नासा के नैन्सी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप पर कोरोनाग्राफ उपकरण के लिए फोकल प्लेन मास्क। प्रत्येक गोलाकार खंड में कई "मास्क" होते हैं - तारों की रोशनी को अवरुद्ध करने के लिए सावधानीपूर्वक इंजीनियर किए गए, अपारदर्शी अवरोध। छवि क्रेडिट: NASA/JPL-कैलटेक
अगस्त की शुरुआत में, वैज्ञानिक और इंजीनियर कैलटेक के एक छोटे से सभागार में इस बात पर चर्चा करने के लिए एकत्र हुए कि पृथ्वी जैसे ग्रहों पर विदेशी जीवन का पता लगाने में सक्षम पहला अंतरिक्ष दूरबीन कैसे बनाया जाए।
प्रस्तावित मिशन अवधारणा, हैबिटेबल वर्ल्ड्स ऑब्जर्वेटरी (HWO), NASA के जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) के बाद अगली शक्तिशाली खगोल भौतिकी वेधशाला होगी। यह तारों, आकाशगंगाओं और कई अन्य ब्रह्मांडीय वस्तुओं का अध्ययन करने में सक्षम होगा, जिसमें हमारे सौर मंडल के बाहर के ग्रह भी शामिल हैं, जिन्हें एक्सोप्लैनेट के रूप में जाना जाता है, संभवतः विदेशी जीवन भी।
यद्यपि एक्सोप्लैनेट पर विदेशी जीवन ढूंढना एक लंबा प्रयास हो सकता है, कैल्टेक कार्यशाला का उद्देश्य प्रौद्योगिकी की स्थिति का आकलन करना है जिसे एचडब्ल्यूओ की आवश्यकता है जीवन की तलाश कहीं और करो.
"इससे पहले कि हम मिशन को डिज़ाइन कर सकें, हमें यथासंभव महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकियों को विकसित करने की आवश्यकता है," कहते हैं दिमित्री मावेट, के एक सदस्य एचडब्ल्यूओ के लिए तकनीकी मूल्यांकन समूह (टीएजी)।, खगोल विज्ञान के डेविड मॉरिसरो प्रोफेसर, और जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी (जेपीएल) में एक वरिष्ठ अनुसंधान वैज्ञानिक, जिसे कैलटेक नासा के लिए प्रबंधित करता है।
“हम प्रौद्योगिकी परिपक्वता के चरण में हैं। विचार उन तकनीकों को और आगे बढ़ाने का है जो हैबिटेबल वर्ल्ड्स ऑब्ज़र्वेटरी को लागत बढ़ने के जोखिम को कम करते हुए अपने क्रांतिकारी विज्ञान को वितरित करने में सक्षम बनाएगी।
राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी के भाग के रूप में पहली बार प्रस्तावित खगोल विज्ञान और खगोल भौतिकी पर दशकीय सर्वेक्षण 2020 (एस्ट्रो2020), एक 10-वर्षीय रोडमैप जो खगोल विज्ञान समुदाय के लिए लक्ष्यों की रूपरेखा तैयार करता है, एचडब्ल्यूओ 2030 के अंत या 2040 की शुरुआत में लॉन्च करेगा। मिशन के अवलोकन समय को सामान्य खगोल भौतिकी और एक्सोप्लैनेट अध्ययन के बीच विभाजित किया जाएगा।
एमआईटी की सारा सीगर ने कैल्टेक कार्यशाला में "टूवर्ड्स स्टारलाइट सप्रेशन फॉर द हैबिटेबल वर्ल्ड्स ऑब्जर्वेटरी" शीर्षक से एक भाषण दिया। छवि क्रेडिट: कैल्टेक
"डेकाडल सर्वेक्षण ने इस मिशन को अपनी सर्वोच्च प्राथमिकता के रूप में अनुशंसित किया क्योंकि इसमें खगोल भौतिकी के लिए परिवर्तनकारी क्षमताएं होंगी, साथ ही हमारे सौर मंडल के बाहर पूरे सौर मंडल को समझने की क्षमता भी होगी," कहते हैं। फियोना हैरिसन, एस्ट्रो2020 दशकीय रिपोर्ट के दो अध्यक्षों में से एक और कैलटेक में भौतिकी के हेरोल्ड ए. रोसेन प्रोफेसर, साथ ही भौतिकी, गणित और खगोल विज्ञान प्रभाग के केंट और जॉयस क्रेसा लीडरशिप चेयर।
अंतरिक्ष दूरबीन की एक्सोप्लैनेट के वायुमंडल को चिह्नित करने की क्षमता, और इसलिए उन हस्ताक्षरों की तलाश करना जो विदेशी जीवन का संकेत दे सकते हैं, उन प्रौद्योगिकियों पर निर्भर करता है जो दूर के तारे से चमक को रोकते हैं।
तारे के प्रकाश को अवरुद्ध करने के दो मुख्य तरीके हैं: दूरबीन के अंदर एक छोटा सा मुखौटा, जिसे के रूप में जाना जाता है कोरोनोग्राफ, और दूरबीन के बाहर एक बड़ा मुखौटा, जिसे स्टारशेड के रूप में जाना जाता है। अंतरिक्ष में, स्टारशेड एक विशाल सूरजमुखी के आकार की संरचना में खुल जाएंगे, जैसा कि इसमें देखा गया है एनीमेशन.
अपने तारे के रहने योग्य क्षेत्र में पृथ्वी जैसे ग्रह की कलाकार की अवधारणा। नई वेधशाला एलियन जीवन की खोज करेगी। छवि क्रेडिट: नासा एम्स/जेपीएल-कैलटेक/टी। पाइल
दोनों ही मामलों में, तारों की रोशनी को अवरुद्ध कर दिया जाता है ताकि पास के ग्रह से परावर्तित होने वाली धुंधली तारों की रोशनी सामने आ जाए। यह प्रक्रिया अपने मुस्कुराते दोस्तों की तस्वीर खींचते समय सूरज को रोकने के लिए अपना हाथ ऊपर उठाने के समान है।
किसी ग्रह के प्रकाश को सीधे कैप्चर करके, शोधकर्ता रासायनिक हस्ताक्षरों की खोज में उस प्रकाश की जांच करने के लिए स्पेक्ट्रोमीटर नामक अन्य उपकरणों का उपयोग कर सकते हैं। यदि कोई जीवन किसी सुदूर तारे की परिक्रमा करने वाले ग्रह पर मौजूद है, तो उस जीवन की सामूहिक श्वास और प्रश्वास को बायोसिग्नेचर के रूप में पता लगाया जा सकता है।
"हमारा अनुमान है कि अकेले हमारी आकाशगंगा में रहने योग्य क्षेत्र में पृथ्वी के आकार के कई अरब ग्रह हैं," कहते हैं निक सीगलरजेपीएल में नासा के एक्सोप्लैनेट एक्सप्लोरेशन प्रोग्राम के मुख्य प्रौद्योगिकीविद्। रहने योग्य क्षेत्र किसी तारे के आसपास का क्षेत्र है जहां तापमान तरल पानी के लिए उपयुक्त होता है।
“हम ऑक्सीजन, मीथेन, जल वाष्प और अन्य रसायनों की तलाश के लिए इन एक्सोप्लैनेट के वायुमंडल की जांच करना चाहते हैं जो जीवन की उपस्थिति का संकेत दे सकते हैं। हम छोटे हरे [एलियन] पुरुषों को नहीं देखेंगे, बल्कि इन प्रमुख रसायनों के वर्णक्रमीय हस्ताक्षर देखेंगे, या जिन्हें हम बायोसिग्नेचर कहते हैं।"
सीगलर के अनुसार, नासा ने हाल के निवेशों के आधार पर, एचडब्ल्यूओ अवधारणा के लिए कोरोनोग्राफ मार्ग पर ध्यान केंद्रित करने का निर्णय लिया है नासा का नैन्सी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप, जो गैस-विशाल एक्सोप्लैनेट की इमेजिंग के लिए एक उन्नत कोरोनोग्राफ का उपयोग करेगा। (कैलटेक का आईपीएसी इसका घर है रोमन विज्ञान सहायता केंद्र).
आज, परिक्रमा करने वाली JWST, हबल और जमीन-आधारित वेधशालाओं सहित कई अन्य दूरबीनों पर कोरोनोग्राफ का उपयोग किया जा रहा है।
मावेट ने हवाई के बड़े द्वीप पर एक पर्वत, मौनाकिया के ऊपर स्थित डब्ल्यूएम केक वेधशाला में उपकरणों में उपयोग के लिए कोरोनोग्राफ विकसित किया है।
सबसे हालिया संस्करण, जिसे भंवर कोरोनाग्राफ के रूप में जाना जाता है, का आविष्कार मावेट द्वारा किया गया था और यह केक प्लैनेट इमेजर और कैरेक्टराइज़र (केपीआईसी) के अंदर रहता है, एक उपकरण जो शोधकर्ताओं को अनुमति देता है युवा और गर्म गैस-विशाल एक्सोप्लैनेट के थर्मल उत्सर्जन की सीधे छवि और अध्ययन करें.
कोरोनोग्राफ एक तारे की रोशनी को उस बिंदु तक रद्द कर देता है जहां उपकरण उन ग्रहों की तस्वीरें ले सकता है जो अपने सितारों की तुलना में लगभग दस लाख गुना कम हैं। इससे शोधकर्ताओं को युवा गैस-विशाल एक्सोप्लैनेट के वायुमंडल, कक्षाओं और स्पिनों को विस्तार से चिह्नित करने की अनुमति मिलती है, जिससे अन्य सौर प्रणालियों के गठन और विकास के बारे में सवालों के जवाब देने में मदद मिलती है।
लेकिन सीधे तौर पर एक जुड़वां पृथ्वी ग्रह की कल्पना करना - जहां हम जानते हैं कि जीवन पनपने की सबसे अधिक संभावना है - वर्तमान प्रौद्योगिकियों में बड़े पैमाने पर सुधार की आवश्यकता होगी। पृथ्वी जैसे ग्रह जो रहने योग्य क्षेत्र में सूर्य जैसे तारों की परिक्रमा करते हैं, आसानी से अपने तारों की चमक में खो जाते हैं।
उदाहरण के लिए, हमारा अपना सूर्य, पृथ्वी की रोशनी से 10 अरब गुना अधिक चमकता है। स्टारलाईट दमन के इस स्तर को प्राप्त करने के लिए कोरोनोग्राफ के लिए, शोधकर्ताओं को अपनी प्रौद्योगिकियों को सीमा तक आगे बढ़ाना होगा।
मावेट का कहना है, "जैसे-जैसे हम स्टारलाईट दमन के इस आवश्यक स्तर के करीब आते जाते हैं, चुनौतियाँ तेजी से कठिन होती जाती हैं।"
कैल्टेक कार्यशाला के प्रतिभागियों ने एक कोरोनोग्राफ तकनीक पर चर्चा की जिसमें शामिल है प्रकाश तरंगों को नियंत्रित करना उपकरण के अंदर एक अति सटीक विकृत दर्पण के साथ।
जबकि कोरोनोग्राफ किसी तारे के अधिकांश प्रकाश को अवरुद्ध कर सकते हैं, आवारा प्रकाश अभी भी अंतिम छवि में अपना रास्ता बना सकता है, जो धब्बों के रूप में दिखाई देता है। हजारों एक्चुएटर्स का उपयोग करके, जो विकृत दर्पण की परावर्तक सतह को धक्का देते हैं और खींचते हैं, शोधकर्ता अवशिष्ट स्टारलाइट की बूंदों को रद्द कर सकते हैं।
आगामी नैन्सी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप इस प्रकार के कोरोनोग्राफ का उपयोग करने वाला पहला होगा, जिसे "सक्रिय" कहा जाता है क्योंकि इसका दर्पण सक्रिय रूप से विकृत हो जाएगा। जेपीएल में अधिक परीक्षणों के बाद, रोमन कोरोनोग्राफ को अंततः नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर में अंतिम टेलीस्कोप में एकीकृत किया जाएगा और 2027 से पहले अंतरिक्ष में लॉन्च किया जाएगा।
रोमन कोरोनॉग्राफ उपकरण खगोलविदों को उनके तारों की तुलना में संभवतः एक अरब गुना अधिक धुंधले एक्सोप्लैनेट की छवि बनाने में सक्षम करेगा। इसमें परिपक्व और युवा गैस दिग्गजों के साथ-साथ ग्रह-निर्माण प्रक्रिया से बचे मलबे की डिस्क भी शामिल है।
"रोमन कोरोनोग्राफ उपकरण हमारे सौर मंडल के बाहर जीवन खोजने की दिशा में नासा का अगला कदम है," कहते हैं वैनेसा बेलीजेपीएल में रोमन के कोरोनोग्राफ के लिए उपकरण प्रौद्योगिकीविद्।
“आज की दूरबीनों और हैबिटेबल वर्ल्ड्स ऑब्ज़र्वेटरी के बीच प्रदर्शन का अंतर इतना बड़ा है कि सभी को एक साथ पाटना संभव नहीं है। रोमन कोरोनोग्राफ उपकरण का उद्देश्य वह मध्यवर्ती कदम बनना है। यह कोरोनोग्राफ मास्क और विकृत दर्पणों सहित कई आवश्यक प्रौद्योगिकियों को प्रदर्शन के ऐसे स्तर पर प्रदर्शित करेगा जो प्रयोगशाला के बाहर पहले कभी हासिल नहीं किया गया था।''
सूर्य जैसे तारे के चारों ओर सीधे पृथ्वी के जुड़वाँ चित्र की खोज का मतलब रोमन के कोरोनोग्राफ के पीछे की तकनीक को और भी आगे बढ़ाना होगा।
मावेट बताते हैं, "हमें दर्पणों को सटीकता के पिकोमीटर-स्तर तक विकृत करने में सक्षम होने की आवश्यकता है।"
“हमें रोमन के कोरोनोग्राफ की तुलना में लगभग 100 के एक अन्य कारक द्वारा तारों की रोशनी को दबाने की आवश्यकता होगी। कार्यशाला ने हमें यह पता लगाने में मार्गदर्शन करने में मदद की कि हमारी तकनीक में कहां कमियां हैं, और हमें आने वाले दशक में कहां और अधिक विकास करने की जरूरत है।
कार्यशाला में बातचीत के अन्य विषयों में कोरोनोग्राफ के साथ उपयोग के लिए सर्वोत्तम प्रकार के प्राथमिक दर्पण, दर्पण कोटिंग्स, माइक्रोमीटरोइड्स से दर्पणों को होने वाले नुकसान से निपटना, विकृत दर्पण प्रौद्योगिकियों के साथ-साथ एकीकृत मॉडलिंग और डिजाइन के लिए डिटेक्टर और उन्नत उपकरण शामिल थे।
इंजीनियरों ने स्टारशेड और इसकी तकनीकी तैयारी पर स्थिति अपडेट भी प्रदान किया।
इस बीच, जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी आगे बढ़ रही है, अन्य वैज्ञानिकों की नज़र पृथ्वी जैसे ग्रहों और संभवतः विदेशी जीवन की तलाश में सितारों पर है, जिनकी एचडब्ल्यूओ छवि लेगा।
से अधिक एक्सएनयूएमएक्स एक्सोप्लैनेट्स अब तक खोजे जा चुके हैं, लेकिन उनमें से कोई भी वास्तव में पृथ्वी जैसा नहीं है। ग्रह-शिकार उपकरण, जैसे कि नए कैल्टेक के नेतृत्व वाले केक ग्रह खोजक (KPF) केक वेधशाला में, वे ग्रहों को खोजने के लिए बेहतर ढंग से सुसज्जित हो गए हैं, क्योंकि वे अपने तारों की परिक्रमा करते समय उन पर लगने वाले खिंचाव की तलाश करते हैं।
भारी ग्रह अधिक खिंचाव पैदा करते हैं, जैसे वे ग्रह जो अपने तारे के करीब परिक्रमा करते हैं। केपीएफ को छोटे लाल सितारों के रहने योग्य क्षेत्रों में पृथ्वी के आकार के ग्रहों को खोजने के लिए डिज़ाइन किया गया था (लाल सितारों के लिए रहने योग्य क्षेत्र करीब हैं)। अगले कई वर्षों में अतिरिक्त शोधन के साथ, केपीएफ पृथ्वी के जुड़वां बच्चों का पता लगाने में सक्षम हो सकता है।
जब तक एचडब्ल्यूओ 2030 के अंत या 2040 की शुरुआत में लॉन्च होगा, वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि उनके पास तलाशने के लिए कम से कम 25 पृथ्वी जैसे ग्रहों की एक सूची होगी।
आगे की लंबी राह के बावजूद, कार्यशाला में वैज्ञानिकों ने देश भर से पासाडेना की यात्रा करने वाले अपने सहयोगियों के साथ इन चुनौतियों पर उत्सुकता से चर्चा की। जेपीएल निदेशक लॉरी लेशिन (एमएस '89, पीएचडी '95) ने बैठक की शुरुआत में एक उत्साहवर्धक भाषण दिया।
“यह एक रोमांचक और कठिन चुनौती है,” उसने कहा। “लेकिन हम सब इसी के लिए जीते हैं। हम इसे अकेले नहीं करते. हम इसे सहयोग से करते हैं।”
व्हिटनी क्लैविन द्वारा लिखित
स्रोत: कैलटेक
