กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลอยู่ในอวกาศมา 28 ปีแล้วสร้างภาพที่สวยงามและมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์ของจักรวาลที่มนุษย์ได้เคยถ่ายมา แต่ลองเผชิญหน้ากับมันฮับเบิลกำลังแก่ขึ้นและมันอาจจะไม่ได้อยู่กับเรานานนัก
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ของนาซ่าอยู่ในขั้นตอนสุดท้ายของการทดสอบและ WFIRST กำลังรออยู่ในปีก คุณจะดีใจที่ได้รู้ว่ามีกล้องโทรทรรศน์อวกาศอีกมากในชุดเครื่องมือสี่อันทรงพลังในการออกแบบซึ่งจะเป็นส่วนหนึ่งของการสำรวจ Decadal ครั้งต่อไปและช่วยตอบคำถามพื้นฐานที่สุดเกี่ยวกับจักรวาล
ฉันรู้ว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ยังไม่มาถึงอวกาศและอาจมีความล่าช้ามากขึ้นเมื่อผ่านการทดสอบรอบปัจจุบัน ในขณะที่ฉันบันทึกวิดีโอนี้ดูเหมือนว่าพฤษภาคม 2563 แต่คุณจะรู้ว่าจะมีความล่าช้า
จากนั้นก็มี WFIRST กล้องโทรทรรศน์อวกาศอินฟราเรดมุมกว้างที่สร้างขึ้นจากกล้องโทรทรรศน์ชั้นฮับเบิลเก่า ๆ ที่สำนักงานลาดตระเวนแห่งชาติไม่ต้องการอีกต่อไป ทำเนียบขาวต้องการที่จะยกเลิกสภาคองเกรสช่วยมันและตอนนี้นาซ่าได้รับชิ้นส่วนของมันสร้างขึ้น สมมติว่ามันไม่ได้ทำงานล่าช้ามากขึ้นเรากำลังดูการเปิดตัวในช่วงกลางปี 2020
จริง ๆ แล้วฉันเคยทำตอนเกี่ยวกับซูเปอร์เทเลสโคปแล้วและพูดคุยเกี่ยวกับเจมส์เวบบ์และ WFIRST ดังนั้นหากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหอดูดาวเหล่านั้นให้ตรวจสอบก่อน
วันนี้เรากำลังจะก้าวต่อไปในอนาคตเพื่อดูกล้องโทรทรรศน์รุ่นต่อไป สิ่งที่สามารถเปิดตัวหลังจากกล้องโทรทรรศน์ที่เปิดตัวหลังจากกล้องโทรทรรศน์ที่มาถัดไป
ก่อนที่ฉันจะขุดลงในภารกิจเหล่านี้ฉันต้องพูดคุยเกี่ยวกับการสำรวจเดคาดาล นี่คือรายงานที่สร้างขึ้นโดย US National Academy of Sciences สำหรับสภาคองเกรสและ NASA โดยพื้นฐานแล้วมันคือสิ่งที่อยากได้จากนักวิทยาศาสตร์ถึง NASA โดยกำหนดคำถามที่ใหญ่ที่สุดที่พวกเขามีในสาขาวิทยาศาสตร์
สิ่งนี้ทำให้สภาคองเกรสกำหนดงบประมาณและองค์การนาซ่าเพื่อพัฒนาความคิดภารกิจที่จะช่วยเติมเต็มเป้าหมายด้านวิทยาศาสตร์เหล่านี้ให้ได้มากที่สุด
การสำรวจเหล่านี้ทำขึ้นหนึ่งครั้งทุกทศวรรษโดยมีคณะกรรมการร่วมกันในสาขาวิทยาศาสตร์โลกวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ พวกเขาสร้างความคิดโต้เถียงโหวตและในที่สุดก็เห็นด้วยกับชุดคำแนะนำที่จะกำหนดลำดับความสำคัญทางวิทยาศาสตร์ในทศวรรษหน้า
ขณะนี้เราอยู่ในช่วงการสำรวจ Decadal 2013-2022 ดังนั้นในอีกไม่กี่ปีการสำรวจครั้งต่อไปจะครบกำหนดและกำหนดภารกิจตั้งแต่ 2023-2032 ฉันรู้ว่ามันฟังดูเหมือนอนาคตไกล แต่จริงๆแล้วเวลาหมดลงเพื่อให้วงกลับมารวมกันอีกครั้ง
หากคุณสนใจฉันจะใส่ลิงก์ไปยังแบบสำรวจ Decadal ครั้งสุดท้ายมันเป็นเอกสารที่น่าสนใจและคุณจะเข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่าการรวมตัวกันของภารกิจ
เรายังอยู่ห่างจากเอกสารขั้นสุดท้ายเพียงไม่กี่ปี แต่ข้อเสนอที่จริงจังอยู่ในขั้นตอนการวางแผนสำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่อไปและมันยอดเยี่ยมมาก มาพูดถึงพวกเขากัน
HabEx
ภารกิจแรกที่เราจะดูคือ HabEx หรือ Habitable Exoplanet Imaging Mission นี่คือยานอวกาศที่จะถ่ายภาพดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์อื่นโดยตรง มันจะกำหนดเป้าหมายดาวเคราะห์ทุกประเภทตั้งแต่ดาวพฤหัสร้อนจนถึงซุปเปอร์เอิร์ ธ แต่เป้าหมายหลักของมันคือการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบคล้ายโลกและวัดบรรยากาศ
ในคำอื่น ๆ HabEx จะพยายามและตรวจจับสัญญาณของสิ่งมีชีวิตในดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวดวงอื่น
เพื่อที่จะทำให้สิ่งนี้สำเร็จ HabEx จำเป็นต้องปิดกั้นแสงจากดวงดาวเพื่อที่ว่าดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้มากจะถูกเปิดเผย มันจะมีวิธีหนึ่งและสองวิธีในการทำเช่นนี้
สิ่งแรกคือการใช้ coronagraph นี่คือจุดเล็ก ๆ ที่อยู่ภายในตัวกล้องโทรทรรศน์ซึ่งตั้งอยู่ด้านหน้าของดาวฤกษ์และปิดกั้นแสง แสงที่เหลือผ่านกล้องโทรทรรศน์นั้นมาจากวัตถุที่จางกว่ารอบดาวฤกษ์และสามารถถ่ายภาพโดยเซ็นเซอร์ของเครื่องมือ
กล้องโทรทรรศน์มีกระจกที่ปรับเปลี่ยนได้เป็นพิเศษซึ่งสามารถปรับแต่งและปรับแต่งได้จนกว่าดาวเคราะห์ที่มองเห็นจะจางหายไป
นี่คือตัวอย่างหนึ่งของการใช้ coronagraph ในกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากของหอดูดาว Southern Southern ดาวกลางถูกซ่อนเผยให้เห็นดิสก์ฝุ่นหรี่รอบ ๆ นี่คือภาพโดยตรงของดาวแคระน้ำตาลที่โคจรรอบดาวฤกษ์
และนี่คือหนึ่งในวิดีโอที่น่าทึ่งที่สุดที่ฉันคิดว่าฉันเคยเห็นมากับโลกขนาด 4 ดาวพฤหัสที่โคจรรอบดาวฤกษ์ HR 8799 มันเป็นกลอุบายเล็กน้อยนักวิจัยเคลื่อนไหวการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ในระหว่างการสำรวจ แต่ ยังว้าว
วิธีที่สองของการปิดกั้นแสงคือการใช้ Starshade นี่คือยานอวกาศที่แยกจากกันอย่างสิ้นเชิงซึ่งดูเหมือนว่าเป็นตะไล มันบินห่างจากกล้องโทรทรรศน์ไปหลายหมื่นกิโลเมตรและเมื่อมันอยู่ในตำแหน่งที่สมบูรณ์มันจะปิดกั้นแสงจากดาวฤกษ์กลางขณะที่อนุญาตให้แสงจากดาวเคราะห์รั่วรอบขอบ
เคล็ดลับกับ Starshade คือกลีบดอกไม้เหล่านั้นซึ่งสร้างขอบที่นุ่มกว่าดังนั้นคลื่นแสงจากดาวเคราะห์ที่จางลงนั้นโค้งงอน้อยกว่า สิ่งนี้สร้างเงาที่มืดมากซึ่งน่าจะมีโอกาสที่ดีที่สุดในการเปิดเผยดาวเคราะห์
แตกต่างจากภารกิจส่วนใหญ่ Starshades เช่นนี้สามารถใช้กับหอดูดาวในอวกาศได้ ดังนั้นฮับเบิล, เจมส์เวบบ์หรือหอสังเกตการณ์อื่น ๆ สามารถใช้ประโยชน์จากเครื่องมือนี้ได้
เรามักจะบ่นเกี่ยวกับวิธีที่เราเห็นเพียงเศษเสี้ยวของดาวเคราะห์ในนั้นโดยใช้วิธีการเปลี่ยนผ่านหรือรัศมีความเร็วเนื่องจากสิ่งที่เกิดขึ้น แต่ด้วยภารกิจอย่าง HabEx ทำให้สามารถมองเห็นดาวเคราะห์ได้ทุกทิศทาง
นอกเหนือจากภารกิจหลักนี้ HabEx ยังจะถูกใช้สำหรับความหลากหลายของฟิสิกส์ดาราศาสตร์เช่นการสำรวจจักรวาลยุคแรกและศึกษาสารเคมีของดาวที่ใหญ่ที่สุดก่อนและหลังพวกมันจะระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา
แมวป่าชนิดหนึ่ง
ขั้นต่อไป Lynx ซึ่งจะเป็นกล้องโทรทรรศน์ X-ray รุ่นต่อไปของนาซ่า น่าแปลกที่ไม่ใช่ตัวย่อมันตั้งชื่อตามสัตว์ ในวัฒนธรรมที่หลากหลายแมวป่าถูกคิดว่ามีความสามารถเหนือธรรมชาติที่จะเห็นธรรมชาติที่แท้จริงของสิ่งต่าง ๆ
รังสีเอกซ์อยู่ที่ปลายสุดของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าและพวกมันถูกปิดกั้นโดยชั้นบรรยากาศของโลกดังนั้นคุณต้องมีกล้องโทรทรรศน์อวกาศเพื่อที่จะเห็นพวกมัน ขณะนี้ NASA มีหอดูดาวจันทราเอ็กซ์เรย์และอีเอสเอกำลังทำงานในภารกิจของ ATHENA เนื่องจากจะเปิดตัวในปี 2571
คมจะทำหน้าที่เป็นหุ้นส่วนของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์มองออกไปที่ขอบของเอกภพที่สังเกตได้เผยให้เห็นหลุมดำมวลมหาศาลแห่งแรกและช่วยทำแผนภูมิการก่อตัวและการควบรวมของพวกมันตลอดเวลา จะเห็นการแผ่รังสีที่มาจากก๊าซร้อนจากเว็บคอสมิคยุคแรกเมื่อกาแลคซีแห่งแรกมารวมตัวกัน
จากนั้นมันจะถูกใช้เพื่อตรวจสอบชนิดของวัตถุจันทรา, XMM นิวตันและหอดูภาพเอ็กซ์เรย์อื่น ๆ มุ่งเน้นไปที่: พัลซาร์, การชนของกาแล็คซี่, การยุบ, ซุปเปอร์โนวา, หลุมดำและอื่น ๆ แม้แต่ดวงดาวทั่วไปก็สามารถปลดปล่อยรังสีเอกซ์ซึ่งบอกเราเกี่ยวกับพวกมันได้
สสารส่วนใหญ่ของจักรวาลนั้นตั้งอยู่ในกลุ่มเมฆก๊าซที่ร้อนจัดเป็นล้านเคลวิน หากคุณต้องการเห็นจักรวาลตามที่เป็นจริงคุณต้องมองมันด้วยรังสีเอกซ์
กล้องโทรทรรศน์ X-ray นั้นแตกต่างจากหอสังเกตการณ์แสงที่มองเห็นได้เช่นฮับเบิล คุณไม่สามารถมีกระจกที่สะท้อนรังสีเอกซ์ได้ แต่คุณใช้กระจกสะท้อนการแทะเล็มซึ่งสามารถเปลี่ยนเส้นทางโฟตอนที่กระทบกับพวกมันได้เล็กน้อยโดยจับพวกมันลงไปที่เครื่องตรวจจับ
ด้วยกระจกด้านนอกขนาด 3 เมตรซึ่งเป็นส่วนเริ่มต้นของช่องทางจะให้ความไว 50-100 เท่าพร้อมมุมมอง 16 เท่าของภาพรวมโฟตอนที่ 800 เท่าของจันทรา
ฉันไม่แน่ใจว่าจะพูดอะไรอีก มันจะเป็นหอดูภาพเอ็กซ์เรย์สัตว์ประหลาด เชื่อใจฉันนักดาราศาสตร์คิดว่านี่เป็นความคิดที่ดีมาก
กล้องโทรทรรศน์อวกาศต้นกำเนิด
ถัดไปกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Origins หรือ OST เช่น James Webb และกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ OST จะเป็นกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดที่ออกแบบมาเพื่อสังเกตวัตถุที่เจ๋งที่สุดในจักรวาล แต่มันจะยิ่งใหญ่ขึ้นไปอีก ในขณะที่ James Webb มีกระจกหลักยาว 6.5 เมตรกระจก OST จะอยู่ที่ 9.1 เมตร
ลองนึกภาพกล้องโทรทรรศน์เกือบใหญ่เท่ากับกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินที่ใหญ่ที่สุดในโลก แต่อยู่ในอวกาศ ในที่ว่าง.
มันจะไม่ใหญ่มันจะเย็นชา
นาซ่าสามารถทำให้สปิตเซอร์เย็นลงได้แค่ 5 เคลวินนั่นคือ 5 องศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์และอุ่นขึ้นเล็กน้อยกว่าอุณหภูมิพื้นหลังของจักรวาล พวกเขาวางแผนที่จะลดต้นกำเนิดให้เหลือ 4 เคลวิน มันไม่ได้ฟังมาก แต่มันเป็นความท้าทายด้านวิศวกรรมที่ยิ่งใหญ่
แทนที่จะเพียงแค่ทำให้ยานอวกาศเย็นด้วยฮีเลียมเหลวอย่างที่มันทำกับสปิตเซอร์พวกเขาจะต้องนำความร้อนออกมาเป็นระยะ ๆ ด้วยตัวสะท้อนแสงหม้อน้ำและในที่สุดก็เป็น cryocooler รอบ ๆ เครื่องมือ
ด้วยกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดขนาดใหญ่ที่เย็นยะเยือก Origins จะผลักดันเกินกว่ามุมมองของ James Webb เกี่ยวกับการก่อตัวของกาแลคซีแห่งแรก มันจะมองไปที่ยุคที่ดาวดวงแรกก่อตัวขึ้นเวลาที่นักดาราศาสตร์เรียกยุคมืด
มันจะเห็นการก่อตัวของระบบดาวเคราะห์ดิสก์ฝุ่นและสังเกตบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ ที่กำลังมองหาชีวประวัติโดยตรงหลักฐานการมีชีวิตอยู่ที่นั่น
สามภารกิจที่น่าตื่นเต้นที่จะผลักดันความรู้ของเราเกี่ยวกับจักรวาลไปข้างหน้า แต่ฉันได้ช่วยกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่และทะเยอทะยานที่สุดไว้ให้ได้นาน
LUVOIR
LUVOIR หรือรังวัด UV / Optical / IR ขนาดใหญ่ James Webb จะเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลัง แต่เป็นเครื่องมืออินฟราเรดที่ออกแบบมาเพื่อดูวัตถุที่เย็นกว่าในเอกภพเช่นกาแลคซีที่มีการเปลี่ยนแปลงสีแดงในช่วงแรกหรือเป็นระบบดาวเคราะห์ที่เพิ่งก่อตัวใหม่ กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Origins จะเป็นรุ่นที่ดีกว่าของ James Webb
LUVOIR จะเป็นผู้สืบทอดที่แท้จริงต่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล มันจะเป็นเครื่องมือขนาดใหญ่ที่สามารถมองเห็นได้ในอินฟราเรดแสงที่มองเห็นและรังสีอัลตราไวโอเลต
ผลงานมีสองแบบ หนึ่งในนั้นคือ 8 เมตรข้ามและสามารถเปิดตัวในยานพาหนะยกหนักเช่น Falcon Heavy และอีกการออกแบบหนึ่งที่จะใช้ Space Launch System ที่มีความยาว 15 เมตร นั่นใหญ่กว่ากล้องโทรทรรศน์โลกที่ใหญ่ที่สุด 50% โปรดจำไว้ว่าฮับเบิลอยู่ที่ 2.6 เมตรเท่านั้น
มันมีมุมมองที่กว้างและชุดตัวกรองและเครื่องมือที่นักดาราศาสตร์สามารถใช้เพื่อสังเกตสิ่งที่พวกเขาต้องการ มันจะติดตั้งกราฟโครโนกราฟเหมือนที่เราพูดถึงก่อนหน้านี้เพื่อสังเกตดาวเคราะห์และบดบังดวงดาวของพวกเขาโดยตรงสเปกโตรกราฟเพื่อค้นหาว่ามีสารเคมีอะไรบ้างที่อยู่ในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบและอื่น ๆ
LUVOIR จะเป็นเครื่องมือที่มีวัตถุประสงค์ทั่วไปซึ่งนักดาราศาสตร์จะใช้ในการค้นพบในสาขาฟิสิกส์ดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ แต่ความสามารถบางอย่างของมันจะรวมถึงการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรงและค้นหาชีวประวัติโดยจัดประเภทดาวเคราะห์นอกระบบที่แตกต่างกันทั้งหมดตั้งแต่ดาวพฤหัสร้อนจนถึงซุปเปอร์เอิร์ ธ
มันจะสามารถสังเกตวัตถุในระบบสุริยะได้ดีกว่าสิ่งอื่น - ถ้าเราไม่มียานอวกาศที่นั่น LUVOIR จะเป็นมุมมองที่ดีทีเดียว ตัวอย่างเช่นต่อไปนี้เป็นมุมมองของเอนเซลาดัสจากฮับเบิลเทียบกับมุมมองจาก LUVOIR
มันจะสามารถมองเห็นได้ทุกที่ในจักรวาลเพื่อดูโครงสร้างที่เล็กกว่าฮับเบิล มันจะเห็นกาแลคซีแห่งแรกดวงดาวดวงแรกและช่วยวัดความเข้มข้นของสสารมืดทั่วจักรวาล
นักดาราศาสตร์ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อดาวรวมตัวกันมากพอที่จะจุดชนวน LUVOIR จะมองเข้าไปในภูมิภาคที่ก่อตัวดาวฤกษ์ส่องผ่านก๊าซและฝุ่นละอองและดูช่วงเวลาที่เร็วที่สุดในการก่อตัวดาวฤกษ์เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ที่โคจรรอบพวกมัน
ฉันได้รับคุณและตื่นเต้นอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับอนาคตของดาราศาสตร์หรือไม่? ดี. แต่นี่เป็นข่าวร้าย แทบจะไม่มีโอกาสที่ความจริงจะเข้ากับจินตนาการนี้
เมื่อต้นเดือนที่ผ่านมาองค์การนาซ่าประกาศว่านักวางแผนภารกิจที่ทำงานเกี่ยวกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศเหล่านี้จะต้อง จำกัด งบประมาณของพวกเขาให้อยู่ระหว่างสามถึงห้าพันล้านดอลลาร์ จนถึงตอนนี้นักวางแผนไม่มีแนวทางใด ๆ พวกเขาจะต้องออกแบบเครื่องมือที่สามารถทำให้วิทยาศาสตร์สำเร็จได้
วิศวกรได้ทำงานในแผนภารกิจที่สามารถข้าม $ 5 พันล้านสำหรับ HabEx, Lynx และ OST ได้อย่างง่ายดายและกำลังพิจารณาขนาดใหญ่กว่า $ 20 พันล้านสำหรับ LUVOIR
แม้ว่าสภาคองเกรสจะผลักดันให้เกิดงบประมาณขนาดใหญ่อย่างน่าประหลาดใจสำหรับองค์การนาซ่า แต่หน่วยงานอวกาศต้องการให้นักวางแผนอนุรักษ์นิยม และเมื่อคุณพิจารณาว่างบประมาณและเจมส์เวบบ์เกินงบประมาณมันไม่น่าแปลกใจเลย
เดิมเจมส์เว็บบ์ควรจะมีราคาอยู่ระหว่างหนึ่งถึงสามจุดห้าพันล้านดอลลาร์และเปิดตัวระหว่างปี 2550 ถึง 2554 ตอนนี้ดูเหมือนว่าจะมีการเปิดตัวในปี 2020 ค่าใช้จ่ายที่ผ่านมาสภาคองเกรสได้กำหนดงบประมาณไว้ที่ 8.8 พันล้านดอลลาร์และชัดเจนว่า ของงานที่ต้องทำ
ในการทดสอบการสั่นเมื่อเร็ว ๆ นี้วิศวกรพบแหวนและสกรูที่หลุดออกจากกล้องโทรทรรศน์ นี่ไม่ใช่ชั้นวางของของ IKEA ที่มีชิ้นส่วนที่เหลือ ชิ้นส่วนเหล่านี้มีความสำคัญ
แม้ว่าจะได้รับการบันทึกจากบล็อกเขียง แต่กล้องโทรทรรศน์ WFIRST นั้นคาดว่าจะอยู่ที่ 3.9 พันล้านดอลลาร์เพิ่มขึ้นจากงบประมาณ 2 พันล้านดอลลาร์เดิม
หนึ่งสองหรืออาจจะสร้างกล้องโทรทรรศน์เหล่านี้ในที่สุด นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คิดว่าสำคัญที่สุดที่จะทำการค้นพบครั้งต่อไปในดาราศาสตร์ แต่เตรียมพร้อมสำหรับการต่อสู้กับงบประมาณค่าใช้จ่ายที่มากเกินไปและการยืดเวลา เราจะรู้ได้ดีขึ้นเมื่อการศึกษาทั้งหมดมารวมกันในปี 2562
ต้องใช้ความมหัศจรรย์ทางวิศวกรรมบางอย่างเพื่อให้กล้องโทรทรรศน์ทั้งสี่มารวมกันตรงเวลาและตามงบประมาณเพื่อระเบิดไปยังอวกาศด้วยกันในปี 2035 ฉันจะแจ้งให้คุณทราบ
