Das römische Weltraumteleskop Nancy Grace der NASA rückt seinem Starttermin im Jahr 2025 immer näher. Dieses Weitfeld-Infrarotteleskop der Hubble-Klasse wird Astronomen dabei unterstützen, die Natur der dunklen Energie zu entdecken, Planeten zu entdecken und großflächige nächtliche Vermessungen durchzuführen Himmel.
Aber selbst mit seiner Leistung wird das Teleskop in seiner Fähigkeit, Planeten zu untersuchen, eingeschränkt sein.
Ein Team von Ingenieuren schlägt vor, eine Folgemission zu Nancy Grace zu fliegen: einen Sternenschatten. Dieses blütenblattförmige Raumschiff könnte mit dem Teleskop in Formation fliegen, das Licht von Sternen blockieren und ihm helfen, die schwächeren Planeten in der Nähe zu sehen.
Ein außergewöhnliches Teleskop bekommt ein Upgrade? Das scheint eine Win-Win-Situation zu sein.
Eines der nächsten Observatorien, das der Menschheit beim Verständnis des Kosmos helfen soll, ist das Nancy Grace Roman Space Telescope (NGRST), früher bekannt als Wide Field InfraRed Survey Telescope (WFIRST). Die Namensänderung sollte das Vermächtnis von Dr. Nancy Grace Roman ehren, die heute als 'Mutter von Hubble' für ihre Arbeit bei der Verwirklichung von Hubble bekannt ist. Sie schuf das Weltraumastronomieprogramm der NASA, wurde die erste weibliche Führungskraft bei der NASA und war in den 1960er und 1970er Jahren die erste Leiterin der Astronomie der NASA. ( Rehm )
„Nancy Grace Roman ist ein Vorbild. Wir benennen diese Mission nach Nancy Grace Roman wegen ihrer großartigen Leistungen. Ich denke, es hat jüngeren Frauen wirklich geholfen [sic] um zu sehen, dass es für eine Frau möglich ist, erfolgreich zu sein, es ist möglich, dass eine Frau die Beste ist“, sagte Dr. Julie McEnery, stellvertretende Projektwissenschaftlerin des Roman Space Telescope. ( Rehm )
NGRST hat eine geplante Missionszeit von fünf Jahren, aber wie immer können wir auf eine längere Dauer hoffen. Der derzeit geplante Starttermin ist 2025, der Start mit einem EELV (Evolved Expendable Launch Vehicle) von Cape Canaveral aus. Es geht los zur zweiten Sonne-Erde L2 Lagrange-Punkt , die sich direkt gegenüber der Sonne auf der anderen Seite des Mondes befindet. Dieser Ort ist ideal, um die Instrumente so kühl zu halten, dass das Observatorium 10x so viele Daten sammeln kann wie Hubble. Während seiner fünfjährigen Mission soll das Licht von einer Milliarde Galaxien gemessen werden.
Künstlerische Darstellung des römischen Weltraumteleskops Nancy Grace (ehemals WFIRST). Bildnachweis: NASA/GSFC
Das sind Hunderte von Milliarden bis hin zu zwei Billionen Galaxien im Universum, nur um die Dinge in die richtige Perspektive zu rücken. ( Strickland )
Dieses Teleskop ist schon beeindruckend, so wie es ist.
Das NASA-Observatorium wird zwei Instrumente an Bord haben, das Wide Field Instrument und das Coronagraph Instrument. Das Weitfeldinstrument verfügt über eine 300-Megapixel-Kamera, die ihm ein 100-mal größeres Sichtfeld als das Hubble-Infrarotinstrument bietet. Dies entspricht mehr Himmelsbeobachtungen in kürzerer Zeit. In fünf Jahren wird es über 50-mal so viel Himmel abgebildet haben, wie Hubble in den ersten dreißig Jahren beobachtete.
Das Coronagraph Instrument (CGI) wird eine kontrastreiche Bildgebung und Spektroskopie von Dutzenden nahegelegener Exoplaneten durchführen. Es wird die Blendung benachbarter Sterne beseitigen und es ihm ermöglichen, Planeten zu sehen, die fast eine Milliarde Mal lichtschwächer sind als ihr Wirtsstern. Die Ergebnisse des CGI werden zukünftigen Missionen helfen, Gesteinsplaneten in der habitablen Zone von Sternen zu beobachten und zu charakterisieren (einem Bereich, in dem die Temperatur auf dem richtigen Niveau ist, um die Bildung von flüssigem Wasser zu ermöglichen, das als wichtiger Bestandteil des Lebens gilt). ( Krishna )
Das NGRST wird Nahinfrarot-Durchmusterungen durchführen, um nahegelegene Sterne und ferne Galaxien zu erkunden. Das Observatorium wird bei der Suche nach Dunkler Materie und Dunkler Energie helfen, und eine Microlensing-Untersuchung wird voraussichtlich ~2600 Exoplaneten finden. Das ist alles schön und gut.
Aber es könnte besser sein.
Künstlerische Darstellung eines Sternenschattens, der das Sternenlicht eines nahegelegenen Planetensystems blockiert und Bilder von erdgroßen Planeten in den bewohnbaren Zonen um sonnenähnliche Sterne ermöglicht. (Bildquelle: Jay Wong, Los Angeles, Kalifornien.)
Da ist ein Vorschlag von Andrew Romero-Wolf et al., um das zu entwickeln, was als bezeichnet wird Sternenschatten-Rendezvous-Sonde . Dies wäre ein 26 Meter (~85 Fuß) frei fliegendes Gerät, das es dem römischen Weltraumteleskop Nancy Grace ermöglichen würde, erdähnliche Exoplaneten in den bewohnbaren Zonen ihres Wirtssterns zu erkennen und die Empfindlichkeit zu erhöhen, um erdähnliche Exoplaneten spektral zu charakterisieren. Es wäre auch in der Lage, den Staub zu erkennen, der erdähnliche Exoplaneten umgibt. Dieser Staub hat eine geringe Masse, aber eine große Fläche, die es einfacher macht, ihn zu beobachten als der Planet selbst.
Planeten sind etwa 10 Milliarden Mal dunkler als das Licht ihres Muttersterns. Sternenschatten funktionieren, indem sie dieses Licht blockieren, ähnlich wie bei einer Sonnenfinsternis. Während einer Sonnenfinsternis ist es einfacher zu sehen, was um die Sonne herum passiert, ohne dass sie blendet. Wenn ein Starshade eingesetzt wird, ermöglicht es die direkte Abbildung der Planeten um einen Stern und bietet auch die Möglichkeit, die Atmosphären von Exoplaneten zu analysieren.
Der Sternenschirm ist kein neues Konzept. Die NASA hat bereits an einer blütenblattförmigen Version gearbeitet. Diese Form wurde entwickelt, um die Krümmung von Lichtwellen zu verringern, sodass Planeten abgebildet werden können, ohne von ihrem Muttersternlicht überwältigt zu werden. ( Rodriguez ) Northrop Grumman hilft bei der Entwicklung des Sternenschattens, der höher als ein 15-stöckiges Gebäude ist und in einer Entfernung von 20.000 – 40.000 Kilometern von seinem Observatorium fliegen würde. Es wird erwartet, dass es dabei hilft, extrasolare Planeten innerhalb von 50 Lichtjahren von uns zu entdecken. ( Northrop Grumman )
Dabei gibt es einige Hürden zu nehmen. Dies ist eine Technologie, die noch nie zuvor gebaut wurde und sehr detailliertes Engineering erfordert. Sternenschatten und Observatorium in perfekter Ausrichtung zu halten wird nur eine der schwierigen Aufgaben sein, denen sich Ingenieure stellen müssen. JPL-Ingenieur Michael Bottom drückte es am besten aus, als er sagte: „Wenn der Sternenschirm auf die Größe eines Getränkeuntersetzers verkleinert würde, hätte das Teleskop die Größe eines Radiergummis und sie wären etwa 100 Kilometer voneinander entfernt. . Stellen Sie sich nun vor, diese beiden Objekte schweben frei im Raum. Sie erleben beide diese kleinen Stöße und Stöße durch die Schwerkraft und andere Kräfte, und über diese Entfernung versuchen wir, sie beide auf etwa 2 Millimeter genau ausgerichtet zu halten.“ ( NASA )
Und dann ist da noch das Entfalten des Sternenschirms. Das obige Video zeigt, was der Sternenschatten tun muss, um sich richtig zu entfalten, und dies sind nur die ersten kleinen Schritte. Bis ein Starshade für eine Mission bereit ist, kann man sich nur vorstellen, wie viele komplizierte Schritte, Motoren und Aktoren erforderlich sind, damit er richtig eingesetzt wird. Wenn der Entfaltungsprozess der Sonnenblende des James Webb-Weltraumteleskops ein Indikator ist, wird dies keine leichte Aufgabe sein.
Auch mit dem nächsten Flaggschiff-Observatorium wie HabEx oder Luvoir , wird es innerhalb des nächsten Jahrzehnts kein weiteres Observatorium geben, das in der Lage ist, erdähnliche Exoplaneten zu entdecken. Die Hoffnung ist, dass diese Starshade-Rendezvous-Sonde drei Jahre nach der NGRST-Mission starten wird, sodass sie mindestens zwei Jahre Zeit hat, um bei der Entdeckung dieser erdähnlichen Exoplaneten zu helfen.
Unser Verständnis des Universums erweitert sich mit jedem neuen Observatorium, das in den Weltraum geschossen wird. Technologien wie der vorgeschlagene Sternenschirm werden eine große Hilfe bei der Weiterentwicklung unseres Wissens sein.
Credits
ArXiv: Starshade Rendezvous: Exoplaneten-Empfindlichkeit und Beobachtungsstrategie
NASA-Teleskop WFIRST umbenannt nach 'Mutter von Hubble' Nancy Grace Roman
Flower Power: NASA enthüllt Frühlings-Starshade-Animation
Es könnte weniger Galaxien im Universum geben, als wir dachten
Starshade – Schlüsselwerkzeug bei der Suche nach erdähnlichen Planeten
