Kita manusia mempunyai rasa lapar yang tidak puas untuk memahami Alam Semesta. Seperti kata Carl Sagan, "Pengertian adalah Ekstasi." Tetapi untuk memahami Alam Semesta, kita memerlukan cara yang lebih baik dan lebih baik untuk memerhatikannya. Dan itu bermaksud satu perkara: teleskop besar, besar, besar.
Dalam siri ini kita akan melihat Teleskop Super yang akan datang di dunia:
- Teleskop Giant Magellan
- Teleskop Sangat Besar
- Teleskop 30 Meter
- Teleskop Eropah Sangat Besar
- Teleskop Kajian Sinoptik Besar
- Teleskop Angkasa James Webb
- Teleskop Penyiasatan Inframerah Medan Lebar
Sangat mudah untuk melupakan kesan Teleskop Angkasa Hubble terhadap pengetahuan kita tentang Alam Semesta. Sebenarnya, itu mungkin ukuran terbaik bagi kejayaannya: Kami menganggap Hubble, dan semua yang telah kami pelajari darinya, sudah pasti sekarang. Tetapi teleskop ruang angkasa lain sedang dikembangkan, termasuk WFIRST, yang akan jauh lebih hebat daripada Hubble. Sejauh mana teleskop ini akan memperluas pemahaman kita tentang Alam Semesta?
"WFIRST berpotensi untuk membuka mata kita terhadap keajaiban alam semesta, sama seperti yang dilakukan Hubble." - John Grunsfeld, Direktorat Misi Sains NASA
WFIRST mungkin menjadi penerus sebenar Hubble, walaupun Teleskop Angkasa James Webb (JWST) sering disebut-sebut seperti itu. Tetapi mungkin tidak betul untuk memanggil WFIRST sebagai teleskop; lebih tepat menyebutnya sebagai balai cerap astrofizik. Itu kerana salah satu objektif sains utamanya adalah mempelajari Dark Energy, kekuatan yang agak misterius yang mendorong pengembangan Alam Semesta, dan Dark Matter, perkara yang sukar dikesan yang memperlambat pengembangan itu.
WFIRST akan mempunyai cermin 2.4 meter, ukurannya sama dengan Hubble. Tetapi, ia akan mempunyai kamera yang akan mengembangkan kekuatan cermin itu. Wide Field Instrument adalah kamera multi-band 288 megapiksel dekat-inframerah. Setelah beroperasi, ia akan menangkap gambar yang setajam gambar dari Hubble. Tetapi ada satu perbezaan besar: Instrumen Bidang Lebar akan menangkap gambar yang meliputi lebih dari 100 kali langit yang dilakukan oleh Hubble.
Di samping Wide Field Instrument, WFIRST akan mempunyai Coronagraphic Instrument. Instrumen Coronagraphic akan memajukan kajian eksoplanet. Ia akan menggunakan sistem penapis dan topeng untuk menyekat cahaya dari bintang lain, dan mengasah planet yang mengorbit bintang-bintang tersebut. Ini akan memungkinkan kajian yang sangat terperinci mengenai atmosfera eksoplanet, salah satu kaedah utama untuk menentukan kebiasaan.
WFIRST dijadualkan dilancarkan pada tahun 2025, walaupun terlalu cepat untuk mempunyai tarikh yang tepat. Tetapi ketika dilancarkan, rencananya adalah untuk WFIRST melakukan perjalanan ke Matahari-Bumi LaGrange Point 2 (L2.) L2 adalah titik graviti yang seimbang di ruang di mana WFIRST dapat melakukan kerjanya tanpa gangguan. Misi ini akan berlangsung sekitar 6 tahun.
"WFIRST berpotensi membuka mata kita untuk keajaiban alam semesta, sama seperti yang dilakukan Hubble," kata John Grunsfeld, angkasawan dan pentadbir bersekutu Direktorat Misi Sains NASA di Ibu Pejabat di Washington. "Misi ini secara unik menggabungkan kemampuan untuk menemukan dan mencirikan planet di luar sistem suria kita sendiri dengan kepekaan dan optik untuk melihat luas dan jauh ke alam semesta dalam usaha untuk mengungkap misteri tenaga gelap dan materi gelap."
Ringkasnya, ada dua cadangan untuk apa itu Dark Energy. Yang pertama ialah pemalar kosmologi, di mana Tenaga Gelap seragam di seluruh kosmos. Yang kedua adalah apa yang dikenali sebagai medan skalar, di mana ketumpatan Tenaga Gelap boleh berbeza-beza mengikut masa dan ruang.
Sejak tahun 1990-an, pengamatan menunjukkan kepada kita bahawa pengembangan Alam Semesta semakin pesat. Pecutan itu bermula kira-kira 5 bilion tahun yang lalu. Kami berpendapat bahawa Dark Energy bertanggungjawab untuk pengembangan yang dipercepat itu. Dengan memberikan gambar kosmos terperinci yang begitu besar, WFIRST akan membiarkan ahli astronomi memetakan pengembangan dari masa ke masa dan di kawasan yang luas. WFIRST juga akan mengukur bentuk, kedudukan dan jarak berjuta-juta galaksi dengan tepat untuk mengesan penyebaran dan pertumbuhan struktur kosmik, termasuk gugus galaksi dan Dark Matter yang menyertainya. Harapannya adalah bahawa ini akan memberi kita tahap pemahaman seterusnya mengenai Dark Energy.
Sekiranya semuanya terdengar terlalu rumit, lihatlah dengan cara ini: Kita tahu Alam Semesta berkembang, dan kita tahu bahawa pengembangannya semakin cepat. Kami ingin mengetahui mengapa ia berkembang, dan bagaimana. Kami telah memberikan nama 'Dark Energy' kepada kekuatan yang mendorong pengembangannya, dan sekarang kami ingin mengetahui lebih lanjut mengenainya.
Tenaga Gelap dan pengembangan Alam Semesta adalah misteri besar, dan persoalan yang mendorong ahli kosmologi. (Mereka benar-benar ingin tahu bagaimana Alam Semesta akan berakhir!) Tetapi bagi kebanyakan kita, satu lagi persoalan yang lebih menarik: Adakah kita bersendirian di Alam Semesta?
Tidak akan ada jawapan yang cepat untuk itu, tetapi jawapan yang kami dapati bermula dengan mempelajari eksoplanet, dan itu adalah sesuatu yang juga akan unggul oleh WFIRST.
"WFIRST dirancang untuk menangani bidang sains yang dikenal pasti sebagai keutamaan oleh masyarakat astronomi," kata Paul Hertz, pengarah Bahagian Astrofizik NASA di Washington. "Instrumen Medan Lebar akan memberikan teleskop kemampuan untuk menangkap gambar tunggal dengan kedalaman dan kualiti Hubble, tetapi meliputi 100 kali luasnya. Coronagraph akan memberikan sains revolusi, menangkap gambar samar, tetapi langsung dari dunia gas dan Bumi super yang jauh. "
"Coronagraph akan memberikan sains revolusioner, menangkap gambar samar, tetapi langsung dari dunia gas dan Bumi super yang jauh." - Paul Hertz, Bahagian Astrofizik NASA
Kesukaran dalam mempelajari eksoplanet adalah bahawa mereka semua mengorbit bintang. Bintang sangat terang sehingga mustahil untuk melihat planet mereka secara terperinci. Ia seperti menatap mercu suar sejauh beberapa batu dan berusaha mempelajari serangga berhampiran rumah api.
Instrumen Coronagraphic di atas kapal WFIRST akan cemerlang menyekat cahaya bintang-bintang yang jauh. Ia melakukannya dengan sistem cermin dan topeng. Inilah yang memungkinkan mempelajari eksoplanet. Hanya apabila cahaya dari bintang ditangani, sifat eksoplanet dapat diperiksa.
Ini akan memungkinkan pengukuran terperinci komposisi kimia atmosfera eksoplanet. Dengan melakukan ini lebih dari ribuan planet, kita dapat mula memahami pembentukan planet di sekitar pelbagai jenis bintang. Terdapat beberapa batasan untuk Instrumen Coronagraphic.
Instrumen Coronagraphic adalah penambahan akhir pada WFIRST. Beberapa instrumen lain di WFIRST tidak dioptimumkan untuk bekerja dengannya, jadi terdapat beberapa batasan untuk operasinya. Ia hanya akan dapat mempelajari raksasa gas, dan apa yang disebut Super-Earths. Planet yang lebih besar ini tidak memerlukan banyak kemahiran untuk belajar, hanya kerana ukurannya. Dunia seperti bumi mungkin akan melebihi kekuatan Instrumen Coronagraphic.
Batasan ini bukan masalah besar dalam jangka masa panjang. Coronagraph sebenarnya adalah demonstrasi teknologi, dan ini tidak mewakili permainan akhir untuk kajian eksoplanet. Apa sahaja yang dipelajari dari instrumen ini akan membantu kita pada masa akan datang. Akan ada pengganti akhirnya WFIRST suatu hari, mungkin beberapa dekad dari sekarang, dan pada masa itu teknologi Coronagraph akan maju dengan pesat. Pada masa yang akan datang, gambar langsung eksoplanet seperti Bumi mungkin dilakukan.
Tetapi mungkin kita tidak perlu menunggu lama.
Ada rancangan untuk meningkatkan keberkesanan Coronagraph pada WFIRST yang memungkinkannya untuk membayangkan planet-planet seperti Bumi. Ia dipanggil EXO-S Starshade.
EXO-S Starshade adalah sistem teduhan berdiameter 34m yang akan menghalang cahaya bintang daripada mengganggu fungsi WFIRST. Ini sebenarnya adalah kapal yang terpisah, dilancarkan secara berasingan dan dihantar dalam perjalanan untuk mengadakan pertemuan dengan WFIRST di L2. Itu tidak akan ditambatkan, tetapi akan mengarahkan dirinya dengan WFIRST melalui sistem kamera dan lampu panduan. Sebenarnya, sebahagian daripada kekuatan Starshade adalah jaraknya sekitar 40,000 hingga 50,000 km dari WFIRST.
Tenaga Gelap dan Exoplanet adalah keutamaan untuk WFIRST, tetapi selalu ada penemuan lain yang menanti teleskop yang lebih baik. Tidak mungkin untuk meramalkan semua yang akan kita pelajari dari WFIRST. Dengan gambar yang terperinci seperti Hubble, tetapi 100 kali lebih besar, kami menginginkan kejutan.
"Misi ini akan meninjau alam semesta untuk mencari objek paling menarik di luar sana." - Neil Gehrels, Saintis Projek WFIRST
"Sebagai tambahan kepada keupayaan menarik untuk tenaga gelap dan eksoplanet, WFIRST akan menyediakan harta karun data indah untuk semua ahli astronomi," kata Neil Gehrels, saintis projek WFIRST di Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland. "Misi ini akan meninjau alam semesta untuk mencari objek paling menarik di luar sana."
Dengan semua Teleskop Super akan beroperasi dalam beberapa tahun ke depan, kita dapat mengharapkan beberapa penemuan yang luar biasa. Dalam masa 10 hingga 20 tahun, pengetahuan kita akan berkembang dengan pesat. Apa yang akan kita pelajari mengenai Dark Matter dan Dark Energy? Apa yang akan kita ketahui mengenai populasi exoplanet?
Sekarang ini nampaknya kita sedang memahami pemahaman yang lebih baik mengenai perkara-perkara ini, tetapi dengan WFIRST dan Teleskop Super yang lain, kita bersedia untuk belajar yang lebih bermanfaat.
