في العقد المقبل ، سترسل ناسا بعض المرافق الرائعة حقًا إلى الفضاء. وتشمل هذه التلسكوبات الفضائية من الجيل التالي مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) وتلسكوب الفضاء تحت الأحمر الواسع النطاق (WFIRST). بناء على الأساس الذي أنشأته هابل، ستستخدم WFIRST مجموعة أدواتها المتقدمة للتحقيق في بعض أعمق أسرار الكون.
إحدى هذه الأدوات هي الفقرة التاجية التي ستسمح للتلسكوب بإلقاء نظرة واضحة على الكواكب التي تعمل بالطاقة الشمسية. أكملت هذه الأداة مؤخرًا مراجعة أولية للتصميم أجرتها وكالة ناسا ، وهي علامة بارزة في تطورها. وهذا يعني أن الأداة قد استوفت جميع متطلبات التصميم والجدول الزمني والميزانية ، ويمكنها الآن الانتقال إلى المرحلة التالية من التطوير.
يعد الكرونوغراف جزءًا مهمًا من أدوات صيد كوكب WFIRST. عادة ، يصعب تصوير الكواكب الخارجية مباشرة بسبب الوهج الشديد القادم من نجومها الأم. هذا الضوء أقوى بكثير من الضوء المنعكس من سطح الكوكب أو الغلاف الجوي. لهذا السبب ، يتم حجب الآثار الصغيرة للضوء التي تشير إلى وجود كواكب خارجية للأجهزة التقليدية.
لكن بإلغاء الوهج الشديد للنجم ، سيكون لدى الفلكيين فرصة أفضل بكثير في اكتشاف الكواكب التي تدور حوله. وهذا يوفر فائدة إضافية من القدرة على دراسة الكواكب الخارجية مباشرة ، بدلاً من الاعتماد على الطرق غير المباشرة حيث يتم رصد النجوم للهبوط في السطوع (طريقة العبور) أو علامات الحركة ذهابًا وإيابًا ، مما يشير إلى وجود نظام كوكبي ( طريقة السرعة الشعاعية).
بالمقارنة ، تقدم طريقة التصوير المباشر العديد من الفوائد ، مثل القدرة على الحصول على أطياف مباشرة من سطح الكوكب والجو. سيسمح ذلك بإجراء تقييمات أكثر دقة لتكوين كوكب وتكوين غلافه الجوي - أي أنه يحتوي على مياه سطحية وأكسجين-نيتروجين
كما أوضح جايسون رودس ، عالِم مشروع تلسكوب المسح بالأشعة تحت الحمراء واسع النطاق (WFIRST) في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا:
"ما نحاول القيام به هو إلغاء مليار فوتون من النجم مقابل كل واحد نلتقطه من الكوكب ... مع WFIRST سنكون قادرين على الحصول على صور وأطياف لهذه الكواكب الكبيرة ، بهدف إثبات التقنيات التي سيتم استخدامها في مهمة مستقبلية - للنظر في نهاية المطاف إلى الكواكب الصخرية الصغيرة التي يمكن أن يكون لها ماء سائل على أسطحها ، أو حتى علامات الحياة ، مثل أسطحنا.
إن أداة WFIRST التاجية (المعروفة أيضًا باسم "نظارات النجوم") عبارة عن قطعة تقنية متعددة الطبقات ومعقدة للغاية ، تتكون من نظام من الأقنعة والموشورات والكاشفات ومرايا ذاتية الانثناء. هذه المرايا هي المكونات الرئيسية التي تغير شكلها في الوقت الحقيقي لاستيعاب الضوء الوارد لتعويض التغييرات الطفيفة في بصريات التلسكوب.
جنبًا إلى جنب مع "الأقنعة" عالية التقنية والمكونات الأخرى - المعروفة باسم "التحكم النشط في واجهة الموجة" - تزيل هذه المرايا التداخل الناجم عن موجات الضوء التي تنحني حول حواف عناصر حجب الضوء في coronagraph. والنتيجة النهائية لذلك هي أن ضوء النجوم يصبح خافتًا بينما ستظهر أشياء متوهجة بشكل خافت (كانت غير مرئية سابقًا).
بالإضافة إلى كونها أكثر قدرة من 100 إلى 1000 مرة من الفقرات التاجية السابقة ، فإن تتابع WFIRST هو بمثابة أداة تكنولوجية ستختبر فعاليتها في المساعدة في العثور على الكواكب الخارجية. ستمهد هذه الاختبارات الطريق لإضافة نسخ موسعة حتى إلى المقاريب الأكبر ، والتي تشمل المراصد الأربعة المقترحة التي سيتم إرسالها إلى الفضاء بحلول 2030.
وتشمل هذه مساح كبير بالأشعة فوق البنفسجية والبصرية والأشعة تحت الحمراء (LUVOIR) ، أصول تلسكوب الفضاء (OST) ، و مساح الوشق بالأشعة السينية. باستخدام التاجيات الأكبر والأكثر تقدمًا ، ستتمكن هذه المقاريب من إنتاج "صور" أحادية البكسل للكواكب الأصغر التي تدور بالقرب من شموسها (وهو المكان الذي يُرجح فيه العثور على الكواكب الصخرية).
بمجرد تحليل الضوء من هذه الصور باستخدام مطياف ، سيكون الفلكيون قادرين على البحث عن علامات الحياة (المعروفة أيضًا باسم biosignatures) كما لم يحدث من قبل. كما قال رودس:
"مع WFIRST ، سنتمكن من الحصول على صور وأطياف لهذه الكواكب الكبيرة ، بهدف إثبات التقنيات التي سيتم استخدامها في مهمة مستقبلية - للنظر في نهاية المطاف إلى الكواكب الصخرية الصغيرة التي يمكن أن يكون لها ماء سائل على أسطحها ، أو حتى علامات الحياة ، مثل حياتنا ".
يعد إدراج فقرة توجية على WFIRST أمرًا مهمًا لأنه سيكون أول مهمة حيث أن هابل (في المدار منذ عام 1990) هي المهمة الرئيسية الوحيدة للفيزياء الفلكية التابعة لناسا التي تضم هذه التكنولوجيا. بطبيعة الحال ، كانت الفقرات الإرشادية لهابل أبسط وأقل تعقيدًا من الإصدارات التقنية التي سيستخدمها WFIRST.
في حين سيتم إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في وقت سابق (من المقرر حاليًا إطلاقه في عام 2021) وسيتم تجهيزه أيضًا بالتكنولوجيا ، إلا أنه لن يتباهى بنفس قدرة قمع ضوء النجوم مثل WFIRST. لذا ، في حين أن WFIRST ستكون ثالث مهمة رائدة تستخدم تقنية coronagraph ، إلا أنها ستكون الأكثر تعقيدًا.
قال رودس: "يجب أن يكون WFIRST أقوى بمرتين أو ثلاث مرات من أي فقرة توجية أخرى على الإطلاق (في قدرته على تمييز كوكب عن نجمه)". "يجب أن تكون هناك فرصة لبعض العلوم المقنعة حقًا ، على الرغم من أنها مجرد عرض توضيحي للتكنولوجيا."
يمكن أن يسمح هذا النوع من تقنية coronagraph أيضًا بأوضح صور تم التقاطها على الإطلاق لنظام نجمي في المراحل الأولى من التكوين. يتميز هذا النجم بنجم محاط بقرص هائل من الغبار والغاز بينما تتكون الكواكب ببطء من مادة متراكمة. حاليًا ، أفضل طريقة لدراسة هذه الأقراص هي عن طريق المسوحات بالأشعة تحت الحمراء التي يمكنها تصور الحرارة الممتصة من نجمها الأم.
مثل فانيسا بيلي ، عالمة الفلك في JPL وتقني الأدوات في WFIRST
"أقراص الحطام التي نراها اليوم حول نجوم أخرى أكثر إشراقًا وأكبر حجمًا مما لدينا في نظامنا الشمسي. يمكن لأداة WFIRST التاجية دراسة مادة قرص أكثر خفة وانتشارًا تشبه إلى حد كبير حزام الكويكبات الرئيسي وحزام كويبر وغبارًا آخر يدور حول الشمس ".
يمكن لهذه الدراسات أن تعطي نظرة ثاقبة حول كيفية تشكيل نظامنا الشمسي. بمجرد عرض التكنولوجيا بنجاح خلال الأشهر الـ 18 الأولى من المهمة ، قد تبدأ وكالة ناسا ما يعرف باسم "برنامج العلماء المشاركين". في إطار هذا البرنامج ، ستكون الفتحة مفتوحة للمجتمع العلمي ، مما يسمح بتنوع أكبر من المراقبين والتجارب.
إن المراجعة الأولية للتصميم هي واحدة من عدة دراسات مصممة لفحص كل جانب من جوانب المهمة. كل مراجعة شاملة وتهدف إلى التأكد من أن كل جزء فردي سيعمل مع الآخرين. مع اكتمال مراجعة التصميم الآن ، يتقدم جدول تطوير coronagraph بخطى سريعة.
هذا هو العنصر الرئيسي الثاني في مهمة WFIRST للحصول على تصريح. تم مسح أداة Wide-Field Instrument مرة أخرى في يونيو ، وهي كاميرا 288 ميجابيكسل متعددة الموجات بالقرب من الأشعة تحت الحمراء التي ستوفر حدة صور مماثلة لتلك التي حققتها هابل على حقل أكبر 100 مرة. تعتبر هذه الكاميرا الأداة الرئيسية لتلسكوب الفضاء.
كما أشار رودس ، ستكون مهمة WFIRST تاريخية مماثلة لتلك المريخ باثفايندر المهمة التي هبطت على كوكب المريخ في عام 1997. كانت هذه أول مهمة لوكالة ناسا لنشر مركبة روفر (Sojourner) على كوكب المريخ ، الذي تحقق من التقنيات والأساليب الرئيسية التي ستدخل في نهاية المطاف روح, الفرصة والفضول و مارس 2020 روفرز.
قال رودس: "كان ذلك عرضًا تكنولوجيًا". "كان الهدف هو إظهار أن مركبة روفر تعمل على كوكب المريخ. لكنها استمرت في القيام ببعض العلوم المثيرة للاهتمام خلال حياتها. لذا نأمل أن يكون الشيء نفسه صحيحًا في العرض التوضيحي للتكنولوجيا التليفزيونية WFIRST ".
