Teleskop Angkasa Hubble telah berada di angkasa selama 28 tahun, menghasilkan beberapa gambar kosmos yang paling indah dan penting secara saintifik yang pernah diambil manusia. Tapi mari kita hadapi, Hubble semakin tua, dan mungkin tidak akan bersama kita terlalu lama.
Teleskop Angkasa James Webb NASA sedang dalam peringkat akhir ujian, dan WFIRST menunggu di sayap. Anda akan gembira mengetahui ada lebih banyak teleskop ruang dalam karya, satu set empat instrumen berkuasa dalam reka bentuk sekarang, yang akan menjadi sebahagian daripada Kajian Decadal berikutnya, dan membantu menjawab soalan paling asas mengenai kosmos.
Saya tahu, saya tahu, Teleskop Angkasa James Webb belum sampai ke ruang angkasa, dan masih mungkin ada lebih banyak kelewatan ketika melalui pusingan ujiannya sekarang. Pada masa saya merakam video ini, sepertinya Mei 2020, tetapi ayolah, anda tahu akan ada kelewatan.
Dan kemudian ada WFIRST, teleskop ruang inframerah sudut lebar yang sebenarnya terbuat dari teleskop kelas Hubble lama yang tidak diperlukan lagi oleh Pejabat Pengintaian Nasional. Gedung Putih mahu membatalkannya, Kongres menyelamatkannya, dan sekarang NASA sedang membina sebahagian daripadanya. Dengan mengandaikan bahawa ia tidak mengalami lebih banyak kelewatan, kami sedang melihat pelancaran pada pertengahan tahun 2020-an.
Saya sebenarnya telah membuat episod mengenai superteleskop, dan membincangkan mengenai James Webb dan WFIRST, jadi jika anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai pemerhatian tersebut, periksa dulu.
Hari ini kita akan melangkah lebih jauh ke masa depan, untuk melihat teleskop generasi akan datang. Yang boleh dilancarkan selepas teleskop yang dilancarkan selepas teleskop yang akan datang.
Sebelum saya menggali misi ini, saya perlu membincangkan mengenai Decadal Survey. Ini adalah laporan yang dibuat oleh Akademi Sains Nasional Amerika untuk Kongres dan NASA. Ini pada dasarnya adalah senarai harapan dari saintis ke NASA, yang menentukan persoalan terbesar yang mereka ada dalam bidang sains mereka.
Ini membolehkan Kongres menetapkan anggaran dan NASA untuk mengembangkan idea misi yang akan membantu memenuhi sebanyak mungkin tujuan sains ini.
Tinjauan ini dilakukan sekali setiap dekad, menyatukan jawatankuasa dalam sains Bumi, sains planet, dan astrofizik. Mereka mengemukakan idea, berdebat, memilih dan akhirnya menyetujui sekumpulan cadangan yang akan menentukan keutamaan sains dalam dekad yang akan datang.
Kami sedang dalam periode Survei Dekadal 2013-2022, jadi hanya dalam beberapa tahun, tinjauan berikutnya akan jatuh tempo, dan menentukan misi dari 2023-2032. Saya tahu, itu benar-benar terdengar seperti masa depan yang jauh, tetapi masa benar-benar habis untuk menyatukan kembali kumpulan ini.
Sekiranya anda berminat, saya akan meletakkan pautan ke Kajian Decadal yang terakhir, ini adalah dokumen yang menarik dan anda akan mendapat gambaran yang lebih baik tentang bagaimana misi bersatu.
Kami masih beberapa tahun lagi dari dokumen akhir, tetapi cadangan serius sedang dalam peringkat perancangan untuk teleskop ruang angkasa generasi akan datang, dan ia sangat mengagumkan. Mari bercakap tentang mereka.
HabEx
Misi pertama yang akan kita perhatikan ialah HabEx, atau Habitable Exoplanet Imaging Mission. Ini adalah kapal angkasa yang akan langsung memotret planet yang mengorbit bintang lain. Ini akan mensasarkan semua jenis planet, dari Musytari panas hingga Bumi super, tetapi sasaran utamanya adalah untuk memotret exoplanet seperti Bumi dan mengukur atmosfernya.
Dengan kata lain, HabEx akan mencuba dan mengesan isyarat kehidupan di planet yang mengorbit bintang lain.
Untuk menyelesaikannya, HabEx perlu menyekat cahaya dari bintang, sehingga banyak planet yang lemah dapat didedahkan. Ini akan mempunyai satu dan mungkin dua cara untuk melakukannya.
Yang pertama adalah menggunakan coronagraph. Ini adalah titik kecil yang terletak di dalam teleskop itu sendiri, yang diposisikan di depan bintang dan menyekat cahaya. Sisa cahaya yang melewati teleskop berasal dari objek yang lebih lemah di sekitar bintang dan dapat digambarkan oleh sensor instrumen.
Teleskop ini mempunyai cermin ubah bentuk khas yang dapat di-tweak dan ditala sehingga planet-planet yang lemah dapat dilihat.
Berikut adalah contoh coronagraph yang digunakan, di Teleskop Observatorium Selatan Eropah. Bintang pusat tersembunyi, mendedahkan cakera debu yang lebih malap di sekelilingnya. Inilah gambaran langsung kerdil coklat yang mengorbit bintang.
Dan ini adalah salah satu video paling dramatik yang saya rasa pernah saya saksikan, dengan 4 dunia berukuran Musytari yang mengorbit di sekitar bintang HR 8799. Ini sedikit muslihat, para penyelidik menghidupkan pergerakan planet-planet di antara pemerhatian, tetapi masih, wow.
Kaedah kedua untuk menyekat cahaya adalah dengan menggunakan Starshade. Ini adalah kapal angkasa yang benar-benar terpisah yang kelihatan seperti roda roda. Ini terbang puluhan ribu kilometer dari teleskop, dan ketika diposisikan dengan sempurna, ia menyekat cahaya dari bintang pusat, sambil membiarkan cahaya dari planet-planet bocor di sekitar tepinya.
Caranya dengan Starshade adalah kelopak tersebut, yang menghasilkan tepi yang lebih lembut sehingga gelombang cahaya dari planet yang lemah lebih bengkok. Ini mewujudkan bayangan yang sangat gelap yang seharusnya mempunyai peluang terbaik untuk mengungkapkan planet.
Tidak seperti kebanyakan misi, Starshades seperti ini dapat digunakan dengan mana-mana balai cerap di ruang angkasa. Oleh itu, Hubble, James Webb atau balai cerap lain boleh memanfaatkan instrumen ini.
Kami selalu mengeluh tentang bagaimana kami hanya dapat melihat sebilangan kecil planet di luar sana menggunakan kaedah transit atau kecepatan radial kerana bagaimana segalanya berbaris. Tetapi dengan misi seperti HabEx, planet dapat dilihat arahnya, dalam konfigurasi apa pun.
Sebagai tambahan kepada misi utama ini, HabEx juga akan digunakan untuk pelbagai astrofizik, seperti mengamati Alam Semesta awal, dan mempelajari bahan kimia bintang-bintang terbesar sebelum dan sesudah mereka meletup sebagai supernova.
Lynx
Selanjutnya, Lynx, yang akan menjadi teleskop sinar-X generasi akan datang. Anehnya, ini bukan singkatan, itu hanya dinamai haiwan. Dalam pelbagai budaya Lynx dianggap mempunyai kemampuan ghaib untuk melihat hakikat sebenar sesuatu.
Sinar-X berada di hujung spektrum elektromagnetik yang lebih tinggi, dan ia disekat oleh atmosfera Bumi, jadi anda memerlukan teleskop ruang untuk dapat melihatnya. Sekarang, NASA mempunyai Observatorium sinar-X Chandra, dan ESA sedang berusaha untuk misi ATHENA, yang akan dilancarkan pada tahun 2028.
Lynx akan bertindak sebagai rakan kongsi untuk Teleskop Angkasa James Webb, mengintip ke ujung Alam Semesta yang dapat dilihat, mengungkapkan generasi pertama lubang hitam supermasif, dan membantu memetakan formasi dan penggabungan mereka dari masa ke masa. Ia akan melihat sinaran yang datang dari gas panas dari jaring kosmik awal, ketika galaksi pertama bersatu.
Dan kemudian ia akan digunakan untuk memeriksa jenis objek Chandra, XMM Newton dan pemerhatian sinar-X lain yang difokuskan: pulsar, pelanggaran galaksi, collapsars, supernova, lubang hitam, dan banyak lagi. Bahkan bintang biasa boleh mengeluarkan sinar-sinar X yang memberitahu kita lebih banyak mengenai mereka.
Sebilangan besar perkara Alam Semesta terletak di awan gas yang panas seperti sejuta Kelvin. Sekiranya anda ingin melihat Alam Semesta sebagaimana adanya, anda ingin melihatnya dalam sinar-X.
Teleskop sinar-X berbeza dengan pemerhatian cahaya yang dapat dilihat seperti Hubble. Anda tidak boleh hanya mempunyai cermin yang memantulkan sinar-X. Sebagai gantinya, anda menggunakan cermin kejadian ragut yang sedikit dapat mengalihkan foton yang memukulnya, menyalurkannya ke pengesan.
Dengan cermin luar 3 meter, bahagian permulaan corong, ia akan memberikan kepekaan 50-100 kali ganda dengan medan pandangan 16 kali, mengumpulkan foton pada 800 kali kelajuan Chandra.
Saya tidak pasti apa lagi yang boleh saya katakan. Itu akan menjadi balai cerap raksasa X. Percayalah, ahli astronomi berpendapat bahawa ini adalah idea yang sangat baik.
Teleskop Angkasa Asal
Seterusnya, Teleskop Angkasa Asal atau OST. Seperti James Webb, dan Spitzer Space Telescope, OST akan menjadi teleskop inframerah, yang dirancang untuk mengamati beberapa objek paling keren di Alam Semesta. Tetapi ia akan menjadi lebih besar. Walaupun James Webb mempunyai cermin utama sejauh 6.5 meter, cermin OST akan berada 9.1 meter.
Bayangkan teleskop hampir sama dengan teleskop darat terbesar di Bumi, tetapi di luar angkasa. Di ruang angkasa.
Ia tidak akan menjadi besar, ia akan menjadi sejuk.
NASA dapat menyejukkan Spitzer hanya 5 Kelvin - 5 darjah di atas sifar mutlak, dan sedikit lebih panas daripada suhu latar belakang Alam Semesta. Mereka merancang untuk menurunkan Origins kepada 4 Kelvin. Ia tidak kedengaran banyak, tetapi ini merupakan cabaran kejuruteraan yang besar.
Daripada hanya menyejukkan kapal angkasa dengan helium cair seperti yang dilakukan dengan Spitzer, mereka perlu mengeluarkan panas secara berperingkat, dengan reflektor, radiator, dan akhirnya cryocooler di sekitar instrumen itu sendiri.
Dengan teleskop inframerah sejuk yang besar, Origins akan melangkaui pandangan James Webb mengenai pembentukan galaksi pertama. Kita akan melihat era ketika bintang-bintang pertama terbentuk, masa yang disebut oleh para astronom sebagai Zaman Gelap.
Ia akan melihat pembentukan sistem planet, cakera debu dan secara langsung memerhatikan atmosfer planet lain yang mencari biosignature, bukti kehidupan di luar sana.
Tiga misi menarik, yang akan mendorong pengetahuan kita tentang Alam Semesta ke hadapan. Tetapi saya telah menyimpan teleskop terbesar dan paling bercita-cita tinggi buat kali terakhir
LUVOIR
LUVOIR, atau Juruukur UV / Optik / IR Besar. James Webb akan menjadi teleskop yang kuat, tetapi ini adalah instrumen inframerah yang dirancang untuk melihat objek yang lebih sejuk di Alam Semesta, seperti galaksi bergeser merah pada awal waktu, atau sistem planet yang baru terbentuk. Teleskop Angkasa Asal akan menjadi versi James Webb yang lebih baik.
LUVOIR akan menjadi penerus sebenar Teleskop Angkasa Hubble. Ini akan menjadi alat besar yang dapat dilihat dalam inframerah, cahaya yang dapat dilihat dan ultraviolet.
Terdapat dua reka bentuk dalam karya. Yang berseberangan 8 meter dan boleh melancarkan kenderaan angkat berat seperti Falcon Heavy. Dan reka bentuk lain yang akan menggunakan Sistem Pelancaran Ruang yang berukuran 15 meter. Itu 50% lebih besar daripada teleskop berasaskan Bumi terbesar. Ingat, Hubble hanya sejauh 2.6 meter.
Ini akan memiliki bidang pandang yang luas dan rangkaian filter dan instrumen yang dapat digunakan oleh para astronom untuk memerhatikan apa sahaja yang mereka mahukan. Ia akan dilengkapi dengan coronograf seperti yang kita bicarakan sebelumnya, untuk melihat planet secara langsung dan mengaburkan bintangnya, spektrograf untuk mengetahui bahan kimia apa yang ada di atmosfera eksoplanet, dan banyak lagi.
LUVOIR akan menjadi instrumen tujuan umum, yang akan digunakan oleh para astronom untuk membuat penemuan di bidang astrofizik dan sains planet. Tetapi beberapa kemampuannya meliputi: memerhatikan secara langsung eksoplanet dan mencari biosignature, mengkategorikan semua jenis eksoplanet di luar sana, dari Musytari panas hingga Bumi super.
Ia akan dapat melihat objek di dalam Sistem Suria lebih baik daripada yang lain - jika kita tidak mempunyai kapal angkasa di sana, LUVOIR akan menjadi pemandangan yang cukup baik. Contohnya, inilah pemandangan Enceladus dari Hubble, berbanding pemandangan dari LUVOIR.
Ia akan dapat melihat ke mana sahaja di Alam Semesta, untuk melihat struktur yang jauh lebih kecil daripada Hubble. Ia akan melihat galaksi pertama, bintang pertama, dan membantu mengukur kepekatan bahan gelap di seluruh Alam Semesta.
Ahli astronomi masih belum memahami sepenuhnya apa yang berlaku apabila bintang mengumpulkan jisim yang cukup untuk menyala. LUVOIR akan melihat kawasan pembentuk bintang, mengintip gas dan debu dan melihat detik-detik awal pembentukan bintang serta planet-planet yang mengorbitnya.
Sudahkah saya menggembirakan anda tentang masa depan astronomi? Baik. Tetapi inilah berita buruk. Hampir tidak ada kemungkinan realiti akan menandingi fantasi ini.
Awal bulan ini, NASA mengumumkan bahawa perancang misi yang menggunakan teleskop angkasa ini perlu mengehadkan anggaran mereka antara tiga hingga lima bilion dolar. Sehingga kini, perancang tidak mempunyai garis panduan, mereka hanya merancang instrumen yang dapat menyelesaikan sains.
Jurutera telah mengusahakan rancangan misi yang dapat melintasi $ 5 bilion dengan mudah untuk HabEx, Lynx dan OST, dan sedang mempertimbangkan $ 20 bilion untuk LUVOIR.
Walaupun Kongres telah mengeluarkan anggaran yang besar untuk NASA, agensi angkasa itu mahu perancangnya konservatif. Dan apabila anda mempertimbangkan berapa anggaran dan akhir James Webb menjadi, itu tidak mengejutkan.
James Webb pada asalnya seharusnya menelan belanja antara satu dan tiga koma lima miliar dolar dan dilancarkan antara 2007 dan 2011. Sekarang kelihatan seperti 2020 untuk pelancaran, kosnya telah melepasi anggaran Kongres yang diamanatkan $ 8.8 bilion, dan jelas masih banyak kerja yang perlu dilakukan.
Dalam ujian goncang baru-baru ini, jurutera menemui mesin basuh dan skru yang terguncang keluar dari teleskop. Ini tidak seperti rak IKEA dengan bahagian yang tersisa. Kepingan ini penting.
Walaupun telah disimpan dari blok pemotong, Teleskop WFIRST dianggarkan bernilai $ 3.9 bilion, meningkat dari anggaran asalnya $ 2 bilion.
Satu, dua atau mungkin semua teleskop ini akhirnya akan dibina. Inilah yang difikirkan oleh para saintis paling penting untuk membuat penemuan seterusnya dalam astronomi, tetapi bersiaplah untuk pertempuran belanjawan, kenaikan kos dan jangka masa yang panjang. Kami akan tahu lebih baik apabila semua kajian disatukan pada tahun 2019.
Memerlukan semacam keajaiban kejuruteraan apabila keempat-empat teleskop bersatu, tepat pada waktunya dan mengikut anggaran, untuk meletup ke angkasa bersama pada tahun 2035. Saya akan terus mengemas kini anda.
