Ein "Sternschatten" Könnte Der NASA Helfen, Andere Erden Jahrzehnte Vor Dem Zeitplan Zu Finden
Ein "Sternschatten" Könnte Der NASA Helfen, Andere Erden Jahrzehnte Vor Dem Zeitplan Zu Finden

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Anonim

Ein Weltraumteleskop der nächsten Generation ist in Arbeit - aber um potenziell bewohnbare Planeten zu sehen, muss es ihre Sonnen blockieren.

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Kann ein NASA-Weltraumteleskop der nächsten Generation andere erdähnliche Planeten fotografieren? Astronomen haben lange von solchen Bildern geträumt, die es ihnen ermöglichen würden, Welten jenseits unseres Sonnensystems auf Anzeichen von Bewohnbarkeit und Leben zu untersuchen. Aber so lange Astronomen geträumt haben, scheint die Technologie, die dies ermöglicht, viele Jahrzehnte entfernt zu sein. Jetzt glauben jedoch immer mehr Experten, dass das Weitfeld-Infrarot-Vermessungsteleskop (WFIRST) der NASA Schnappschüsse von anderen „Erden“machen könnte - und zwar bald. Die Agentur hat im Februar dieses Jahres offiziell mit der Arbeit am Observatorium begonnen und plant, es im Jahr 2025 in Betrieb zu nehmen.

Wenn WFIRST startet, wird es einen 2,4-Meter-Spiegel haben, der einen Panoramablick auf den Himmel verspricht, und mit seinem großen Auge die Dunkle Energie untersuchen, die mysteriöse Kraft, die die beschleunigte Expansion des Universums antreibt. Aber ein anderes heißes Thema - die existenzielle Suche, ob wir allein im Universum sind - beeinflusst bereits die Mission.

Forscher haben mehr als 3.000 Planeten um andere Sterne entdeckt und erwarten, innerhalb des nächsten Jahrzehnts weitere Zehntausende zu finden. Grobe Statistiken deuten darauf hin, dass jeder Stern am Himmel von mindestens einem solchen Exoplaneten begleitet wird und dass vielleicht jeder fünfte sonnenähnliche Stern eine felsige Kugel in einer nicht zu heißen, nicht zu kalten „bewohnbaren Zone“trägt, in der flüssiges Wasser existieren kann. Der beste Weg, um herauszufinden, ob eine dieser Welten erdähnlich ist, besteht darin, sie zu sehen, aber das Bild eines Planeten aus Lichtjahren Entfernung aufzunehmen, ist alles andere als einfach. Eine bewohnbare Welt wäre ein schwacher Punkt, der im überwältigenden Glanz seines größeren, 10 Milliarden Mal helleren Sterns verloren geht.

Die turbulente Atmosphäre, in der das Sternenlicht verschwimmt, ist auch ein ernstes Hindernis für die Abbildung schwacher Planeten von bodengestützten Observatorien aus, und die meisten Experten sind sich einig, dass die Lösung darin besteht, Weltraumteleskope zu verwenden. Aber weder das Hubble-Weltraumteleskop der NASA noch ihr übergroßer Nachfolger, das James Webb-Weltraumteleskop, das 2018 auf den Markt kommen soll, kommen dem hohen Kontrast nahe, der benötigt wird. Um Planetenaufnahmen zu machen, wird WFIRST über einen fortschrittlichen Koronagraph zur Planetenabbildung verfügen, ein Instrument im Teleskop, das das Sternenlicht mithilfe einer komplexen Reihe von Masken, Spiegeln und Linsen herausfiltert. Dieses Instrument war jedoch eine späte Ergänzung zu WFIRST, das nicht für einen Koronagraph optimiert ist. Folglich sagen die meisten Experten voraus, dass sein Koronagraph den Kontrast unterschreiten wird, der für die Abbildung anderer Erden erforderlich ist. In der Tat ist das Aufnehmen solcher Bilder so schwierig, dass die vorläufigen Pläne der NASA eine Verschiebung um etwa 20 Jahre oder länger vorsehen, da die Agentur den Technologie- und Budgetraum entwickelt, um nach WFIRST ein völlig neues Weltraumteleskop zu bauen.

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Ein Gerät namens Starshade bietet möglicherweise eine Verknüpfung. Ein Sternschatten ist ein sonnenblumenförmiger, hauchdünner Bildschirm, der halb so groß wie ein Fußballfeld ist und Zehntausende von Kilometern direkt vor WFIRST schwebt und das Licht eines Zielsterns auf die gleiche Weise blockiert, wie man die Sonne auslöschen könnte der Himmel mit einem ausgestreckten Daumen. Da Sternschatten mit praktisch jedem Teleskop funktionieren, könnte einer auf WFIRST einen tieferen Schatten werfen und schwächere Planeten sehen als ein Koronagraph. Der Sternschatten und das Teleskop könnten zusammen Fotos von vielleicht 40 Planeten machen, darunter einige, deren Größe und Umlaufbahn die Erde widerspiegeln würden. "Wenn und nur wenn es einen Sternschatten hätte, könnte WFIRST uns Bilder von ein paar echt blauen Erden Ende des nächsten Jahrzehnts geben, anstatt weitere 20 Jahre zu warten", sagt Jeremy Kasdin, Professor an der Princeton University und leitender Wissenschaftler für WFIRSTs Koronagraph. "Dies ist eine echte Gelegenheit, früher und für weniger Geld eine andere Erde zu finden, bevor eine große Investition in das nächste riesige Weltraumteleskop der NASA getätigt wird."

Obwohl WFIRST fast ein Jahrzehnt vor dem Start liegt, muss die Entscheidung, die Vorbereitungen für ein Starshade-Rendezvous voranzutreiben, bald getroffen werden, da WFIRST geringfügige Änderungen erhalten muss, damit es mit einem Starshade über Zehntausende von Kilometern leeren Raums synchronisiert werden kann. Eine offizielle Starshade-Mission gibt es daher nicht. Stattdessen sagt Paul Hertz, Direktor der Abteilung für Astrophysik der NASA, dass sich die Agentur "in einem" nicht ausschließen "-Schattenmodus befindet". Bisher ähnelt ein Sternschatten nicht einer konzertierten Anstrengung, einen zu bauen: Als die NASA zum ersten Mal den offiziellen Start von WFIRST ankündigte, bestätigte sie auch, dass das Teleskop in eine Umlaufbahn von 1,5 Millionen Kilometern von der Erde aus gestartet werden würde, in der die Bedingungen für eine ruhig genug sind Sternschatten zu funktionieren. Darüber hinaus hat die Agentur kürzlich die StarShade Readiness Working Group gegründet und den Starshade offiziell als „Technologieentwicklungsaktivität“bezeichnet, die den Fortschritt der Agentur beschleunigen könnte.

Tatsächlich arbeitet Kasdin im Keller des weitläufigen Frick Chemistry Laboratory in Princeton bereits an einem Prüfstand: einer meterbreiten, 75 Meter langen Röhre mit einer Kamera an einem Ende, einem Laser am anderen und einem verkleinerten Sternschatten dazwischen. Bis zum Ende des Sommers, so prognostiziert er, wird der Prüfstand das notwendige Kontrastverhältnis aufweisen, das auf die volle Größe skaliert die Abbildung erdähnlicher Planeten ermöglichen könnte. In der Zwischenzeit hat das Luft- und Raumfahrtunternehmen Northrop Grumman miniaturisierte Sternschatten an einem trockenen Seebett in Nevada und an einem riesigen Solarteleskop in Arizona getestet. Und im NASA Jet Propulsion Laboratory demonstrieren Forscher, wie man die empfindlichen Blütenblätter eines größeren Sternschattens herstellt, die gesamte Struktur in einer Rakete zusammenfaltet und sie auf die Größe eines Baseballdiamanten entfaltet und entfaltet.

Nicht alle Hindernisse für einen Sternschatten sind technologisch. Eine für WFIRST könnte leicht eine Milliarde Dollar kosten - viel zu viel zusätzliches Geld, als dass das Budget des Teleskops es tragen könnte. Folglich müsste es zunächst als unabhängiges Projekt mit einem eigenen erheblichen Angebot an NASA-Mitteln vorgeschlagen und genehmigt werden. Das ist eine große Hürde für eine noch junge Technologie, aber die Auszahlung könnte historisch sein: Das erste Bild einer außerirdischen Erde zu liefern, ist ein Ereignis, das nur einmal auftreten kann. Sollten wir versuchen, es so schnell wie möglich zu tun oder es um weitere Jahrzehnte zu verzögern? Die NASA und die astronomische Gemeinschaft müssen bald entscheiden.

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