NASA Desain Baru Space Telescope Optik untuk Cari Bumi Baru 2013/02/13

 NASA Ames penelitian ilmuwan melihat melalui teleskop ruang angkasa lensThe sistem PIAA menggunakan dua dirancang khusus optik non-bulat untuk membentuk kembali cahaya di pupil teleskop menjadi "kontras tinggi" pola murid baru. Gambar kredit: Dominic Hart
gambar menunjukkan pola khas penelitian para ilmuwan merenungkan mampudeformasi cermin untuk mengoreksi penyimpangan. Optik teleskopik memiliki ketidaksempurnaan kecil, yang disebut penyimpangan, yang menyebabkan gambar atau pola jelas.
Optik teleskopik memiliki ketidaksempurnaan kecil, yang disebut penyimpangan, yang menyebabkan gambar atau pola jelas. Cermin deformable distorsi optik benar, atau dalam hal ini gambar face.Above tersenyum menunjukkan pola (NASA bakso) yang dibuat dengan memanipulasi cermin mampudeformasi. Distorsi Pola dapat dikoreksi dengan cermin sehingga dapat mengubah bentuk aktif.
Tangan memegang 32 dengan 32 sentimeter persegi aktuator Setiap cermin adalah persegi satu-per-satu sentimeter yang mempekerjakan grid 32-by-32, atau 1024 aktuator, yang dapat menghasilkan bentuk yang diinginkan di cermin. Gambar kredit: NASA Ames / Dominic Hart
Meskipun ratusan planet yang mengorbit bintang lain telah ditemukan dalam 15 tahun terakhir, kami belum bisa menjawab pertanyaan kuno dari apakah planet tersebut mampu mendukung kehidupan. Namun, teknologi baru NASA mungkin perubahan itu, dengan memberikan kita pandangan pertama kami di planet jauh yang tidak hanya ukuran yang tepat dan bepergian di zona habitasi bintang tuan rumah beriklim mereka, tetapi juga menunjukkan tanda-tanda kehidupan yang potensial, seperti oksigen atmosfer dan air cair.
Penelitian ilmuwan di NASA Ames Research Center, Moffett Field, California, sedang mengembangkan optik teleskop ruang baru yang tidak hanya akan mendeteksi planet yang mirip dengan Bumi, tapi benar-benar mengambil foto mereka. Untuk mengambil foto, yang disebut "pencitraan langsung," sebuah teknologi baru akan digunakan disebut fase-induced amplitudo apodisasi (PIAA). Dalam perkembangannya sejak 2003, merupakan bukti-of-konsep dan teknologi prototipe diuji yang merupakan kandidat kuat untuk NASA mendatang langsung pencitraan misi planet ekstrasurya diharapkan untuk memulai tahun 2020 dekade dan seterusnya.
"Dengan menghalangi silau dan difraksi dari bintang, kita bisa mulai melihat planet yang lain akan dikaburkan. Dengan teknologi ini, konfirmasi pencitraan langsung dari planet zona habitasi akan terjadi untuk pertama kalinya, "kata Ruslan Belikov, sebuah astrophycist NASA dan memimpin teknis dari percobaan teknis coronagraph di Ames.
Hari ini, para ilmuwan menggunakan metode tidak langsung terutama, seperti "metode transit," untuk mendeteksi planet ekstra-solar. Metode ini mengukur peredupan bintang sebagai planet lewat di antara itu dan garis teleskop dari pandangan. Dengan mengamati perubahan cahaya bintang, para ilmuwan dapat menentukan ukuran planet, jarak dari bintang tuan rumah, dan periode orbit. Metode ini saat ini digunakan oleh NASA Kepler misi, yang diluncurkan pada tahun 2009 untuk menemukan planet seukuran Bumi di zona layak huni.
Di masa depan, bagaimanapun, pendekatan yang berbeda dalam desain dan konsep dapat digunakan untuk mendeteksi biomarker umum kehidupan, seperti oksigen dan air cair, di planet mirip bumi yang mengorbit matahari seperti bintang. PIAA adalah "langsung pencitraan" teknik, yang berarti mengambil foto aktual exoplanet. Kesulitan dalam mengambil foto tersebut adalah bahwa kecemerlangan bintang itu menyebabkan difraksi dan silau untuk membanjiri planet redup di orbit sekitar itu. Untuk mengatasi masalah ini, teleskop perlu menekan difraksi cahaya bintang.
Sistem PIAA menggunakan dua cermin dirancang khusus non-bulat untuk membentuk kembali cahaya di pupil teleskop menjadi "kontras tinggi" pola murid baru. Ini murid kontras tinggi baru memiliki sifat khusus membatasi semua difraksi dan silau dari bintang ke tempat kecil, yang hampir blok semua cahaya tanpa lumayan mempengaruhi cahaya dari planet ini.
Instrumen yang menghalangi cahaya biasanya disebut "coronagraphs" (awalnya diciptakan untuk memblokir kecemerlangan matahari kita, sehingga kita dapat melihat amplop gas luar atau korona). PIAA adalah jenis yang sangat kuat dari sebuah coronagraph, mendekati batas fisika dasar.
Optik teleskopik memiliki ketidaksempurnaan kecil, yang disebut penyimpangan, yang menyebabkan gambar tidak jelas bintang. Optik benar bebas dari penyimpangan saat ini tidak dapat dibuat, tetapi dapat dikoreksi dengan cermin terpisah yang dapat secara aktif mengubah bentuk. "Cermin ini disebut cermin mampudeformasi. Mereka melawan distorsi yang ada optik teleskop, "jelas Belikov.
PIAA, atau coronagraphs secara umum, blok kecemerlangan cahaya, tetapi hanya dapat bekerja cukup untuk mengungkapkan seukuran Bumi planet jika optik teleskop yang sempurna, yang mereka tidak pernah ada. Cermin deformable memperbaiki ketidaksempurnaan ini dengan sistem kontrol wavefront mereka. Sistem ini "perbaikan" optik teleskop sempurna untuk memungkinkan coronagraph untuk bekerja dengan baik.
Di fasilitas eksperimen coronagraph Ames, cermin mampudeformasi, dibangun oleh Boston Micromachines Corp, Mass, adalah persegi satu-per-satu sentimeter yang mempekerjakan grid 32-by-32, atau 1024 aktuator, yang dapat menghasilkan bentuk apapun diinginkan pada cermin. Dengan mengontrol bentuk permukaan dari kesalahan-kompensasi mampudeformasi cermin, penyimpangan dalam teleskop dapat dikurangi cukup untuk memungkinkan seukuran Bumi planet secara langsung dicitrakan.
"Permukaan ini cermin mampudeformasi dapat diatur untuk presisi tinggi sehingga kita tidak mampu mengukurnya," kata Belikov.
Meskipun PIAA disetujui untuk pengembangan lebih lanjut, itu masih menunggu misi. Hal ini dirancang untuk dua kelas misi: satu untuk teleskop kecil, yang lainnya untuk teleskop sangat besar. Sebuah proposal teleskop kecil, yang disebut exoplanetary Lingkungan sirkumstelar dan Disk Explorer (excede), dipilih untuk pengembangan teknologi untuk misi ilmu pengetahuan potensial di masa depan pada bulan September 2011 oleh Program Explorer NASA.
Dipimpin oleh University of Arizona, Tucson, dan dalam kemitraan dengan Ames dan Lockheed Martin Space Science Perusahaan, Palo Alto, California, excede akan langsung gambar debu melingkar dan puing-puing, dan planet-planet besar dalam zona layak huni, tetapi tidak planet yang mirip dengan Bumi. "Excede akan melakukan ilmu yang menakjubkan dan mungkin menjadi pelopor untuk misi yang lebih besar, tetapi tidak akan cukup menangkap exoEarths," kata Belikov. "
Untuk melihat planet mirip Bumi, teleskop yang lebih besar diperlukan. Sementara fokus saat ini Ames coronagraph Percobaan (ACE) tim pada misi excede, mereka juga bekerja sama dengan NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), Pasadena, California, untuk mengembangkan teknologi coronagraph untuk teleskop yang lebih besar, mampu mengamati exo- Bumi. Saat ini, ada dua testbeds vakum di JPL mengembangkan berbagai jenis teknologi coronagraph.
Teknologi coronagraph pada awalnya dikembangkan dalam kondisi ambien, daripada kondisi vakum. Sebuah ambien, stabil, udara yang dikendalikan, lingkungan adalah pembangunan jalan lebih murah dan lebih cepat daripada beroperasi di ruang hampa. Pengujian dalam kondisi vakum, bagaimanapun, adalah diinginkan karena mereka mirip dengan kondisi di dalam ruangan. Setelah teknologi ini coronagraph diuji dalam kondisi ambien, mereka kemudian siap untuk diuji pada testbeds vakum.
"ACE testbed di udara, tidak dalam ruang hampa. Tim kami telah maju teknologi untuk misi excede ke titik di mana ia siap untuk pengujian vakum, "kata Belikov.
Jadi apa yang prospeknya?
Baru-baru ini, National Academy of Sciences menghasilkan 2010 dekade survei yang mendukung Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) misi sebagai misi yang besar pada dekade 2020. NASA menerima rekomendasi ini.
"Saat ini, tidak termasuk coronagraph untuk melakukan pencitraan langsung eksoplanet. Tapi hal-hal bisa berubah, "prediksi Belikov.
Hal ini juga tampaknya menjanjikan bahwa dua 2,4 Astrofisika meteran Terfokus Aset Telescope (AFTA) teleskop diberikan kepada NASA tahun lalu oleh agen federal lainnya. Jika salah satu dari teleskop ini menjadi misi WFIRST, ukuran teleskop nya akan lebih besar daripada yang direncanakan. Jika ini terjadi, dan misi memiliki cukup coronagraph kuat, itu mungkin dapat survei bintang terdekat untuk exoEarths dihuni, menurut Belikov.
"Dengan pendanaan berkelanjutan, NASA akan mampu meluncurkan teleskop cukup besar untuk menemukan dan mengkarakterisasi dasarnya semua planet layak huni di sekitar lingkungan galaksi kita, mengatakan ratusan terdekat dari, dalam dekade 2030," pungkas Belikov.