnlijk niet lang meer bij ons zijn.
De James Webb-ruimtetelescoop van NASA bevindt zich in de laatste testfase en WFIRST wacht in de coulissen. Je zult blij zijn te weten dat er nog meer ruimtetelescopen in de maak zijn, een set van vier krachtige instrumenten die momenteel worden ontworpen, die deel zullen uitmaken van de volgende Decadal Survey, en die zullen helpen de meest fundamentele vragen over de kosmos te beantwoorden.
Ik weet het, ik weet het, de James Webb-ruimtetelescoop heeft de ruimte nog niet eens bereikt, en er kunnen nog meer vertragingen zijn tijdens de huidige testronde. Op het moment dat ik deze video opneem, lijkt het op mei 2020, maar kom op, je weet dat er vertragingen zullen zijn.
En dan is er nog WFIRST, de groothoek-infrarood-ruimtetelescoop die eigenlijk is gemaakt van een oude Hubble-klasse telescoop die het National Reconnaissance Office niet meer nodig had. Het Witte Huis wil het annuleren, het Congres heeft het gered en nu laat NASA delen ervan bouwen. Ervan uitgaande dat het niet meer vertragingen oplevert, kijken we naar een lancering halverwege de jaren 2020.
Ik heb eigenlijk een aflevering over supertelescopen gedaan en ik heb het gehad over James Webb en WFIRST, dus als je meer wilt weten over die observatoria, bekijk dat dan eerst.
Vandaag gaan we verder de toekomst in, om te kijken naar de volgende generatie telescopen. Degenen die kunnen worden gelanceerd na de telescoop die wordt gelanceerd na de volgende telescoop.
Voordat ik me op deze missies verdiep, moet ik het hebben over de Decadal Survey. Dit is een rapport van de Amerikaanse National Academy of Sciences for Congress en NASA. Het is in wezen een verlanglijst van wetenschappers tot NASA, en definieert de grootste vragen die ze hebben op hun wetenschapsgebied.
Dit stelt het Congres in staat om budgetten toe te wijzen en NASA om missie-ideeën te ontwikkelen die helpen om zoveel mogelijk van deze wetenschappelijke doelen te bereiken.
Deze onderzoeken worden eens in de tien jaar uitgevoerd, waarbij commissies in de aardwetenschappen, planetaire wetenschap en astrofysica samenkomen. Ze pitchen ideeën, debatteren, stemmen en bereiken uiteindelijk overeenstemming over een reeks aanbevelingen die de wetenschappelijke prioriteiten voor het komende decennium zullen bepalen.
We bevinden ons momenteel in de decadale enquête-periode 2013-2022, dus over een paar jaar zal de volgende enquête plaatsvinden en de missies van 2023-2032 definiëren. Ik weet het, dat klinkt echt als de verre toekomst, maar de tijd dringt eigenlijk om de band weer bij elkaar te krijgen.
Als je geïnteresseerd bent, plaats ik een link naar de laatste Decadal Survey, het is een fascinerend document en je krijgt een beter idee van hoe missies samenkomen.
We zijn nog een paar jaar verwijderd van het definitieve document, maar serieuze voorstellen bevinden zich in de planningsfase voor ruimtetelescopen van de volgende generatie en ze zijn geweldig. Laten we erover praten.
HabEx
De eerste missie waar we naar kijken is HabEx of de Habitable Exoplanet Imaging Mission. Dit is een ruimtevaartuig dat direct planeten fotografeert die in een baan om andere sterren draaien. Het richt zich op alle soorten planeten, van hete Jupiters tot superaarde, maar het belangrijkste doel is om aardachtige exoplaneten te fotograferen en hun atmosfeer te meten.
Met andere woorden, HabEx gaat proberen levenssignalen te detecteren op planeten die om andere sterren draaien.
Om dit voor elkaar te krijgen, moet HabEx het licht van de ster blokkeren, zodat veel zwakkere planeten in de buurt kunnen worden onthuld. Er zijn één en misschien twee manieren om dit te doen.
De eerste gebruikt een coronagraaf. Dit is een kleine stip die in de telescoop zelf zit, die voor de ster is geplaatst en het licht ervan blokkeert. Het resterende licht dat door de telescoop gaat, komt van zwakkere objecten rond de ster en kan worden weergegeven door de sensor van het instrument.
De telescoop heeft een speciale vervormbare spiegel die kan worden aangepast en afgestemd totdat de zwakkere planeten in zicht komen.
Hier is een voorbeeld van een gebruikte coronagraaf, op de Very Large Telescope van de European Southern Observatory. De centrale ster is verborgen en onthult de dimmer stofschijf eromheen. Hier is een direct beeld van een bruine dwerg die om een ster draait.
En dit is een van de meest dramatische video's die ik denk dat ik ooit heb gezien, met 4 Jupiter-formaat werelden die rond de ster HR 8799 cirkelen. Het is een beetje een truc, de onderzoekers animeerden de beweging van de planeten tussen observaties door, maar toch, wauw.
De tweede methode om het licht te blokkeren is het gebruik van een Starshade. Dit is een volledig apart ruimtevaartuig dat lijkt op een vuurrad. Het vliegt tienduizenden kilometers weg van de telescoop en als het perfect is gepositioneerd, blokkeert het het licht van de centrale ster, terwijl het licht van de planeten langs de randen lekt.
De truc met een Starshade zijn die bloembladen, die een zachtere rand creëren, zodat de lichtgolven van de zwakkere planeet minder gebogen zijn. Dit creëert een zeer donkere schaduw die de beste kans zou hebben om planeten te onthullen.
In tegenstelling tot de meeste missies, kan Starshades zoals deze worden gebruikt met elk observatorium in de ruimte. Dus Hubble, James Webb of een ander observatorium zouden van dit instrument kunnen profiteren.
We hebben altijd geklaagd over hoe we slechts een fractie van de planeten kunnen zien met behulp van de transit- of radiale snelheidsmethode vanwege de manier waarop dingen op elkaar aansluiten. Maar met een missie als HabEx kunnen planeten in elke configuratie richting worden gezien.
Naast deze primaire missie zal HabEx ook worden gebruikt voor verschillende astrofysica, zoals het observeren van het vroege heelal en het bestuderen van de chemicaliën van de grootste sterren voor en nadat ze als supernova's exploderen.
Lynx
Vervolgens Lynx, de volgende generatie röntgentelescoop van NASA. Verrassend genoeg is het geen acroniem, het is gewoon vernoemd naar het dier. In verschillende culturen werd gedacht dat Lynxen het bovennatuurlijke vermogen hadden om de ware aard van dingen te zien.
Röntgenstralen bevinden zich aan de bovenkant van het elektromagnetische spectrum en worden geblokkeerd door de atmosfeer van de aarde, dus je hebt een ruimtetelescoop nodig om ze te kunnen zien. Op dit moment heeft NASA zijn Chandra X-ray Observatory en ESA werkt aan zijn ATHENA-missie, die naar verwachting in 2028 wordt gelanceerd.
Lynx zal optreden als partner van de James Webb-ruimtetelescoop, naar de rand van het waarneembare heelal turen, de eerste generaties van superzware zwarte gaten onthullen en helpen hun vorming en fusies in de loop van de tijd in kaart te brengen. Het zal straling zien die afkomstig is van het hete gas van het vroege kosmische web, toen de eerste sterrenstelsels samenkwamen.
En dan zal het worden gebruikt om de soorten objecten te onderzoeken waarop Chandra, XMM Newton en andere röntgenobservatoria zich richten: pulsars, botsingen van sterrenstelsels, collapsars, supernovae, zwarte gaten en meer. Zelfs normale sterren kunnen röntgenflitsen afgeven die ons er meer over vertellen.
De overgrote meerderheid van de materie van het universum bevindt zich in gaswolken die zo heet zijn als een miljoen Kelvin. Als je het heelal wilt zien zoals het werkelijk is, wil je het in röntgenstralen bekijken.
Röntgentelescopen verschillen van observatoria voor zichtbaar licht zoals Hubble. Je kunt niet zomaar een spiegel hebben die röntgenstralen weerkaatst. In plaats daarvan gebruikt u spiegels voor begrazing die fotonen die ze raken enigszins kunnen omleiden, waardoor ze naar een detector worden geleid.
Met een buitenspiegel van 3 meter, het startgedeelte van de trechter, biedt hij 50-100 keer de gevoeligheid met 16 keer het gezichtsveld en verzamelt fotonen met 800 keer de snelheid van Chandra.
Ik weet niet wat ik anders moet zeggen. Het wordt een monster X-ray observatorium. Geloof me, astronomen vinden dit een heel goed idee.
Origins Space Telescope
Vervolgens de Origins Space Telescope of OST. Net als James Webb en de Spitzer-ruimtetelescoop, wordt OST een infraroodtelescoop, ontworpen om enkele van de coolste objecten in het heelal te observeren. Maar het wordt nog groter. Terwijl James Webb een primaire spiegel heeft van 6,5 meter breed, zal de OST-spiegel 9,1 meter breed zijn.
Stel je een telescoop voor die bijna net zo groot is als de grootste telescopen op aarde, maar in de ruimte. In de ruimte.
Het zal niet alleen groot zijn, het zal koud zijn.
NASA kon Spitzer afkoelen tot slechts 5 Kelvin - dat is 5 graden boven het absolute nulpunt en net iets warmer dan de achtergrondtemperatuur van het heelal. Ze zijn van plan om Origins terug te brengen tot 4 Kelvin. Het klinkt niet veel, maar het is een enorme technische uitdaging.
In plaats van het ruimtevaartuig gewoon te koelen met vloeibaar helium zoals ze deden met Spitzer, moeten ze de warmte in fasen verwijderen, met reflectoren, radiatoren en tot slot een cryokoeler rond de instrumenten zelf.
Met een enorme, koude infraroodtelescoop zal Origins verder gaan dan James Webbs visie op de vorming van de eerste sterrenstelsels. Het zal kijken naar het tijdperk waarin de eerste sterren zich vormden, een tijd die astronomen de donkere middeleeuwen noemen.
Het zal de vorming van planetenstelsels, stofschijven zien en de atmosfeer van andere planeten direct observeren op zoek naar biosignaturen, bewijs van leven daarbuiten.
Drie spannende missies, die onze kennis van het universum naar voren zullen brengen. Maar ik heb de grootste, meest ambitieuze telescoop voor het laatst bewaard
LUVOIR
LUVOIR of de grote UV / optische / IR-landmeter. James Webb wordt een krachtige telescoop, maar het is een infraroodinstrument dat is ontworpen om naar koelere objecten in het heelal te kijken, zoals rood verschoven sterrenstelsels aan het begin van de tijd, of nieuw gevormde planetaire systemen. De Origins Space Telescope wordt een betere versie van James Webb.
LUVOIR wordt de echte opvolger van de Hubble-ruimtetelescoop. Het zal een enorm instrument zijn dat in staat is om te zien in infrarood, zichtbaar licht en ultraviolet.
Er zijn twee ontwerpen in de maak. Een die 8 meter breed is en zou kunnen lanceren op een heavy-lift voertuig zoals de Falcon Heavy. En een ander ontwerp dat het Space Launch System zou gebruiken dat 15 meter breed is. Dat is 50% groter dan de grootste op aarde gebaseerde telescoop. Vergeet niet dat Hubble slechts 2,6 meter is.
Het heeft een breed gezichtsveld en een reeks filters en instrumenten die astronomen kunnen gebruiken om te observeren wat ze maar willen. Het zal worden uitgerust met een coronograaf zoals we eerder bespraken, om planeten direct te observeren en hun sterren te verduisteren, een spectrograaf om erachter te komen welke chemicaliën aanwezig zijn in exoplanetenatmosferen, en meer.
LUVOIR wordt een instrument voor algemeen gebruik dat astronomen zullen gebruiken om ontdekkingen te doen op het gebied van astrofysica en planetaire wetenschap. Maar sommige van de mogelijkheden zijn onder meer: het direct observeren van exoplaneten en het zoeken naar biosignaturen, het categoriseren van alle verschillende soorten exoplaneten die er zijn, van hete Jupiters tot superaarde.
Het zal objecten in het zonnestelsel beter kunnen observeren dan wat dan ook - als we daar geen ruimtevaartuig hebben, is LUVOIR een redelijk goed zicht. Hier is bijvoorbeeld een weergave van Enceladus van Hubble, vergeleken met de weergave van LUVOIR.
Het kan overal in het heelal uitkijken om veel kleinere structuren te zien dan Hubble. Het ziet de eerste sterrenstelsels, de eerste sterren en helpt de concentraties van donkere materie in het heelal te meten.
Astronomen begrijpen nog steeds niet helemaal wat er gebeurt als sterren voldoende massa verzamelen om te ontbranden. LUVOIR zal naar stervormingsgebieden kijken, door het gas en stof turen en de vroegste momenten van stervorming en de planeten eromheen zien.
Heb ik je helemaal en helemaal enthousiast gemaakt over de toekomst van de astronomie? Goed. Maar hier komt het slechte nieuws. Er is bijna geen kans dat de realiteit bij deze fantasie past.
Eerder deze maand kondigde NASA aan dat missieplanners die aan deze ruimtetelescopen werken hun budgetten moeten beperken tot tussen de drie en vijf miljard dollar. Tot nu toe hadden planners geen richtlijnen, ze moesten alleen instrumenten ontwerpen die de wetenschap voor elkaar konden krijgen.
Ingenieurs hadden gewerkt aan missieplannen die gemakkelijk 5 miljard dollar konden overschrijden voor HabEx, Lynx en OST, en overwogen een veel grotere 20 miljard dollar voor LUVOIR.
Hoewel het Congres aandringt op verrassend grote budgetten voor NASA, wil de ruimtevaartorganisatie dat haar planners conservatief zijn. En als je bedenkt hoe te duur en laat James Webb is geworden, is het niet helemaal verrassend.
James Webb zou oorspronkelijk tussen de één en drie komma vijf miljard dollar kosten en zou worden gelanceerd tussen 2007 en 2011. Nu lijkt het erop dat 2020 voor een lancering zal doorbreken, de kosten zijn gepasseerd voorbij een door het Congres verplicht gesteld budget van $ 8,8 miljard, en het is duidelijk dat er nog veel is werk te doen.
In een recente schudtest vonden ingenieurs ringen en schroeven die uit de telescoop waren geschud. Dit is niet zoals een IKEA-plank met overgebleven onderdelen. Deze stukken zijn belangrijk.
Hoewel hij uit het hakblok is gered, wordt de WFIRST-telescoop geschat op 3,9 miljard dollar, een stijging ten opzichte van het oorspronkelijke budget van 2 miljard dollar.
Een, twee of misschien zelfs al deze telescopen zullen uiteindelijk worden gebouwd. Dit is wat volgens de wetenschappers het belangrijkst is om de volgende ontdekkingen in de astronomie te doen, maar bereid je voor op budgetgevechten, kostenoverschrijdingen en het verlengen van tijdlijnen. We weten beter wanneer alle onderzoeken samenkomen in 2019.
Er zou een soort technisch wonder voor nodig zijn als alle vier de telescopen op tijd en binnen het budget bij elkaar zouden komen om in 2035 samen de ruimte in te schieten. Ik houd je op de hoogte.
