ด้วยการเปิดตัวล่าสุดของ Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) - ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวันพุธที่ 18 เมษายน 2018 ความสนใจจำนวนมากมุ่งเน้นไปที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่อไปที่จะเข้าสู่อวกาศในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เหล่านี้รวมถึงไม่เพียงกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ซึ่งปัจจุบันมีกำหนดเปิดตัวในปี 2563 แต่ยานอวกาศขั้นสูงอื่น ๆ ที่จะนำไปใช้ในยุค 2030
เช่นนี้เป็นเรื่องของการสำรวจ Decadal ล่าสุดสำหรับดาราศาสตร์ในปี 2020 ซึ่งรวมถึงสี่แนวคิดภารกิจสำคัญที่กำลังศึกษาอยู่ เมื่อภารกิจเหล่านี้ไปสู่อวกาศพวกเขาจะไปรับภารกิจที่ต้องการ ฮับเบิลเคปเลอร์สปิตเซอร์ และ จันทรา ปล่อยทิ้งไว้ แต่จะมีความไวและความสามารถมากขึ้น เช่นนี้พวกเขาคาดว่าจะเปิดเผยข้อตกลงเกี่ยวกับจักรวาลของเราและความลับที่มันมีอยู่มากมาย
ตามที่คาดไว้แนวคิดของภารกิจที่ส่งไปยัง Decadal Survey ในปี 2020 ครอบคลุมเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์มากมายตั้งแต่การสำรวจหลุมดำที่ห่างไกลและเอกภพยุคแรกจนถึงการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบรอบดาวฤกษ์ใกล้เคียงและศึกษาระบบสุริยะ ความคิดเหล่านี้ได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดจากชุมชนวิทยาศาสตร์และสี่คนได้รับเลือกว่าสมควรจะได้รับการติดตาม
ในฐานะที่เป็น Susan Neff หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของโครงการ Cosmic Origins ของนาซ่าอธิบายในการแถลงข่าวเมื่อไม่นานมานี้ของ NASA:
“ นี่เป็นเวลาเล่นเกมสำหรับฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เราต้องการสร้างแนวคิดเหล่านี้ทั้งหมด แต่เราไม่มีงบประมาณที่จะทำทั้งสี่อย่างในเวลาเดียวกัน จุดประสงค์ของการศึกษาในยุคนี้คือการให้ข้อมูลแก่ชุมชนดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เมื่อพวกเขาตัดสินใจว่าวิทยาศาสตร์จะต้องทำอะไรก่อน”
แนวคิดทั้งสี่ที่เลือกไว้รวมถึง รังวัดอุลตร้าไวโอเล็ต / แสง / อินฟราเรดขนาดใหญ่ (LUVOIR) หอสังเกตการณ์อวกาศขนาดยักษ์ที่พัฒนาขึ้นในประเพณีของ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล. ในฐานะหนึ่งในสองแนวคิดที่ถูกตรวจสอบโดยศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซ่าแนวคิดภารกิจนี้เรียกกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มีกระจกหลักขนาดใหญ่แบ่งส่วนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 15 เมตร (49 ฟุต)
ในการเปรียบเทียบ JWST‘s (ปัจจุบันเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ทันสมัยที่สุด) กระจกเงาขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6.5 ม. (21 ฟุต 4 นิ้ว) เหมือนกับ JWST กระจกของ LUVOIR จะประกอบด้วยกลุ่มที่สามารถปรับได้ซึ่งจะเปิดออกเมื่อนำไปใช้กับพื้นที่ แอคทูเอเตอร์และมอเตอร์จะปรับและจัดกลุ่มเหล่านี้อย่างแข็งขันเพื่อให้ได้โฟกัสที่สมบูรณ์แบบและจับแสงจากวัตถุที่จางและห่างไกล
ด้วยเครื่องมือขั้นสูงเหล่านี้ LUVOIR จะสามารถถ่ายภาพดาวเคราะห์ขนาดโลกได้โดยตรงและประเมินบรรยากาศของพวกเขา ตามที่นักวิทยาศาสตร์ศึกษา Aki Roberge อธิบาย:
“ ภารกิจนี้มีความทะเยอทะยาน แต่การค้นหาว่ามีชีวิตนอกระบบสุริยะหรือไม่นั้นเป็นรางวัล เสาสูงเทคโนโลยีทั้งหมดถูกขับเคลื่อนโดยเป้าหมายนี้…ความมั่นคงทางกายภาพรวมถึงการควบคุมที่ใช้งานบนกระจกหลักและ coronagraph ภายใน (อุปกรณ์สำหรับบล็อกแสงดาว) จะส่งผลให้ความแม่นยำของ picometer ทุกอย่างเกี่ยวกับการควบคุม”
นอกจากนี้ยังมี กล้องโทรทรรศน์อวกาศต้นกำเนิด (OST) เป็นอีกแนวคิดหนึ่งที่ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดกำลังไล่ล่า ชอบมาก กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ และ Herschel Space Observatoryหอดูดาวไกลอินฟราเรดนี้จะให้ความไวมากกว่า 10,000 เท่าของกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดไกลที่ผ่านมา เป้าหมายของมันรวมถึงการสำรวจจุดที่ไกลที่สุดของเอกภพติดตามเส้นทางของน้ำผ่านการก่อตัวของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์และค้นหาสัญญาณของสิ่งมีชีวิตในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ
กระจกหลักซึ่งจะวัดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 9 ม. (30 ฟุต) จะเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่เย็นตัวลงเป็นครั้งแรกทำให้กระจกของมันอยู่ที่อุณหภูมิประมาณ 4 K (-269 ° C; -452 ° F) และเครื่องตรวจจับที่ อุณหภูมิ 0.05 K เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ทีม OST จะใช้เลเยอร์บินของ sunshields สี่ cryocoolers และหลายขั้นตอนอย่างต่อเนื่องอะเดียแบติก demagnetization ตู้เย็น (CADR)
จากข้อมูลของ Dave Leisawitz นักวิทยาศาสตร์ Goddard และ OST นักวิทยาศาสตร์การศึกษา OST เชื่อมั่นในอาร์เรย์ขนาดใหญ่ของเครื่องตรวจจับตัวนำยิ่งยวดที่วัดเป็นล้านพิกเซล “ เมื่อผู้คนถามเกี่ยวกับช่องว่างทางเทคโนโลยีในการพัฒนากล้องโทรทรรศน์อวกาศ Origins ฉันบอกพวกเขาถึงความท้าทายสามอันดับแรก ได้แก่ เครื่องตรวจจับเครื่องตรวจจับเครื่องตรวจจับ” เขากล่าว “ มันเป็นเรื่องของอุปกรณ์ตรวจจับ”
โดยเฉพาะ OST นั้นจะต้องอาศัยเครื่องตรวจจับสองประเภทที่เกิดขึ้นใหม่: Transition Edge Sensors (TESs) หรือ Kinetic Inductance Detectors (KIDs) ในขณะที่ยังค่อนข้างใหม่เครื่องตรวจจับ TES กำลังจะสุกอย่างรวดเร็วและกำลังถูกใช้ในเครื่องมือ HAWC + บนหอดูดาว Stratospheric สำหรับดาราศาสตร์ดาราศาสตร์ของนาซ่า (SOFIA)
แล้วก็มี อิมเมจ Exoplanet ที่อาศัยอยู่ได้ (HabEx) ซึ่งพัฒนาโดยห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของ NASA เช่นเดียวกับ LUVOIR กล้องโทรทรรศน์นี้จะถ่ายภาพระบบดาวเคราะห์โดยตรงเพื่อวิเคราะห์องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ด้วยกระจกขนาดใหญ่ที่แบ่งส่วน นอกจากนี้มันจะศึกษายุคแรกสุดในประวัติศาสตร์ของจักรวาลและวัฏจักรชีวิตของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากที่สุดซึ่งจะส่องแสงว่าองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับชีวิตนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร
เช่นเดียวกับ LUVOIR, HabEx จะสามารถทำการศึกษาในช่วงความยาวคลื่นอุลตร้าไวโอเล็ต, ออปติคอลและใกล้อินฟราเรดและสามารถปิดกั้นความสว่างของดาวฤกษ์แม่เพื่อที่จะได้เห็นแสงที่สะท้อนออกจากดาวเคราะห์ใด ๆ ที่โคจรอยู่ ดังที่นีลซิมเมอร์แมนผู้เชี่ยวชาญขององค์การนาซ่าในสาขาโคโรเนติกซี่อธิบายว่า:
“ ในการถ่ายภาพดาวเคราะห์โดยตรงที่โคจรรอบดาวฤกษ์ใกล้เคียงเราจะต้องผ่านสิ่งกีดขวางอันยิ่งใหญ่ในช่วงไดนามิกนั่นคือความสว่างที่ท่วมท้นของดวงดาวเมื่อเทียบกับการสะท้อนแสงสลัวจากดวงดาวนอกโลก ไม่มีทางออกสำหรับปัญหานี้เพราะมันแตกต่างจากความท้าทายอื่น ๆ ในดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณ์”
เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้ทีมงาน HabEx กำลังพิจารณาสองวิธีซึ่งรวมถึงเฉดสีรูปดาวกลีบดอกไม้ภายนอกที่ปิดกั้นแสงและโคโรเนมาภายในซึ่งป้องกันไม่ให้แสงดาวเข้าถึงเครื่องตรวจจับได้ ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งที่ถูกตรวจสอบคือการนำคาร์บอนนาโนทิวบ์มาใช้กับมาสก์โคโรเมทิคเพื่อปรับเปลี่ยนรูปแบบของแสงแบบเลี้ยวเบนที่ยังคงผ่าน
สุดท้าย แต่ไม่ท้ายสุดคือ เครื่องเอ็กซ์เรย์ รู้จักกันในนาม แมวป่าชนิดหนึ่ง ได้รับการพัฒนาโดย Marshall Space Flight Center ในบรรดากล้องโทรทรรศน์อวกาศทั้งสี่คมเป็นเพียงแนวคิดเดียวที่จะตรวจสอบเอกภพในเอกซ์เรย์ กล้องโทรทรรศน์อวกาศนี้จะตรวจจับ X-rays ที่มาจากหลุมดำ Supermassive (SMBHs) ที่ศูนย์กลางของกาแลคซีแรกสุดในจักรวาลด้วยการใช้ X-ray microcalorimeter Spectrometer
เทคนิคนี้ประกอบด้วยภาพถ่ายรังสีเอกซ์ที่กระทบกับความผิดปกติของเครื่องตรวจจับและแปลงพลังงานเป็นความร้อนซึ่งวัดจากเครื่องวัดอุณหภูมิ ด้วยวิธีนี้คมจะช่วยให้นักดาราศาสตร์ปลดล็อกว่า SMBH ยุคแรก ๆ ก่อตัวอย่างไร ในขณะที่ Rob Petre สมาชิกการศึกษาของ Lynx ที่ Goddard อธิบายภารกิจ:
“ หลุมดำมวลมหาศาลถูกสังเกตเห็นว่ามีอยู่ก่อนหน้านี้ในจักรวาลมากกว่าที่ทฤษฎีของเราคาดการณ์ไว้ในปัจจุบัน เราไม่เข้าใจว่าวัตถุขนาดใหญ่เช่นนี้ก่อตัวขึ้นอย่างไรหลังจากเวลาที่ดาวดวงแรกก่อตัวได้ เราจำเป็นต้องมีกล้อง X-ray เพื่อดูหลุมดำมวลมหาศาลแห่งแรกเพื่อจัดทำอินพุตสำหรับทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีที่พวกเขาอาจก่อตัวขึ้น”
โดยไม่คำนึงว่าภารกิจของ NASA ในท้ายที่สุดเลือกหน่วยงานและศูนย์บุคคลได้เริ่มลงทุนในเครื่องมือขั้นสูงเพื่อติดตามแนวคิดดังกล่าวในอนาคต ทั้งสี่ทีมส่งรายงานชั่วคราวในเดือนมีนาคม ภายในปีหน้าพวกเขาคาดว่าจะเสร็จสิ้นการรายงานขั้นสุดท้ายสำหรับ National Research Council (NRC) ซึ่งจะใช้เพื่อแจ้งข้อเสนอแนะต่อ NASA ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
Thai Pham ผู้จัดการฝ่ายพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับสำนักงานโปรแกรมฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของนาซ่าระบุว่า:
“ ฉันไม่ได้บอกว่ามันจะง่าย มันจะไม่เป็นเช่นนั้น เหล่านี้เป็นภารกิจที่ท้าทายความสามารถด้านเทคนิคที่สำคัญซึ่งหลายอย่างทับซ้อนกันและนำไปใช้กับทุกคน ข่าวดีก็คือตอนนี้กำลังวางรากฐาน”
ด้วยการใช้งาน TESS ในขณะนี้และ JWST มีกำหนดการเปิดตัวในปี 2020 บทเรียนที่ได้เรียนรู้ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าจะถูกรวมเข้ากับภารกิจเหล่านี้อย่างแน่นอน ในปัจจุบันยังไม่ชัดเจนว่าแนวคิดใดต่อไปนี้ที่จะไปสู่อวกาศในปี 2030 อย่างไรก็ตามระหว่างเครื่องมือขั้นสูงของพวกเขาและบทเรียนที่ได้เรียนรู้จากภารกิจที่ผ่านมาเราสามารถคาดหวังได้ว่าพวกเขาจะทำการค้นพบที่ลึกซึ้งเกี่ยวกับจักรวาล
