Bu sanatçının konsepti, yıldız gölgesiyle hizalanmış bir uzay teleskobunun geometrisini gösteriyor; bu teknoloji, o yıldızın etrafında dönen gezegenlerin varlığını ortaya çıkarmak için yıldız ışığını engellemek için kullanılıyor.
Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
NASA’nın Yaşanabilir Dünyalar Gözlemevi için planlama sürüyor
Ağustos ayı başlarında bilim insanları ve mühendisler, Dünya gibi gezegenlerdeki yaşamı tespit etme kapasitesine sahip ilk uzay teleskopunun nasıl inşa edileceğini tartışmak üzere Caltech’teki küçük bir oditoryumda toplandılar. Yaşanabilir Dünyalar Gözlemevi (HWO) adı verilen önerilen görev konsepti, sonraki güçlü astrofizik gözlemevi olacak. NASA‘S James Webb Uzay Teleskobu (JWST). Yıldızları, galaksileri ve güneş sistemimizin dışındaki, dış gezegenler olarak bilinen gezegenler de dahil olmak üzere diğer birçok kozmik nesneyi inceleme yeteneğine sahip olacak. Dış gezegenlerde yaşam bulmak zor bir ihtimal olsa da, Caltech atölyesi HWO’nun başka yerlerde yaşam aramak için ihtiyaç duyduğu teknolojinin durumunu değerlendirmeyi amaçladı.
Üyesi Dimitri Mawet, “Görevi tasarlamadan önce, anahtar teknolojileri mümkün olduğunca geliştirmemiz gerekiyor” diyor. HWO için Teknik Değerlendirme Grubu (TAG)David Morrisroe Astronomi Profesörü ve Jet Propulsion Laboratuvarı’nda kıdemli bir araştırma bilimcisi (JPL), NASA için Caltech tarafından yönetilmektedir. “Teknolojinin olgunlaşma aşamasındayız. Buradaki fikir, Yaşanabilir Dünyalar Gözlemevi’nin devrim niteliğindeki bilimini sunmasını sağlayacak teknolojileri daha da geliştirmek ve aynı zamanda maliyet aşımı risklerini en aza indirmektir.”
Bir gezegen için en umut verici adaylardan biri olan kayalık ötegezegen Kepler-186f’ye ilişkin bir sanatçının izlenimi, potansiyel olarak yaşanabilir olabilir, ancak yaşamı destekleyebilmesi için Dünya ile karşılaştırıldığında ne kadar benzer veya farklı olması gerekir? Katkıda bulunanlar: NASA/Ames/SETI Enstitüsü/JPL–Caltech.
HWO’nun Kökeni ve Amacı
İlk olarak Ulusal Bilimler Akademisi’nin bir parçası olarak önerildi Decadal Astronomi ve Astrofizik Araştırması 2020 Astronomi topluluğunun hedeflerini özetleyen 10 yıllık bir yol haritası olan (Astro2020) HWO, 2030’ların sonlarında veya 2040’ların başlarında piyasaya sürülecek. Misyonun gözlem süresi genel astrofizik ve dış gezegen çalışmalar.
Astro2020 decadal raporunun iki başkanından biri olan Fiona Harrison, “Decadal Araştırması, astrofizik için sahip olacağı dönüşümsel yeteneklerin yanı sıra kendi güneş sistemimiz dışındaki tüm güneş sistemlerini anlama yeteneği nedeniyle bu görevi en büyük öncelik olarak önerdi” diyor. ve Caltech’te Harold A. Rosen Fizik Profesörü ve ayrıca Fizik, Matematik ve Astronomi Bölümü Kent ve Joyce Kresa Liderlik Başkanı.
Teknolojik Gelişmeler ve Zorluklar
Uzay teleskopunun ötegezegenlerin atmosferlerini karakterize etme ve dolayısıyla yaşamı işaret edebilecek izleri arama yeteneği, uzak bir yıldızdan gelen parlamayı engelleyen teknolojilere bağlıdır. Yıldızın ışığını engellemenin iki ana yolu vardır: Teleskobun içinde koronagraf olarak bilinen küçük bir maske ve teleskopun dışında yıldız gölgesi olarak bilinen büyük bir maske. Aşağıdaki animasyonda görüldüğü gibi, uzayda yıldız gölgeleri ayçiçeği şeklinde dev bir yapıya dönüşecektir.
Bu animasyon, gelecekteki uzay teleskoplarının gezegenlerin fotoğraflarını çekebilmesi için yıldızların parıltısını engellemek üzere tasarlanmış dev bir yapı olan yıldız gölgesinin prototipini göstermektedir. Kredi bilgileri: NASA
Her iki durumda da yıldızların ışığı engellenir ve böylece yakındaki bir gezegenden yansıyan zayıf yıldız ışığı ortaya çıkar. Bu süreç, gülümseyen arkadaşlarınızın fotoğrafını çekerken güneşi engellemek için elinizi kaldırmaya benzer. Araştırmacılar, bir gezegenin ışığını doğrudan yakalayarak, kimyasal izleri bulmak amacıyla o ışığı incelemek için spektrometre adı verilen diğer araçları kullanabilirler. Uzak bir yıldızın yörüngesinde dönen bir gezegende herhangi bir yaşam varsa, o zaman bu yaşamın kolektif nefes alıp verişleri biyolojik imzalar biçiminde tespit edilebilir.
NASA’nın JPL’deki Dış Gezegen Keşif Programı baş teknoloji uzmanı Nick Siegler, “Yalnızca galaksimizdeki yaşanabilir bölgede birkaç milyar kadar Dünya boyutunda gezegenin bulunduğunu tahmin ediyoruz” diyor. Yaşanabilir bölge, bir yıldızın etrafındaki sıcaklıkların sıvı su için uygun olduğu bölgedir. “Oksijen, metan, su buharı ve yaşamın varlığına işaret edebilecek diğer kimyasalları aramak için bu ötegezegenlerin atmosferlerini araştırmak istiyoruz. Küçük yeşil adamlar değil, bu önemli kimyasalların spektral imzalarını veya biyolojik imza dediğimiz şeyleri göreceğiz.”
Siegler’e göre NASA, gaz devi ötegezegenleri görüntülemek için gelişmiş bir koronagraf kullanacak olan NASA’nın Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu’na yapılan son yatırımları temel alarak HWO konsepti için koronagraf rotasına odaklanmaya karar verdi. (Caltech’in IPAC’ı şuraya ev sahipliği yapmaktadır: Roma Bilim Destek Merkezi). Günümüzde koronagraflar, yörüngedeki JWST, Hubble ve yer tabanlı gözlemevleri de dahil olmak üzere diğer birçok teleskopta kullanılmaktadır.
MIT’den Sara Seager, Caltech çalıştayında “Yaşanabilir Dünyalar Gözlemevi için Yıldız Işığının Bastırılmasına Doğru” başlıklı bir konuşma yaptı. Kredi bilgileri: Caltech
Yenilikler ve Gelecek Beklentileri
Mawet, Hawai’i’nin Büyük Adası’ndaki bir dağ olan Maunakea’nın tepesindeki WM Keck Gözlemevi’ndeki aletlerde kullanılmak üzere koronagraflar geliştirdi. Girdap koronagrafı olarak bilinen en yeni versiyon, Mawet tarafından icat edildi ve araştırmacıların Genç ve sıcak gaz devi ötegezegenlerin termal emisyonlarını doğrudan görüntüleyip inceleyin. Koronagraf, bir yıldızın ışığını, cihazın yıldızlarından yaklaşık bir milyon kat daha sönük olan gezegenlerin fotoğraflarını çekebileceği noktaya kadar iptal eder. Bu, araştırmacıların genç gaz devi ötegezegenlerin atmosferlerini, yörüngelerini ve dönüşlerini ayrıntılı olarak karakterize etmelerine olanak tanıyarak diğer güneş sistemlerinin oluşumu ve evrimi hakkındaki soruların yanıtlanmasına yardımcı oluyor.
Ancak, bildiğimiz şekliyle yaşamın gelişmesinin en muhtemel olduğu ikiz Dünya gezegenini doğrudan görüntülemek, mevcut teknolojilerin büyük ölçüde iyileştirilmesini gerektirecektir. Yaşanabilir bölgede, güneş benzeri yıldızların yörüngesinde dönen Dünya gibi gezegenler, yıldızlarının parıltısında kolayca kaybolur. Örneğin kendi güneşimiz, Dünya’nın ışığını 10 milyar kat daha fazla parlatıyor. Bir koronagrafın yıldız ışığını bu seviyede bastırabilmesi için araştırmacıların teknolojilerinin sınırlarını zorlaması gerekecek. Mawet, “Bu gerekli yıldız ışığı bastırma seviyesine yaklaştıkça, zorluklar katlanarak daha da zorlaşıyor” diyor.
NASA Dış Gezegen Keşif Programı Teknoloji Müdürü Dr. Nick Siegler’in anlatımıyla bu sürüm, koronagrafın çalışmalarına ve dış gezegenlerin doğrudan görüntülenmesine nasıl yardımcı olabileceğine ilişkin ayrıntılı bir açıklama sağlıyor. Kredi bilgileri: NASA
Caltech çalıştay katılımcıları, ışık dalgalarının (yukarıdaki videoya bakın) cihazın içindeki ultra hassas deforme edilebilir bir ayna ile kontrol edilmesini içeren bir koronagraf tekniğini tartıştılar. Koronagraflar bir yıldızın ışığının çoğunu engelleyebilirken, başıboş ışık yine de son görüntüye ulaşarak benekler halinde görünebilir. Araştırmacılar, deforme olabilen aynanın yansıtıcı yüzeyini itip çeken binlerce aktüatörü kullanarak, kalan yıldız ışığı damlalarını iptal edebilirler.
Yaklaşan Nancy Grace Roma Uzay Teleskobu Aynası aktif olarak deforme olacağı için “aktif” olarak adlandırılan bu koronograf tipini ilk kez kullanacak. JPL’de daha fazla test yapıldıktan sonra Roma koronagrafı, NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi’ndeki son teleskopa entegre edilecek ve en geç 2027’de uzaya fırlatılacak. Roma koronagrafı, gökbilimcilerin muhtemelen bundan bir milyar kat daha sönük ötegezegenleri görüntülemesine olanak tanıyacak. onların yıldızları. Buna hem olgun hem de genç gaz devlerinin yanı sıra gezegen oluşum sürecinden kalan enkaz diskleri de dahildir.
JPL’de Roman’ın koronagrafı alet teknolojisi uzmanı Vanessa Bailey, “Roma Koronagraf Aleti, NASA’nın güneş sistemimiz dışında yaşam bulma yolundaki bir sonraki adımıdır” diyor. “Günümüzün teleskopları ile Yaşanabilir Dünyalar Gözlemevi arasındaki performans farkı, bir anda kapatılamayacak kadar büyük. Roma Koronagraf Aletinin amacı ara basamak olmaktır. Koronagraf maskeleri ve deforme olabilen aynalar da dahil olmak üzere gerekli teknolojilerin birçoğunu, daha önce laboratuvar dışında ulaşılamayan performans seviyelerinde gösterecek.”
Güneş benzeri bir yıldızın etrafındaki Dünya ikizini doğrudan görüntüleme arayışı, Roman’ın taççekerinin arkasındaki teknolojiyi daha da ileriye taşımak anlamına gelecektir. Mawet, “Aynaları pikometre düzeyinde hassasiyetle deforme edebilmemiz gerekiyor” diye açıklıyor. “Yıldız ışığını, Roman’ın koronagrafına kıyasla kabaca 100 kat daha bastırmamız gerekecek. Çalıştay, teknolojimizdeki boşlukların nerede olduğunu ve önümüzdeki on yılda nerelerde daha fazla gelişme yapmamız gerektiğini anlamamızda bize rehberlik etti.”
Atölyedeki diğer konuşma konuları arasında koronagrafla kullanılabilecek en iyi birincil ayna türü, ayna kaplamaları, mikrometeoroidlerin aynalara verdiği hasarla başa çıkma, deforme olabilen ayna teknolojileri, ayrıca entegre modelleme ve tasarım için dedektörler ve gelişmiş araçlar yer alıyordu. Mühendisler ayrıca yıldız gölgesi ve teknolojik hazırlığı hakkında da bir durum güncellemesi sağladı.
Dünya İkizlerini Keşfetmeye Giden Yol
Bu arada, teknoloji ilerledikçe, diğer bilim adamlarının gözleri HWO’nun görüntüleyeceği Dünya benzeri gezegenleri aramak için yıldızlara çevrilmiş durumda. Şu ana kadar 5.500’den fazla ötegezegen keşfedildi ancak bunların hiçbiri gerçek anlamda Dünya’ya benzemiyor. Yeni Caltech liderliğindeki gezegen avı araçları gibi Keck Gezegen Bulucu (KPF) Keck Gözlemevi’ndeki araştırmacılar, yıldızların yörüngesinde dönerken onlara uyguladıkları çekişleri arayarak gezegenleri bulmak için daha donanımlı hale geldiler. Daha ağır gezegenler, yıldızlarına daha yakın yörüngede dönen gezegenler gibi daha fazla çekme kuvveti uygular. KPF, küçük kırmızı yıldızların yaşanabilir bölgelerinde (kırmızı yıldızların yaşanabilir bölgeleri daha yakındadır) Dünya boyutunda gezegenleri bulmak için tasarlandı. Önümüzdeki birkaç yıl içinde yapılacak ek iyileştirmelerle KPF, Dünya ikizlerini tespit edebilecektir.
HWO’nun 2030’ların sonunda veya 2040’ların başında piyasaya sürülmesiyle birlikte bilim insanları, keşfedilecek en az 25 Dünya benzeri gezegenden oluşan bir kataloğa sahip olmayı umuyor.
Önlerindeki uzun yola rağmen atölyedeki bilim insanları, ülkenin dört bir yanından Pasadena’ya seyahat eden meslektaşlarıyla bu zorlukları hevesle tartıştılar. JPL direktörü Laurie Leshin (MS ’89, PhD ’95) toplantının başlangıcında moral veren bir konuşma yaptı. “Bu heyecan verici ve göz korkutucu bir mücadele” dedi. “Ama hepimiz bunun için yaşıyoruz. Bunu yalnız yapmıyoruz. Bunu işbirliği içinde yapıyoruz.”