ÎN SFÂRȘIT

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 19 ianuarie 2021; verificările necesită 17 modificări .
Telescop spațial cu deschidere mare cu tehnologie avansată (ATLAST)

Concept de telescop cu oglindă monolitică de 8 m
Organizare NASA
Gama de valuri vizibil, ultraviolet , infraroșu
Locație Punctul Lagrange L 2
Lansator orbital Sistemul de lansare spațială (SLS) sau EELV
Durată 20 de ani
Diametru 8 m, 9,2 m sau 16,8 m
instrumente științifice
Logo-ul misiunii
Site-ul web www.stsci.edu
 Fișiere media la Wikimedia Commons

Telescopul spațial cu deschidere mare cu tehnologie avansată (ATLAST)  este un telescop spațial conceput pentru a funcționa în intervalele ultraviolete, vizibile și infraroșu apropiat (110-2400 nm).

Proiectul nu a fost actualizat din 2009. În prezent, LUVOIR este considerat un telescop spațial de nouă generație .

Obiective științifice

Institutul Telescopului Spațial pentru Studii Spațiale a propus ATLAST ca o misiune emblematică a NASA . Scopul principal al telescopului este de a găsi un răspuns la întrebarea: există viață în altă parte în Galaxia noastră ? Prezența sa va fi confirmată indirect dacă „biomarkeri” (de exemplu, oxigen molecular, ozon, apă și metan) sunt detectați în spectrul atmosferei unor exoplanete asemănătoare Pământului .

Pe lângă faptul că caută semne de viață extraterestră, telescopul se va ocupa și de alte sarcini științifice. Va avea funcționalitatea necesară pentru a dezvălui legile după care se formează stelele și, de asemenea, ne va permite să urmărim interacțiunile complexe dintre materia întunecată , galaxii și mediul intergalactic . Datorită saltului semnificativ în capacitățile de observație pe care ATLAST îl va oferi, diversitatea sau direcția cercetării sale nu pot fi acum prezise cu exactitate, la fel cum creatorii telescopului Hubble nu și-au prevăzut rolul în caracterizarea atmosferelor exoplanetelor gigantice sau în măsurarea accelerației. a expansiunii cosmice folosind supernove ...

Căutarea vieții în galaxia noastră

ATLAST, folosind un coronagraf intern sau un dispozitiv extern de blocare a stelelor (oculter), poate descrie atmosfera și suprafața exoplanetelor de dimensiunea Pământului din zona locuibilă a stelelor cu viață lungă la distanțe de până la 45 parsecs (~ 146 ani lumină), inclusiv viteza lor de rotație, clima și posibila locuință. ATLAST va colecta, de asemenea, informații despre caracteristicile suprafeței, modificările învelișului de nori și ale climei și, posibil, de asemenea, variațiile sezoniere ale vegetației de deasupra [1] .

Pentru a efectua o căutare cu succes a biomarkerilor pe exoplanete, este necesar un telescop spațial cu deschidere mare pentru a aborda cele patru probleme principale asociate cu o astfel de căutare.

În primul rând și cea mai importantă problemă: planetele de dimensiunea Pământului sunt foarte slabe. Geamănul Pământului la o distanță de 32 sv. ani, care se rotesc în jurul unei stele de clasa G , vor avea o magnitudine de V ~ 30. Pentru a detecta biomarkeri, cum ar fi oxigenul molecular, în atmosfera unei exoplanete, este nevoie de un telescop pentru a putea obține spectroscopie directă a unei surse atât de slabe.

A doua problemă este că dimensiunea unghiulară medie a zonei locuibile din jurul celor mai apropiate stele F, G, K este mai mică de 100 miliarcsecunde (mas). Astfel, un sistem de imagistică trebuie să aibă o rezoluție unghiulară de ~10–25 mas pentru o selecție acceptabilă a unei exoplanete.

A treia problemă: observarea directă a planetelor de dimensiunea Pământului în zona locuibilă necesită un contrast ridicat din partea sistemului de imagistică, precum și blocarea luminii stelei. Din calcule rezultă că factorul necesar de suprimare a luminii stelelor este de la până la . Unele metode actuale sunt capabile să ofere un nivel atât de ridicat de contrast, dar toate necesită stabilitate pe frontul de undă, care este de neatins cu telescoapele de la sol din cauza influenței atmosferei Pământului. Prin urmare, sunt necesare telescoape spațiale pentru a obține stabilitatea necesară a frontului de undă. În cele din urmă, planetele cu biomarkeri pot fi suficient de rare încât ar fi necesar să scanezi zeci sau chiar sute de stele pentru a găsi doar un număr mic de planete cu semne de viață. Numărul de stele pentru care ATLAST va putea achiziționa spectrul exoplanetelor, la un raport semnal-zgomot dat și într-un timp rezonabil, este aproximativ egal cu , unde D este diametrul deschiderii telescopului. Calculele arată că pentru a crește șansele de detectare cu succes a biomarkerilor de pe planetele stelelor din apropiere este nevoie de un telescop cu o deschidere de cel puțin 8 m [2] .

Tabelul arată numărul de stele din apropiere pentru care raza zonei locuibile va fi disponibilă pentru observare, în funcție de instrumentele telescopului utilizate.

Configurația telescopului Numărul de stele
Oglindă eliptică monolitică de 8x6 m cu coronagraf Lyot 65
Oglindă monolitică de 8 m cu coronagraf cu interferometrie nulă 47
Oglinda monolitica de 8m cu ocultor exterior 240
Oglindă segmentată de 16 m cu coronagraf cu interferometrie nulă 319
a 16-a oglindă segmentată cu ocultism extern 603

Studiul interacțiunii mediului intergalactic cu galaxiile

Înțelegerea modului în care gazul din mediul intergalactic intră în galaxii și a modului în care galaxiile reacționează la acest lucru este esențial pentru înțelegerea evoluției galaxiilor . Studiul proceselor de intrare și de ieșire a gazelor este de natură observațională. Aceste procese pot fi caracterizate prin studierea absorbției radiațiilor ultraviolete și spectroscopiei liniilor de emisie .

Sunt necesare valuri în domeniul ultraviolet pentru a descrie gazul intergalactic cald cu o ușoară deplasare spre roșu . Sarcina principală a telescopului este de a obține un set de date cu rezoluția spectrală necesară. Spectrograful ultraviolet al telescopului este dezvoltat pentru a efectua astfel de observații. Multe alte scopuri științifice necesită o sensibilitate similară a spectroscopiei ultraviolete (rezoluție R ~ 20.000-100.000) la lungimi de undă de 110-300 nm. Cel mai mare risc pentru capacitatea unui telescop de a-și atinge obiectivele științifice propuse în domeniul ultravioletei este disponibilitatea unor detectoare eficiente de unde ultraviolete. Cu toate acestea, detectoarele actuale pot atinge obiectivele științifice propuse, dar observațiile vor dura de 4 ori mai mult.

Explorarea istoriei formării stelelor

ATLAST va putea reconstrui istoria formării stelelor în sute de galaxii din afara Grupului Local , oferind oamenilor de știință întregul spectru de condiții de formare a stelelor de studiat.

O teorie completă și exactă a formării și evoluției galaxiilor necesită o definiție precisă a modului și când galaxiile își formează populațiile stelare și modul în care această formație se schimbă cu mediul înconjurător. Cel mai potrivit mod de a face acest lucru este analiza populației stelare de galaxii gigantice pentru a reconstrui istoria formării stelelor, a determina evoluția chimică și cinematica diferitelor lor structuri. Diagnosticul cel mai complet și mai precis al vârstei lor este realizat prin studierea stelelor pitice și gigantice, inclusiv prin determinarea orei de plecare din secvența principală . Cu toate acestea, după ce a părăsit secvența principală, steaua devine rapid prea slabă pentru a fi observată de telescoapele existente în galaxiile din afara Grupului Local . Acest lucru limitează foarte mult capacitatea noastră de a obține informații despre detaliile formării galaxiilor, deoarece galaxiile din Grupul Local nu sunt un eșantion tipic al populației de galaxii pe scara mai mare a Universului . ATLAST va avea capacitatea de a observa stele în afara Grupului Local . Prin comparație, Telescopul Hubble și Telescopul James Webb nu au precizia necesară pentru observarea galaxiilor gigantice, altele decât Calea Lactee și Andromeda . Telescopul spațial ATLAST de 8 metri (9,2 m) va putea observa 140 (160) galaxii, inclusiv 12 (13) spirale gigantice și cea mai apropiată eliptică gigantică Maffei 1 .

Pentru a determina vârsta și alte proprietăți ale galaxiilor, este necesară fotometria a mii de stele care acoperă 4 ordine de luminozitate. Astfel de observații necesită ca telescopul să aibă un câmp vizual de cel puțin 4 minute de arc. ATLAST poate lucra împreună cu un telescop de la sol de 30 de metri (de exemplu, TMT - Thirty Meter Telescope ), extinzând capacitățile de observare ale altor grupuri bine populate de galaxii prin obținerea de fotometrie pentru stelele pitice din clasa G cu o magnitudine de V ~ 35 de către telescopul spațial și obținerea de la sol a telescopului de date Brighter Giant din grupul Sculptor . Stelele pitice din Grupul Sculptor sunt practic inaccesibile pentru TMT.

Cercetarea materiei întunecate

Galaxiile sferoidale pitice (dSph), cele mai slabe dintre tipurile cunoscute de galaxii, sunt cele mai potrivite locuri pentru a studia proprietățile materiei întunecate non-barionice . Există mai multe motive pentru aceasta. În primul rând, materia întunecată formează cea mai mare parte a masei lor: prin observații, s-a constatat că aceste galaxii au un raport masă-luminozitate de 10-100 de ori mai mare decât o galaxie gigantică obișnuită (de exemplu, Calea Lactee sau M31 ). În al doilea rând, sunt relativ multe în apropierea noastră - 19 astfel de galaxii au fost găsite până acum în Grupul Local. În cele din urmă, toate cele 19 galaxii, care acoperă mai mult de 4 ordine de luminozitate, sunt înconjurate de un halou de materie întunecată cu aceeași masă (~10^7) mase solare ) în regiunea lor centrală de 300 parsecs . . ATLAST va măsura mișcarea stelelor în aceste galaxii și va determina interacțiunile gravitaționale ale acestora.

Date tehnice

Conceptul noului telescop a fost propus de Institutul de Știință al Telescopului Spațial . ATLAST va fi succesorul telescopului Hubble , cu capacitatea de a observa și fotografia spectroscopic obiecte astronomice în intervalele ultraviolete, vizibile și infraroșu, cu o rezoluție semnificativ mai bună decât telescopul Hubble (HST) sau lansarea în decembrie 2021 a telescopului James Webb ( JWST). La fel ca JWST, ATLAST va fi lansat în punctul Lagrange L 2 al sistemului Pământ-Soare.

ATLAST va avea o oglindă primară cu un diametru de la 8 la 16,8 metri, în funcție de conceptul final, care va fi aprobat la o dată ulterioară. În acest moment, dezvoltatorii au identificat două arhitecturi diferite, dar cu un design optic similar. Primul implică un telescop cu o oglindă principală monolitică (8 m), al doilea este un telescop cu o oglindă principală (9,2 m sau 16,8 m) construit din mai multe segmente. Aceste arhitecturi acoperă o gamă de tehnologii și mijloace posibile: o oglindă monolitică, fie una segmentată, un vehicul de lansare SLS sau un vehicul de lansare consumabil evoluat (EELV), control pasiv sau activ complet al frontului de undă etc. De exemplu, un Oglinda de opt metri are avantajele telescoapelor cu oglindă monolitice sub formă de contrast ridicat al imaginii și control bun al frontului de undă. O oglindă de șaisprezece metri are toate avantajele care sunt caracteristice telescoapelor cu o suprafață mare de colectare. Conceptele de construcție a telescopului se referă la evoluțiile rămase din dezvoltarea telescopului Hubble și James Webb , dar au și abateri semnificative de la aceste modele pentru a reduce masa și complexitatea designului. ATLAST va avea o rezoluție unghiulară de 5 până la 10 ori mai bună decât JWST și o limită de sensibilitate de 2000 de ori mai bună decât HST. Două concepte, luând în considerare o oglindă monolitică de 8 metri și o oglindă segmentată de 16,8 metri, implică utilizarea vehiculului de lansare SLS în curs de dezvoltare. Cu toate acestea, misiunea ATLAST nu depinde doar de SLS. Conceptul de telescop cu oglindă segmentată de 9,2 m este compatibil EELV asemenea, moștenește în mare măsură designul James Webb

În ambele arhitecturi (cu oglindă monolitică și segmentată) se înțelege că ATLAST poate fi deservit în același mod în care a fost deservit HST. Folosind fie un modul automat (metoda propusă în prezent), fie o navă spațială Orion cu echipaj , NASA va putea să înlocuiască și să se întoarcă pe Pământ pentru analiză și actualizări viitoare instrumentele de la bordul telescopului. La fel ca HST și JWST, ATLAST va fi alimentat de panouri solare.

Misiune

ATLAST a fost propus să fie lansat fie de la Centrul Spațial Kennedy , folosind o rachetă SLS, fie, dacă s-a adoptat designul de 9,2 metri, de la instalațiile NASA capabile să lanseze EELV-uri. Transportatorul va plasa ATLAST și Earth Departure Stage orbită de referință, în timp ce inginerii verifică performanța sistemelor EDS și ATLAST. Odată testat, EDS va funcționa din nou și ATLAST va începe o călătorie de trei luni către punctul Lagrange L 2 Soare-Pământ, intrând în așa-numita „ orbita halo ” după ce a ajuns la destinație. În drum spre punctul L2, telescopul își va întoarce optica (dacă versiunea segmentată este acceptată).

Misiunile de întreținere vor fi lansate la fiecare 5-7 ani și vor permite astronomilor să actualizeze telescopul ATLAST cu noi tehnologii și noi instrumente. La fel ca HST, ATLAST va avea o durată de viață de 20 de ani. În ianuarie 2016, patru echipe de oameni de știință și ingineri americani au început să lucreze la patru proiecte diferite pentru observatoare spațiale mari. Unul dintre aceste proiecte, numit Large UV/Optical/Infrared Surveyor ( LUVOIR ), este similar în multe privințe cu ATLAST . Un alt proiect, numit Habitable Exoplanet Imaging Mission ( ) un telescop spațial optic și în infraroșu apropiat, cu o oglindă primară monolitică de 4 metri, concepută pentru a captura imagini directe ale exoplanetelor folosind un coronagraf încorporat sau un oculter extern. În 2019, rapoartele acestor patru echipe au ajuns la Academia Națională de Științe din SUA, care în 2021 recomandă NASA care proiect să acorde cea mai mare prioritate ca misiune emblematică pentru următoarele decenii. Întrucât crearea unui mare observator spațial durează cel puțin 15 ani, lansarea lui în spațiu ar trebui să fie așteptată în a doua jumătate a anilor 2030.

Note

  1. ↑ ATLAST: Caracterizarea lumilor locuibile . Preluat la 26 iunie 2020. Arhivat din original la 11 februarie 2022.
  2. ↑ Marc Postman și colab. Telescopul spațial cu deschidere mare cu tehnologie avansată: o foaie de parcurs tehnologică pentru următorul deceniu  (ing.)  (link indisponibil) . Tehnologie avansată Telescop spațial cu deschidere mare Documente . Institutul de Cercetare a Telescopului Spațial (mai 2009). Consultat la 17 aprilie 2014. Arhivat din original pe 29 iunie 2013.

Vezi și

Link -uri