Dalam dekad yang akan datang, NASA akan mengirimkan beberapa kemudahan yang sangat mengagumkan ke angkasa lepas. Ini termasuk teleskop angkasa generasi akan datang seperti Teleskop Angkasa James Webb (JWST) dan Teleskop Angkasa Inframerah Wide-Field (WFIRST). Membina asas yang ditubuhkan oleh Hubble, WFIRST akan menggunakan rangkaian instrumen canggihnya untuk menyelidiki beberapa misteri terdalam Alam Semesta.
Salah satu instrumen ini adalah coronagraph yang akan membolehkan teleskop untuk melihat planet-planet ekstra surya dengan jelas. Instrumen ini baru-baru ini menyelesaikan tinjauan reka bentuk awal yang dilakukan oleh NASA, tonggak utama dalam pengembangannya. Ini bererti instrumen tersebut telah memenuhi semua keperluan reka bentuk, jadual dan anggaran, dan kini dapat melanjutkan ke tahap pengembangan berikutnya.
Kronograf adalah bahagian penting dari instrumen pemburuan planet WFIRST. Lazimnya, pengimejan secara langsung eksoplanet adalah sukar kerana silau yang kuat datang dari bintang induk mereka. Cahaya ini berkali-kali lebih kuat daripada cahaya yang dipantulkan dari permukaan atau atmosfer planet. Atas sebab ini, jejak cahaya yang menunjukkan kehadiran exoplanet dikaburkan untuk instrumen konvensional.
Tetapi dengan membatalkan cahaya bintang yang kuat, para astronom akan mempunyai peluang yang lebih baik untuk melihat planet yang mengorbitnya. Ini menawarkan faedah lebih jauh daripada dapat mempelajari eksoplanet secara langsung, daripada bergantung pada kaedah tidak langsung di mana bintang dipantau untuk penurunan cahaya (Kaedah Transit) atau tanda pergerakan berulang-ulang, yang menunjukkan adanya sistem planet ( Kaedah Kecepatan Radial).
Sebagai perbandingan, Kaedah Pengimejan Langsung menawarkan banyak faedah, seperti kemampuan untuk mendapatkan spektrum secara langsung dari permukaan dan atmosfer planet. Ini akan memungkinkan penilaian yang lebih tepat mengenai komposisi planet dan komposisi atmosferanya - iaitu apakah ia mempunyai permukaan air, oksigen-nitrogen
Sebagai Jason Rhodes, saintis projek untuk Teleskop Penyiasatan Inframerah Wide-Field (WFIRST) di Makmal Jet Propulsion NASA, menjelaskan:
"Apa yang ingin kita lakukan adalah membatalkan satu bilion foton dari bintang untuk setiap yang kita tangkap dari planet ini ... Dengan WFIRST kita akan dapat memperoleh gambar dan spektrum planet-planet besar ini, dengan tujuan membuktikan teknologi yang akan digunakan dalam misi masa depan - untuk akhirnya melihat planet berbatu kecil yang mungkin mempunyai air cair di permukaannya, atau bahkan tanda-tanda kehidupan, seperti kita sendiri. "
Instrumen coronagraph WFIRST (alias "starglasses") adalah teknologi bertingkat dan sangat kompleks, yang terdiri daripada sistem topeng, prisma, alat pengesan, dan dua cermin self-flexing. Cermin ini adalah komponen utama, yang mengubah bentuknya dalam waktu nyata untuk menampung cahaya masuk untuk mengimbangi perubahan kecil dalam optik teleskop.
Bersama dengan "topeng" berteknologi tinggi dan komponen lain - secara kolektif dikenali sebagai "kawalan gelombang depan yang aktif" - cermin ini menghilangkan gangguan yang disebabkan oleh gelombang cahaya yang membengkokkan di sekitar tepi elemen penyekat cahaya koronagraph. Hasil akhirnya adalah bahawa cahaya bintang menjadi redup sementara objek bercahaya samar (yang sebelumnya tidak kelihatan) akan muncul.
Selain 100 hingga 1.000 kali lebih berkemampuan daripada koronagraph sebelumnya, coronagraph WFIRST berfungsi sebagai demonstrator teknologi yang akan menguji keberkesanannya dalam membantu mencari eksoplanet. Ujian-ujian ini akan membuka jalan untuk menambahkan versi yang ditingkatkan ke teleskop yang lebih besar lagi, yang merangkumi empat cadangan yang akan dihantar ke angkasa pada 2030-an.
Ini termasuk Juruukur Ultraviolet / Optik / Inframerah Besar (LUVOIR), Teleskop Angkasa Asal (OST), dan Juruukur X-ray Lynx. Dengan menggunakan coronagraph yang lebih besar dan lebih maju, teleskop ini akan dapat menghasilkan "gambar" piksel tunggal dari planet yang lebih kecil yang mengorbit lebih dekat ke matahari mereka (di mana planet berbatu kemungkinan besar dijumpai).
Setelah cahaya dari gambar-gambar ini dianalisis dengan spektrometer, para astronom akan dapat mencari tanda-tanda kehidupan (alias biosignature) seperti sebelumnya. Seperti kata Rhodes:
"Dengan WFIRST kita akan dapat memperoleh gambar dan spektrum planet-planet besar ini, dengan tujuan membuktikan teknologi yang akan digunakan dalam misi masa depan - akhirnya melihat planet berbatu kecil yang dapat memiliki air cair di permukaannya, atau bahkan tanda-tanda kehidupan, seperti kita sendiri. "
Kemasukan coronagraph di WFIRST adalah penting kerana akan menjadi misi pertama sejak Hubble (di orbit sejak tahun 1990) adalah satu-satunya misi unggulan astrofizik NASA yang memasukkan teknologi ini. Sudah tentu, coronagraph Hubble jauh lebih mudah dan versi teknologi yang lebih canggih daripada apa yang akan digunakan oleh WFIRST.
Walaupun Teleskop Angkasa James Webb akan dilancarkan lebih awal (kini dijadualkan dilancarkan pada tahun 2021) dan juga akan dilengkapi dengan teknologi, ia tidak akan memiliki kemampuan penekanan cahaya bintang yang sama dengan WFIRST. Jadi sementara WFIRST akan menjadi misi unggulan ketiga untuk menggunakan teknologi koronagraph, ia juga akan menjadi yang paling canggih.
"WFIRST harus dua atau tiga pesanan dengan magnitud lebih kuat daripada coronagraph lain yang pernah diterbangkan [dalam kemampuannya untuk membezakan planet dari bintangnya]," kata Rhodes. "Harus ada peluang untuk beberapa ilmu yang sangat menarik, walaupun itu hanya demo teknologi."
Teknologi coronagraph semacam ini juga memungkinkan untuk mendapatkan gambaran paling jelas yang pernah diambil dari sistem bintang yang berada pada tahap awal pembentukan. Ini dicirikan oleh bintang yang dikelilingi oleh cakera besar debu dan gas sementara planet perlahan-lahan terbentuk dari bahan yang bertambah. Pada masa ini, kaedah terbaik untuk mengkaji cakera ini adalah dengan tinjauan inframerah yang dapat menggambarkan haba yang diserap dari bintang induknya.
Sebagai Vanessa Bailey, ahli astronomi di JPL dan teknolog instrumen untuk WFIRST
"Cakera serpihan yang kita lihat hari ini di sekitar bintang lain lebih terang dan lebih besar daripada yang kita ada dalam sistem suria kita sendiri. Instrumen coronagraph WFIRST dapat mengkaji bahan cakera yang lebih lemah dan lebih menyebar yang lebih seperti tali pinggang Asteroid Utama, Sabuk Kuiper, dan habuk lain yang mengorbit Matahari. "
Kajian-kajian ini dapat memberikan gambaran tentang bagaimana Sistem Suria kita terbentuk. Setelah teknologi berjaya ditunjukkan selama 18 bulan pertama misi, NASA akan memulakan apa yang dikenali sebagai "Program Ilmuwan yang Berpartisipasi". Di bawah program seperti itu, koronagraf akan terbuka untuk komuniti ilmiah, yang memungkinkan lebih banyak pemerhati dan eksperimen.
Tinjauan reka bentuk awal adalah salah satu daripada beberapa yang dirancang untuk mengkaji setiap aspek misi. Setiap ulasan adalah komprehensif dan bertujuan untuk memastikan bahawa setiap bahagian akan bekerja dengan yang lain. Dengan kajian reka bentuk ini selesai, jadual pengembangan coronagraph semakin maju dengan pantas.
Ini adalah komponen utama kedua misi WFIRST untuk menerima pelepasan. Wide-Field Instrument dibersihkan pada bulan Jun, sebuah kamera multi-band 288 megapiksel dekat-inframerah yang akan memberikan ketajaman gambar yang setanding dengan yang dicapai oleh Hubble di atas medan 100 kali lebih besar. Kamera ini dianggap sebagai alat utama teleskop ruang angkasa.
Seperti yang ditunjukkan oleh Rhodes, misi WFIRST akan menjadi sejarah yang serupa dengan Mars Pathfinder misi yang mendarat di Marikh pada tahun 1997. Ini adalah misi NASA pertama yang menyebarkan rover (Sojourner) di Marikh, yang mengesahkan teknologi dan kaedah utama yang akhirnya akan masuk ke dalam Semangat, Peluang, Rasa ingin tahu, dan Marikh 2020 peninjau.
"Itu adalah demo teknologi," kata Rhodes. "Tujuannya adalah untuk menunjukkan bahawa rover berfungsi di Marikh. Tetapi ia terus melakukan beberapa sains yang sangat menarik sepanjang hayatnya. Oleh itu, kami harap perkara yang sama berlaku untuk demo teknologi koroner WFIRST. "
