Abychom pořídili ty nejlepší přímé snímky exoplanet pomocí vesmírných dalekohledů, budeme chtít hvězdné stíny
V letech 2021 až 2024 James Webb (JWST) a Nancy Grace Romanová Vesmírné teleskopy (RST) budou vypuštěny do vesmíru. Jako nástupci několika observatoří (napřHubble, Kepler, Spitzer,a další), tyto mise provedou některé z nejambicióznějších astronomických průzkumů, jaké kdy byly namontovány. To bude sahat od objevu a charakterizace extrasolárních planet ke zkoumání záhad Temná hmota a Temná energie .
Kromě pokročilých zobrazovacích schopností a vysoké citlivosti oba přístroje nesou také koronografy – přístroje, které potlačují zatemňující světlo hvězd, takže exoplanety mohou být detekovány a pozorovány přímo. Podle výběru nedávno publikovaných prací Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems (JATIS), budeme potřebovat více těchto přístrojů, pokud skutečně chceme exoplanety skutečně podrobně studovat.
Tento Speciální sekce o Starshades zahrnuje články (vydané mezi lednem a červnem 2021), které se zabývají nejnovějšími vědeckými, technickými, výzkumnými a programovými pokroky dosaženými s koronografy. Tyto přístroje, známé také jako Starshades, řeší jednu z největších výzev při detekci a charakterizaci exoplanet. Abychom to shrnuli, naprostá většina známých exoplanet ( K dnešnímu dni potvrzeno 4 422 ) byly objeveny nepřímými prostředky.
Studie exoplanet
Z těchto metod jsou nejpoužívanější a nejúčinnější Tranzitní metoda (Transitní fotometrie) a Metoda radiální rychlosti (Dopplerova spektroskopie). V prvním případě astronomové sledují hvězdy kvůli periodickým poklesům jasnosti, což je možný náznak toho, že před mateřskou hvězdou (neboli tranzitující) ve vztahu k pozorovateli prolétá obíhající exoplaneta (nebo několik).
V druhém případě astronomové měří, jak se hvězda pohybuje tam a zpět (a jak rychle), aby změřili gravitační vliv jakýchkoli satelitů na oběžné dráze. Samostatně jsou tyto metody také účinné při určování poloměru exoplanety (Transit) a její hmotnosti (Radial Velocity). Jsou-li používány společně, jsou nejúčinnějším prostředkem k potvrzení a charakterizaci exoplanet a také k omezení jejich potenciální obyvatelnosti.
Ve vzácných případech byli astronomové schopni přímo pozorovat exoplanety detekcí světla hvězd odraženého jejich atmosférou – aka. a Metoda přímého zobrazování . Bohužel naprostá většina těchto planet byli plynní obři nebo měla dlouhodobou oběžnou dráhu kolem své hvězdy (nebo obojí). U menších skalnatých planet s kratšími oběžnými drahami (kde se s větší pravděpodobností vyskytují planety podobné Zemi) bude jakékoli světlo odražené od jejich atmosfér pravděpodobně vyplaveno jejich sluncem.
Proto jsou koronografy v posledních letech předmětem značného výzkumu a vývoje. Kromě přístrojů, které lze integrovat s observatořemi, hodlá NASA také postavit kosmickou loď, která dokáže spolupracovat s vesmírnými teleskopy na potlačení zatemňujícího světla hvězd. Tyto snahy jsou součástí NASA Starshade projekt, který předpokládá kosmickou loď s rozmístitelným světelným štítem ve tvaru květiny.
Speciální sekce
Navzdory pokroku, kterého bylo v posledních letech ve vývoji dosaženoStarshade(a související technologie), zprávy o těchto pokrokech bývají rozptýlené. Z tohoto důvodu redaktoři speciální sekce – všichni jsou členy NASA Pracovní skupina pro technologii a vědu Starshade – shromáždilo 19 výzkumných prací, které představují nejnovější výzkum (od ledna do června 2021).
Jak redakce uvádí v úvodním příspěvku s názvem „ Speciální sekce o Starshades: Přehled a dialog ':
„Starhade je technologie, která zaznamenala rychlý vývoj a velký zájem mnoha institucí. Mnoho pokroků v této oblasti je rozloženo do mnoha časopisů a setkání. V důsledku toho je obtížné je shromáždit na jednom místě, abyste získali dobrý přehled o stavu hvězdných stínů.“
'S tím, jak roste zájem o vývoj misí založených na hvězdných stínících, doufáme, že tato speciální sekce poslouží jako návod a poskytne dostatečné zázemí pro potenciální vyšetřovatele, kteří nejsou obeznámeni s hvězdnými stínidly, aby měli aktuální přehled o poli na jednom místě.“
Tyto články jsou rozděleny do šesti kategorií, které odpovídají čtyřem různým oblastem výzkumu, přičemž všechny jsou uvedeny ve druhé části –Shrnutí a příspěvky– zvláštní sekce. Začíná to shrnutímStarshadeprogram a typy misí, které umožní, následuje série dokumentů souvisejících s technologií, které zvažují výzvy nasazení a setkání, následovaná řadou vědeckých a papíry související s misí.
Shrnutí a příspěvky
Mnohé z dokumentů se zabývají konkrétními problémyStarshadebude čelit při spárování s vesmírným dalekohledem. Například část druhá -Rozmístění a formační létání– předkládá příspěvky, které zkoumají technické výzvy vyslání mise do vesmíru ve složené formaci a její následné nasazení, jakmile dosáhne svého cíle – podobně jako uJames Webbbude po spuštění (aktuálně naplánováno na listopad 2021).
Zůstat ve formaci pomocí vesmírného dalekohledu je také velkou výzvou, zvláště když je dalekohled t přecházení od jednoho cíle k druhému . Zde prezentované dokumenty berou v úvahu různé naváděcí, navigační a pohonné systémy a určují, že a chemický pohon optimálním uspořádáním by byl systém, který nevyžaduje sledování země a laserový maják.
Důležitost správné plánování je také adresováno, což platí pro Starshade stejně jako navrhované Vzdálené skrytí – oběžná dráhaStarshadekoncept navržený pro práci s pozemními dalekohledy. V oddílech tři a čtyři,Potlačení hvězdného světla a modelování výkonuaSolar Glint, řeší se další velký problém, kterým je možnost interference způsobené světlem zvěrokruhu a slunečním světlem odraženým odStarshadeokvětní lístky.
Zkoumání příležitostí
Stejně důležité jsou články, které zkoumají výhody aStarshademise při spárování s teleskopy nové generace, jako je napřJWSTaRST, stejně jako Obyvatelná observatoř exoplanet (HabEx) a Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR). Tyto navrhované mise budou optimalizovány pro přímé zobrazování a charakterizaci atmosfér exoplanet a pravděpodobně budou spojeny s konceptem Starshade (nebo budou mít vlastní koronografické přístroje).
Zajímavé je také množství dokumentů, které podrobně popisujíProgram Starshadea úsilí NASA přinéstStarshadena Úroveň připravenosti technologie 5 (TLR 5) – úsilí, na které dohlíží Projekt S5 . Tato část také podrobně popisuje úsilí společnosti Starshade Exoplanet Data Challenge a Roman Exoplanet Imaging Data Challenge (EIDC), oba mají za cíl propojit vědecké požadavky budoucích misí Starshade se specifickými výkonnostními parametry.
V prvním případě se výzkumníci z NASA JPL spoléhali na syntetické snímky systémů exoplanet generovaných Starshade Imaging Simulation Toolkit pro průzkum exoplanet (SESTRA). Tento všestranný nástroj, který spravuje Caltech, je navržen tak, aby poskytoval přesné modely toho, jak by vypadaly systémy exoplanet při pozorování pomocíStarshade.
EIDC je mezitím úsilím o zapojení komunity vedeným výzkumným týmem Turnbull CGI Science Investigation Team, který zase vede Margaret C. Turnbull – uznávaný astrofyzik a vědecký pracovník Margaret C. Turnbull institutu SETI. Zahájena v roce 2019,římskýEIDC v podstatě simulovalo to, coMisijní dalekohled Nancy Graceuvidí s pomocí (a bez) pomoci mise Starshade Rendezvous.
To je nabráno později v oddílech pět a šest –Detekce exoplanetaPozorování– kde výzkumné práce opět diskutují o typech systémů exoplanet, se kterými se budoucí teleskopy setkajíStarshadepomoc. V některých z těchto článků byly poskytnuty ukázkové snímky a byly diskutovány konkrétní cíle – blízké hvězdné systémy, které jsou považovány za optimální kandidáty.
Sekci Pozorování uzavírají tři články od různých týmů, z nichž všechny vedl vedoucí výzkumník Eliad Peretz z NASA Goddard. Zde výzkumné týmy zkoumaly, jak efektivní jsou vesmírné dalekohledyStarshadeby bylo v odhalovat a charakterizovat potenciálně obyvatelné exoplanety (na základě různých pozorovacích podmínek) a jak by pozemní observatoře také těžily z Vzdálené skrytí .
Umělecký koncept vesmírného dalekohledu NASA HabEx spárovaného se Starshade. Kredit: Gaudi et al.
Podpora dialogu
Speciální sekce vše uzavírá malým výukovým programem s názvemDialog na Starshades. V této části jsou otázky vzneseny a řešeny formou dialogu mezi hypotetickým studentem (jménem Morgan Nemandi) a „expertem“ Starshade (Urania Sage). Otázky byly založeny na skutečných otázkách, které byly položeny členy amatérské astronomie a komunit nadšenců pro výzkum vesmíru.
Dialog je také poctou Galileovi Dialog o dvou hlavních světových systémech (It: Dialog o dvou největších systémech světa), pojednání, které vydal v roce 1632 a které předložilo argumenty ve prospěch Koperníkova heliocentrického modelu vesmíru. Byla také prezentována ve formátu, který zdůrazňuje, kolik otázek, které lidé mají ohledně průzkumu vesmíru, jsou věci, které se jim ne vždy líbí (tj. „věci, na které se bojím zeptat“).
Tato závěrečná část Speciální sekce je organizována ve čtyřdenním formátu, který odráží originálDialog. Zatímco první den zahrnuje Morgan a Urania, kteří pokrývají základy Starshade a historii projektu, druhý den se zabývají otázkami souvisejícími s inženýrstvím a technologií, třetí den pokrývá otázky vědy a čtvrtý den se zabývá otázkami souvisejícími s programem.
Zatímco harmonogram vývoje Starshade ještě nebyl zveřejněn, je jasné, že NASA a další vesmírné agentury mají v úmyslu pokračovat v této technologii. V nadcházejících letech se supresory hvězdného světla a koronografy pravděpodobně stanou nedílnou součástí astronomie a výzkumu exoplanet nové generace. Při spárování sJames Webb, římský,TESS, HabEx aČÍSTvesmírného dalekohledu, počet známých kamenných exoplanet exponenciálně poroste.
Technologie Starshade také pomůže misím, jaké navrhuje ESA charakterizující ExOPlanets Satellite ( CHEOPS ), PLAnetární tranzity a oscilace hvězd (PLATO) a Velký průzkum infračervené exoplanety s dálkovým průzkumem atmosféry (ARIEL) vesmírné dalekohledy. Tyto mise budou také věnovány dokončení sčítání pozemských exoplanet, charakterizaci jejich atmosféry a nalezení důkazů o životě mimo naši sluneční soustavu.
Další čtení: Digitální knihovna SPIE , Program exoplanet NASA
