Ljudje imamo nenasitno lakoto, da bi razumeli Vesolje. Kot je dejal Carl Sagan, "Razumevanje je ekstaza." Toda za razumevanje Vesolja potrebujemo boljše in boljše načine za njegovo opazovanje. In to pomeni eno: veliki, ogromni, ogromni teleskopi.
V tej seriji si bomo ogledali prihajajoče svetovne super teleskope:
- Ogromni teleskop Magellan
- Ogromno velik teleskop
- Teleskop 30 metrov
- Evropski izjemno velik teleskop
- Teleskop velikega sinoptičnega raziskovanja
- Vesoljski teleskop James Webb
- Teleskop o širokem polju infracrvenega raziskovanja
Vpliv vesoljskega teleskopa Hubble na naše znanje o vesolju je enostavno pozabiti. V resnici je to morda najboljše merilo njegovega uspeha: Hubble jemljemo in vse, kar smo se od njega naučili, samoumevno. Toda razvijajo se drugi vesoljski teleskopi, vključno z WFIRST, ki bo veliko močnejši od Hubbleja. Kako daleč bodo ti teleskopi razširili naše razumevanje Vesolja?
"WFIRST ima potencial, da nam odpre oči za čudesa vesolja, podobno kot Hubble." - John Grunsfeld, NASA-in direktorat za znanstveno misijo
WFIRST je lahko resnični naslednik Hubbleja, čeprav je vesoljski teleskop James Webb (JWST) pogosto takšen. Morda je napačno celo imenovati WFIRST teleskop; bolj natančno je imenovati astrofizični observatorij. To je zato, ker je eden od njegovih glavnih ciljev znanosti preučiti Temno energijo, tisto precej skrivnostno silo, ki poganja širitev Vesolja, in Temno snov, težko odkriti materijo, ki upočasni to širitev.
WFIRST bo imel 2,4 metrsko ogledalo, enake velikosti kot Hubble. Toda imel bo kamero, ki bo razširila moč tega ogledala. Wide Field Instrument je 288-megapikselska večpasovna kamera v bližini infrardeče povezave. Ko začne delovati, bo posnel slike, ki so enako ostre kot slike s Hubbleja. Vendar obstaja ena velika razlika: instrument širokega polja bo zajemal slike, ki pokrivajo več kot 100-krat večkratno nebo, kot ga ima Hubble.
WFIRST bo poleg instrumenta za široko polje imel tudi koronagrafski instrument. Koronagrafski instrument bo pospešil študij eksoplanetov. Uporabil bo sistem filtrov in mask, da prepreči svetlobo drugih zvezd in se prikaže na planetih, ki obkrožajo te zvezde. To bo omogočilo zelo podrobno preučevanje atmosfere eksoplanetov, ki je eden glavnih načinov za določanje habitacije.
WFIRST bo predvidoma predstavljen leta 2025, čeprav je točen datum prezgodaj. Ko pa se zažene, je načrt, da WFIRST potuje do točke Sonce-Zemlja LaGrange 2 (L2.) L2 je gravitacijsko uravnotežena točka v prostoru, kjer lahko WFIRST svoje delo opravi brez prekinitev. Misija naj bi trajala približno 6 let.
"WFIRST ima potencial, da nam odpre oči za čudesa vesolja, podobno kot Hubble," je dejal John Grunsfeld, astronavt in pridruženi administrator Nasinega direktorata za znanstveno misijo s sedežem v Washingtonu. "Ta misija edinstveno združuje sposobnost odkrivanja in karakterizacije planetov onkraj našega lastnega osončja z občutljivostjo in optiko, da pogledamo široko in globoko v vesolje v iskanju skrivnosti temne energije in temne snovi."
Skratka, obstajata dva predloga, kakšna je lahko temna energija. Prva je kozmološka konstanta, kjer je Temna energija po vsem svetu enakomerna. Drugo je tako imenovano skalarno polje, kjer se gostota temne energije lahko razlikuje v času in prostoru.
Od devetdesetih let prejšnjega stoletja nam opažanja kažejo, da se širjenje Vesolja pospešuje. Ta pospešek se je začel pred približno 5 milijardami let. Menimo, da je za to pospešeno širitev kriva temna energija. Z zagotavljanjem tako velikih in podrobnih slik kozmosa bo WFIRST astronomom omogočil, da preslikajo širitev skozi čas in na velika območja. WFIRST bo tudi natančno izmeril oblike, položaje in oddaljenosti milijonov galaksij, da bi spremljal porazdelitev in rast kozmičnih struktur, vključno z galaksijskimi grozdi in Temno Matterjo, ki jih spremlja. Upanje je, da nam bo to omogočilo naslednjo stopnjo razumevanja, ko gre za temno energijo.
Če se vse skupaj sliši preveč zapleteno, poglejte na to tako: Vemo, da se Vesolje širi, in vemo, da se širitev pospešuje. Želimo vedeti, zakaj se širi in kako. Ime „Temna energija“ smo dali sili, ki poganja to širitev, zdaj pa želimo o tem vedeti več.
Temna energija in širitev Vesolja je velika skrivnost in vprašanje, ki poganja kozmologe. (Resnično želijo vedeti, kako se bo vesolje končalo!) Toda za mnoge od nas je drugo vprašanje še bolj prepričljivo: Ali smo sami v Vesolju?
Na ta odgovor ne bo hitrega odgovora, toda vsak odgovor, ki ga najdemo, se začne s preučevanjem eksoplanetov in WFIRST se bo prav tako izkazal.
"WFIRST je zasnovan tako, da obravnava znanstvena področja, ki jih astronomska skupnost opredeljuje kot prednostne naloge," je dejal Paul Hertz, direktor Nasinega oddelka za astrofiziko v Washingtonu. "Instrument širokega polja bo teleskopu omogočil zajem ene slike v globino in kakovost Hubbleja, vendar pokriva 100-krat večjo površino. Koronagraf bo zagotavljal revolucionarno znanost in zajel šibke, a neposredne podobe daljnih plinastih svetov in super-Zemlje. "
"Koronagraf bo zagotavljal revolucionarno znanost in zajel šibke, a neposredne podobe daljnih plinastih svetov in super-Zemlje." - Paul Hertz, NASA-in oddelek za astrofiziko
Težava pri preučevanju eksoplanetov je, da so vsi v orbiti zvezde. Zvezde so tako svetle, da jim ni mogoče videti podrobnosti njihovih planetov. Kot bi strmeli v svetilnik milj in poskušali preučevati žuželko v bližini svetilnika.
Koronagrafski instrument na krovu WFIRST se bo odlično odrezal pri preprečevanju svetlobe daljnih zvezd. To počne s sistemom ogledal in mask. To je tisto, kar omogoča študij eksoplanetov. Šele ko se obravnava svetloba zvezde, je mogoče preučiti lastnosti eksoplanetov.
To bo omogočilo podrobne meritve kemične sestave ozračja eksoplaneta. S tem na več tisoč planetih lahko začnemo razumeti oblikovanje planetov okoli različnih vrst zvezd. Vendar obstajajo nekatere omejitve za koronagrafski instrument.
Koronagrafski instrument je bil nekakšen pozen dodatek WFIRST-u. Nekateri drugi instrumenti na WFIRST niso optimizirani za delo z njim, zato obstajajo nekatere omejitve za njegovo delovanje. Preučeval bo lahko le plinske velikane in tako imenovane Super-Zemlje. Ti večji planeti ne potrebujejo toliko natančnosti za študij, preprosto zaradi svoje velikosti. Zemlji podobni svetovi bodo verjetno presegli moč koronagrafskega instrumenta.
Te omejitve dolgoročno niso velike težave. Coronagraph je v resnici bolj tehnološka demonstracija in ne predstavlja končne igre za eksoplanet študijo. Kar se bomo naučili iz tega instrumenta, nam bo pomagalo v prihodnosti. Nekdanji dan, morda desetletja, bo morda naslednik WFIRST-a in do takrat bo tehnologija Coronagraph zelo napredovala. V tistem prihodnjem času bodo morda možni neposredni posnetki zemeljskih eksoplanetov.
Morda nam ne bo treba čakati tako dolgo.
Obstaja načrt za povečanje učinkovitosti koronagrafa WFIRST, ki bi mu omogočil, da posname planete, podobne Zemlji. Imenuje se EXO-S Starshade.
EXO-S Starshade je sistem senčenja s premerom 34 m, ki prepreči, da bi zvezdna svetloba poslabšala delovanje WFIRST. To bi bilo dejansko ločeno plovilo, ki bi se ločeno lociralo in poslalo na srečanje z WFIRST na L2. Ne bi bil privezan, ampak bi se usmeril s sistemom WFIRST skozi sistem kamer in vodilnih luči. Pravzaprav je del moči Zvezdne stene v tem, da bi bil od WFIRST oddaljen približno 40.000 do 50.000 km.
Temna energija in eksoplaneti sta prednostni nalogi WFIRST, vendar vedno obstajajo druga odkritja, ki čakajo na boljše teleskope. Vsega, kar se bomo naučili od WFIRST, ni mogoče predvideti S slikami, podrobnimi kot Hubble, vendar 100-krat večje, nas čaka nekaj presenečenj.
"Ta misija bo raziskala vesolje in poiskala najzanimivejše predmete tam." - Neil Gehrels, znanstvenik projekta WFIRST
"WFIRST bo poleg svojih vznemirljivih zmogljivosti za temno energijo in eksoplanete zagotovil zakladnico izjemnih podatkov za vse astronome," je dejal Neil Gehrels, znanstvenik projekta WFIRST iz Nasinega vesoljskega letalskega centra Goddard v Greenbeltu v Marylandu. "Ta misija bo raziskala vesolje in poiskala najzanimivejše predmete tam."
Z vsemi super teleskopi, ki bodo na vrsti v naslednjih nekaj letih, lahko pričakujemo neverjetna odkritja. Čez 10 do 20 let bo naše znanje precej napredovalo. Kaj se bomo naučili o Temni materiji in Temni energiji? Kaj bomo vedeli o populaciji eksoplanetov?
Trenutno se zdi, da smo samo v koraku do boljšega razumevanja teh stvari, toda z WFIRST in drugimi Super teleskopi smo pripravljeni za bolj namensko raziskovanje.
