Wenn es 2025 in den Weltraum geht, wird die Weitfeld-Infrarot-Vermessungsteleskop (WFIRST) wird das leistungsstärkste Observatorium sein, das jemals eingesetzt wurde, und folgt dem ehrwürdigen Hubble und Spitzer Weltraumteleskope. WFIRST basiert auf einer einzigartigen Kombination aus hoher Auflösung mit einem breiten Sichtfeld und kann das Äquivalent von 100 . erfassenHubble-Qualitätsbilder mit einer einzigen Aufnahme und vermessen den Nachthimmel mit 1.000-facher Geschwindigkeit.
In Vorbereitung auf dieses bedeutsame Ereignis haben Astronomen des Goddard Space Flight Center der NASA Simulationen durchgeführt, um zu demonstrieren, was das WFIRST sehen kann, damit sie ihre Beobachtungen planen können. Um den Zuschauern eine Vorschau darauf zu geben, wie dies aussehen würde, hat das Goddard Space Flight Center der NASA hat ein Video geteilt das simuliert das WFIRST, das eine Vermessung der benachbarten Andromeda-Galaxie (M31) durchführt.
Die Simulation, die diese Woche auf der 235. Sitzung der American Astronomical Society (ASS) in Honululu, stützt sich auf Daten, die vonHubbleim Laufe von Hunderten von Beobachtungen von Andromeda. Auf diese Weise gibt die Simulation dem Betrachter eine Vorschau auf die enorme Weite und die feinen Details, die das WFIRST mit nur einem einzigen Bild liefern kann.
Die simulierte Aufnahme deckt eine Region des Weltraums mit einem Durchmesser von 34.000 Lichtjahren ab und zeigt das rote und infrarote Licht von über 50 Millionen Einzelsternen. Mit dieser Abbildungsleistung könnte das WFIRST in wenigen Monaten so viel vom Himmel im nahen Infrarot vermessen wie Hubble in drei Jahrzehnten – und genauso detailliert.
Elisa Quintana, stellvertretende WFIRST-Projektwissenschaftlerin für Kommunikation am Goddard Space Flight Center der NASA, ist zuversichtlich, dass WFIRST zu einer Revolution in der Astrophysik führen wird. Wie sie kürzlich in einer NASA Pressemitteilung :
„Um grundlegende Fragen zu beantworten wie: Wie häufig sind Planeten wie die in unserem Sonnensystem? Wie entstehen, entwickeln und interagieren Galaxien? Wie genau – und warum – hat sich die Expansionsrate des Universums im Laufe der Zeit verändert? Wir brauchen ein Werkzeug, das uns sowohl einen breiten als auch einen detaillierten Blick auf den Himmel ermöglicht. WFIRST wird dieses Werkzeug sein.“
Die 18 in der Simulation gezeigten Bilder stellen eine genaue Darstellung dessen dar, was der WFIRST bei jedem Zeigen und jeder Bildaufnahme sieht. Mit seinen 18 Detektoren, von denen jeder 4096 x 4096 Pixel misst, deckt das WFIRST bei jeder Ausrichtung eine Fläche ab, die ungefähr das 1,33-fache eines Vollmonds beträgt – während einzelne Hubble-Bilder eine Fläche von weniger als 1% der Fläche eines Vollmonds abdecken.
Zusätzlich zu seinen Bildgebungsfunktionen bietet das WFIRST auch die außergewöhnliche Vermessungsgeschwindigkeit, die das Ergebnis seines großen Sichtfelds ist. Durch die Möglichkeit, ein größeres Gebiet mit einer einzigen Ausrichtung zu überwachen und schnell von einem Feld zum anderen zu wechseln, muss das Missionsteam nicht jedes Mal, wenn es ein neues Feld untersuchen möchte, mühsam neu ausgerichtet werden.
Eine zusammengesetzte Abbildung der Andromeda-Galaxie (M31) unterstreicht das extrem große Sichtfeld des kommenden Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) der NASA. Bildnachweis: DSS/R. Gendler (Hintergrund); NASA/GSFC/ASU (Mond); NASA/STScI/B. F. Williams/UoW (Simulation)
Ein weiterer Faktor ist die Umlaufbahn, die die WFIRST einnehmen wird, die eine Sicht auf den Weltraum ermöglicht, die im Allgemeinen von der Erde nicht behindert wird. WohingegenHubble's Low Earth Orbit (LEO) von etwa 560 km (350 mi) bedeutete, dass es oft nur für die Hälfte seiner Umlaufzeit in der Lage war, Daten zu sammeln, WFIRST wird sich in einer weiten Umlaufbahn von etwa 1,6 Millionen km (1 Million mi) befinden. . In dieser Entfernung können Beobachtungen nahezu kontinuierlich durchgeführt werden.
Ben Williams, Astronom an der University of Washington in Seattle, war für die Erstellung des simulierten Datensatzes für dieses Bild verantwortlich. Als er erklärt , bietet das WFIRST eine wertvolle Gelegenheit, große nahe Objekte wie Andromeda zu verstehen, deren Aufnahme ansonsten extrem zeitaufwändig ist, weil sie einen so großen Teil des Himmels einnehmen:
„Wir haben die letzten Jahrzehnte damit verbracht, hochaufgelöste Bilder in kleinen Teilen naher Galaxien zu bekommen. Mit Hubble erhalten Sie diese wirklich verlockenden Einblicke in sehr komplexe Systeme in der Nähe. Mit WFIRST können Sie das Ganze auf einmal ohne großen Zeitaufwand abdecken.“
Grundsätzlich bietet die Möglichkeit, Bilder eines so großen Gebiets aufzunehmen, den Astronomen den Kontext, den sie benötigen, um zu verstehen, wie Sterne entstehen und wie sich Galaxien im Laufe der Zeit verändern. Im Wesentlichen wird ein weites Sichtfeld es Astronomen ermöglichen, nicht nur einzelne Sterne oder Galaxien zu studieren, sondern auch die Strukturen, die sie bewohnen, und ihre Umgebung.
Das Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) der NASA wird Bilder in Hubble-Qualität aufnehmen, die Himmelsstreifen abdecken, die 100-mal größer sind als Hubble. Credits: NASA/GSFC/Conceptual Image Lab
Mit diesem Technologie- und Leistungsniveau freuen sich Missionslotsen darauf, riesige Datenmengen im Kosmos zu sammeln. Im Laufe seiner geplanten 5-Jahres-Mission wird WFIRST voraussichtlich mehr als 20 Petabyte an Informationen über Tausende von Planeten, Milliarden von Sternen und Millionen von Galaxien sammeln. Diese Daten werden verwendet, um die grundlegenden Fragen des Kosmos und der ihn zugrunde liegenden Gesetze zu klären.
Dazu gehört, ob die kosmische Expansion auf eine mysteriöse, unsichtbare Kraft (auch bekannt als Dark Energy) oder einen Zusammenbruch von . zurückzuführen ist Generelle Relativität auf kosmologischen Skalen; wann die ersten Galaxien im Universum erschienen und wie sie sich seitdem entwickelt haben; und ob Planeten außerhalb unseres Sonnensystems (extrasolare Planeten) genügend Atmosphären und die notwendigen Bedingungen auf ihrer Oberfläche haben, um Leben zu ermöglichen.
Julianne Dalcanton, Professorin für Astronomie an der University of Washington, leitete die Panchromatisches Hubble Andromeda Treasury (PHAT) Programm, auf dem die simulierten Daten basieren. Als sie erklärt , die Kombination der Ultra-Tele- und Super-Weitwinkel-Fähigkeiten von WFIRST (wie durch ihre Simulation demonstriert) hat das Potenzial, bahnbrechend zu sein:
„Die PHAT-Umfrage von Andromeda war ein enormer Zeitaufwand, der sorgfältige Begründung und Voraussicht erforderte. Diese neue Simulation zeigt, wie einfach eine gleichwertige Beobachtung für WFIRST sein könnte.“
Eines der Hauptziele von WFIRST ist die Untersuchung der kosmischen Expansion, um die Rolle der Dunklen Energie zu bestimmen. Bildnachweis: NASA/GSFC
Sobald es betriebsbereit ist, wird WFIRST einen erheblichen Teil seiner Zeit damit verbringen, Hunderttausende entfernter Galaxien auf Supernova-Explosionen zu überwachen, die verwendet werden können, um Dunkle Energie und die Expansion des Universums zu untersuchen. Es wird diese Zeit auch nutzen, um die Formen und Verteilungen von Galaxien zu kartieren, um besser zu verstehen, wie sich das Universum in den fast 14 Milliarden Jahren seit dem Urknall entwickelt hat.
WFIRST wird auch die Helligkeit von Milliarden von Sternen in der Milchstraße überwachen, um nach möglichen Mikrolinsenereignissen Ausschau zu halten. Diese treten auf, wenn Planeten zwischen ihrem Stern und dem Beobachter wandern und das Licht des Sterns vorübergehend verstärken. Aufgrund seiner hohen Auflösung soll WFIRST viele kleine, von ihrem Stern entfernte Exoplaneten und Schurkenplaneten erkennen – und damit eine entscheidende Rolle bei der Vervollständigung der Exoplanetenzählung spielen.
WFIRST wird auch als Technologiedemonstrator fungieren, indem es einen Koronagraphen trägt, ein Instrument, das das Licht eines Sterns blockieren soll, damit Planeten, die ihn umkreisen, direkt abgebildet und charakterisiert werden können. Zum ersten Mal werden die von WFIRST gesammelten Daten frei zugänglich und sofort öffentlich zugänglich sein. Laut Dalcanton ist dies einer der wichtigsten Aspekte der Mission.
„Tausende von Köpfen aus der ganzen Welt werden in der Lage sein, über diese Daten nachzudenken und neue Wege zu ihrer Verwendung zu finden“, sie genannt . „Es ist schwer vorherzusagen, was die WFIRST-Daten entschlüsseln werden, aber ich weiß, dass die Entdeckung umso schneller wird, je mehr Leute sie betrachten.“
Künstlerische Illustration des Exoplaneten HR8799e. Das GRAVITY-Instrument der ESO auf ihrem Very Large Telescope Interferometer machte die erste direkte optische Beobachtung dieses Planeten und seiner Atmosphäre. Bildnachweis: ESO/L. Calçada
Um das Ganze abzurunden, wird die WFIRST-Mission die bereits im Weltraum befindlichen Observatorien ergänzen. Dazu gehören NASAsHubbleund derJames Webb Weltraumteleskop(die auch umfangreiche Untersuchungen im nahen Infrarot durchführen wird) sowie die ESA EuklidMission – das die Geschwindigkeit misst, mit der sich das Universum ausdehnt, um die Rolle von Dunkler Materie und Dunkler Energie zu bestimmen.
Als Karoline Gilbert, WFIRST Mission Scientist am Space Telescope Science Institute (STSI) in Baltimore, Maryland, Leg es :
„Mit dem hundertfachen Sichtfeld von Hubble und der Fähigkeit, den Himmel schnell zu vermessen, wird WFIRST ein äußerst leistungsfähiges Entdeckungswerkzeug sein. Webb, das 100-mal empfindlicher ist und tiefer ins Infrarote sehen kann, wird die seltenen astronomischen Objekte, die von WFIRST entdeckt wurden, in exquisiten Details beobachten können. In der Zwischenzeit wird Hubble weiterhin einen einzigartigen Einblick in das optische und ultraviolette Licht bieten, das von den von WFIRST entdeckten Objekten emittiert wird, und Webb folgt.“
Die 2020er Jahre werden eine sehr aufregende Zeit für Astronomen und Enthusiasten der Weltraumforschung. Abgesehen von Boden- und Weltraumteleskopen der nächsten Generation, die in Dienst gestellt werden, sind eine Reihe von Missionen zum Mond, zum Mars und zum äußeren Sonnensystem bestimmt. Wenn man die Geheimnisse des Universums und alles, was darin liegt, mit einer Zwiebel vergleichen kann, dann werden in diesem Jahrzehnt sicher mehrere Schichten zurückgeschält!
Das simulierte Bild wird auf der 235. Sitzung der American Astronomical Society in Honolulu, Hawaii.
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