Astronomiya

Yerüstü teleskoplar kosmosda bir ulduz kölgəsindən istifadə edə bilərmi?

Yerüstü teleskoplar kosmosda bir ulduz kölgəsindən istifadə edə bilərmi?

1) Orbitdəki bir ulduz kölgəsi yerüstü teleskoplar tərəfindən istifadə edilə bilərmi? Əgər belədirsə, hansı orbit olmalıdır?

2) Eyni ulduz kölgəsindən iki fərqli kosmik teleskop istifadə edə bilər, yoxsa yerləşdirmə onu praktik etmir?


Ulduz kölgəsi yerdəki teleskop üzərində yerində olsaydı, yer səthindən təqribən 36.000 km məsafədə yerləşən bir geosinxron orbitdə olmalı idi. Bucaq məsafəsini 1 yay saniyəsi (dərəcənin 1/3600) -ni qət etmək üçün ölçüsü 10 km-dir. Şübhəsiz ki, qeyri-mümkün deyil, lakin texnoloji cəhətdən bu anda praktik deyil. Ayrıca, ulduz gölgəsi yalnız səmanın kiçik bir bölgəsini kölgədə qoyacaqdı, buna görə digər müşahidə yerlərindən faydalı olmayacaqdı.

Geosinxron orbitdə ulduz kölgəsindən istifadə edən kosmik teleskoplara gəldikdə; bu, heç olmasa Hubble kimi Yerin ətrafında dövr edən sahələr üçün qeyri-mümkün olardı. Ulduz kölgəsi teleskoplardan daha fərqli bir məsafədə və dolayısı ilə sürətlə Yer kürəsində dövr edir. Gördüyüm qədəri ilə, onları bir neçə dəqiqədən çox müddətə uyğunlaşdırmaq qeyri-mümkün olacaqdır. Buna baxmayaraq, bununla bağlı heç bir sayıqlama etməmişəm.


Yer teleskopları

Çilidə Çox Böyük Teleskopun arxasında ay
Kredit: G.Gillet / ESO

Astronomların istifadə etdikləri teleskopların əksəriyyəti yerüstü kimi tanınır, bu da dünyanın ən yaxşı müşahidə olunan yerlərində Yer üzündə yerləşməsi deməkdir.

Təbii ki, Yer üzündə bir teleskopa sahib olmaq daha asandır, çünki daha tez-tez ziyarət edilə bilər və işlər səhv olarsa düzəltmək çox asandır, eyni zamanda qurmaq da olduqca ucuzdur. Bununla birlikdə, aşağı tərəflər də var. Teleskop yerə qoyulduqda, kosmosa baxmaq üçün Yer atmosferinə baxmalı və atmosfer görüntülərimizi bulanıqlaşdıra bilər.

Atmosfer həm də elektromaqnit spektrinin müəyyən hissələrindəki işığı bloklayır, yəni bu işığı yerdən görə bilmərik və bunun əvəzinə bu məlumatları almaq üçün kosmosa bir teleskop qoymalıyıq.

Atmosferimizdəki işığın yerə keçə biləcəyi boşluqlara deyilir atmosfer pəncərələr və aşağıda görülə bilərlər qeyri-şəffaflıqvə ya nə qədər işığın buraxıldığı 0% (işığa şəffafdır) və ya az saydır (işığa şəffafdır). Qeyri-şəffaflığın 100% olduğu yerlərdə o dalğa uzunluğunun heç bir işığı keçə bilməz və ya bu işığa qeyri-şəffafdır.

Yer atmosferinin fərqli dalğa uzunluğundakı işığa şəffaflığı.
Kredit: NASA

Çiçək gücü: NASA starshade petal prototipi

Astronomlar dolayı yolla ekzoplanetləri 15 ildən çox müddətdir kəşf edirlər, ancaq birinin şəklini çəkmək olduqca çətin bir işi sübut etdi. Bir planetin zəif işığını milyardlarla dəfə daha parlaq bir ulduzdan seçmək kosmik bir samanlıqda bir iynə tapmağa bənzəyir, xüsusən də söz mövzusu planet Dünyaya bənzər kiçik, qayalı bir dünya olduqda. Bu müvəffəqiyyətə çatmaq üçün tədqiqatçılar planetin yaydığı işığı qoruyaraq ulduz işığını qarşısını almaq üçün üsullar inkişaf etdirirlər. Buna ulduz işığının yatırılması deyilir.

NASA & rsquos çiçək formalı ulduz kölgəsini asanlaşdırmaq üçün hazırladığı bir vəzifədir. Kosmik teleskopla birlikdə işləyən ulduz kölgəsi, özünü teleskopla müşahidə olunan ulduz arasında dəqiq bir şəkildə yerləşdirə bilər və ulduz işığını teleskopa və rsquos güzgülərinə çatmadan blok edə bilər ..

Ulduz işığı basıldıqda, ulduzun ətrafında dövr edən ekzoplanetlərdən gələn işıq görünəcəkdi. Bu texnologiyadan istifadə edərək astronomlar bu cür dünyaların bildiyimiz kimi həyatı dəstəkləyə biləcəyinə dair ipucları təqdim edə bilən ekzoplanetlərin və ndash şəkillərin həqiqi şəkillərini çəkə biləcəklər.

Çiçək şəklində ləçəklər, ulduz kölgəsini bu qədər təsirli edən bir hissəsidir. & ldquoLəçəklərin şəkli, uzaqdan göründüyü zaman, işıq dalğalarının daha az əyilməsinə səbəb olan daha yumşaq bir kənar yaradır & rdquo, starshade layihəsində JPL & rsquos aparıcı mühəndisi Dr. Stuart Shaklan dedi. & ldquoKiçik yüngül əyilmə, ulduz kölgəsinin çox qaranlıq olması deməkdir, buna görə teleskop ulduz işığına qapılmadan planetlərin şəkillərini çəkə bilər. & rdquo

Ulduz kölgəsi eyni zamanda unikaldır ki, əksər kosmik cihazlardan fərqli olaraq, iki kosmik gəmi müşahidə sisteminin bir hissəsini təşkil edir. & ldquoŞəkilləri çəkmək üçün əvvəlcədən mövcud olan bir teleskopdan istifadə edə bilərik və rdquo Shaklan'ı izah edir. & ldquoUlduz kölgədə, müxtəlif ulduzların işığını qarşısını almaq üçün hərəkət etməsini təmin edəcək təkərlər var. & rdquo

Bu proses, Shaklan və komandasının ulduz kölgəsini dəqiq kosmosda yerləşdirməsindən tutmuş, düzgün yerləşdirilməsini təmin etmək üçün açmaq üçün çox çalışdıqları bir sıra mühəndislik problemləri təqdim edir. & ldquoHazırdakı vəzifəmiz, ulduz kölgəsini kosmosda necə açacağımızı və bütün ləçəklərin millimetr dəqiqliyi ilə doğru yerdə bitməsini tapmaqdır & rdquo, ulduz kölgəsi layihəsinin əsas tədqiqatçısı Princeton tədqiqatçısı professor Jeremy Kasdin dedi. Kasdin & rsquos qrupu, dizaynın kompüter simulyasiyaları ilə proqnozlaşdırıldığı kimi işığı blokladığını doğrulamaq üçün Princeton-da daha kiçik miqyaslı bir ulduz kölgəsi yaradacaq. Eyni zamanda, JPL komandası dəqiqliyini ölçmək üçün laboratoriyada tam miqyaslı bir ulduz kölgəsi sisteminin yerləşdirilməsini sınayacaq.

Bu çətinliklərə baxmayaraq, ulduz kölgəsi yanaşması planet ovçularına bir çox üstünlük təklif edə bilər. & ldquoBir starshade & rsquos güclü cəhətlərindən biri sadəlikdir & rdquo, Kasdın dedi. & ldquoYıldızdan gələn işıq heç teleskopa çatmır, çünki teleskop sisteminin daha sadə olmasına imkan yaradan ulduz kölgəsi tərəfindən bloklanır. & rdquo Ulduz kölgəsi yanaşmasının bir üstünlüyü də, müşahidələr aparmaq üçün hazırlanmış çox məqsədli kosmik teleskopla istifadə edilə bilməsi. ekzoplanetlərdən başqa sahələrdə çalışan astronomlar üçün faydalıdır.

NASA & rsquos starshade mühəndisləri texnologiyalarının təmizlənməsinin gələcəkdə böyük ekzoplanet kəşflərinin açarı ola biləcəyinə nikbin baxırlar. & ldquoBir ulduz kölgəsi missiyası bizə Yer kürəsindəki, qayaüstü ekzoplanetləri birbaşa təsvir etməyə imkan verəcəkdir ki, bu da yerdən edə biləcəyimiz bir şeydir və rdquo Kasdin deyir. & ldquoBiz insanlara bir nöqtənin şəklini göstərə bilərik və bunun başqa bir Yer kürəsi olduğunu izah edə bilərik. & rdquo


Starshade Aşırıya Uçan Formasiya Alacaqdı

Ekzoplanetləri ovlamaq üçün çiçək kimi kölgənin geniş məsafələrdə kosmik teleskopla uyğunlaşması lazımdır. Son işlər bunun necə mümkün olduğunu göstərir.

Hələ meydana gələn təyyarələri görən hər kəs havada olarkən yüksək səviyyədə sinxronlaşma xüsusiyyətini qiymətləndirə bilər. NASA & # x27s Exoplanet Exploration Program (ExEP) tərəfindən maliyyələşdirilən işdə, Kaliforniyanın Pasadena şəhərindəki Jet Propulsion Laboratoriyasının mühəndisləri yeni bir uçuşa doğru irəliləyirlər.

Onların işləri ulduz kölgəsi adlı bir texnologiyanın mümkünlüyünü yoxlamaq üçün daha böyük bir proqram çərçivəsində mühüm bir mərhələdir. Ulduz kölgələri heç vaxt kosmosda uçmasa da, Yer kürəsi qədər kiçik planetlərin şəkilləri də daxil olmaqla, günəş sistemimizin xaricindəki planetlərin təməlqoyma müşahidələrinə imkan yaradır.

Bu sənətçinin bir ulduz kölgəsi konsepsiyası, texnologiyanın ulduz işığını necə engelleyebileceğini və planetlərin varlığını ortaya qoyduğunu göstərir. Videoda NASA & # x27s Jet Propulsion Laboratoriyası tərəfindən 2013-cü ildə Santa Barbara'daki bir Astro Aerospace / Northroup Grumman müəssisəsində inşa edilmiş bir ulduz kölgəsi modelinin açılması da göstərilir. Kredit: NASA / JPL-Caltech

Gələcək bir starshade missiyası iki kosmik gəmini əhatə edəcəkdir. Bunlardan biri Günəş sistemimizin xaricindəki ulduzları dövr edən planetlərin ovundakı bir kosmik teleskop ola bilər. Digər kosmik gəmi böyük, düz bir kölgə daşıyaraq qarşısından təxminən 25.000 mil (40.000 kilometr) uçacaqdı. Kölgə çiçək açan bir çiçək kimi açılacaq - & quotpetals & quot; ilə tamamlanmış və bir ulduzun işığını bağlayaraq teleskopun hər hansı bir orbitdəki planetə daha aydın bir nəzər salmasına imkan verəcəkdir. Ancaq bu, yalnız iki kosmik gəminin aralarındakı böyük məsafəyə baxmayaraq, bir-birlərindən 3 metr (1 metr) məsafədə yerləşməsinə baxmayaraq qalacaqdı. Bundan başqa, ulduz işığı ulduz kölgəsində teleskopa sızacaq və zəif ekzoplanetləri boğacaq.

& quot; Ulduz kölgəsi texnologiyası üçün danışdığımız məsafələri təsəvvür etmək çətindir, & quot; JPL mühəndisi Michael Bottom dedi. & quot; Ulduz kölgəsi bir içki sahil gəmisi ölçüsünə qədər endirilsəydi, teleskop bir qələm silgi ölçüsündə olardı və onlar 100 kilometrə yaxın məsafədə ayrılmışdılar. İndi bu iki cismin kosmosda sərbəst üzdüyünü təsəvvür edin. Hər ikisi də cazibə qüvvəsindən və digər qüvvələrdən gələn bu kiçik dartma və dartıntıları yaşayırlar və bu məsafədə ikisini də təqribən 2 millimetr aralığında tutmağa çalışırıq. & Quot;

Tədqiqatçılar bir ulduz kölgəsi istifadə etmədən minlərlə ekzoplanet tapdılar, lakin əksər hallarda elm adamları bu dünyaları dolayı yolla kəşf etdilər. Tranzit metodu, məsələn, ana ulduzun qarşısından keçərkən bir planetin varlığını aşkarlayır və ulduzun parlaqlığında müvəqqəti bir düşməyə səbəb olur. Yalnız nisbətən az hallarda elm adamları ekzoplanetlərin birbaşa şəkillərini çəkmişlər.

Ulduz işığının qarşısını almaq daha çox birbaşa görüntüləmə və nəticədə planetar atmosferlərin dərin araşdırmalarının aparılması və ya qayalı aləmlərin səthinin xüsusiyyətləri barədə işarə tapılması üçün açardır. Bu cür tədqiqatlar ilk dəfə Yer üzündən kənarda həyat əlamətlərini aşkar etmək potensialına malikdir.

Ekzoplanetləri tədqiq etmək üçün kosmik ulduz kölgəsindən istifadə etmək fikri əvvəlcə 1960-cı illərdə, ilk ekzoplanetlərin kəşfindən dörd on il əvvəl təklif edilmişdir. Tək bir kosmik gəmini uzaq bir obyektə sabit şəkildə yönəltmək bacarığı da yeni deyilsə də, iki kosmik gəmini bir-birinə arxa plan obyektinə uyğunlaşdırmaq fərqli bir problem növünü təmsil edir.

S5 kimi tanınan ExEP & # x27s Starshade Technology Development üzərində işləyən tədqiqatçılara, gələcəkdə mümkün olan kosmik teleskop missiyaları üçün NADA tərəfindən starshade texnologiyası hazırlamaq tapşırılıb. S5 komandası, bir ulduz kölgəsi missiyasının kosmosa getməyə hazır olmasından əvvəl bağlanması lazım olan üç texnoloji boşluğu həll edir.

Bottom və yoldaş JPL mühəndisi Thibault Flinois tərəfindən görülən iş, mühəndislərin bu sərt və kotirovka algılama və nəzarət & quot tələblərinə cavab verən bir ulduz kölgəsi missiyası istehsal edə biləcəyini təsdiq edərək bu boşluqlardan birini bağlayır. Onların nəticələri ExEP veb saytında mövcud olan S5 Milestone 4 hesabatında təsvir edilmişdir.

Müəyyən bir ulduz kölgəsi missiyasının xüsusiyyətləri - iki kosmik gəmi arasındakı dəqiq məsafə və kölgənin ölçüsü də daxil olmaqla - teleskopun ölçüsündən asılı olacaqdır. S5 Milestone 4 hesabatı əsasən 8500 fut (26 metr) diametrində bir kölgə ilə 12.500 - 25.000 mil (20-40.000 km) arasındakı bir məsafəni araşdırdı. Bu parametrlər NASA & # x27s Geniş Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), 2020-ci illərin ortalarında işə salınması planlaşdırılan 2.4 metr diametrli birincil güzgü olan bir teleskop ölçüsündə bir missiya üçün işləyəcəkdir.

WFIRST, teleskopun içərisində oturan və ekzoplanetlərin öyrənilməsində özünəməxsus güclü tərəflərini təklif edən, koronaqraf adlanan fərqli bir ulduz işığını bloklayan bir texnologiya daşıyacaq. Bu texnologiya nümayişi, WFIRST-in Neptun və Yupiterə bənzər nəhəng ekzoplanetləri birbaşa görüntüləmə imkanı təmin edərək kosmosa çıxan ilk yüksək kontrastlı ulduz tacqrafı olacaqdır.

Starshade və koronaqraf texnologiyaları ayrı-ayrılıqda işləyir, lakin Bottom, hipotetik bir ulduz kölgəsinin hizalamadan çıxdıqda WFIRST-in aşkar edə biləcəyi bir texnikanı sınadı. Az miqdarda ulduz işığı istər-istəməz ulduz kölgəsinin ətrafında əyilərək teleskopun qarşısında açıq və qaranlıq bir naxış əmələ gətirərdi. Teleskop, naxışı teleskopun ön hissəsini içəridən təsvir edə bilən bir şagird kamerası istifadə edərək görəcəkdir - bir avtomobilin içərisindən bir şüşənin çəkilməsinə bənzəyir.

Əvvəlki starshade araşdırmaları bu yanaşmanı düşünmüşdü, lakin Bottom, qaranlıq və qaranlıq naxışların teleskopda yerləşdiyini və mərkəzdən kənarlaşdığını tanıyacaq bir kompüter proqramı quraraq bunu bir həqiqət halına gətirdi. Bottom, texnikanın starshade & # x27s hərəkətini aşkarlamaq üçün son dərəcə yaxşı işlədiyini tapdı.

& quot; Ulduz kölgəsinin vəziyyətindəki bu böyük məsafələrdə belə bir santimetrə qədər bir dəyişiklik hiss edə bilərik & quot;

Ancaq ulduz kölgəsinin uyğunsuzluğun nə vaxt olduğunu müəyyənləşdirmək, onun hizalanmasını təmin etməkdən tamamilə fərqli bir təklifdir. Bu məqsədlə, Flinois və həmkarları, ulduz kölgəsi itələyicilərinin vəziyyətini dəyişdirmək üçün nə zaman atəş açacağını təyin etmək üçün Bottom & # x27s proqramı tərəfindən verilən məlumatlardan istifadə edən bir sıra alqoritmlər hazırladılar. Alqoritmlər ulduz kölgəsini bir neçə gün ərzində teleskopla uyğunlaşdırmaq üçün avtonom şəkildə yaradılmışdır.

Bottom & # x27s işi ilə birləşdirildikdə, bu, iki kosmik aparatın hizalanmasının avtomatlaşdırılmış sensorlar və itələyici idarəetmə elementlərindən istifadə etməklə mümkün olduğunu göstərir. Əslində, Bottom və Flinois tərəfindən hazırlanan əsər, mühəndislərin teleskopdan 46.000 mil (74.000 kilometr) məsafədə yerləşən daha böyük bir ulduz kölgəsinin (daha böyük bir teleskopla birlikdə) uyğunlaşma tələblərini əsaslı şəkildə qarşılaya biləcəyini göstərir.

& quotBuradakı qeyri-adi dərəcədə böyük bir tərəzi ilə bunun ilk baxışdan mümkün olacağını çox əks göstəriş ola bilər.

Bir ulduz kölgəsi layihəsi hələ uçuş üçün təsdiqlənməyib, ancaq 2020-ci illərin sonunda kosmosda WFIRST-a qoşula bilər. Formalaşma ehtiyacını ödəmək layihənin mümkün olduğunu nümayiş etdirmək üçün yalnız bir addımdır.

& quotBu, kosmik texnologiyanın əvvəlki uğurlarına əsaslanaraq fövqəladə hala gəldiyinin gözəl bir nümunəsidir & quot; NASA & # x27s Starshade Technology Development fəaliyyətinin meneceri Phil Willems dedi. & quotBiz Beynəlxalq Kosmik Stansiyasında hər kapsul dayandıqda kosmosda uçan formasiyadan istifadə edirik. Ancaq Michael və Thibault bunun ötəsindən kənara çıxdılar və dünyanın özündən daha böyük tərəzilər üzərində formasiyanı davam etdirməyin bir yolunu göstərdilər. & Quot;


Mündəricat

Astronomik rəsədxanalar əsasən dörd kateqoriyaya bölünür: kosmik, hava, yerüstü və yeraltı.

Yerüstü rəsədxanalar Redaktə edin

Yerin səthində yerləşən yerüstü rəsədxanalar, radio və elektromaqnit spektrinin görünən işıq hissələrində müşahidələr aparmaq üçün istifadə olunur. Əksər optik teleskoplar incə alətləri elementlərdən qorumaq üçün günbəz və ya bənzər bir quruluşa yerləşdirilir. Teleskop günbəzləri damda müşahidə zamanı açıla bilən və teleskop istifadə edilmədikdə bağlana bilən bir yarıq və ya başqa bir açığa malikdir. Əksər hallarda, teleskop günbəzinin yuxarı hissəsinin hamısı alətin gecə səmasının müxtəlif hissələrini müşahidə etməsinə imkan vermək üçün dönə bilər. Radio teleskoplarında ümumiyyətlə günbəz olmur.

Optik teleskoplar üçün əksər yerüstü rəsədxanalar, işığın çirklənməsinin qarşısını almaq üçün əhalinin böyük mərkəzlərindən uzaqda yerləşir. Müasir rəsədxanalar üçün ideal yerlər qaranlıq səmaya, ildə açıq gecələrin böyük bir hissəsinə, quru havaya və yüksəkliklərdə olan yerlərdir. Yüksək yüksəkliklərdə Yer atmosferi daha incə olur və bununla da atmosferdəki qarışıqlığın təsirlərini minimuma endirir və daha yaxşı astronomik "görmə" ilə nəticələnir. [2] Müasir rəsədxanalar üçün yuxarıdakı meyarlara cavab verən saytlara Amerika Birləşmiş Ştatlarının cənub-qərbi, Havay, Kanar adaları, And dağları və Meksikadakı Sierra Negra kimi yüksək dağlar daxildir. [3] Əsas optik rəsədxanalar arasında ABŞ-dakı Mauna Kea Rəsədxanası və Kitt Peak Milli Rəsədxanası, İspaniyadakı Roque de los Muchachos Rəsədxanası və Çilidəki Paranal Rəsədxanası və Cerro Tololo Amerikanlararası Rəsədxanası var.

2009-cu ildə aparılmış xüsusi tədqiqat işi Yer üzündə rəsədxananın mümkün olan ən yaxşı yerin Şərqi Antarktidanın mərkəzi hissəsindəki bir yer olduğunu göstərir. [4] Bu yer ən az atmosfer narahatlığını və ən yaxşı görünmə qabiliyyətini təmin edir.

Radio rəsədxanaları Redaktə edin

1930-cu illərdən başlayaraq Kainatı elektromaqnit spektrinin radio hissəsində müşahidə etmək üçün radio astronomiya sahəsində istifadə üçün radio teleskoplar tikildi. İdarəetmə mərkəzləri, qonaqların yerləşməsi, məlumatların azaldılması mərkəzləri və / və ya texniki xidmət vasitələri kimi dəstəkləyici qurğularla belə bir alət və ya alətlər toplusuna deyilir. radio rəsədxanaları. Radio rəsədxanaları, radio, TV, radar və digər EMI yayan cihazlardan elektromaqnit müdaxilənin (EMI) qarşısını almaq üçün eyni şəkildə böyük populyasiya mərkəzlərindən uzaqda yerləşir, lakin optik rəsədxanalardan fərqli olaraq, EMI ekranlaşdırılması üçün vadilərə radio rəsədxanalar yerləşdirilə bilər. Dünyanın ən böyük radio rəsədxanaları arasında ABŞ-ın New Mexico şəhərindəki Çox Böyük Array, İngiltərədəki Jodrell Bank, Puerto Riko'daki Arecibo, Yeni Cənubi Uelsdəki Avstraliya Parkes və Çilidəki Chajnantor yer alır.

Ən yüksək astronomik rəsədxanaları Redaktə edin

20-ci əsrin ortalarından bəri 4000-5000 m-dən (13000-16000 fut) çox yüksəkliklərdə bir sıra astronomik rəsədxanalar inşa edilmişdir. Bunlardan ən böyüyü və ən diqqətəlayiq olanı Havay'daki 4.205 m (13.796 ft) vulkanının zirvəsi yaxınlığında yerləşən Mauna Kea Rəsədxanasıdır. Boliviyadakı Chacaltaya Astrofizika Rəsədxanası, 5,230 m (17,160 ft) məsafədə, 1940-cı illər ərzində inşa edildiyi andan 2009-cu ilə qədər dünyanın ən yüksək daimi astronomik rəsədxanası idi [5]. İndi yeni Tokyo Universiteti Atakama Rəsədxanası tərəfindən geridə qaldı. , [6] Çili Atacama Səhrasında ucqar 5.640 m (18.500 ft) dağ zirvəsində optik-infraqırmızı teleskop.


Nəticə

Bu səmərəli alqoritmin inkişafı, ulduz kölgəsindən istifadə edərək tamlığın daha dəqiq qiymətləndirilməsinə imkan verir. Bir istifadəçi tərəfindən müəyyən edilmiş astrofizik parametrlər üçün tamlıq qiymətləndirməsini hesablaya bilir. Əhəmiyyəti ondadır ki, ilk dəfə dəyişənlər üçün orta dəyərlər əvəzinə süni şəkillər istifadə etdik. Astronomun prosesini əks etdirməklə alqoritmimiz tamlığın daha real qiymətləndirilməsini yaradır. İyileştirmelerle birlikdə bu alqoritm uğurlu bir missiyanın olma ehtimalını hesablamaq üçün gələcək JPL starshade missiyasının planlaşdırılması üçün çox faydalı ola bilər.


Gələcəyi Görüntüləmə Elmi ilə Görmək: Fənlərarası Tədqiqat Qrupunun Xülasələri (2011)

Çətinlik xülasəsi

Yaşadığımız dünya həyatı əhatə etdiyini bildiyimiz tək planetdir. Planetimiz misilsizdir? Suyun mövcudluğuna dair kifayət qədər dəlillərə baxmayaraq hələ Marsda həyat tapmadıq və günəş sistemimizin başqa bir yerində də həyat dəlili tapmadıq. Tantalize bir ehtimal, həyatın Yupiter və mdashyet'in aylarının buzları altında hələ də mövcud ola biləcəyi bir dəlil yoxdur. Kainatın başqa bir yerində həyat varmı? Planet sistemlərini qonşu ulduzlar ətrafında təsvir edə bilsəydik və əlavə olaraq quran planetlərin səthlərini və atmosferlərini xarakterizə edə bilsəydik, bu sualı cavablandırmağa bir addım daha yaxın olardıq.

Bu günə qədər radial sürət texnikaları, tranzit təcrübələri və mikrolensinqin birləşməsi ilə digər ulduzların ətrafında 400-dən çox planet aşkar edilmişdir. Hubble Kosmik Teleskopu, Spitzer Kosmik Teleskopu və bu hallarda bir neçə yerüstü rəsədxanalardan istifadə edərək bir sıra planetlərin aşağı qətnamə spektrləri də aşkar edilmişdir, planetlər günəş sistemimizdə əksəriyyəti Yupiter olmaqla, heç bir şeydən fərqli cisimlər olmuşdur. Merkuriyə bənzər yörüngələrdə bənzər planetlər. Yerdən və kosmosdan bir neçə planet sisteminin şəkilləri toplanmışdır ki, bu da Günəş sistemimizin hüdudlarından daha da geniş orbitlərdə planetləri göstərdi və Yupiter və rsquos kütləsindən 3 dəfə 20 dəfə çox böyük planet yoldaşları ilə.

Digər ulduzların ətrafındakı özümüzdəki kimi planet sistemləri adi teleskoplar tərəfindən görüntülənməyəcək qədər kiçikdir. Ən yaxın 150 ulduz ətrafında axtarış etmək istəsəydik, daha yaxşı bir açısal çözünürlüklü bir teleskopa ehtiyacımız olardı

20 mas bu, Yer və Venera kimi günəş sistemi analoqlarında yerdən 15 pc məsafədə ayırma imkanı verəcəkdir. Turbulent atmosferimiz yerüstü teleskopları ən yaxşı uyğunlaşma optikləri ilə 50 mas & mdasheven-dən daha yaxşı olmayan qətnamələrlə məhdudlaşdırır. Bundan əlavə, 2.4 m güzgüsü olan Hubble Kosmik Teleskopu da 50 masdan yaxşı olmayan həll gücünə malikdir. Planet sistemlərini özümüzə bənzər şəkildə görüntüləmək üçün yeni inkişaf etmiş kosmik teleskoplara ehtiyac var.

Açısal qətilik məhdudiyyətlərinin xaricində, daha çətin bir problem, planetlərin ətrafında dövr etdikləri ulduzlarla müqayisədə olduqca zəif olmasıdır. Yerə bənzər bir planet, infraqırmızı dalğa boylarında bir qədər daha parlaq olsa da optik dalğa boylarında baxıldığında Günəşə bənzər bir ulduzdan təxminən 10 milyard dəfə daha zəif olardı və sonra yalnız 10 milyon zəifləmə faktoru olardı. Bu səbəbdən, əks halda güzgü səthlərindəki əhəmiyyətsiz qüsurların yaratdığı teleskopun içərisindəki dağınıq ulduz işığı bir planetin işığını tamamilə alt-üst edə bilər. Planetlərin səpələnmiş ulduz işığının parıltısından kənarda görünməsi üçün teleskoplar tələb olunan difraksiyanın məhdud qətnaməsi ilə müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə böyük olmalıdır. Diametri 8 m və ya daha çox olan kosmik teleskoplara ən yaxın onlarla ulduz ətrafında yer planetlərini axtarmaq üçün ehtiyac var.

8 metrlik bir optik kosmik teleskopun yaradılması nəhəng bir texniki və mühəndislik problemidir. Yer üzündəki ən böyük teleskoplar yalnız bir qədər böyükdür, yəni W. M. Keck Rəsədxanasının əkiz 10 metrlik teleskoplarıdır. Başlatma vasitəsinin içərisinə asanlıqla sığacaq ən böyük teleskop daha kiçikdir: yalnız 3,5 m diametrdə. Buna görə teleskop dizaynı və qablaşdırma üçün yenilikçi yanaşmalara ehtiyac var. Əlavə olaraq, teleskopun ulduz işığını 10 milyon - 10 milyard faktorla bastırma qabiliyyətinə sahib olan optikası olmalıdır ki, bu da hələ texnoloji vəziyyətin xaricindədir. Bu yanaşma, əlbəttə ki, kifayət qədər investisiya ilə mümkün olsa da, yalnız bir neçə yaxınlıqdakı planet sistemlərinin görüntülərini təmin edəcəkdir. Digər yenilikçi yanaşmalar da öyrənilməkdədir.

Potensial olaraq daha sadə bir yanaşma, teleskopa girmədən əvvəl də ulduz işığını bloklamaq üçün bir gölgelik istifadə etmək və planetin işığının hələ görülə bilməsi üçün uyğun bir ölçü və məsafəyə sahib olmaqdır. Bir ulduz kölgəsinin bir neçə 10 & kvadrat metr diametrdə olması və teleskopdan bir neçə 10.000 km məsafədə yerləşməsi lazımdır. Bu yanaşma teleskopun özündəki mühəndislik tələblərini xeyli rahatlaşdıra bilər, eyni zamanda digər maddi-texniki problemlər də gətirir. Həm də görüntülənə bilən planet sistemlərinin sayını əhəmiyyətli dərəcədə artırmazdı.

Tək teleskopun bucaq qətnaməsindəki məhdudiyyətlər birdən çox teleskopun sintez massivində interferometr kimi eyni vaxtda istifadə edildiyi təqdirdə aradan qaldırıla bilər. Bu, sadəcə teleskopun diametrini deyil, teleskop-teleskopun ayrılması ilə mütənasib olaraq bir artım təmin edir. 1950-ci illərin sonlarından bəri, radio astronomları sintez görüntüləmə üçün bir sıra radio teleskoplardan istifadə etdilər və təxminən 100 m-dən daha böyük idarəedici teleskoplar qurmağın əsla mümkün olmayacağını başa düşdülər (Milli Radio Astronomiya Rəsədxanası və Qərbi Virciniyada rsquos Green Bank Teleskopu kimi) daha böyük sabit teleskoplar

300 m (həddindən artıq nümunə Puerto Rikodakı Cornell & rsquos Arecibo teleskopu). Ayrılmış teleskoplardan gələn siqnalları birləşdirmək radio və millimetr dalğa boylarında nisbətən sadədir, çünki kifayət qədər faz dayanıqlığı və faz referansları olan radio qəbuledicilər asanlıqla mövcuddur. Optik və infraqırmızı dalğa uzunluqlarında problem, daha qısa dalğa uzunluqlarında sabitlik tələblərinin artması səbəbindən əhəmiyyətli dərəcədə çətindir. Buna baxmayaraq, bu yanaşma digər planet sistemlərini görüntüləmək və başqa dünyalarda həyat tapmaq üçün perspektivli bir uzunmüddətli bir yol kimi görünür.

Kosmosdakı optik və ya infraqırmızı teleskop massivi həm də müdhiş bir texniki və mühəndis problemidir. Buna baxmayaraq, laboratoriyada 10 milyon faktorun (infraqırmızıda) tələb olunan ulduz işığının dayandırılması nümayiş etdirilib. Ən yaxın 150 və ya daha çox ulduzu araşdırmaq üçün 400 m-ə qədər teleskop ayırmalarına ehtiyac var. Georgia State University & California əyalətinin yüksək bucaqlı qətnamə mərkəzi (CHARA) kimi ən böyük yerüstü massivlər, 300 metrədək teleskop ayırmalarına sahibdir. Bununla birlikdə, atmosfer qarışıqlığı onların həssaslığını 10 & ndash14-cü böyüklükdən daha parlaq obyektlərə qarşı məhdudlaşdırır. Atmosferin üstündəki bir kosmik teleskop massivi, ilk növbədə hər teleskopun toplanma sahəsi ilə məhdudlaşan həssaslığa sahib olardı, lakin üzərinə monte ediləcək qədər böyük platforma olmayacaqdı. Teleskopların formasiya uçan bir sıra kimi kooperativ şəkildə işlədilməsinə ehtiyac var idi: bu uzun illər NASA & rsquos Yer Planetini Tapan (TPF) missiyasının təməl dizaynı idi. Kosmosdakı təcrübələr görüş və ayrı kosmik gəmilərin yerləşdiyini nümayiş etdirsə də, hələ heç bir sintez massivi uçurulmamışdır. TPF kimi bir missiyanın presedenti yoxdur.

Əsas suallar

Maliyyəni azalda biləcək və planet görüntüləmə elminin biliyini artıra biləcək digər fənlərdən hansı yenilikçi yeni yollar və yanaşmalar ola bilər?


LUVOIR

Böyük UV Optik İnfraqırmızı Surveyor (LUVOIR) adlanan bir namizəd missiyası, əslində Hubble Space Teleskopunun işlənmiş versiyasıdır. Hubble kimi, bu cihaz da kainatı ultrabənövşəyi, infraqırmızı və görünən işığın dalğa boylarında müşahidə edəcəkdir.

Bununla birlikdə, təxminən 50 fut (15 metr) diametri olan LUVOIR-ın güzgüsü Hubble-dakı güzgüdən altı qat daha geniş olardı. Bu o deməkdir ki, LUVOIR kainatı Hubble'ın altı qat qətnaməsi ilə görəcəkdir. Və köhnə teleskopun 40 dəfə işıq toplama gücü ilə LUVOIR daha solğun, daha kiçik və daha uzaq cisimləri görərdi.

NASA, LUVOIR dizaynı üçün iki fərqli seçim təklif etdi. Daha böyük versiya olan LUVOIR-A (yuxarıda təsvir edilmişdir), NASA-nın yaxınlıqdakı Space Launch System (SLS) megapletinə başlamaq üçün inşa ediləcəkdir. LUVOIR-A, "SLS-ə sığa biləcəyimiz ən böyüyüdür" dedi Space Teleskop Elm İnstitutunun (STSci) tədqiqatçısı Jason Tumlinson, 8 yanvar çərşənbə axşamı AAS-da bir təqdimat zamanı.

Büdcədən də artıq olan və cədvəldən də geri qalan SLS 2020-ci ildə ilk uçuşunu həyata keçirməlidir. "NASA bu roketi hazırlamazsa, o zaman LUVOIR - LUVOIR-B-nin daha kiçik versiyası ilə gedəcəyik" dedi Tumlinson. . Bu modelin diametri 26 fut (8 m) olan bir güzgü olardı və daha kiçik ölçüsü LUVOIR-A ilə müqayisədə bir az aşağı qətnaməyə səbəb olardı.

LUVOIR, kainat boyu qaranlıq maddəni xəritəyə çıxaran ulduzların və qalaktikaların meydana gəlməsini və təkamülünü öyrənən yaşana bilən ekzoplanetlərin axtarışı və planetlər, kometalar və asteroidlər kimi Günəş sistemindəki cisimləri görüntüləmək kimi bir sıra astronomik tədqiqat layihələrini həll etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Tumlinson, "Nə ilə maraqlandığınızdan asılı olmayaraq, LUVOIR sizin üçün bir alətə sahibdir" dedi.


4 Cavablar 4

2017-ci il tarixindən etibarən 22 ekzoplanet birbaşa görüntülənmişdir. Bunlardan ən uzaq olanı 1200 ly məsafədədir.

Bu, onlardan 4-nün 128 ly məsafədə olan HR 8799 ətrafında fırlandığını göstərir:

Bu müşahidələr planetin orbitlərini təyin etmək və spektroskopiya etmək üçün kifayət qədər yaxşıdır.

Beləliklə, böyük ekzoplanetləri ulduzlarından kifayət qədər uzaqda dönsələr, daha uzun məsafələrdə müşahidə edə bilərik. Ulduzuna yaxın olan kiçik planetlərin görünməsi daha çətindir.

Yuxarıdakı şəkildə mərkəzdə qara disk var. Bu, ulduzun işığını bağlamaq üçün istifadə olunur. Ulduzu, üstəgəl 5 AU radiusunu əhatə edir, buna görə yaşana bilən zonadakı Yerə bənzər planetlər bu görüntüdə maskalanır.

Bu, bir teleskopun optik və görüntüləmə sisteminin mükəmməl olmadığı üçün lazımdır: ulduzun işığı ulduzun diametri ilə məhdudlaşmır, bir az yayılır. Bu yayılmış ulduz işığı yaxın orbitlərdə olan planetlərdən daha parlaqdır, buna görə də bu planetlər səs-küy içində itir.

Buna qarşı mübarizə yollarından biri də bir gizli, yəni teleskopun qarşısında ulduzun işığını bloklayan fiziki bir cisimdir. Bunların əksəriyyəti teleskopun ön ucundakı kiçik disklərdir.

NASA bir ulduz kölgəsi üzərində işləyir: daha böyük bir disk kosmik teleskopun qarşısında 50.000 km məsafədə yerləşdirilib. Bu teleskopun yaşayış zonasında ekzoplanetləri görməsinə imkan verərək ulduzun işığını daha dəqiq şəkildə bağlaya bilər (məsafələrdə

Kiçik ulduzlar üçün 1 AU). Plan, WFIRST (2.4 m teleskop) ilə ulduz kölgəsini istifadə etmək idi, lakin son vaxtlar xərclərlə əlaqədar narahatlıqlar ulduz kölgəsini bu missiyadan kənarlaşdırdı.

Buna görə ekzoplanetlərin birbaşa görüntüsü üçün həll daha böyük bir güzgü olmamalı ola bilər.

Teleskopun radiandakı qətnaməsi $ theta_ ilə verilir (çox yaxşı birinci dərəcəli yaxınlaşmaya).= 1.22 frac < lambda>$ burada $ lambda $ dalğa boyu və $ D $ teleskop aperturasının diametridir. Verdiyiniz rəqəmlərdən istifadə edərək 200 nanometrlik 21 metrlik bir teleskopun 0,002 arc saniyədə bir qətnaməsi olardı. İndi qətnaməmizi məhdudlaşdıracaq bir çox başqa amillər var, ancaq difraksiya ilə məhdudlaşdırılmış qətnaməni əldə edə biləcəyiniz ən yüksək qətnamə hesab edə bilərsiniz. Bundan daha kiçik bir açısal ölçülü bir şey ayırd edilə bilməz.

Beləliklə, növbəti addımımız bir ekzoplanetin göyə hansı açısal ölçüdə yerləşəcəyini tapmaqdır. Şansımızı artırmaq üçün Yupiter böyüklüyündə bir planetlə gedək. Bu, planetin diametri $ deməkdir

1.4 * 10 ^ 8 $ metr. Bu obyektin açısal ölçüsü (radianda) $ theta_ ilə veriləcək= frac$. Bu ifadəni qətiliklə tənliyimizə bərabər qura bilərik və məsafəni həll edə bilərik. Bu, bir planetin həll edə bilməyəcəyimizə qədər nə qədər uzaq ola biləcəyinə dair bir təxmin verəcəkdir. $ Məsafəsi $ həll etməklə məhsul verir:

Yenə də nömrələrimizdən istifadə edərək bu bizə 1,2 $ * 10 ^ <16> $ metr məsafə və ya 1,3 işıq ili verir.

Beləliklə, nəticədə cavab xeyirdir. 21 metrlik əsas diyafram ekzoplaneti həll etmək üçün kifayət etməyəcəkdir. Gəlin tənliyimizi yenidən düzəldərək güzgümüzün nə qədər böyük olacağını görək:

$ D = frac <1.22 cdot lambda cdot məsafə> $ Epsilon Eridani məsafəsində bir Yupiter ölçülü ekzoplaneti həll etmək istəyiriksə, 173 metr diametrdə olmalıdır.

İndi hamısı fərz edir ki, öz problemlərini təqdim edən ulduzdan gələn parıltı kimi başqa şeylər üçün də narahat olmayacağıq. Ancaq optik interferometriya kimi işlər görməklə teleskopumuzun təsirli ölçüsünü daha böyük güzgülər düzəltmədən artırmağımıza imkan yaradan bu vəziyyətdən çıxa bilərik.

Bəli. ESO-nun VLT-si radiusu 0,8-1,5 R⊕ və yarısı böyük oxu 0,0485 (+ 0,0041, -0,0051) AU olaraq qiymətləndirilən bir planet olan Proxima Centauri b-ni 4.224 ly məsafədə aşkar etmək üçün yellənmə metodundan istifadə etdi.

Hubble Teleskopu Proxima Centauri sisteminin Günəşini görə bilər.

Torpaq əsaslı VLT, hər biri 8,2 m boyunca birincil güzgü olan dörd fərdi teleskopdan ibarətdir, təxminən 0.001 arc-saniyəlik bir açısal qətnamə əldə edə bilərlər. In single telescope mode of operation the angular resolution is about 0.05 arc-second.

Best case ground based conditions give a seeing disk diameter of

0.4 arcseconds and are found at high-altitude observatories on small islands such as Mauna Kea or La Palma.

At the best high-altitude mountaintop observatories, the wind brings in stable air which has not previously been in contact with the ground, sometimes providing seeing as good as 0.4".

Under bad conditions a ground based telescope over 10 meters with poor seeing can limit the resolution to be about the same as given by a space-based 10–20 cm telescope.

Ground based telescopes must look through the atmosphere, which is opaque in many infrared bands (see figure of atmospheric transmission). Even where the atmosphere is transparent, many of the target chemical compounds, such as water, carbon dioxide, and methane, also exist in the Earth's atmosphere, vastly complicating analysis.

Existing space telescopes such as Hubble cannot study these bands since their mirrors are not cool enough (the Hubble mirror is maintained at about 15 degrees C) and hence the telescope itself radiates strongly in the IR bands.

The JWST telescope has an expected mass about half of Hubble Space Telescope's, but its primary mirror (a 6.5 meter diameter gold-coated beryllium reflector) will have a collecting area about five times as large (25 m^2 or 270 sq ft vs. 4.5 m^2 or 48 sq ft).

The JWST is oriented toward near-infrared astronomy, but can also see orange and red visible light, as well as the mid-infrared region, depending on the instrument.

JWST's primary mirror is a 6.5-meter-diameter gold-coated beryllium reflector with a collecting area of 25 m^2.

At which wavelengths will Webb observe?

Webb will work from 0.6 to 28 micrometers, ranging from visible gold-colored light through the invisible mid-infrared. The short wavelength end is set by the gold coating on the primary mirror. The long wavelength cut-off is set by the sensitivity of the detectors in the Mid-Infrared Instrument.

Webb is designed to discover and study the first stars and galaxies that formed in the early Universe. To see these faint objects, it must be able to detect things that are ten billion times as faint as the faintest stars visible without a telescope. This is 10 to 100 times fainter than Hubble can see.

What are the main science goals of Webb?

Webb has four mission science goals:

  • Search for the first galaxies or luminous objects that formed after the Big Bang.
  • Determine how galaxies evolved from their formation until the present.
  • Observe the formation of stars from the first stages to the formation of planetary systems.
  • Measure the physical and chemical properties of planetary systems and investigate the potential for life in those systems.

One of the main goals of Webb is to detect some of the very first star formation in the Universe. This is thought to happen somewhere between redshift 15 and 30 (redshift explained in question 45). At those redshifts, the Universe was only one or two percent of its current age. The Universe is now 13.7 billion years old, and these redshifts correspond to 100 to 250 million years after the Big Bang. The light from the first galaxies has traveled for about 13.5 billion years, over a distance of 13.5 billion light-years.

Will Webb see planets around other stars?

The Webb will be able to detect the presence of planetary systems around nearby stars from their infrared light (heat). It will be able to see directly the reflected light of large planets - the size of Jupiter - orbiting around nearby stars. It will also be possible to see very young planets in formation, while they are still hot. Webb will have coronagraphic capability, which blocks out the light of the parent star of the planets.

This is needed, as the parent star will be millions of times brighter than the planets orbiting it. Webb will not have the resolution to see any details on the planets it will only be able to detect a faint light speckle next to the bright parent star.

Webb will also study planets that transit across their parent star. When the planet goes between the star and Webb, the total brightness will drop slightly. The amount that the brightness drops tells us the size of the planet. Webb can even see starlight that passes through the planet's atmosphere, measure its constituent gasses and determine whether the planet has liquid water on its surface. When the planet passes behind the star, the total brightness drops, and we can again determine more of the planet's characteristics.

Super short version: They're launching a slightly larger telescope than you have asked for that will reach ("detect", not provide close-up photos) virtually to the known edge of the universe.


2020 Symposium Chairs

2020 Symposium Chairs:

Satoru Iguchi
National Astronomical Observatory of Japan
(Japan)

Alison Peck
Gemini Observatory (United States)

2020 Symposium Co-Chairs:

René Doyon
Univ. de Montréal (Canada)

Shouleh Nikzad
Jet Propulsion Lab. (United States)


Videoya baxın: Jüpiterin sesi Dehşet Verici! Gezegenlerin Gerçek Sesini Dinleyin! (Sentyabr 2021).