مع الإطلاق الأخير لل ساتل مسح الكواكب الخارجية العابر (TESS) - التي جرت يوم الأربعاء 18 أبريل 2018 - تم تركيز الكثير من الاهتمام على التلسكوبات الفضائية من الجيل التالي التي ستنطلق إلى الفضاء في السنوات القادمة. هذه لا تشمل فقطتلسكوب جيمس ويب الفضائي، والتي من المقرر إطلاقها حاليًا في عام 2020 ، ولكن بعض المركبات الفضائية المتقدمة الأخرى التي سيتم نشرها بحلول الثلاثينيات.
كان هذا هو موضوع المسح العقدي الأخير لعام 2020 للفيزياء الفلكية ، والذي تضمن أربعة مفاهيم مهمة رائدة تجري دراستها حاليًا. عندما تأخذ هذه البعثات إلى الفضاء ، سوف تلتقط حيث تريد مثل المهام هابل ، كبلر ، سبيتزر و شاندرا تركت ، ولكن سيكون لها حساسية وقدرة أكبر. على هذا النحو ، من المتوقع أن يكشفوا الكثير عن عالمنا والأسرار التي يحملها.
كما هو متوقع ، تغطي مفاهيم المهمة المقدمة إلى مسح Decadal لعام 2020 مجموعة واسعة من الأهداف العلمية - بدءًا من مراقبة الثقوب السوداء البعيدة والكون المبكر إلى استكشاف الكواكب الخارجية حول النجوم القريبة ودراسة أجسام النظام الشمسي. تم فحص هذه الأفكار بدقة من قبل المجتمع العلمي ، وتم اختيار أربعة منها على أنها تستحق المتابعة.
كما أوضحت سوزان نيف ، كبيرة العلماء في برنامج الأصول الكونية لوكالة ناسا ، في بيان صحفي صدر مؤخرا عن وكالة ناسا:
"حان وقت لعبة الفيزياء الفلكية. نريد أن نبني كل هذه المفاهيم ، لكن ليس لدينا الميزانية للقيام بالأفكار الأربعة في نفس الوقت. إن الهدف من هذه الدراسات العقدية هو إعطاء أعضاء مجتمع الفيزياء الفلكية أفضل المعلومات الممكنة وهم يقررون أي العلوم يجب عليهم القيام به أولاً. "
وتشمل المفاهيم الأربعة المختارة مساح كبير بالأشعة فوق البنفسجية والبصرية والأشعة تحت الحمراء (LUVOIR) ، مرصد فضائي عملاق تم تطويره في تقاليد تلسكوب هابل الفضائي. كواحد من اثنين من المفاهيم التي يتم التحقيق فيها من قبل مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا ، يدعو مفهوم المهمة هذا إلى تلسكوب فضائي مزود بمرآة رئيسية مجزأة ضخمة يبلغ قطرها حوالي 15 مترًا (49 قدمًا).
في المقارنة ، JWST‘يبلغ حجم المرآة الأساسية s (حاليًا التلسكوب الفضائي الأكثر تقدمًا) 6.5 متر (21 قدمًا 4 بوصات). مثل JWST ، ستتكون مرآة LUVOIR من أجزاء قابلة للتعديل يمكن أن تتكشف بمجرد نشرها في الفضاء. تقوم المحركات والمحركات بتعديل هذه الأجزاء ومواءمتها بشكل نشط من أجل تحقيق التركيز المثالي والتقاط الضوء من الأشياء الباهتة والبعيدة.
باستخدام هذه الأدوات المتقدمة ، سيكون بإمكان LUVOIR تصوير الكواكب بحجم الأرض وتقييم الغلاف الجوي لها مباشرة. كما أوضح عالم الدراسة آكي روبرتج:
هذه المهمة طموحة ، ولكن معرفة ما إذا كانت هناك حياة خارج النظام الشمسي هي الجائزة. جميع الأقطاب العالية التقنية مدفوعة بهذا الهدف ... الاستقرار المادي ، بالإضافة إلى التحكم النشط في المرآة الأساسية وصدقة داخلية (جهاز لحجب ضوء النجوم) سيؤدي إلى دقة مقياس البيكومتر. الأمر كله يتعلق بالتحكم ".
هناك أيضا أصول تلسكوب الفضاء (OST) ، وهو مفهوم آخر يتبعه مركز جودارد لرحلات الفضاء. مثل الكثير تلسكوب سبيتزر الفضائي و ال مرصد هيرشل الفضائي، سيوفر هذا المرصد الذي يعمل بالأشعة تحت الحمراء البعيدة حساسية أكبر بعشرة آلاف مرة من أي تلسكوب سابق يعمل بالأشعة تحت الحمراء البعيدة. وتشمل أهدافه مراقبة أبعد مسافة للكون ، وتتبع مسار الماء من خلال تكوين النجوم والكواكب ، والبحث عن علامات الحياة في أجواء الكواكب الخارجية.
ستكون مرآته الأساسية ، التي ستقيس قطرها حوالي 9 أمتار (30 قدمًا) ، أول تلسكوب مبرد نشطًا ، تحافظ على مرآتها عند درجة حرارة حوالي 4 كلفن (-269 درجة مئوية ؛ -452 درجة فهرنهايت) وكاشفاتها عند درجة حرارة 0.05 K. لتحقيق ذلك ، سيعتمد فريق OST على طبقات تحلق من واقيات الشمس ، وأربعة مبردات مبردة ، وثلاجة مغناطيسية مستمرة متعددة المراحل (CADR).
وفقًا لـ Dave Leisawitz ، عالم Goddard وعالم دراسة OST ، يعتمد OST بشكل خاص على صفائف كبيرة من أجهزة الكشف فائقة التوصيل التي يتم قياسها بملايين البكسل. وقال: "عندما يسأل الناس عن الفجوات التكنولوجية في تطوير تلسكوب Origins الفضائي ، أقول لهم إن التحديات الثلاثة الأولى هي أجهزة الكشف ، وأجهزة الكشف ، وأجهزة الكشف". "كل شيء عن أجهزة الكشف."
على وجه التحديد ، ستعتمد OST على نوعين ناشئين من أجهزة الكشف: مستشعرات الحافة الانتقالية (TESs) أو كاشفات الحث الحركي (KIDs). على الرغم من أنها لا تزال جديدة نسبيًا ، إلا أن كاشفات TES تنضج بسرعة ويتم استخدامها حاليًا في أداة HAWC + على متن مرصد الستراتوسفير لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء (SOFIA) التابع لوكالة ناسا.
ثم هناك تصوير كوكب خارج المجموعة الشمسية (HabEx) الذي يتم تطويره بواسطة مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا. مثل LUVOIR ، سيقوم هذا التلسكوب أيضًا بتصوير أنظمة الكواكب مباشرة لتحليل تكوين أجواء الكواكب مع مرآة كبيرة مجزأة. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه سيدرس أقدم العصور في تاريخ الكون ودورة حياة النجوم الأكثر ضخامة ، وبالتالي يلقي الضوء على كيفية تشكل العناصر الضرورية للحياة.
أيضًا مثل LUVOIR ، ستتمكن HabEx من إجراء دراسات في الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية والبصرية وشبه الحمراء ، وستكون قادرة على حجب سطوع النجم الأم حتى يتمكن من رؤية الضوء ينعكس من أي كواكب تدور حوله. كما أوضح نيل زيمرمان ، خبير وكالة ناسا في مجال الإكليل:
"لتصوير كوكب يدور حول نجم قريب بشكل مباشر ، يجب أن نتغلب على حاجز هائل في النطاق الديناميكي: السطوع الساحق للنجم مقابل الانعكاس الخافت لنجوم النجوم من الكوكب ، بزاوية صغيرة فقط تفصل بين الاثنين. لا يوجد حل جاهز لهذه المشكلة لأنه على عكس أي تحد آخر في علم الفلك الرصدي. "
لمواجهة هذا التحدي ، يدرس فريق HabEx طريقتين ، تشمل ظلال النجوم الخارجية على شكل البتلة التي تمنع الضوء والتوافقات الداخلية التي تمنع ضوء النجوم من الوصول إلى أجهزة الكشف. الاحتمال الآخر الذي يتم بحثه هو تطبيق الأنابيب النانوية الكربونية على الأقنعة التاجية لتعديل أنماط أي ضوء مشتت لا يزال يمر.
أخيرا وليس آخرا هو مساح الأشعة السينية معروف ك حيوان الوشق يجري تطويره بواسطة مركز مارشال لرحلات الفضاء. من المقاريب الفضائية الأربعة ، الوشق هو المفهوم الوحيد الذي سيفحص الكون بالأشعة السينية. باستخدام مطياف التصوير بالأشعة السينية الدقيقة ، سيكشف هذا التلسكوب الفضائي الأشعة السينية القادمة من الثقوب السوداء الهائلة (SMBHs) في مركز أقدم المجرات في الكون.
تتكون هذه التقنية من صور بالأشعة السينية تضرب امتصاصات الكاشف وتحول طاقتها إلى حرارة ، والتي يتم قياسها بواسطة مقياس حرارة. وبهذه الطريقة ، سيساعد Lynx الفلكيين على فتح طريقة تشكل أبكر SMBHs. كما وصف روب بيتر ، عضو الدراسة في Lynx في Goddard ، المهمة:
"لوحظ وجود ثقوب سوداء هائلة في وقت مبكر جدًا في الكون مما تتوقعه نظرياتنا الحالية. نحن لا نفهم كيف تشكلت هذه الأجسام الضخمة بعد فترة وجيزة من الوقت الذي كان يمكن أن تتشكل فيه النجوم الأولى. نحن بحاجة إلى تلسكوب أشعة سينية لرؤية أول الثقوب السوداء الهائلة ، من أجل توفير المدخلات للنظريات حول الكيفية التي ربما تكونت بها. "
بغض النظر عن المهمة التي تختارها وكالة ناسا في نهاية المطاف ، فقد بدأت الوكالة والمراكز الفردية في الاستثمار في الأدوات المتقدمة لمتابعة مثل هذه المفاهيم في المستقبل. قدمت الفرق الأربعة تقاريرها المؤقتة في مارس. بحلول العام المقبل ، يتوقع منهم الانتهاء من التقارير النهائية للمجلس القومي للبحوث (NRC) ، والتي سيتم استخدامها لإبلاغ توصياته إلى وكالة ناسا في السنوات القادمة.
كما أشار تاي فام ، مدير تطوير التكنولوجيا في مكتب برنامج الفيزياء الفلكية التابع لناسا ، إلى:
"أنا لا أقول أنه سيكون سهلا. لن يكون. هذه مهام طموحة ، مع تحديات تقنية كبيرة ، والكثير منها يتداخل وينطبق على الجميع. الخبر السار هو أن الأساس يتم الآن. "
مع نشر TESS الآن ومن المقرر إطلاق JWST بحلول عام 2020 ، من المؤكد أنه سيتم دمج الدروس المستفادة في السنوات القليلة القادمة في هذه المهام. في الوقت الحاضر ، ليس من الواضح أي من المفاهيم التالية ستذهب إلى الفضاء بحلول عام 2030. ومع ذلك ، بين أدواتهم المتقدمة والدروس المستفادة من المهمات السابقة ، يمكننا أن نتوقع أنهم سيحققون بعض الاكتشافات العميقة حول الكون.
