VÉGÜL

Az Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST)  egy olyan űrteleszkóp , amelyet ultraibolya, látható és közeli infravörös tartományban (110–2400 nm) történő működésre terveztek.

A projektet 2009 óta nem frissítették. Jelenleg a LUVOIR új generációs űrteleszkópnak számít .

Tudományos célok

A Space Telescope Institute for Space Studies az ATLAST-ot javasolta a NASA zászlóshajójának . A teleszkóp fő célja, hogy választ találjon arra a kérdésre: van-e élet valahol máshol a galaxisunkban ? Jelenlétét közvetetten megerősítik, ha „biomarkereket” (például molekuláris oxigént, ózont, vizet és metánt) észlelnek a Föld-szerű exobolygók atmoszférájának spektrumában .

A távcső a földönkívüli élet jeleinek keresése mellett egyéb tudományos feladatokkal is foglalkozik majd. Rendelkezik majd a szükséges funkciókkal, hogy felfedje a csillagok kialakulásának törvényeit, és lehetővé teszi számunkra, hogy nyomon kövessük a sötét anyag , a galaxisok és az intergalaktikus közeg közötti összetett kölcsönhatásokat . Az ATLAST által biztosított megfigyelési képességek terén tapasztalható jelentős ugrás miatt ma már nem lehet pontosan megjósolni kutatásának sokszínűségét vagy irányát, ahogy a Hubble-teleszkóp készítői sem látták előre szerepét az óriás exobolygók légkörének jellemzésében vagy a gyorsulás mérésében. kozmikus tágulás szupernóvák segítségével ...

Az élet keresése galaxisunkban

Az ATLAST egy belső koronagráf vagy egy külső csillagblokkoló eszköz (okkulter) segítségével képes leírni a Föld nagyságú exobolygóinak légkörét és felszínét a hosszú életű csillagok lakható zónájában , akár 45 parszek (~146 fényév) távolságban. beleértve a forgási sebességüket, az éghajlatukat és a lehetséges lakhatóságukat. Az ATLAST információkat gyűjt a felszíni jellemzőkről, a felhőzet és az éghajlat változásairól, valamint esetleg a fedő növényzet szezonális változásairól is [1] .

Ahhoz, hogy sikeresen lehessen keresni a biomarkereket exobolygókon, nagy rekesznyílású űrteleszkópra van szükség az ilyen kereséssel kapcsolatos négy fő probléma megoldására.

Az első és legfontosabb probléma: a Föld méretű bolygók nagyon homályosak. A Föld ikertestvére 32 sv távolságban. év, egy G-osztályú csillag körül forog , V ~ 30 magnitúdó lesz. A biomarkerek, például a molekuláris oxigén kimutatásához egy exobolygó atmoszférájában teleszkópra van szükség ahhoz, hogy egy ilyen halvány forrás közvetlen spektroszkópiáját lehessen leolvasni.

A második probléma az, hogy a legközelebbi F, G, K csillagok körüli lakható zóna átlagos szögmérete kevesebb, mint 100 milliívmásodperc (mas). Így egy képalkotó rendszernek ~10-25 mas szögfelbontással kell rendelkeznie ahhoz , hogy egy exobolygó elfogadható legyen.

A harmadik probléma: a lakható zónában a Föld méretű bolygók közvetlen megfigyelése nagy kontrasztot igényel a képalkotó rendszertől, valamint a csillag fényének blokkolását. A számításokból az következik, hogy a szükséges csillagfény-elnyomási tényező től ig . Egyes jelenlegi módszerek képesek ilyen magas kontrasztot biztosítani, de mindegyikhez hullámfront-stabilitás szükséges, ami a földi távcsövekkel a Föld légkörének hatása miatt elérhetetlen. Ezért a szükséges hullámfront-stabilitás eléréséhez űrtávcsövekre van szükség. Végül a biomarkerekkel rendelkező bolygók elég ritkák lehetnek ahhoz, hogy több tucat vagy akár több száz csillagot is át kellene vizsgálni, hogy csak kis számú bolygót találjunk életjelekkel. Azon csillagok száma, amelyeknél az ATLAST képes lesz megszerezni az exobolygók spektrumát, adott jel-zaj arány mellett ésszerű időn belül, megközelítőleg egyenlő , ahol D a teleszkóp apertúrájának átmérője. A számítások azt mutatják, hogy a közeli csillagok bolygóiról származó biomarkerek sikeres kimutatásának esélyeinek növeléséhez legalább 8 m-es nyílású teleszkópra van szükség [2] .

A táblázat a közelben lévő csillagok számát mutatja, amelyeknél a lakható zóna sugara elérhető lesz a megfigyelésre, az alkalmazott távcsövektől függően.

Az intergalaktikus közeg galaxisokkal való kölcsönhatásának tanulmányozása

A galaxisok evolúciójának megértése a középpontjában áll annak megértése, hogy az intergalaktikus közegből származó gáz hogyan jut be a galaxisokba, és hogyan reagálnak erre . A gáz bejutásának és kiáramlásának folyamatainak vizsgálata megfigyelési jellegű. Ezeket a folyamatokat az ultraibolya sugárzás abszorpciójának vizsgálatával és az emissziós vonalspektroszkópiával jellemezhetjük .

Az ultraibolya tartományba eső hullámokra van szükség a meleg intergalaktikus gáz leírásához enyhe vöröseltolódással . A teleszkóp fő feladata a szükséges spektrális felbontású adatsor beszerzése. A teleszkóp ultraibolya spektrográfját ilyen megfigyelések elvégzésére fejlesztik. Sok más tudományos cél is megköveteli az ultraibolya spektroszkópia hasonló érzékenységét (R ~ 20 000-100 000 felbontás) 110-300 nm hullámhosszon. A legnagyobb kockázatot a teleszkóp azon képességére nézve, hogy elérje kitűzött tudományos céljait az ultraibolya tartományban, a hatékony ultraibolya hullám detektorok elérhetősége jelenti. A jelenlegi detektorok azonban elérhetik a javasolt tudományos célokat, de a megfigyelések 4-szer tovább tartanak.

A csillagkeletkezés történetének feltárása

Az ATLAST képes lesz rekonstruálni a csillagkeletkezés történetét több száz galaxisban a Helyi Csoporton kívül , így a tudósok a csillagkeletkezési feltételek teljes spektrumát tanulmányozhatják.

A galaxisok kialakulásának és fejlődésének teljes és pontos elméletéhez pontosan meg kell határozni, hogy a galaxisok hogyan és mikor alkotják csillagpopulációikat , és hogyan változik ez a formáció a környezettel. Ennek legmegfelelőbb módja az óriásgalaxisok csillagpopulációjának elemzése, hogy rekonstruáljuk a csillagkeletkezés történetét, meghatározzuk különböző szerkezeteik kémiai evolúcióját és kinematikáját. Életkoruk legteljesebb és legpontosabb diagnózisát a törpe- és óriáscsillagok tanulmányozásával végzik, beleértve a fő sorozatból való távozás időpontjának meghatározását is . Azonban, miután elhagyta a fő sorozatot, a csillag gyorsan túl halványsá válik ahhoz, hogy a Helyi Csoporton kívüli galaxisokban lévő teleszkópok megfigyeljék . Ez nagymértékben korlátozza azt a képességünket, hogy információt szerezzünk a galaxisok kialakulásának részleteiről, mivel a Helyi Csoport galaxisai nem tipikus mintái a galaxisok populációjának az Univerzum nagyobb léptékében . Az ATLAST képes lesz megfigyelni a Helyi Csoporton kívüli csillagokat . Összehasonlításképpen: a Hubble -teleszkóp és a James Webb-teleszkóp nem rendelkezik a Tejútrendszeren és az Andromédán kívüli óriásgalaxisok megfigyeléséhez szükséges pontossággal . A 8 méteres (9,2 méteres) ATLAST űrteleszkóp 140 (160) galaxis megfigyelésére lesz képes, köztük 12 (13) óriási spirál és a legközelebbi óriás elliptikus Maffei 1 .

A galaxisok korának és egyéb tulajdonságainak meghatározásához csillagok ezreinek fotometriájára van szükség, amelyek 4 rendű fényerőt fednek le. Az ilyen megfigyelések megkövetelik, hogy a teleszkóp látómezője legalább 4 ívperces legyen. Az ATLAST egy 30 méteres földi teleszkóppal (például TMT – Thirty Meter Telescope ) együtt tud működni, kibővítve más jól lakott galaxiscsoportok megfigyelési képességeit a G-osztályú törpecsillagok fotometriás mérésével , amelynek magnitúdója V ~ 35 az űrteleszkóppal, és a földi Brighter Giant Data Telescope beszerzése a szobrászcsoportban . A szobrászcsoport törpesztárjai gyakorlatilag elérhetetlenek a TMT számára.

Sötét anyag kutatás

A törpe szferoid galaxisok (dSph), a leghalványabbak az ismert galaxistípusok közül, a legalkalmasabbak a nem barionos sötét anyag tulajdonságainak tanulmányozására . Ennek több oka is van. Először is, a sötét anyag alkotja tömegük nagy részét: megfigyelések alapján kiderült, hogy ezeknek a galaxisoknak a tömeg-fényesség aránya 10-100-szor nagyobb, mint egy közönséges óriásgalaxisé (például a Tejútrendszer vagy az M31 ). Másodszor, viszonylag sok van belőlük a közelünkben – eddig 19 ilyen galaxist találtak a Helyi Csoportban. Végül, mind a 19 galaxist, amelyek 4-nél több fényerősségrendet fednek le, egy sötét anyag haló veszi körül, amelynek tömege (~10^7) naptömeg ) a 300 parszeknyi középső tartományban. . Az ATLAST mérni fogja a csillagok mozgását ezekben a galaxisokban, és meghatározza gravitációs kölcsönhatásaikat.

Műszaki adatok

Az új távcső koncepcióját a Space Telescope Science Institute javasolta . Az ATLAST lesz a Hubble-teleszkóp utódja , amely képes spektroszkópiailag megfigyelni és fényképezni az ultraibolya, látható és infravörös tartományban lévő csillagászati ​​objektumokat, lényegesen jobb felbontással, mint a Hubble-teleszkóp ( HST) vagy a James Webb -teleszkóp 2021. decemberi felbocsátása. JWST). A JWST-hez hasonlóan az ATLAST is a Föld-Nap rendszer Lagrange L 2 pontjára indul .

Az ATLAST elsődleges tükre 8-16,8 méter átmérőjű lesz, a végleges koncepciótól függően, amelyet egy későbbi időpontban hagynak jóvá. Jelenleg a fejlesztők két különböző architektúrát azonosítottak, de hasonló optikai kialakítással. Az első egy távcső monolit főtükörrel (8 m), a második egy távcső főtükörrel (9,2 m vagy 16,8 m), sok szegmensből épül fel. Ezek az architektúrák egy sor lehetséges technológiát és eszközt fednek le: monolit tükör, akár szegmentált, SLS hordozórakéta vagy Evolved Expendable Launch Vehicle , passzív vagy teljesen aktív hullámfront-vezérlés stb. A nyolcméteres tükör rendelkezik a monolit tükörteleszkópok előnyeivel a nagy képkontraszt és a jó hullámfront szabályozás formájában. A tizenhat méteres tükör rendelkezik mindazokkal az előnyökkel, amelyek a nagy gyűjtőfelületű teleszkópokra jellemzőek. A teleszkóp konstrukciós koncepciói a Hubble és James Webb teleszkóp fejlesztéséből visszamaradt fejlesztésekre vonatkoznak , de jelentős eltéréseket mutatnak ezektől a tervektől, hogy csökkentsék a konstrukció tömegét és összetettségét. Az ATLAST szögfelbontása 5-10-szer jobb lesz, mint a JWST, és érzékenységi határa 2000-szer jobb, mint a HST. Két koncepció – egy 8 méteres monolit tükröt és egy 16,8 méteres szegmentált tükröt tekintve – a fejlesztés alatt álló SLS hordozórakéta használatát foglalja magában. Az ATLAST küldetése azonban nem kizárólag az SLS-en múlik. A 9,2 m-es szegmentált tükörteleszkóp koncepciója EELV-kompatibilis nagymértékben örökli James Webb teleszkóp kialakítását is

Mindkét architektúrában (monolit és szegmentált tükörrel) érthető, hogy az ATLAST ugyanúgy kiszolgálható, mint a HST. Egy automatizált modul (a jelenleg javasolt módszer) vagy egy legénységgel felszerelt Orion űrszonda segítségével a NASA képes lesz kicserélni és visszatérni a Földre elemzés és a jövőbeni frissítések céljából a teleszkóp fedélzetén. A HST-hez és a JWST-hez hasonlóan az ATLAST is napelemekkel fog működni.

Küldetés

Az ATLAST-ot vagy a Kennedy Űrközpontból SLS rakétával, vagy ha a 9,2 méteres tervezést elfogadták, a NASA EELV-k indítására alkalmas létesítményeiből javasolták. A fuvarozó az ATLAST-ot és az Earth Departure Stage miközben a mérnökök ellenőrzik az EDS és ATLAST rendszerek teljesítményét. A tesztelést követően az EDS újra működni fog, és az ATLAST három hónapos utazást kezd a Lagrange L 2 Sun-Earth ponthoz, majd a cél elérése után az úgynevezett " halo pályára " lép. Az L2 pont felé vezető úton a távcső elfordítja az optikáját (ha a szegmentált változatot elfogadják).

A karbantartási küldetések 5-7 évente indulnak, és lehetővé teszik a csillagászok számára, hogy új technológiákkal és új műszerekkel frissítsék az ATLAST távcsövet. A HST-hez hasonlóan az ATLAST is 20 éves élettartammal rendelkezik. 2016 januárjában négy amerikai tudósból és mérnökből álló csapat négy különböző projekten kezdett dolgozni nagy űrmegfigyelők számára. Az egyik ilyen projekt, az úgynevezett Large UV/Optical/Infrared Surveyor ( LUVOIR ), sok tekintetben hasonló az ATLAST-hoz. . Egy másik projekt, a HabExoplanet Imaging Mission ( ) egy optikai egy 4 méteres monolit elsődleges tükörrel, amelyet arra terveztek, hogy közvetlen képeket készítsen az exobolygókról beépített koronagráf vagy külső okkultátor segítségével. 2019-ben ennek a négy csapatnak a jelentései eljutottak az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájához, amely 2021-ben azt javasolja a NASA-nak, hogy melyik projektet részesítse kiemelten kiemelt küldetésként a következő évtizedekben. Mivel egy nagy űrobszervatórium létrehozása legalább 15 évig tart, a világűrbe való kilövése a 2030-as évek második felében várható.

Jegyzetek

1. ↑ ATLAST: Lakható világok jellemzése . Letöltve: 2020. június 26. Az eredetiből archiválva : 2022. február 11. (határozatlan)
2. ↑ Marc Postman et al. Fejlett technológiájú, nagy apertúrájú űrteleszkóp: Technológiai útiterv a következő évtizedre  (eng.)  (nem elérhető link) . Fejlett technológiájú, nagy rekesznyílású űrteleszkóp dokumentumok . Űrteleszkóp Kutatóintézet (2009. május). Letöltve: 2014. április 17. Az eredetiből archiválva : 2013. június 29..

Lásd még

• LUVOIR
• Hubble Űrteleszkóp
• James Webb űrteleszkóp
• exobolygó
• Sötét anyag

Linkek

• Archiválva az eredetiből 2012. július 12-én. Hivatalos oldal