Et SuperBIT optisk og ultraviolet sammensat billede af 'Skabelsens søjler', stammer af gas og støv i Ørnetågen, 7,000 lysår væk i retning af stjernebilledet Serpens. Kredit: SuperBIT team, fra Romualdez et al. (2018) SPIE 10702
SuperBIT: A Low-Cost Telescope To Rival Hubble – Båret af en ballon på størrelse med et fodboldstadion
Durham, Toronto og Princeton Universiteter er gået sammen med NASA og den canadiske rumfartsorganisation for at bygge en ny slags astronomisk teleskop. SuperBIT flyver over 99.5 % af jordens atmosfære, båret af en heliumballon på størrelse med et fodboldstadion. Teleskopet vil få sin operationelle debut i april næste år, og når det er installeret, vil det få billeder i høj opløsning, der kan måle sig med Hubble-rumteleskopet. Mohamed Shaaban, en ph.d.-studerende ved University of Toronto, vil beskrive SuperBIT i sin tale i morgen (onsdag den 21. juli 2021) ved online RAS National Astronomy Meeting (NAM 2021).
Lys fra en fjern galakse kan rejse i milliarder af år for at nå vores teleskoper. I den sidste brøkdel af et sekund skal lyset passere gennem Jordens hvirvlende, turbulente atmosfære. Vores syn på universet bliver sløret. Observatorier på jorden er bygget på steder i høj højde for at overvinde noget af dette, men indtil nu er det kun at placere et teleskop i rummet, der undslipper virkningen af atmosfæren.
Superpressure Balloon-borne Imaging Telescope (eller SuperBIT) har et spejl med en diameter på 0.5 meter og bæres til 40 km højde af en heliumballon med et volumen på 532,000 kubikmeter, omtrent på størrelse med et fodboldstadion.
SuperBIT's sidste forberedelser til lancering fra Timmins Stratospheric Balloon Base Canada, i september 2019. Kredit: Steven Benton, Princeton University
Dens sidste testflyvning i 2019 demonstrerede ekstraordinær pegestabilitet, med variation på mindre end en seksogtredive tusindedel af en grad i mere end en time. Dette skulle gøre det muligt for et teleskop at få billeder lige så skarpe som dem fra Hubble-rumteleskopet.
Ingen har gjort dette før, ikke kun fordi det er ekstremt svært, men også fordi balloner kun kunne holde sig i luften i nogle få nætter: for kort til et ambitiøst eksperiment. Imidlertid har NASA for nylig udviklet 'overtryk' balloner, der kan indeholde helium i flere måneder. SuperBIT er planlagt til at lancere på den næste langvarige ballon, fra Wanaka, New Zealand, i april. Båret af sæsonmæssigt stabile vinde vil den sejle rundt om Jorden flere gange - afbilde himlen hele natten og derefter bruge solpaneler til at genoplade sine batterier i løbet af dagen.
Med et budget for konstruktion og drift af det første teleskop på 5 millioner USD (3.62 millioner pund), kostede SuperBIT næsten 1000 gange mindre end en lignende satellit. Ikke alene er balloner billigere end raketbrændstof, men evnen til at returnere nyttelasten til Jorden og genstarte den betyder, at dens design er blevet justeret og forbedret i løbet af adskillige testflyvninger. Satellitter skal fungere første gang, så de har typisk (fænomenalt dyr) redundans og årtier gammel teknologi, der skulle rumkvalificeres af den tidligere mission. Moderne digitale kameraer forbedres hvert år – så udviklingsteamet købte det banebrydende kamera til SuperBITs seneste testflyvning et par uger før lanceringen. Dette rumteleskop vil fortsat kunne opgraderes eller have nye instrumenter på hver fremtidig flyvning.
SuperBIT-ballonen under flyvning, over NASA's Columbia Scientific Balloon Facility, Texas, i juni 2016. Kredit: Richard Massey / Durham University
På længere sigt vil Hubble-rumteleskopet ikke blive repareret igen, når det uundgåeligt fejler. I 20 år derefter vil ESA/NASA-missioner kun muliggøre billeddannelse ved infrarøde bølgelængder (som James Webb-rumteleskopet, der skal opsendes til efteråret), eller et enkelt optisk bånd (som Euclid-observatoriet, der skal opsendes næste år).
På det tidspunkt vil SuperBIT være den eneste facilitet i verden, der er i stand til at udføre højopløselige flerfarvede optiske og ultraviolette observationer. Holdet har allerede midler til at designe en opgradering fra SuperBITs 0.5 meter blænde teleskop til 1.5 meter (ballonens maksimale bæreevne er et teleskop med et spejl på omkring 2 meter på tværs). Tidobling af lysindsamlingsevnen kombineret med dens vidvinkelobjektiv og flere megapixel vil gøre dette større instrument endnu bedre end Hubble. De billige omkostninger gør det endda muligt at have en flåde af rumteleskoper, der giver tid til astronomer over hele verden.
"Ny ballonteknologi gør at besøge rummet billigt, nemt og miljøvenligt," sagde Shaaban. "SuperBIT kan løbende omkonfigureres og opgraderes, men dens første mission vil se de største partikelacceleratorer i universet: kollisioner mellem klynger af galakser."
Det videnskabelige mål for flyvningen i 2022 er at måle egenskaberne af mørkt stofpartikler. Selvom mørkt stof er usynligt, kortlægger astronomer den måde, det bøjer lysstråler på, en teknik kendt som gravitationslinser. SuperBIT vil teste, om mørkt stof bliver langsommere under kollisioner. Ingen partikelkolliderer på Jorden kan accelerere mørkt stof, men dette er en nøglesignatur forudsagt af teorier, der kan forklare nylige observationer af myoner, der opfører sig underligt.
"Hulemænd kunne smadre sten sammen for at se, hvad de er lavet af," tilføjede prof. Richard Massey fra Durham University. “SuperBIT leder efter knasen af mørkt stof. Det er det samme eksperiment, du skal bare bruge et rumteleskop for at se det.”
Møde: Royal Astronomical Society National Astronomy Meeting
