Pian tähtitieteilijöillä ja astrofyysikoilla on enemmän havainnointikykyä kuin he tietävät mitä tehdä. James Webb -avaruusteleskooppi ei vain jonain päivänä, vaan joskus parin seuraavan vuoden aikana, toivomme, että jos kaikki menee hyvin ja jos koronavirus ei viivytä sitä uudelleen, se käynnistää ja aloittaa toimintansa. Mutta toinen tehokas NASAn avaruusteleskooppi nimeltä WFIRST on ohittanut tärkeän vaiheen ja on askeleen lähempänä todellisuutta.
WFIRST on lyhenne sanoista Wide Field Infrared Survey Telescope. Siinä on 2,4 metrin objektiivi, joka on samankokoinen kuin Hubblen objektiivi. Mutta WFIRST:llä on laaja näkökenttä, joka on 100 kertaa suurempi kuin Hubblen. Siinä on kaksi tieteellistä instrumenttia: Wide Field Instrument (WFI) ja koronagrafinen instrumentti. Se varustetaan myös 300 megapikselin kameralla.
Vaikka sana infrapuna on kaukoputken nimessä, se havaitsee myös näkyvässä valossa. NASA:n lehdistötiedotteessa sanotaan, että WFIRST pystyy '... havaitsemaan heikkoja infrapunasignaaleja kosmoksen toiselta puolelta ja samalla luomaan valtavia panoraamoja maailmankaikkeudesta...' Sen on määrä julkaista jonkin aikaa 2020-luvun puolivälissä.
NASAn Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) kaappaa Hubble-laatuisia kuvia, jotka kattavat 100 kertaa Hubblea suurempia taivaanalueita. Nämä valtavat kuvat antavat tähtitieteilijöille mahdollisuuden tutkia kosmoksen kehitystä. Sen koronagrafilaite mahdollistaa sen, että se kuvaa suoraan eksoplaneettoja ja tutkii niiden ilmakehää. Kiitokset: NASA/GSFC/Conceptual Image Lab
Äskettäin kriittisen virstanpylvään ohituksen jälkeen NASA antoi WFIRST:lle luvan aloittaa laitteiston kehittäminen ja testaus. WFIRST:n suunnittelu on jo pitkälle edistynyt, ja avaruusteleskooppi käyttää paljon jo kypsää tekniikkaa. Tämä on yksi syy siihen, että projektin arvioidut kehityskustannukset ovat vain noin 3,2 miljardia dollaria, mikä on paljon pienempi kuin JWST:n noin 10 miljardin dollarin hintalappu.
WFIRST:n suunnittelu vaatii paljon jo kokeiltua ja totta tekniikkaa, erityisesti Hubble-laatuisia teleskooppikomponentteja. NASA sanoo myös, että suuri osa suunnittelusta perustuu James Webbin työlästä valmistumispolusta saatuihin kokemuksiin.
WFIRST:n seuraava vaihe on tehtävän suunnittelun viimeistely. NASA rakentaa testiyksiköitä ja suunnittelumalleja nähdäkseen, kestääkö suunnittelu sekä laukaisua että mahdollisia operaatioita avaruudessa. Käynnistyksen jälkeen WFIRST tulee a halo kiertoradalla Sun-Earth LaGrange 2 -pisteessä, sama kuin JWST.
'Ennennäkemättömällä leveyden ja syvyyden yhdistelmällä WFIRST avaa uuden aikakauden universumimme katselemisessa.'
NASA-videosta 'Simuloitu kuva näyttää NASAn WFIRST:n tehon.'
WFIRSTillä on todella mielenkiintoisia tieteellisiä tavoitteita. Infrapunateleskooppina se soveltuu käsittelemään suurempia kysymyksiä maailmankaikkeudesta. Yksi tavoitteista on vastata joihinkin kysymyksiin pimeästä energiasta, maailmankaikkeuden laajenemista ohjaavasta voimasta. Kosmologit haluavat tietää, kuinka pimeä energia on muuttunut ajan myötä ja miten ja miksi universumin laajeneminen kiihtyy.
Teleskooppi toimii myös eksoplaneetoissa, jotka ovat yksi tähtitieteen tärkeimmistä aiheista. Emme vieläkään tiedä, kuinka yleisiä aurinkokuntamme kaltaiset aurinkojärjestelmät ovat ja miten asutettavuus määritetään. WFIRST auttaa tähtitieteilijöitä vastaamaan näihin kysymyksiin.
Se hyödyntää koronagrafia suurten eksoplaneettojen kuvaamiseen suoraan. Se vaatii myös näiden planeettojen spektrejä määrittääkseen niiden ilmakehän koostumuksen, mikä auttaa meitä havaitsemaan biosignatuureja.
Yksi WFIRST:n mielenkiintoisimmista tavoitteista on eksoplaneettojen väestölaskenta. NASA aikoo käyttää mikrolinssiilmiötä suorittaakseen tilastollisen laskennan Linnunradan eksoplaneetoista. Mikrolinssi on, kun näkymätön planeetta oman aurinkokuntamme ulkopuolella liikkuu etäällä olevan taustatähden edessä. Planeetan painovoima toimii linssinä, joka suurentaa tähtien valoa ja saa sen näyttämään kirkkaammalta. NASA odottaa, että WFIRST löytää tuhansia eksoplaneettoja tällä tavalla joitain asiakirjoja ehdottaa 70 000 eksoplaneettaa.
Taiteilijan kuva eksoplaneettasta. WFIRST käyttää mikrolinssitekniikkaa löytääkseen tuhansia eksoplaneettoja. Kuvan ansiot: NASA/STScI
Teleskooppi käsittelee myös muita kysymyksiä, kun ne päätetään. Avaruustiede – ja avaruusteleskoopit – ovat täynnä yllätyksiä, joten todennäköisesti tulee löytöjä, joita emme voi ennustaa etukäteen, ja yllättäviä tuloksia.
WFIRST tarjoaa samat korkearesoluutioiset kuvat kuin Hubble, mutta paljon suuremmalla näkökentällä. Pari kuukautta sitten NASA julkaisi videon, jossa näkyy WFIRST:n teho. Kuten video osoittaa, Hubble-muotokuva Andromedan galaksista vaati yli 400 yksittäisen kuvan ottamista ja sommittelua yhdeksi. Hubblella kesti myös 4 vuotta sen tekemiseen. Tehokas WFIRST pystyy luomaan samanlaisen mosaiikin vain kahdella kuvalla. Kummankin kaappaamiseen kuluu vain noin 90 minuuttia.
Vaikka WFIRST on infrapunateleskooppi, se eroaa JWST:stä, joka on myös infrapuna-teleskooppi, monella tapaa. Kun WFIRST tarjoaa panoraamanäkymät kosmokseen, JWST on paljon herkempi infrapunasäteilyssä. JWST:n herkkyydellä on kuitenkin hintansa. Näiden havaintojen suorittaminen vaatii äärimmäistä kylmää, ja kaukoputkessa on monimutkainen ja kriittinen aurinkosuoja, joka pitää sen viileänä. Tämä aurinkosuoja on taitettava ja pakattava rakettiin laukaisua varten ja otettava käyttöön ennen kuin JWST aloittaa toiminnan.
WFIRST on myös infrapunateleskooppi, mutta se ei vaadi samaa matalaa käyttölämpötilaa. Se tarvitsee edelleen jäähdytysjärjestelmän, mutta ei raskasta ja teknisesti monimutkaista aurinkosuojaa. JWST:n käyttölämpötila on 50 Kelviniä (-223 °C tai -370 °F). WFIRSTin käyttölämpötila ei ole vielä lopullinen, mutta NASA suunnitteluasiakirjoja sanoo sen olevan noin 200 Kelviniä (-73 C tai -100 F).
Sekä JWST että WFIRST ovat infrapuna-alueita, ja niiden tehtävät voivat olla jollain tavalla päällekkäisiä. Kun WFIRST löytää jotain erityisen kiinnostavaa, JWST voi tarkkailla sitä suuremmalla infrapunaherkkyydellä. Tämän tyyppinen päällekkäisyys on kaukoputkitehtävien ja -suunnitelmien rakennuspalikka. Esimerkiksi tuleva Vera C. Rubinin observatorio , jonka pitäisi nähdä ensimmäinen valo myöhemmin tänä vuonna, tutkii taivaalta ohimeneviä esineitä. Kun jotain supernovaa havaitaan, muiden teleskooppien tehtävänä on tarkkailla sitä tarkemmin.
Toistaiseksi WFIRST:tä rahoitetaan vain syyskuuhun 2020 asti. NASA ryhtyy tähän hallinnolliseen varotoimenpiteeseen, koska he haluavat saada James Webbin valmiiksi ja saada sen toimimaan. Kahden suuren ja monimutkaisen hankkeen samaan aikaan meneillään oleminen – molemmat avaruusteleskoopit – mutkistaa molempia projekteja.
WFIRSTin alustava julkaisupäivä on joskus vuonna 2025. Sen suunniteltu tehtävän kesto on viisi vuotta.
LISÄÄ:
- Lehdistötiedote: NASA hyväksyy universumia tutkivan planeetanetsintätehtävän kehittämisen
- NASA: Laajakenttäinen infrapuna-avaruusteleskooppi
- Tekninen paperi: Wide Field Infrared Survey Telescope: 100 Hubblea 2020-luvulle
- Universumi tänään: WFIRST saa koronagrafinsa, joka estää tähtien valon ja paljastaa niiden planeetat