Dengan pelancaran baru-baru ini Melancarkan Satelit Survei Exoplanet (TESS) - yang berlangsung pada hari Rabu, 18 April 2018 - banyak perhatian telah ditumpukan pada teleskop ruang angkasa generasi berikutnya yang akan dibawa ke angkasa pada tahun-tahun mendatang. Ini merangkumi bukan sahajaTeleskop Angkasa James Webb, yang kini dijadualkan dilancarkan pada tahun 2020, tetapi beberapa kapal angkasa canggih lain yang akan dikerahkan pada tahun 2030-an.
Demikianlah subjek Survei Dekadal Astrofisika 2020 baru-baru ini, yang merangkumi empat konsep misi unggulan yang sedang dikaji. Apabila misi ini menuju ke angkasa lepas, mereka akan memilih tempat yang disukai oleh misi Hubble, Kepler, Spitzer dan Chandra dibiarkan, tetapi akan mempunyai kepekaan dan kemampuan yang lebih besar. Dengan demikian, mereka diharapkan dapat mengungkap lebih banyak lagi mengenai Alam Semesta kita dan rahsia yang dimilikinya.
Seperti yang dijangkakan, konsep misi yang diserahkan kepada Survei Dekadal 2020 merangkumi pelbagai tujuan saintifik - dari memerhatikan lubang hitam dan Alam Semesta awal hingga menyelidiki eksoplanet di sekitar bintang yang berdekatan dan mengkaji badan Sistem Suria. Idea-idea ini diperiksa secara menyeluruh oleh komuniti saintifik, dan empat telah dipilih sebagai layak dicari.
Seperti yang dijelaskan oleh Susan Neff, ketua saintis Program Kosmik Asal NASA dalam siaran akhbar NASA baru-baru ini:
"Ini adalah masa permainan untuk astrofizik. Kami ingin membina semua konsep ini, tetapi kami tidak mempunyai bajet untuk melakukan keempat pada masa yang sama. Inti dari kajian dekad ini adalah untuk memberi anggota komuniti astrofizik maklumat terbaik kerana mereka memutuskan sains mana yang harus dilakukan terlebih dahulu. "
Empat konsep yang dipilih merangkumi Juruukur Ultraviolet / Optik / Inframerah Besar (LUVOIR), sebuah balai cerap ruang gergasi yang dikembangkan dalam tradisi Teleskop Angkasa Hubble. Sebagai salah satu daripada dua konsep yang sedang disiasat oleh Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA, konsep misi ini memerlukan teleskop ruang dengan cermin utama bersegmen besar yang berukuran sekitar 15 meter (49 kaki) diameter.
Sebagai perbandingan, JWST‘s (cermin teleskop ruang angkasa terkini yang paling maju) berukuran 6,5 m (21 kaki 4 inci) diameter. Sama seperti JWST, cermin LUVOIR akan terdiri daripada segmen yang dapat disesuaikan yang akan terungkap sebaik sahaja digunakan ke ruang angkasa. Penggerak dan motor akan secara aktif menyesuaikan dan menyelaraskan segmen ini untuk mencapai fokus yang sempurna dan menangkap cahaya dari objek samar dan jauh.
Dengan alat canggih ini, LUVOIR dapat langsung menggambarkan planet bersaiz Bumi dan menilai atmosferanya. Seperti yang dijelaskan oleh Saintis Kajian Aki Roberge:
"Misi ini bercita-cita tinggi, tetapi mencari tahu apakah ada kehidupan di luar tata surya adalah hadiahnya. Semua tiang tinggi teknologi didorong oleh tujuan ini… Kestabilan fizikal, ditambah kawalan aktif pada cermin utama dan koronagraph dalaman (alat untuk menyekat cahaya bintang) akan menghasilkan ketepatan picometer. Ini semua mengenai kawalan. "
Terdapat juga Teleskop Angkasa Asal (OST), konsep lain yang dikejar oleh Goddard Space Flight Center. Sama seperti Teleskop Angkasa Spitzer dan juga Balai Cerap Herschel Space, balai cerdas inframerah jauh ini akan menawarkan kepekaan 10,000 kali lebih banyak daripada teleskop inframerah jauh sebelumnya. Tujuannya termasuk memerhatikan jangkauan alam semesta yang paling jauh, menelusuri jalan air melalui pembentukan bintang dan planet, dan mencari tanda-tanda kehidupan di atmosfer eksoplanet.
Cermin utamanya, yang berukuran sekitar 9 m (30 kaki) diameter, akan menjadi teleskop pertama yang disejukkan secara aktif, menjaga cerminnya pada suhu sekitar 4 K (-269 ° C; -452 ° F) dan pengesannya pada suhu 0.05 K. Untuk mencapainya, pasukan OST akan bergantung pada lapisan pelindung cahaya matahari, empat cryocooler, dan peti sejuk demagnetisasi adiabatik berterusan pelbagai peringkat (CADR).
Menurut Dave Leisawitz, saintis Goddard dan saintis kajian OST, OST sangat bergantung pada susunan besar pengesan superkonduktor yang mengukur berjuta-juta piksel. "Ketika orang bertanya tentang jurang teknologi dalam mengembangkan Teleskop Angkasa Origins, saya memberitahu mereka bahawa tiga cabaran utama adalah pengesan, pengesan, pengesan," katanya. "Ini semua mengenai pengesan."
Secara khusus, OST akan bergantung pada dua jenis pengesan yang muncul: Transition Edge Sensor (TES) atau Kinetic Inductance Detectors (KID). Walaupun masih baru, pengesan TES cepat matang dan kini digunakan dalam instrumen HAWC + di atas Observatorium Stratosfera untuk Astronomi Inframerah (SOFIA) NASA.
Kemudian ada Exoplanet Imager yang boleh dihuni (HabEx) yang sedang dibangunkan oleh Jet Propulsion Laboratory NASA. Seperti LUVOIR, teleskop ini juga secara langsung akan menggambarkan sistem planet untuk menganalisis komposisi atmosfer planet dengan cermin bersegmen besar. Di samping itu, ia akan mengkaji zaman paling awal dalam sejarah Alam Semesta dan kitaran hidup bintang-bintang yang paling besar, sehingga menerangkan bagaimana unsur-unsur yang diperlukan untuk kehidupan terbentuk.
Juga seperti LUVOIR, HabEx akan dapat melakukan kajian pada panjang gelombang ultraviolet, optik dan jarak dekat inframerah, dan dapat menyekat kecerahan bintang induk sehingga dapat melihat cahaya dipantulkan dari mana-mana planet yang mengorbitnya. Seperti yang dijelaskan oleh Neil Zimmerman, pakar NASA dalam bidang koronagraphy:
"Untuk secara langsung membayangkan planet yang mengorbit bintang di dekatnya, kita harus mengatasi penghalang yang luar biasa dalam jarak dinamik: kecerahan luar biasa bintang terhadap pantulan cahaya bintang yang redup di planet ini, dengan hanya sudut kecil yang memisahkan keduanya. Tidak ada jalan keluar untuk masalah ini kerana ia tidak seperti cabaran lain dalam astronomi pemerhatian. "
Untuk mengatasi cabaran ini, pasukan HabEx sedang mempertimbangkan dua pendekatan, yang meliputi warna bintang berbentuk kelopak luar yang menyekat cahaya dan coronagraph dalaman yang menghalang cahaya bintang sampai ke pengesan. Kemungkinan lain yang sedang disiasat adalah dengan menerapkan nanotube karbon ke topeng koronagraphic untuk mengubah corak setiap cahaya difraksi yang masih dapat dilalui.
Yang terakhir, tetapi tidak kurang pentingnya, adalah Juruukur sinar-X dikenali sebagai Lynx sedang dibangunkan oleh Marshall Space Flight Center. Dari empat teleskop ruang angkasa, Lynx adalah satu-satunya konsep yang akan mengkaji Alam Semesta dalam sinar-X. Dengan menggunakan spektrometer pencitraan mikrokalorimeter sinar-X, teleskop angkasa ini akan mengesan sinar-X yang berasal dari Lubang Hitam Supermasif (SMBH) di pusat galaksi terawal di Alam Semesta.
Teknik ini terdiri daripada foto sinar-X yang memukul kesalahan pengesan dan menukar tenaga mereka menjadi panas, yang diukur dengan termometer. Dengan cara ini, Lynx akan membantu para astronom membuka kunci bagaimana SMBH terawal terbentuk. Sebagai Rob Petre, ahli kajian Lynx di Goddard, menggambarkan misi:
"Lubang hitam supermasif telah diperhatikan ada lebih awal di alam semesta daripada yang diramalkan oleh teori kita sekarang. Kami tidak faham bagaimana objek besar itu terbentuk begitu cepat setelah bintang pertama dapat terbentuk. Kami memerlukan teleskop sinar-X untuk melihat lubang hitam supermasif pertama, untuk memberikan input teori mengenai bagaimana ia mungkin terbentuk. "
Terlepas dari misi mana yang akhirnya dipilih NASA, agensi dan pusat individu telah mula melabur dalam alat canggih untuk mengejar konsep seperti itu di masa depan. Keempat pasukan menyerahkan laporan sementara pada bulan Mac. Menjelang tahun depan, mereka diharapkan dapat menyelesaikan laporan akhir untuk Majlis Penyelidikan Nasional (NRC), yang akan digunakan untuk memberitahu cadangannya kepada NASA pada tahun-tahun mendatang.
Sebagai Thai Pham, pengurus pengembangan teknologi untuk Pejabat Program Astrofizik NASA, menunjukkan:
"Saya tidak mengatakan akan mudah. Tidak akan. Ini adalah misi yang bercita-cita tinggi, dengan cabaran teknikal yang besar, yang banyak bertindih dan berlaku untuk semua. Kabar baiknya adalah bahawa asasnya sedang dibuat sekarang. "
Dengan TESS sekarang dikerahkan dan JWST dijadualkan untuk dilancarkan pada tahun 2020, pelajaran yang diperoleh dalam beberapa tahun akan datang pasti akan dimasukkan ke dalam misi ini. Pada masa ini, tidak jelas konsep berikut yang mana yang akan dilancarkan pada tahun 2030-an. Namun, antara instrumen canggih mereka dan pelajaran yang diperoleh dari misi masa lalu, kita dapat menjangkakan bahawa mereka akan membuat beberapa penemuan mendalam mengenai Alam Semesta.
