D'Brennfligermaske fir de Coronagraph Instrument um NASA Nancy Grace Roman Weltraumteleskop. All kreesfërmeg Sektioun enthält verschidde "Masken" - suergfälteg konstruéiert, opak Hindernisser entworf fir Starlight ze blockéieren. Bildkreditt: NASA/JPL-Caltech
Am Ufank August hu sech d'Wëssenschaftler an d'Ingenieuren an engem klengen Auditorium zu Caltech versammelt fir ze diskutéieren wéi een den éischte Weltraumteleskop baut, dee fäeg ass auslännesch Liewen op Planéiten wéi d'Äerd z'entdecken.
Dat proposéiert Missiounskonzept, den Habitable Worlds Observatory (HWO), wier den nächste mächtege Astrophysik Observatoire nom James Webb Weltraumteleskop (JWST) vun der NASA. Et wier fäeg Stären, Galaxien an eng ganz Partie aner kosmesch Objeten ze studéieren, dorënner Planéiten ausserhalb vun eisem Sonnesystem, bekannt als Exoplanéite, potenziell souguer dat auslännescht Liewen.
Och wa Friem Liewen op Exoplanéiten ze fannen ass e Wäitschoss, de Caltech Workshop huet als Zil den Zoustand vun der Technologie ze bewäerten HWO muss Sich no Liewen soss anzwousch.
"Ier mir d'Missioun kënne designen, musse mir d'Schlësseltechnologien esou vill wéi méiglech entwéckelen", seet Dimitri Mawet, e Member vun der Technical Assessment Group (TAG) fir HWO, den David Morrisroe Professer fir Astronomie, an e Senior Fuerschungswëssenschaftler am Jet Propulsion Laboratory (JPL), deen Caltech fir d'NASA geréiert.
"Mir sinn an enger Phas vun der Technologie Reifung. D'Iddi ass d'Technologien weider ze förderen, déi den Habitable Worlds Observatoire et erlaben hir revolutionär Wëssenschaft ze liwweren, wärend d'Risiken vu Käschte iwwerschratt d'Linn miniméiert.
Éischt proposéiert als Deel vun der National Academy of Sciences ' Decadal Survey on Astronomie and Astrophysics 2020 (Astro2020), eng 10-Joer Fahrplang déi Ziler fir d'Astronomiegemeinschaft skizzéiert, HWO géif an de spéiden 2030er oder fréien 2040er lancéieren. D'Observatiounszäit vun der Missioun wier tëscht allgemeng Astrophysik an Exoplanéitstudien opgedeelt.
D'Sara Seager vum MIT huet e Gespréich am Caltech Workshop mam Titel "Towards Starlight Suppression for the Habitable Worlds Observatory." Bildkreditt: Caltech
"D'Decadal Survey recommandéiert dës Missioun als seng Haaptprioritéit wéinst den Transformatiounsfäegkeeten, déi et fir Astrophysik hätt, zesumme mat senger Fäegkeet fir ganz Sonnesystemer ausserhalb vun eisem eegenen ze verstoen," seet Fiona Harrison, ee vun zwee Presidence vum Astro2020 Dekadal Bericht an den Harold A. Rosen Professer fir Physik bei Caltech, souwéi de Kent a Joyce Kresa Leadership Chair vun der Divisioun vu Physik, Mathematik an Astronomie.
Dem Weltraumteleskop seng Fäegkeet, d'Atmosphär vun Exoplanéiten ze charakteriséieren, an dofir no Ënnerschrëften ze sichen, déi auslännescht Liewen kéinte weisen, hänkt vun Technologien of, déi de Glanz vun engem fernen Stär blockéieren.
Et ginn zwou Haapt Weeër fir d'Liicht vum Stär ze blockéieren: eng kleng Mask intern am Teleskop, bekannt als coronagraph, an eng grouss Mask baussent dem Teleskop, bekannt als Stäreschirm. Am Weltraum géifen d'Stäreschade sech an eng rieseg Sonneblummen-förmlech Struktur entfalen, wéi et hei gesi gëtt Animatioun.
Kënschtler Konzept vun engem Äerd-ähnlechen Planéit an der habitable Zone vu sengem Stär. Neien Observatoire wäert no friem Liewen sichen. Bildkreditt: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle
A béide Fäll ass d'Liicht vu Stäre blockéiert, sou datt e schwaache Stäreliicht, dee vun engem nooste Planéit reflektéiert, opgedeckt gëtt. De Prozess ass ähnlech wéi Dir Är Hand ophält fir d'Sonn ze blockéieren wärend Dir e Bild vun Äre laache Frënn knipst.
Andeems Dir d'Liicht vun engem Planéit direkt erfaasst, kënnen d'Fuerscher dann aner Instrumenter genannt Spektrometer benotze fir dat Liicht op der Sich no de chemeschen Ënnerschrëften z'iwwerpréiwen. Wann iergendeppes Liewen op engem Planéit präsent ass, deen e fernen Stär ëmkreest, da kënnen d'kollektiv Inhalatiounen an Ausatmen vun deem Liewen a Form vu Biosignaturen erkennen.
"Mir schätzen datt et sou vill wéi e puer Milliarde Äerd-Gréisst Planéiten an der bewunnbarer Zone eleng an eiser Galaxis sinn", seet Nick Siegler, Chef-Technolog vum NASA's Exoplanet Exploration Program bei JPL. D'habitabel Zone ass d'Regioun ronderëm e Stär, wou d'Temperaturen gëeegent sinn fir flëssegt Waasser.
"Mir wëllen d'Atmosphäre vun dësen Exoplanéiten ënnersichen fir no Sauerstoff, Methan, Waasserdamp an aner Chemikalien ze sichen, déi d'Präsenz vum Liewen signaléiere kënnen. Mir wäerte keng kleng gréng [alien] Männer gesinn, awer éischter Spektral Ënnerschrëfte vun dëse Schlësselchemikalien, oder wat mir Biosignature nennen.
Nom Siegler huet d'NASA decidéiert sech op d'Coronagraphstrooss fir den HWO Konzept ze fokusséieren, op Basis vun rezenten Investitiounen an NASA's Nancy Grace Roman Weltraumteleskop, déi e fortgeschratt Coronagraph fir d'Bildung vu Gasgiganten Exoplanéite benotzt. (Caltech's IPAC ass Heem fir d' Roman Science Support Center).
Haut sinn Coronagraphen op verschiddenen aneren Teleskope benotzt, dorënner de JWST, den Hubble, an de Buedemobservatoiren.
De Mawet huet Coronagraphe entwéckelt fir an Instrumenter am WM Keck Observatoire op der Spëtzt vun Maunakea, e Bierg op der Big Island vun Hawai'i, ze benotzen.
Déi lescht Versioun, bekannt als Wirbelkoronagraph, gouf vum Mawet erfonnt a wunnt am Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), en Instrument dat d'Fuerscher erlaabt direkt Bild a studéiert d'thermesch Emissioune vu jonken a waarme Gasrisen Exoplanéiten.
De Coronagraph annuléiert d'Liicht vun engem Stär bis zum Punkt wou d'Instrument Biller vu Planéiten maache kann, déi ongeféier eng Millioun mol méi schwaach sinn wéi hir Stären. Dat erlaabt d'Fuerscher d'Atmosphären, Ëmlafbunnen a Spinn vu jonke Gasgiganten Exoplanéiten am Detail ze charakteriséieren, an hëlleft Froen iwwer d'Bildung an d'Evolutioun vun anere Sonnesystemer ze beäntweren.
Awer direkt Bild vun engem Zwilling Äerdplanéit - wou d'Liewen wéi mir et kennen am meeschte wahrscheinlech floréiere wäert - wäert eng massiv Verfeinerung vun den aktuellen Technologien huelen. Planéite wéi d'Äerd, déi Sonne-ähnlech Stären an der bewunnbarer Zon ëmkreest, verléiere sech liicht am Glanz vun hire Stären.
Eis eege Sonn, zum Beispill, iwwerschratt d'Liicht vun der Äerd ëm 10 Milliarde Mol. Fir e Coronagraph dësen Niveau vun der Starlight Ënnerdréckung z'erreechen, mussen d'Fuerscher hir Technologien op d'Limite drécken.
"Wéi mir méi no a méi no un dësem erfuerderlechen Niveau vun der Starlight Ënnerdréckung kommen, ginn d'Erausfuerderunge exponentiell méi schwéier", seet de Mawet.
De Caltech Workshop Participanten hunn eng Coronagraph Technik diskutéiert déi involvéiert ass kontrolléiert Liichtwellen mat engem ultrapräzise deformable Spigel am Instrument.
Wärend Coronagraphe vill vun engem Stär säi Liicht blockéiere kënnen, kann Sträiflicht nach ëmmer de Wee an d'Finale Bild maachen, a schéngen als Flecken. Andeems Dir Dausende vun Aktuatoren benotzt, déi op d'reflektiv Uewerfläch vum deformable Spigel drécken an zéien, kënnen d'Fuerscher d'Blöden vum Reschterliichterliicht annuléieren.
Den zukünftege Nancy Grace Roman Weltraumteleskop wäert deen éischten sinn deen dës Zort Coronagraph benotzt, déi als "aktiv" bezeechent gëtt well säi Spigel aktiv deforméiert gëtt. No méi Tester bei JPL wäert de réimesche Coronagraph schlussendlech an de finalen Teleskop am Goddard Space Flight Center vun der NASA integréiert ginn an net méi spéit wéi 2027 an de Weltraum gestart ginn.
Dat réimescht Coronagraph Instrument wäert d'Astronomen et erlaben Exoplanéite méiglecherweis bis zu enger Milliard mol méi schwaach wéi hir Stären ze bilden. Dëst beinhalt souwuel reife wéi och jonk Gasrisen wéi och Scheiwen vu Schutt, déi aus dem Planéitbildungsprozess bleiwen.
"De Roman Coronagraph Instrument ass den nächste Schrëtt vun der NASA um Wee fir Liewen ausserhalb vun eisem Sonnesystem ze fannen," seet Vanessa Bailey, den Instrumenttechniker fir de Roman Coronagraph bei JPL.
"D'Performance Spalt tëscht den haitegen Teleskopen an dem Habitable Worlds Observatoire ass ze grouss fir alles op eemol ze iwwerbrécken. Den Zweck vum Roman Coronagraph Instrument ass deen Zwësche Steppingstone ze sinn. Et wäert e puer vun den néidegen Technologien demonstréieren, dorënner Coronagraph Masken an deformable Spigelen, op Leeschtungsniveauen ni virdrun ausserhalb vum Labo erreecht.
D'Sich fir direkt en Äerdzwilling ronderëm e Sonnähnleche Stär ze bilden bedeit d'Technologie hannert dem Roman säi Coronagraph nach méi wäit ze drécken.
"Mir musse fäeg sinn d'Spigelen op e Picometer-Niveau vu Präzisioun ze deforméieren", erkläert de Mawet.
"Mir mussen d'Stäreliicht mat engem anere Faktor vun ongeféier 100 ënnerdrécken am Verglach zum Roman sengem Coronagraph. Den Atelier huet gehollef eis ze guidéieren fir erauszefannen wou d'Lücken an eiser Technologie sinn, a wou mir an de kommende Jorzéngt méi Entwécklung musse maachen.
Aner Themen vum Gespréich am Atelier abegraff déi bescht Aart vu primäre Spigel fir d'Benotzung mam Coronagraph, Spigelbeschichtungen, Ëmgang mat Schied un de Spigelen vu Mikrometeoroiden, deforméierbare Spigeltechnologien, souwéi Detektoren a fortgeschratt Tools fir integréiert Modelléierung an Design.
D'Ingenieuren hunn och e Statusaktualiséierung iwwer de Starshade a seng technologesch Bereetschaft geliwwert.
Mëttlerweil, wéi d'Technologie viru geet, hunn aner Wëssenschaftler hir Aen op d'Stären op der Sich no Äerdähnleche Planéiten a méiglecherweis auslännescht Liewen, dat den HWO géif bilden.
Méi wéi 5,500 Exoplanéite si bis elo entdeckt ginn, awer keng vun hinnen si wierklech Äerd-ähnlech. Planet-Juegd Tools, wéi déi nei Caltech-gefouert Keck Planet Finder (KPF) am Keck-Observatoire, besser ausgestatt gi fir Planéiten ze fannen, andeems se no de Schlegelen sichen, déi se op hire Stären ausüben, wéi se ëmkreesen.
Méi schwéier Planéiten üben méi vun engem Tug, sou wéi Planéiten déi méi no bei hire Stären ëmkreien. De KPF gouf entwéckelt fir Planéiten op der Äerdgréisst an de habitablen Zonen vu klenge roude Stären ze fannen (déi bewunnbar Zonen fir roude Stäre si méi no). Mat zousätzlech Verfeinerungen an den nächste Joren, kann de KPF fäeg sinn Äerdzwillingen z'entdecken.
Vun der Zäit HWO an de spéiden 2030er oder fréien 2040er lancéiere géif, hoffen d'Wëssenschaftler e Katalog vu mindestens 25 Äerd-ähnleche Planéiten ze hunn fir z'entdecken.
Trotz dem laange Wee viru, hunn d'Wëssenschaftler am Atelier iwwer dës Erausfuerderunge mat hire Kollegen diskutéiert, déi aus dem ganze Land op Pasadena gereest waren. JPL Direkter Laurie Leshin (MS '89, PhD '95) huet e Pep Talk am Ufank vun der Versammlung.
"Et ass eng spannend an beängschtegend Erausfuerderung," sot si. "Awer dat ass wat mir all liewen. Mir maachen et net eleng. Mir maachen et an Zesummenaarbecht."
Geschriwwen vum Whitney Clavin
Source: Caltech
