تلسكوب هابل الفضائي موجود في الفضاء منذ 28 عامًا ، وينتج بعضًا من أجمل وأهم الصور العلمية للكون التي التقطتها البشرية على الإطلاق. لكن دعونا نواجه الأمر ، هابل يتقدم في السن ، وربما لن يبقى معنا لفترة أطول.
لا يزال تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا في المراحل النهائية من الاختبار ، وينتظر WFIRST على الأجنحة. سيكون من دواعي سرورنا أن تعرف أن هناك المزيد من التلسكوبات الفضائية في العمل ، وهي مجموعة من أربع أدوات قوية في التصميم في الوقت الحالي ، والتي ستكون جزءًا من المسح العقدي المقبل ، وتساعد على الإجابة عن الأسئلة الأساسية حول الكون.
أعلم ، أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي لم يصل إلى الفضاء حتى الآن ، ولا يزال من الممكن أن يكون هناك المزيد من التأخير أثناء خوض الجولة الحالية من الاختبارات. في الوقت الذي أقوم فيه بتسجيل هذا الفيديو ، يبدو وكأنه مايو 2020 ، ولكن هيا ، تعرف أنه سيكون هناك تأخيرات.
ثم هناك WFIRST ، التلسكوب الفضائي بالأشعة تحت الحمراء ذي الزاوية العريضة والمصنوع من تلسكوب هابل القديم الذي لم يعد مكتب الاستطلاع الوطني بحاجة إليه. يريد البيت الأبيض إلغاؤه ، وأنقذه الكونغرس ، والآن تقوم ناسا ببناء أجزاء منه. بافتراض عدم تعرضه لمزيد من التأخير ، فإننا نتطلع إلى إطلاقه في منتصف 2020.
لقد قمت في الواقع بحلقة حول التلسكوبات الفائقة ، وتحدثت عن جيمس ويب و WFIRST ، لذلك إذا كنت تريد معرفة المزيد عن تلك المراصد ، فراجع ذلك أولاً.
اليوم سنذهب أبعد من ذلك في المستقبل ، لنلقي نظرة على الجيل القادم من المقاريب. تلك التي يمكن إطلاقها بعد التلسكوب الذي يتم إطلاقه بعد التلسكوب التالي.
قبل أن أحفر في هذه المهام ، أحتاج إلى التحدث عن المسح العقدي. هذا هو تقرير صادر عن الأكاديمية الوطنية الأمريكية للكونغرس والناسا. إنها في الأساس قائمة أمنيات من العلماء إلى وكالة ناسا ، تحدد أكبر الأسئلة التي لديهم في مجال العلوم.
هذا يسمح للكونغرس بتخصيص ميزانيات ووكالة ناسا لتطوير أفكار مهمة ستساعد في تحقيق أكبر عدد ممكن من هذه الأهداف العلمية.
تُجرى هذه الاستطلاعات مرة واحدة كل عقد ، لتجمع اللجان في علوم الأرض وعلوم الكواكب والفيزياء الفلكية. يطرحون الأفكار ، يجادلون ، يصوتون ويتفقون في النهاية على مجموعة من التوصيات التي ستحدد أولويات العلوم على مدى العقد المقبل.
نحن حاليًا في فترة الاستقصاء العقدي 2013-2022 ، لذلك في غضون بضع سنوات فقط ، سيكون الاستقصاء التالي مستحقًا وتحديد المهام من 2023-2032. أعلم أن هذا يبدو حقًا مثل المستقبل البعيد ، لكن الوقت ينفد بالفعل لإعادة الفرقة معًا.
إذا كنت مهتمًا ، فسأضع رابطًا إلى آخر مسح للعقد ، وهو مستند رائع وستحصل على فهم أفضل لكيفية اجتماع المهام.
ما زلنا على بعد بضع سنوات من الوثيقة النهائية ، ولكن المقترحات الجادة لا تزال في مراحل التخطيط للجيل القادم من المقاريب الفضائية ، وهي رائعة. لنتحدث عنهم.
HabEx
أول مهمة سننظر إليها هي HabEx ، أو مهمة التصوير للكواكب الخارجية. هذه مركبة فضائية ستصور مباشرة الكواكب التي تدور حول النجوم الأخرى. ستستهدف جميع أنواع الكواكب ، من كوكب المشتري الساخن إلى الأرض الفائقة ، لكن هدفها الأساسي سيكون تصوير الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض وقياس الغلاف الجوي لها.
وبعبارة أخرى ، سيحاول HabEx واكتشاف إشارات الحياة في الكواكب التي تدور حول النجوم الأخرى.
من أجل القيام بذلك ، يحتاج HabEx إلى حجب الضوء من النجم ، بحيث يمكن الكشف عن الكثير من الكواكب الباهتة القريبة. سيكون لديها طريقة وربما طريقتان للقيام بذلك.
الأول هو استخدام التاج. هذه نقطة صغيرة تقع داخل التلسكوب نفسه ، والتي يتم وضعها أمام النجم وتحجب ضوءه. يأتي الضوء المتبقي الذي يمر عبر التلسكوب من أجسام باهتة حول النجم ويمكن تصويره بواسطة مستشعر الجهاز.
يحتوي التلسكوب على مرآة قابلة للتشويه يمكن تعديلها وضبطها حتى تظهر الكواكب الباهتة.
في ما يلي مثال على فقرة توجية مستخدمة ، على التلسكوب الكبير جدًا للمرصد الجنوبي الأوروبي. النجم المركزي مخفي ، ويكشف عن قرص غبار باهت حوله. هذه صورة مباشرة لقزم بني يدور حول نجم.
وهذا واحد من أكثر مقاطع الفيديو الدرامية التي رأيتها على الإطلاق ، مع 4 عوالم بحجم كوكب المشتري تدور حول النجم HR 8799. إنها حركة بسيطة ، قام الباحثون بتحريك حركة الكواكب بين الملاحظات ، ولكن لا يزال ، نجاح باهر.
الطريقة الثانية لحجب الضوء هي استخدام Starshade. هذه مركبة فضائية منفصلة تمامًا تشبه المروحة. تطير على بعد عشرات الآلاف من الكيلومترات من التلسكوب ، وعندما يتم وضعه بشكل مثالي ، فإنه يحجب الضوء من النجم المركزي ، بينما يسمح للضوء من الكواكب بالتسرب حول الحواف.
الحيلة مع Starshade هي تلك البتلات ، التي تخلق حافة أكثر نعومة بحيث تكون موجات الضوء من الكوكب الخافت أقل انحناء. هذا يخلق ظلًا مظلمًا جدًا يجب أن يكون لديه أفضل فرصة للكشف عن الكواكب.
على عكس معظم المهام ، يمكن استخدام Starshades مثل هذا مع أي مرصد في الفضاء. لذا ، يمكن لـ Hubble أو James Webb أو أي مرصد آخر الاستفادة من هذه الأداة.
لقد اشتكينا دائمًا من الكيفية التي يمكننا من خلالها رؤية جزء صغير فقط من الكواكب باستخدام طريقة النقل أو السرعة الشعاعية بسبب كيفية ترتيب الأشياء. ولكن مع مهمة مثل HabEx ، يمكن رؤية الكواكب في الاتجاه ، في أي تكوين.
بالإضافة إلى هذه المهمة الأساسية ، سيتم استخدام HabEx أيضًا لمجموعة متنوعة من الفيزياء الفلكية ، مثل مراقبة الكون المبكر ، ودراسة المواد الكيميائية لأكبر النجوم قبل وبعد انفجارها كمستعرات أعظمية.
حيوان الوشق
التالي ، Lynx ، الذي سيكون الجيل القادم من تلسكوب الأشعة السينية التابع لناسا. والمثير للدهشة ، أنه ليس اختصارًا ، لقد تم تسميته على اسم الحيوان. في الثقافات المختلفة كان يعتقد أن Lynxes لديها القدرة الخارقة على رؤية الطبيعة الحقيقية للأشياء.
توجد الأشعة السينية في الطرف الأعلى من الطيف الكهرومغناطيسي ، ويتم حظرها بواسطة الغلاف الجوي للأرض ، لذلك تحتاج إلى تلسكوب فضائي حتى تتمكن من رؤيتها. في الوقت الحالي ، يوجد لدى ناسا مرصد تشاندرا للأشعة السينية ، وتعمل وكالة الفضاء الأوروبية على مهمة ATHENA ، المقرر إطلاقها في عام 2028.
سوف يعمل Lynx كشريك لتلسكوب James Webb Space Telescope ، ويطل على حافة الكون المرئي ، ويكشف عن الأجيال الأولى من الثقوب السوداء الفائقة الكتلة ، ويساعد على رسم تشكيلها واندماجها بمرور الوقت. سترى إشعاعات قادمة من الغاز الساخن من الشبكة الكونية المبكرة ، حيث كانت المجرات الأولى تتجمع معًا.
وبعد ذلك سيتم استخدامه لفحص أنواع الكائنات التي تركز عليها مراصد الأشعة السينية تشاندرا ، XMM نيوتن وغيرها: النجم النابض ، اصطدام المجرات ، اللفات ، المستعرات الأعظمية ، الثقوب السوداء ، والمزيد. حتى النجوم العادية يمكن أن تصدر مشاعل الأشعة السينية التي تخبرنا المزيد عنها.
تقع الغالبية العظمى من مادة الكون في سحب من الغاز الساخن تصل إلى مليون كلفن. إذا كنت تريد أن ترى الكون كما هو حقًا ، فأنت تريد أن تنظر إليه بالأشعة السينية.
تختلف مقاريب الأشعة السينية عن مراصد الضوء المرئي مثل هابل. لا يمكنك فقط امتلاك مرآة ترتد الأشعة السينية. بدلاً من ذلك ، تستخدم مرايا حدوث الرعي التي يمكنها إعادة توجيه الفوتونات التي تضربها قليلاً ، وتوجيهها إلى الكاشف.
مع مرآة خارجية بطول 3 أمتار ، جزء البداية من القمع ، ستوفر حساسية 50-100 مرة مع مجال الرؤية 16 مرة ، وتجمع الفوتونات بسرعة 800 مرة من سرعة شاندرا.
لست متأكدا ماذا أقول. سيكون مرصد أشعة سينية وحش. ثق بي ، يعتقد علماء الفلك أن هذه فكرة جيدة جدًا.
أصول تلسكوب الفضاء
بعد ذلك ، تلسكوب Origins الفضائي أو OST. مثل جيمس ويب ، وتلسكوب سبيتزر الفضائي ، سيكون OST تلسكوبًا بالأشعة تحت الحمراء ، مصممًا لمراقبة بعض أروع الأجسام في الكون. لكنها ستكون أكبر. في حين أن جيمس ويب لديه مرآة أساسية بطول 6.5 متر ، فإن مرآة OST ستكون بطول 9.1 متر.
تخيل تلسكوبًا كبيرًا تقريبًا مثل أكبر التلسكوبات الأرضية على الأرض ، ولكن في الفضاء. في الفضاء.
لن تكون كبيرة فحسب ، بل ستكون باردة.
تمكنت وكالة ناسا من تبريد سبيتزر إلى 5 كلفن فقط - أي 5 درجات فوق الصفر المطلق ، وأكثر دفئًا بقليل من درجة حرارة الخلفية للكون. إنهم يخططون لخفض Origins إلى 4 كلفن. لا يبدو ذلك كثيرًا ، لكنه يمثل تحديًا هندسيًا كبيرًا.
بدلاً من تبريد المركبة الفضائية بالهيليوم السائل كما فعلوا مع Spitzer ، سيحتاجون إلى إخراج الحرارة على مراحل ، مع عاكسات ، ومشعات ، وأخيرًا مبرد تبريد حول الأدوات نفسها.
باستخدام تلسكوب الأشعة تحت الحمراء الضخم والبارد ، ستدفع Origins وجهة نظر جيمس ويب لتشكيل المجرات الأولى. سوف ننظر إلى العصر الذي كانت فيه النجوم الأولى تتشكل ، وهو الوقت الذي يطلق عليه علماء الفلك العصور المظلمة.
ستشهد تكوين أنظمة الكواكب ، وأقراص الغبار ، وتراقب مباشرة أجواء الكواكب الأخرى التي تبحث عن التواقيع الحيوية ، ودليل على الحياة هناك.
ثلاث مهام مثيرة ، ستدفع معرفتنا بالكون إلى الأمام. لكنني أنقذت أكبر تلسكوب طموح على الإطلاق
LUVOIR
LUVOIR ، أو المساح الكبير للأشعة فوق البنفسجية / البصرية / الأشعة تحت الحمراء. سيكون James Webb تلسكوبًا قويًا ، ولكنه أداة تعمل بالأشعة تحت الحمراء مصممة للنظر إلى الأجسام الأكثر برودة في الكون ، مثل المجرات ذات التحول الأحمر في بداية الوقت ، أو تشكيل أنظمة الكواكب حديثًا. سيكون Origins Space Telescope نسخة أفضل من James Webb.
سيكون LUVOIR الوريث الحقيقي لتلسكوب هابل الفضائي. ستكون أداة ضخمة قادرة على الرؤية بالأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية.
هناك تصميمان في الأعمال. واحد يبلغ عرضه 8 أمتار ويمكن إطلاقه على مركبة ثقيلة مثل Falcon Heavy. وتصميم آخر يستخدم نظام الإطلاق الفضائي الذي يبلغ عرضه 15 مترًا. هذا أكبر بنسبة 50٪ من أكبر مقراب أرضي. تذكر أن هابل 2.6 متر فقط.
سيكون لها مجال رؤية واسع ومجموعة من المرشحات والأدوات التي يمكن لعلماء الفلك استخدامها لمراقبة ما يريدون. سيتم تجهيزه بجهاز كرونوغراف كما تحدثنا سابقًا ، لمراقبة الكواكب مباشرة وإخفاء نجومها ، ومخطط طيف لتحديد المواد الكيميائية الموجودة في أجواء الكواكب الخارجية ، والمزيد.
سيكون LUVOIR أداة للأغراض العامة ، والتي سيستخدمها علماء الفلك لتحقيق الاكتشافات عبر مجالات الفيزياء الفلكية وعلوم الكواكب. لكن بعض قدراتها ستشمل: المراقبة المباشرة للكواكب الخارجية والبحث عن التواقيع الحيوية ، وتصنيف جميع الأنواع المختلفة من الكواكب الخارجية الموجودة ، من المشتري الساخن إلى الأرض الفائقة.
سيكون قادرًا على مراقبة الأشياء داخل النظام الشمسي بشكل أفضل من أي شيء آخر - إذا لم يكن لدينا مركبة فضائية هناك ، فإن LUVOIR ستكون رؤية جيدة جدًا. على سبيل المثال ، إليك نظرة على إنسيلادوس من هابل ، مقارنةً بمنظر لوفير.
سيكون قادرًا على البحث في أي مكان في الكون ، لرؤية هياكل أصغر بكثير من هابل. سترى المجرات الأولى ، والنجوم الأولى ، وتساعد في قياس تركيزات المادة المظلمة عبر الكون.
لا يزال الفلكيون لا يفهمون تمامًا ما يحدث عندما تجمع النجوم كتلة كافية لإشعالها. سينظر LUVOIR في مناطق تكوين النجوم ، وينظر عبر الغاز والغبار ويرى اللحظات الأولى لتكوين النجوم بالإضافة إلى الكواكب التي تدور حولها.
هل جعلتك متحمسًا تمامًا وبالكامل بشأن مستقبل علم الفلك؟ حسن. ولكن ها هي الأخبار السيئة. لا توجد فرصة تقريبًا لتتوافق هذه الحقيقة مع هذا الخيال.
في وقت سابق من هذا الشهر ، أعلنت وكالة ناسا أن مخططي المهام الذين يعملون على هذه التلسكوبات الفضائية سيحتاجون إلى تحديد ميزانياتهم بما بين ثلاثة وخمسة مليارات دولار. حتى الآن ، لم يكن لدى المخططين أي إرشادات ، كان عليهم فقط تصميم أدوات يمكنها إنجاز العلم.
كان المهندسون يعملون في خطط المهام التي يمكن أن تتجاوز بسهولة 5 مليارات دولار لـ HabEx و Lynx و OST ، وكانوا يفكرون في 20 مليار دولار أكبر لشركة LUVOIR.
على الرغم من أن الكونجرس يضغط من أجل ميزانيات كبيرة بشكل مدهش لوكالة ناسا ، فإن وكالة الفضاء تريد من مخططيها أن يكونوا محافظين. وعندما تفكر في كيفية تجاوز الميزانية وأصبح جيمس ويب ، لم يكن الأمر مفاجئًا تمامًا.
كان من المفترض أن يتكلف James Webb في الأصل ما بين واحد وثلاث نقاط خمسة مليارات دولار وإطلاقه بين عامي 2007 و 2011. والآن يبدو أن عام 2020 للإطلاق ، تجاوزت التكاليف ميزانية الكونجرس بتكليف 8.8 مليار دولار ، ومن الواضح أنه لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به.
في اختبار اهتزاز حديث ، وجد المهندسون غسالات ومسامير اهتزت خارج التلسكوب. هذا ليس مثل رف ايكيا مع أجزاء متبقية. هذه القطع مهمة.
على الرغم من أنه تم حفظه من كتلة التقطيع ، يُقدر أن WFIRST Telescope يبلغ 3.9 مليار دولار ، مقارنة بميزانيته الأصلية البالغة 2 مليار دولار.
في نهاية المطاف ، سيتم بناء واحد أو اثنين أو حتى كل هذه التلسكوبات. هذا هو ما يعتقد العلماء أنه الأكثر أهمية لإجراء الاكتشافات التالية في علم الفلك ، ولكن الاستعداد لمعارك الميزانية ، وتجاوزات التكلفة وتمديد الجداول الزمنية. سنعرف بشكل أفضل عندما تجتمع جميع الدراسات معًا في عام 2019.
قد يتطلب الأمر نوعًا من معجزة الهندسة أن تلتقي جميع المقاريب الأربعة معًا ، في الوقت المحدد وفي حدود الميزانية ، لتنتشر في الفضاء معًا في عام 2035. سأبقيك على اطلاع دائم.
