Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

ATLAST


ATLAST 8m Telescope Exterior.jpg

План:


Введення


Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST) - космічний телескоп, призначений для роботи в ультрафіолетовому, видимому і ближньому інфрачервоному діапазоні (110-2400 нм).


1. Наукові цілі

ATLAST розглядається в якості флагманської місії НАСА на період 2025-2035 рр.. Основною метою телескопа є пошук відповіді на питання: чи є десь ще життя в нашій Галактиці. Її наявність буде побічно підтверджено в разі виявлення "біомаркерів" (наприклад, молекулярного кисню, озону, води та метану) в спектрі атмосфери землеподібних екзопланет.

Крім пошуку ознак позаземного життя, телескоп буде також займатися іншими науковими завданнями. Він буде мати функціонал, необхідний для виявлення законів, за якими формуються зірки, а також дозволить простежити складні взаємодії між темною матерією, галактиками і міжгалактичної середовищем. Через значного стрибка в можливостях спостережень, які надасть ATLAST, різноманітність або напрям його досліджень не може бути зараз точно передбачено, так само, як творці телескопа Хаббл не передбачали його роль в характеристиці атмосфер екзопланет-гігантів або вимірювання прискорення космічного розширення, використовуючи наднові.


1.1. Пошук життя у нашій Галактиці

ATLAST, використовуючи внутрішній коронограф або зовнішнє пристрій блокування світла зірок (оккультер), може описати атмосферу і поверхню екзопланет, розміром із Землю в жилої зоні довгоживучих зірок на відстанях до 45 парсек (~ 146 світлових років), включаючи швидкість їх обертання, клімат, і можливу населеність. ATLAST також дозволить зібрати інформацію про особливості поверхні, змінах в хмарному покриві і кліматі, а також, можливо, сезонних коливаннях покриває рослинності [1].

Для виконання успішного пошуку біомаркерів на екзопланетах необхідний космічний телескоп з великою апертурою, який дозволить вирішити чотири основні проблеми, пов'язані з таким пошуком.

Перша і основна проблема: планети, розміром із Землю, є дуже тьмяними. Двійник Землі на відстані 32 св. років, що обертається навколо зірки G-класу, буде мати зоряну величину V ~ 29,8. Для виявлення біомаркерів, приміром молекулярного кисню, в атмосфері екзопланети від телескопа потрібна здатність одержання прямої спектроскопії такого слабкого джерела. Друга проблема: середній кутовий розмір жилої зони навколо найближчих F, G, K-зірок становить менше 100 кутових мілісекунд (mas). Таким чином, система, що формує зображення повинна володіти кутовим дозволом ~ 10-25 mas для прийнятного виділення екзопланети. Третя проблема: пряме спостереження планет, розміром із Землю в жилої зоні вимагає високої контрастності від системи, що формує зображення, а також блокування світла зірки. З розрахунків випливає, що необхідний фактор придушення світла зірок складає від 10 - 9 до 10 - 10 . Деякі нині існуючі методи здатні надати такий високий рівень контрасту, проте всі вони вимагають стабільності хвильового фронту, який недосяжний при використанні наземних телескопів, внаслідок впливу атмосфери Землі. Тому для досягнення необхідної стабільності хвильового фронту необхідні телескопи космічного базування. І нарешті, планети з біомаркерами можуть бути досить рідкісні, через що потрібно переглядати десятки або навіть сотні зірок, щоб знайти лише невелика кількість планет з наявністю ознак життя. Число зірок, для яких ATLAST зможе отримати спектр екзопланет, при заданому співвідношенні сигнал / шум і за прийнятний час, приблизно дорівнює D 3 , Де D - діаметр апертури телескопа. Розрахунки показують, що для того, щоб збільшити шанси на успішне виявлення біомаркерів у планет найближчих зірок необхідний телескоп з апертурою не менше 8 м. [2]

У таблиці представлено кількість найближчих зірок, для яких буде доступний для спостереження радіус жилої зони в залежності від використовуваних приладів телескопa

Конфігурація телескопа Число зірок
8x6 м еліптичне монолітне дзеркало з коронограф Ліо 65
8-м монолітне дзеркало з коронограф обнуляє інтерферометрії 47
8-м монолітне дзеркало із зовнішнім оккультером 240
16-м сегментоване дзеркало з коронограф обнуляє інтерферометрії 319
16-м сегментоване дзеркало із зовнішнім оккультером 603

1.2. Вивчення взаємодії міжгалактичної середовища з галактиками

Розуміння того, як газ з міжгалактичної середовища потрапляє в галактики і як галактики реагують на це лежить в основі розуміння еволюції галактик. Вивчення процесів попадання газу і його витікання має наглядову характер. Ці процеси можуть бути охарактеризовані шляхом дослідження поглинання ультрафіолетового випромінювання і спектроскопії емісійних ліній.

Хвилі ультрафіолетового діапазону потрібні для опису теплого міжгалактичного газу з незначним червоним зміщенням. Головне завдання телескопа - отримати набір даних з необхідним спектральним дозволом. Ультрафіолетовий спектрограф телескопа розробляється під виконання таких спостережень. Багато інших наукові цілі вимагають аналогічну чутливість ультрафіолетової спектроскопії (дозволом R ~ 20 000-100 000) на довжинах хвиль 110-300 нм. Найбільший ризик у спроможності телескопа здійснити передбачувані наукові цілі в ультрафіолетовому діапазоні - це наявність ефективних детекторів ультрафіолетових хвиль. Тим не менш, існують на поточний момент детектори, дозволяють досягти передбачувані наукові цілі, але спостереження будуть тривати в 4 рази довше.


1.3. Вивчення історії формування зірок

Порівняння продуктивності телескопа Хаббл (жовтий круг), Джеймса Вебба (червоний) і телескопа ATLAST в двох варіантах

ATLAST зможе реконструювати історію формування зірок в сотнях галактиках за межами Місцевої групи, надаючи вченим для вивчення повний спектр умов формування зірок

Повна і точна теорія формування та еволюції галактик потребує точному визначенні, як і коли галактики формують їх зоряне населення і як це формування змінюється в залежності від навколишнього середовища. Найбільш підходящий спосіб зробити це - аналізувати зоряне населення гігантських галактик з метою реконструкції історії формування зірок, визначення хімічної еволюції і кінематики різних їх структур. Найбільш повна і точна діагностика їхнього віку здійснюється шляхом вивчення зірок-карликів і гігантів, включаючи визначення часу відходу з головної послідовності. Однак після сходження з головної послідовності зоря швидко стає надто слабкою для спостереження існуючими телескопами в галактиках за межами Місцевої групи. Це сильно обмежує наші можливості отримання інформації про деталі формування галактик, оскільки галактики в Місцевої групі не є типовою вибіркою популяції галактик в більшому масштабі Всесвіту. ATLAST буде володіти можливостями спостереження зірок за межами Місцевої групи. Для порівняння телескоп Хаббл і телескоп Джеймс Вебб не мають необхідної точності спостереження гігантських галактик крім Чумацького шляху і Андромеди. 8-метровий (9.2-м) космічний телескоп ATLAST буде мати можливість спостереження за 140 (160) галактиками, включаючи 12 (13) гігантських спіральних і найближчу гігантську еліптичну Maffei 1. Для визначення віку та інших властивостей галактик необхідна фотометрія тисяч зірок, що охоплюють 4 порядку світності. Такі спостереження вимагають від телескопа поля спостереження принаймні в 4 кутових хвилини. ATLAST може працювати спільно з 30-м наземним телескопом (наприклад, ТМТ - Thirty Meter Telescope), розширюючи можливості спостереження інших добре-населених груп галактик шляхом отримання космічним телескопом фотометрії для карликових зірок G-класу із зоряною величиною V ~ 35, та отримання наземним телескопом даних про більш яскравих гігантах в Групі Скульптора. Карликові зірки в Групі Скульптора практично недоступні для ТMТ.


1.4. Дослідження темної матерії

Карликові сфероїдальні галактики (dSph), тьмяні з відомих типів галактик, є найбільш придатними місцями для дослідження властивостей небаріонна темної матерії. Для цього існує кілька причин. По-перше, основну їх масу становить темна матерія: шляхом спостережень було встановлено, що ці галактики мають відношення маси до світла в 10-100 разів вище, ніж звичайна гігантська галактика (наприклад, Чумацький шлях або M31). По-друге, їх відносно багато поблизу нас - до теперішнього часу знайдено 19 таких галактик в Місцевої групі. І, нарешті, виявлено, що всі 19 галактик, що охоплюють більш ніж 4 порядку світності, наповнені Галлом темної матерії з однаковою масою (~ 107 сонячних мас) в їх центральній області розміром 300 парсек. ATLAST буде вимірювати рух зірок у цих галактиках і визначати їх гравітаційні взаємодії.


2. Технічні дані

Концепція телескопа з сегментованим дзеркалом

Концепція нового телескопа була запропонована Науковим інститутом космічного телескопа. ATLAST буде наступником телескопа Хаббл, володіючи можливістю спектроскопічних спостережень і фотографування астрономічних об'єктів в ультрафіолетовому, видимому і інфрачервоному діапазонах з істотно кращим дозволом, ніж має телескоп Хаббл (HST) або запускається в 2018 р. телескоп Джеймс Вебб (JWST). Так само як і JWST, ATLAST буде запущений до точці Лагранжа L 2 системи Земля - Сонце.

ATLAST матиме головне дзеркало діаметром від 8 до 16,8 метрів в залежності від остаточної концепції, яку затвердять пізніше. На поточний момент розробники визначили дві різні архітектури, але з аналогічною оптичної конструкцією. Перша передбачає телескоп з монолітним головним дзеркалом (8 м), друга - телескоп з головним дзеркалом (9,2 м або 16,8 м), побудованим з безлічі сегментів. Ці архітектури охоплюють діапазон можливих технологій і засобів: монолітне дзеркало, або сегментоване, ракета-носій Ares V, або Evolved Expendable Launch Vehicle (англ.) (EELV), пасивний або повноцінний активний контроль хвильового фронту і т. д. Наприклад, восьмиметрове дзеркало має переваги, характерні для телескопів з монолітними дзеркалами у вигляді високої контрастності зображення і хорошого контролю хвильового фронту. Шестнадцатіметровой дзеркало має всі переваги, характерні для телескопів з великою площею збирає поверхні. Концепції побудови телескопів посилаються на напрацювання, що залишилися при розробці телескопа Хаббл і Джеймс Вебб, але також мають значні відхилення від цих проектів для зменшення маси і складності конструкції. ATLAST матиме кутове дозвіл в 5 - 10 разів краще, ніж у JWST і межа чутливості в 2000 разів краще, ніж HST. Два концепту, що враховують 8-метрове монолітне дзеркало і 16,8-м сегментоване дзеркало включені в проект розробляється ракети-носія Ares V. Однак місія ATLAST не залежить виключно від Ares V. Концепт, що припускає побудову 9,2-м телескопа з сегментованим дзеркалом, сумісний з EELV (англ.), а також багато в чому успадковує дизайн телескопа Джеймса Вебба. В обох архітектурах (з монолітним і сегментованим дзеркалом) мається на увазі, що ATLAST зможе обслуговуватися, так само, як обслуговувався HST. Використовуючи або автоматизований модуль (пропонований нині метод), або космічний корабель Оріон з екіпажем, НАСА зможе замінити, а також повернути на Землю для аналізу і майбутніх оновлень інструменти, що знаходяться на борту телескопа. Як HST і JWST, ATLAST буде живитися від сонячних батарей.


3. Місія

ATLAST буде запущений або з Космічного центру Кеннеді, використовуючи ракету Ares V або, якщо буде прийнята 9,2-метрова конструкція - з об'єктів НАСА, здатних запускати EELV. Подібно пропонованим польотів на Місяць на Оріоні / Альтаірі, Ares V розмістить ATLAST і Earth Departure Stage (англ.) (EDS) на опорній орбіті поки інженери не перевірять працездатність систем EDS та ATLAST. Після перевірки EDS знову запрацює і ATLAST почне тримісячний шлях до точці Лагранжа L 2 Сонце-Земля, увійшовши в так звану "гало орбіту" після досягнення точки призначення. По дорозі до точки L2, телескоп розгорне його оптику (якщо буде прийнята сегментована версія). Обслуговуючі місії будуть запускатися кожні 5 - 7 років і дозволять астрономам оновлювати телескоп ATLAS, застосовуючи нові технології і нові інструменти. Як і HST, ATLAST матиме 20-річний термін служби.


Примітки

  1. ATLAST: Characterizing Habitable Worlds - arxiv.org/abs/0911.3841v1
  2. ATLAST Concept Study - Final Report (Public Version) - www.stsci.edu / institute / atlast / documents / ATLAST_NASA_ASMCS_Public_Report.pdf

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас