NAKONEC

Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST)  je vesmírný dalekohled navržený pro provoz v ultrafialové, viditelné a blízké infračervené oblasti (110–2400 nm).

Projekt nebyl od roku 2009 aktualizován. V současné době je LUVOIR považován za vesmírný dalekohled nové generace .

Vědecké cíle

Space Telescope Institute for Space Studies navrhl ATLAST jako vlajkovou loď NASA . Hlavním účelem dalekohledu je najít odpověď na otázku: existuje život někde jinde v naší Galaxii ? Jeho přítomnost bude nepřímo potvrzena, pokud budou ve spektru atmosféry exoplanet podobných Zemi detekovány „biomarkery“ (například molekulární kyslík, ozón, voda a metan) .

Kromě hledání známek mimozemského života se teleskop bude zabývat i dalšími vědeckými úkoly. Bude mít funkce nezbytné k odhalení zákonitostí, podle kterých se tvoří hvězdy, a také nám umožní vysledovat složité interakce mezi temnou hmotou , galaxiemi a mezigalaktickým prostředím . Vzhledem k významnému skoku v pozorovacích schopnostech, které ATLAST poskytne, nelze nyní přesně předpovědět rozmanitost nebo směr jeho výzkumu, stejně jako tvůrci Hubbleova teleskopu nepředpokládali jeho roli při charakterizaci atmosfér obřích exoplanet nebo měření zrychlení. expanze vesmíru pomocí supernov ..

Hledání života v naší galaxii

ATLAST pomocí vnitřního koronografu nebo externího hvězdného blokovacího zařízení (okultéru) dokáže popsat atmosféru a povrch exoplanet velikosti Země v obyvatelné zóně dlouhověkých hvězd ve vzdálenostech až 45 parseků (~146 světelných let), včetně jejich rychlosti otáčení, klimatu a možné obyvatelnosti. ATLAST bude také shromažďovat informace o vlastnostech povrchu, změnách oblačnosti a klimatu a možná také sezónních variacích v nadložní vegetaci [1] .

K úspěšnému hledání biomarkerů na exoplanetách je zapotřebí vesmírný dalekohled s velkou aperturou, který by řešil čtyři hlavní problémy spojené s takovým hledáním.

První a hlavní problém: Planety velikosti Země jsou velmi slabé. Dvojče Země ve vzdálenosti 32 sv. let, obíhající kolem hvězdy třídy G , bude mít velikost V ~ 30. Detekce biomarkerů, jako je molekulární kyslík v atmosféře exoplanet, vyžaduje dalekohled, aby bylo možné získat přímou spektroskopii tak slabého zdroje.

Druhým problémem je, že průměrná úhlová velikost obyvatelné zóny kolem nejbližších hvězd F, G, K je menší než 100 miliarcsekund (mas). Zobrazovací systém tedy musí mít úhlové rozlišení ~10–25 mas pro přijatelný výběr exoplanety.

Třetí problém: přímé pozorování planet velikosti Země v obyvatelné zóně vyžaduje vysoký kontrast ze zobrazovacího systému a také blokování světla hvězdy. Z výpočtů vyplývá, že požadovaný činitel potlačení světla hvězd je od do . Některé současné metody jsou schopny poskytnout tak vysokou úroveň kontrastu, ale všechny vyžadují stabilitu vlnoplochy, která je u pozemních dalekohledů nedosažitelná kvůli vlivu zemské atmosféry. K dosažení požadované stability vlnoplochy jsou proto potřeba vesmírné dalekohledy. A konečně, planety s biomarkery mohou být natolik vzácné, že by bylo nutné skenovat desítky nebo dokonce stovky hvězd, abychom našli jen malý počet planet se známkami života. Počet hvězd, pro které bude ATLAST schopen získat spektrum exoplanet, při daném poměru signálu k šumu a v rozumném čase, je přibližně roven , kde D je průměr otvoru dalekohledu. Výpočty ukazují, že pro zvýšení šance na úspěšnou detekci biomarkerů z planet blízkých hvězd je potřeba dalekohled s aperturou alespoň 8 m [2] .

Tabulka ukazuje počet blízkých hvězd, pro které bude poloměr obyvatelné zóny k dispozici pro pozorování v závislosti na použitých dalekohledech.

Studium interakce mezigalaktického prostředí s galaxiemi

Pochopení toho, jak plyn z mezigalaktického média vstupuje do galaxií a jak na to galaxie reagují, je jádrem pochopení vývoje galaxií . Studium procesů vnikání plynu a jeho výstupu má pozorovací charakter. Tyto procesy lze charakterizovat studiem absorpce ultrafialového záření a emisní čárovou spektroskopií .

K popisu teplého mezigalaktického plynu s mírným červeným posuvem jsou zapotřebí vlny v ultrafialovém rozsahu . Hlavním úkolem dalekohledu je získat soubor dat s požadovaným spektrálním rozlišením. K provádění takových pozorování se vyvíjí ultrafialový spektrograf dalekohledu. Mnoho dalších vědeckých účelů vyžaduje podobnou citlivost ultrafialové spektroskopie (rozlišení R ~ 20 000-100 000) při vlnových délkách 110-300 nm. Největším rizikem pro schopnost dalekohledu dosáhnout zamýšlených vědeckých cílů v oblasti ultrafialového záření je dostupnost účinných detektorů ultrafialových vln. Současné detektory však mohou dosáhnout navrhovaných vědeckých cílů, ale pozorování bude trvat 4krát déle.

Zkoumání historie vzniku hvězd

ATLAST bude schopen rekonstruovat historii vzniku hvězd ve stovkách galaxií mimo Místní skupinu , což vědcům poskytne celé spektrum podmínek vzniku hvězd ke studiu.

Úplná a přesná teorie vzniku a vývoje galaxií potřebuje přesnou definici toho, jak a kdy galaxie tvoří své hvězdné populace a jak se tato formace mění s prostředím. Nejvhodnějším způsobem, jak toho dosáhnout, je analyzovat hvězdnou populaci obřích galaxií s cílem rekonstruovat historii vzniku hvězd, určit chemický vývoj a kinematiku jejich různých struktur. Nejúplnější a nejpřesnější diagnostika jejich věku se provádí studiem trpasličích a obřích hvězd, včetně určení času odchodu z hlavní sekvence . Po opuštění hlavní sekvence se však hvězda rychle stane příliš slabou na to, aby byla pozorována stávajícími dalekohledy v galaxiích mimo Místní skupinu . To značně omezuje naši schopnost získávat informace o podrobnostech formování galaxií, protože galaxie v Místní skupině nejsou typickým vzorkem populace galaxií ve větším měřítku vesmíru . ATLAST bude mít schopnost pozorovat hvězdy mimo Místní skupinu . Pro srovnání, Hubbleův dalekohled a teleskop Jamese Webba nemají požadovanou přesnost pro pozorování obřích galaxií jiných než Mléčná dráha a Andromeda . 8metrový (9,2 m) vesmírný dalekohled ATLAST bude schopen pozorovat 140 (160) galaxií, včetně 12 (13) obřích spirál a nejbližší obří eliptickou Maffei 1 .

K určení stáří a dalších vlastností galaxií je zapotřebí fotometrie tisíců hvězd pokrývajících 4 řády svítivosti. Taková pozorování vyžadují, aby měl dalekohled zorné pole alespoň 4 úhlové minuty. ATLAST může pracovat ve spojení s 30metrovým pozemským dalekohledem (například TMT - Thirty Meter Telescope ), čímž rozšiřuje pozorovací schopnosti dalších dobře osídlených skupin galaxií získáváním fotometrie pro trpasličí hvězdy třídy G s magnitudou V ~ 35 vesmírným dalekohledem a získání pozemským dalekohledem Brighter Giant Data Telescope ve skupině Sculptor Group . Trpasličí hvězdy ve skupině Sculptor Group jsou pro TMT prakticky nepřístupné.

Výzkum temné hmoty

Trpasličí sféroidní galaxie (dSph), nejslabší ze známých typů galaxií, jsou nejvhodnějšími místy pro studium vlastností nebaryonové temné hmoty . Důvodů je několik. Za prvé, temná hmota tvoří většinu jejich hmoty: prostřednictvím pozorování bylo zjištěno, že tyto galaxie mají poměr hmotnosti a svítivosti 10-100krát vyšší než obyčejná obří galaxie (například Mléčná dráha nebo M31 ). Za druhé, v naší blízkosti je jich relativně mnoho – v Místní skupině bylo dosud nalezeno 19 takových galaxií. Nakonec bylo zjištěno, že všech 19 galaxií pokrývajících více než 4 řády svítivosti je obklopeno halem temné hmoty se stejnou hmotností (~10^7) slunečních hmotností ) ve své centrální oblasti 300 parseků . . ATLAST změří pohyb hvězd v těchto galaxiích a určí jejich gravitační interakce.

Technické údaje

Koncept nového dalekohledu navrhl Space Telescope Science Institute . ATLAST bude nástupcem Hubbleova dalekohledu se schopností spektroskopicky pozorovat a fotografovat astronomické objekty v ultrafialové, viditelné a infračervené oblasti s výrazně lepším rozlišením než Hubbleův teleskop (HST) nebo vypuštění teleskopu Jamese Webba v prosinci 2021 ( JWST). Stejně jako JWST bude ATLAST vypuštěn do Lagrangeova bodu L 2 soustavy Země-Slunce.

ATLAST bude mít primární zrcadlo o průměru 8 až 16,8 metru v závislosti na konečné koncepci, která bude schválena později. V tuto chvíli vývojáři identifikovali dvě různé architektury, ale s podobným optickým designem. První zahrnuje dalekohled s monolitickým hlavním zrcadlem (8 m), druhý je dalekohled s hlavním zrcadlem (9,2 m nebo 16,8 m) sestavený z mnoha segmentů. Tyto architektury pokrývají řadu možných technologií a prostředků: monolitické zrcadlo, buď segmentové, nosnou raketu SLS nebo Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV), pasivní nebo plně aktivní ovládání vlnoplochy atd. osmimetrové zrcadlo má výhody monolitických zrcadlových dalekohledů v podobě vysokého kontrastu obrazu a dobrého ovládání vlnoplochy. Šestnáctimetrové zrcadlo má všechny výhody, které jsou charakteristické pro dalekohledy s velkou sběrnou plochou. Konstrukční koncepce dalekohledu odkazují na vývoj zbylý z vývoje dalekohledu Hubblea a Jamese Webba , ale mají také významné odchylky od těchto konstrukcí, aby se snížila hmotnost a složitost konstrukce. ATLAST bude mít úhlové rozlišení 5 až 10krát lepší než JWST a limit citlivosti 2000krát lepší než HST. Dva koncepty, zvažující 8metrové monolitické zrcadlo a 16,8metrové segmentové zrcadlo, zahrnují použití vyvíjené nosné rakety SLS. Poslání ATLASTu však nezávisí pouze na SLS. Koncept 9,2 m segmentového zrcadlového dalekohledu je kompatibilní s EELV také přebírá design dalekohledu Jamese Webba

V obou architekturách (s monolitickým a segmentovaným zrcadlem) se rozumí, že ATLAST může být obsluhován stejným způsobem, jako byl obsluhován HST. Pomocí automatizovaného modulu (současně navrhovaná metoda) nebo kosmické lodi Orion s posádkou bude NASA schopna nahradit a vrátit se na Zemi k analýze a budoucím vylepšením přístrojů na palubě dalekohledu. Stejně jako HST a JWST bude ATLAST napájen solárními panely.

Mise

ATLAST byl navržen, aby byl vypuštěn buď z Kennedyho vesmírného střediska pomocí rakety SLS, nebo, pokud byl přijat 9,2metrový design, ze zařízení NASA schopných vypouštět EELV. Nosič umístí ATLAST a Earth Departure Stage referenční oběžnou dráhu, zatímco inženýři zkontrolují výkon systémů EDS a ATLAST. Po otestování bude EDS opět fungovat a ATLAST zahájí tříměsíční cestu do Lagrangeova bodu L 2 Slunce-Země a po dosažení cíle vstoupí na takzvanou " halo orbit ". Na cestě k bodu L2 dalekohled otočí optiku (pokud je akceptována segmentovaná verze).

Údržbové mise budou spouštěny každých 5-7 let a umožní astronomům aktualizovat dalekohled ATLAST o nové technologie a nové přístroje. Stejně jako HST bude mít ATLAST životnost 20 let. V lednu 2016 začaly čtyři týmy amerických vědců a inženýrů pracovat na čtyřech různých projektech pro velké vesmírné observatoře. Jeden z těchto projektů, nazvaný Large UV/Optical/Infrared Surveyor ( LUVOIR ), je v mnoha ohledech podobný projektu ATLAST. . Další projekt nazvaný Habitable Exoplanet Imaging Mission ( ) monolitickým primárním zrcadlem určeným k pořizování přímých snímků exoplanet pomocí vestavěného koronografu nebo externího okultního přístroje. V roce 2019 šly zprávy od těchto čtyř týmů do americké Národní akademie věd, která v roce 2021 doporučí NASA, kterému projektu dát nejvyšší prioritu jako vlajkové lodi pro příští desetiletí. Vzhledem k tomu, že vytvoření velké vesmírné observatoře trvá minimálně 15 let, mělo by se její vypuštění do vesmíru očekávat v druhé polovině 30. let 20. století.

Poznámky

1. ↑ ATLAST: Charakterizace obyvatelných světů . Získáno 26. června 2020. Archivováno z originálu dne 11. února 2022. (neurčitý)
2. ↑ Marc Postman a kol. Velkoplošný kosmický dalekohled Advanced Technology: A Technology Roadmap for the Next Decade  (anglicky)  (nedostupný odkaz) . Pokročilá technologie Dokumenty velkoplošného vesmírného dalekohledu . Výzkumný ústav kosmických dalekohledů (květen 2009). Získáno 17. dubna 2014. Archivováno z originálu 29. června 2013.

Viz také

• LUVOIR
• Hubbleův vesmírný dalekohled
• Vesmírný dalekohled Jamese Webba
• exoplaneta
• Temná hmota

Odkazy

• Archivováno z originálu 12. července 2012. Oficiální stránka