لالتقاط أفضل الصور المباشرة للكواكب الخارجية باستخدام التلسكوبات الفضائية ، نحن بصدد البحث عن ظلال النجوم
بين عامي 2021 و 2024 ، كان جيمس ويب (JWST) و نانسي جريس رومان سيتم إطلاق التلسكوبات الفضائية (RST) إلى الفضاء. كخلفاء لمراصد متعددة (مثلهابل ، كبلر ، سبيتزر ،وغيرها) ، ستجري هذه البعثات بعضًا من أكثر المسوحات الفلكية طموحًا على الإطلاق. وسيتراوح هذا من اكتشاف وتوصيف الكواكب خارج المجموعة الشمسية للتحقيق في ألغاز المادة المظلمة و الطاقة المظلمة .
بالإضافة إلى قدرات التصوير المتقدمة والحساسية العالية ، فإن كلا الجهازين يحملان أيضًا فقرات تاجية - وهي أدوات تمنع حجب ضوء النجوم حتى يمكن اكتشاف الكواكب الخارجية ومراقبتها مباشرة. وفقًا لمجموعة مختارة من الأوراق التي نشرتها مؤخرًا مجلة التلسكوبات والأدوات والأنظمة الفلكية (JATIS) ، سنحتاج إلى المزيد من هذه الأدوات إذا أردنا حقًا دراسة الكواكب الخارجية بالتفصيل.
هذه قسم خاص في الستائر الشمسية يتضمن أوراقًا (تم إصدارها بين يناير ويونيو من عام 2021) تتناول أحدث التطورات العلمية والهندسية والبحثية والبرامجية التي تم إجراؤها باستخدام أجهزة تخطيط القلب. تُعرف هذه الأدوات أيضًا باسم Starshades ، وهي تعالج أحد أكبر التحديات في اكتشاف الكواكب الخارجية وتوصيفها. لتلخيص ، الغالبية العظمى من الكواكب الخارجية المعروفة ( تم تأكيد 4،422 حتى الآن ) تم اكتشافه باستخدام وسائل غير مباشرة.
دراسات الكواكب الخارجية
من بين هذه الطرق ، الأكثر استخدامًا وفعالية هي طريقة العبور (قياس الضوء العابر) و طريقة السرعة الشعاعية (مطيافية دوبلر). في السابق ، يراقب علماء الفلك النجوم بحثًا عن انخفاضات دورية في السطوع ، والتي تعد مؤشرًا محتملاً على أن كوكبًا خارج المجموعة الشمسية (أو عدة) يمر أمام النجم الأصلي (ويعرف أيضًا باسم العبور) بالنسبة إلى الراصد.
في الأخير ، يقيس علماء الفلك كيف يتحرك النجم ذهابًا وإيابًا (ومدى السرعة) لقياس تأثير الجاذبية لأي أقمار صناعية في المدار. بشكل منفصل ، هذه الطرق فعالة أيضًا في تحديد نصف قطر كوكب خارج المجموعة الشمسية (العبور) وكتلته (السرعة الشعاعية). عند استخدامها معًا ، فهي أكثر الوسائل فعالية لتأكيد وتوصيف الكواكب الخارجية ، فضلاً عن وضع قيود على قابليتها للحياة المحتملة.
في حالات نادرة ، كان علماء الفلك قادرين على رصد الكواكب الخارجية مباشرة عن طريق اكتشاف ضوء النجوم المنعكس في الغلاف الجوي - ويعرف أيضًا باسم. ال طريقة التصوير المباشر . لسوء الحظ ، كانت الغالبية العظمى من هذه الكواكب عمالقة غازية أو كان لها مدار طويل حول نجمها (أو كليهما). بالنسبة للكواكب الصخرية الأصغر ذات المدارات الأقصر (حيث من المرجح أن توجد كواكب شبيهة بالأرض) ، فإن أي ضوء ينعكس من غلافها الجوي من المرجح أن تغسله شمسها.
ولهذا السبب كانت فقرات التاج موضوع بحث وتطوير كبير في السنوات الأخيرة. بالإضافة إلى الأدوات التي يمكن دمجها مع المراصد ، تعتزم ناسا أيضًا بناء مركبة فضائية يمكنها العمل جنبًا إلى جنب مع التلسكوبات الفضائية لقمع ضوء النجوم الغامض. هذه الجهود هي جزء من وكالة ناسا ستارشادي المشروع ، الذي يتصور مركبة فضائية بدرع ضوئي على شكل زهرة قابل للنشر.
القسم الخاص
على الرغم من التقدم الذي تم إحرازه في السنوات الأخيرة في تطويرستارشادي(والتقنيات ذات الصلة) ، تميل أخبار هذه التطورات إلى التشتت. لهذا السبب ، فإن محرري القسم الخاص - وجميعهم أعضاء في وكالة ناسا Starshade Technology and Science Working Group - جمعت 19 ورقة بحثية تمثل أحدث الأبحاث (من يناير إلى يونيو 2021).
بوصفهم المحررين ذكروا في الورقة التمهيدية بعنوان ' قسم خاص عن الستائر الشمسية: نظرة عامة وحوار ':
'ظل النجوم هي تقنية شهدت تطورًا سريعًا واهتمامًا واسعًا في العديد من المؤسسات. تم نشر العديد من التطورات في هذا المجال على العديد من المجلات والاجتماعات. ونتيجة لذلك ، يصعب جمعها في مكان واحد من أجل الحصول على رؤية جيدة لحالة ظلال النجوم '.
'مع تزايد الاهتمام بتطوير المهام القائمة على ظل النجوم ، نأمل أن يكون هذا القسم الخاص بمثابة برنامج تعليمي ، حيث يوفر خلفية كافية للمحققين المحتملين الذين ليسوا على دراية بظلال النجوم للحصول على نظرة عامة حديثة عن المجال في موقع واحد '.
تنقسم هذه الأوراق إلى ست فئات تتوافق مع أربعة مجالات بحث مختلفة ، وكلها مقدمة في الجزء الثاني -الملخص والمساهمات- القسم الخاص. يبدأ بملفستارشاديالبرنامج وأنواع المهام التي سيمكنها ، متبوعًا سلسلة من الأوراق المتعلقة بالتكنولوجيا والتي تنظر في تحديات النشر والالتقاء ، تليها سلسلة من العلوم و الأوراق المتعلقة بالبعثة.
الملخص والمساهمات
تتناول العديد من الأوراق التحديات الخاصة التيستارشاديسيواجه عند إقرانه بتلسكوب فضائي. على سبيل المثال ، الجزء الثاني -انتشار وتشكيل الطيران- يعرض الأوراق التي تفحص التحديات التقنية إرسال مهمة إلى الفضاء في تشكيل مخزّن ثم نشرها بمجرد وصولها إلى وجهتها - على غرار ماجيمس ويبسيتم إطلاقه مرة واحدة (من المقرر حاليًا في نوفمبر 2021).
يعد البقاء في التكوين باستخدام تلسكوب فضائي أيضًا تحديًا كبيرًا ، خاصةً عندما يكون التلسكوب t انتزاع من هدف إلى آخر . هنا ، تتناول الأوراق المقدمة أنظمة التوجيه والملاحة والدفع المختلفة ، وتحدد أن أ الدفع الكيميائي النظام الذي لا يتطلب تتبعًا أرضيًا وسيكون منارة الليزر الترتيب الأمثل.
أهمية الجدولة المناسبة تم تناوله أيضًا ، وهو ما ينطبق على Starshade بقدر ما ينطبق على المقترح إخفاء عن بعد - في المدارستارشاديمفهوم مصمم للعمل مع التلسكوبات الأرضية. في القسمين الثالث والرابع ،قمع ضوء النجوم ونمذجة الأداءوبريق الطاقة الشمسية، هناك تحدٍ رئيسي آخر يتم تناوله ، وهو احتمال التداخل الناجم عن ضوء البروج والضوء الشمسي الذي ينعكس عليهستارشاديبتلات.
استكشاف الفرص
الأوراق ذات الأهمية نفسها هي الأوراق التي تستكشف فوائد أستارشاديالمهمة عند إقرانها مع تلسكوبات الجيل التالي مثلJWSTوRST، وكذلك مرصد الكواكب الخارجية الصالحة للسكن (HabEx) ومساح الأشعة فوق البنفسجية / البصري / الأشعة تحت الحمراء الكبير (LUVOIR). سيتم تحسين هذه المهام المقترحة للتصوير المباشر وتوصيف الغلاف الجوي للكواكب الخارجية ، ومن المرجح أن يتم إقرانها بمفهوم ستار شادي (أو لديها أدوات فقرة خاصة بها).
من المثير للاهتمام أيضًا الأوراق العديدة التي تفصل ملفبرنامج Starshadeوجهود ناسا لجلبستارشاديإلى الجاهزية التقنية المستوى 5 (TLR 5) - جهد يشرف عليه مشروع S5 . يفصل هذا الجزء أيضًا جهود Starshade تحدي بيانات الكواكب الخارجية و ال تحدي بيانات تصوير الكواكب الخارجية الرومانية (EIDC) ، وكلاهما يهدف إلى ربط المتطلبات العلمية لبعثات Starshade المستقبلية بمعايير أداء محددة.
في الحالة الأولى ، اعتمد الباحثون في NASA JPL على الصور الاصطناعية لأنظمة الكواكب الخارجية التي تم إنشاؤها بواسطة مجموعة أدوات محاكاة التصوير Starshade لاستطلاع الكواكب الخارجية (أخت). تم تصميم هذه الأداة متعددة الاستخدامات ، التي تحتفظ بها Caltech ، لتوفير نماذج دقيقة لما قد تبدو عليه أنظمة الكواكب الخارجية عند ملاحظتها بمساعدة aستارشادي.
وفي الوقت نفسه ، يعد EIDC جهدًا للمشاركة المجتمعية بقيادة فريق البحث العلمي في Turnbull CGI ، والذي بدوره يقودها مارجريت سي تورنبول - عالم الفيزياء الفلكية وعالم الأبحاث الشهير مارجريت سي تورنبول من معهد SETI. تم إطلاقرومانقام EIDC بشكل أساسي بمحاكاة ماتلسكوب نانسي جريس ميشنسوف نرى بمساعدة (وبدونها) من مهمة موعد Starshade.
يتم التقاط هذا لاحقًا في القسمين الخامس والسادس -كشف الكواكب الخارجيةوملاحظات- حيث تناقش الأوراق البحثية مرة أخرى أنواع أنظمة الكواكب الخارجية التي ستراها التلسكوبات المستقبليةستارشاديالمساعدة. في بعض هذه الأوراق ، تم تقديم أمثلة للصور وتمت مناقشة أهداف محددة - أنظمة النجوم القريبة التي تعتبر مرشحة مثالية.
يختتم قسم الملاحظات بثلاث أوراق بحثية كتبها فرق مختلفة ، قادها باحث رئيسي إلياد بيرتس ناسا جودارد. هنا ، فحصت فرق البحث مدى فعالية التلسكوبات الفضائيةستارشاديسيكون في الكشف والتوصيف الكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن (بناءً على ظروف الرصد المختلفة) وكيف ستستفيد المراصد الأرضية أيضًا من إخفاء عن بعد .
مفهوم الفنان عن تلسكوب الفضاء هابكس التابع لناسا مقترنًا بستار شادي. الائتمان: Gaudi et al.
تعزيز الحوار
يختتم القسم الخاص الأمور بقليل من البرنامج التعليمي بعنوانحوار على ظلال النجوم. في هذا القسم ، يتم طرح الأسئلة ومعالجتها في شكل حوار بين طالب افتراضي (يُدعى Morgan Nemandi) و Starshade 'خبير' (Urania Sage). استندت الأسئلة إلى الأسئلة الفعلية التي طرحها أعضاء مجتمعات هواة علم الفلك واستكشاف الفضاء.
الحوار هو أيضًا تكريم لجاليليو حوار حول النظامين العالميين الرئيسيين (هو: حوار حول أعظم نظامين في العالم) ، وهو مقال نشره عام 1632 قدم حججًا لصالح نموذج كوبرنيكوس المتمركز حول الشمس للكون. تم تقديمه أيضًا بتنسيق يؤكد على عدد الأسئلة التي يطرحها الأشخاص حول استكشاف الفضاء وهي أشياء لا يرتاحون دائمًا لطرحها (أي 'أشياء أخشى طرحها').
يتم تنظيم هذا الجزء الأخير من القسم الخاص في تنسيق لمدة أربعة أيام ، يعكس الأصلحوار. بينما يشتمل اليوم الأول على Morgan و Urania ويغطيان أساسيات Starshade وتاريخ المشروع ، فقد جعلهما اليوم الثاني يتناولان الأسئلة المتعلقة بالهندسة والتكنولوجيا ، ويغطي اليوم الثالث أسئلة العلوم ، ويتناول اليوم الرابع الأسئلة المتعلقة بالبرنامج.
في حين لم يتم إصدار جدول زمني حتى الآن لتطوير Starshade ، فمن الواضح أن وكالة ناسا ووكالات الفضاء الأخرى تعتزم متابعة هذه التكنولوجيا. في السنوات القادمة ، من المرجح أن تصبح مثبطات ضوء النجوم وأجهزة قياس القمر جزءًا لا يتجزأ من الجيل التالي من علم الفلك وأبحاث الكواكب الخارجية. عندما يقترن بامتدادجيمس ويب ، رومانوتيسو HabEx واقرأتلسكوب فضائي ، سيزداد عدد الكواكب الخارجية الصخرية المعروفة أضعافًا مضاعفة.
ستساعد تقنية Starshade أيضًا في مهام مثل وكالة الفضاء الأوروبية المقترحة توصيف القمر الصناعي الكواكب الخارجية ( رقائق )و عبور PLAnetary وتذبذبات النجم (بلاتو) ، و مسح كبير للكواكب الخارجية بالأشعة تحت الحمراء في الغلاف الجوي (ARIEL) تلسكوبات فضائية. ستخصص هذه البعثات أيضًا لاستكمال تعداد الكواكب الخارجية الأرضية ، وتوصيف غلافها الجوي ، وإيجاد دليل على وجود حياة خارج نظامنا الشمسي.
قراءة متعمقة: مكتبة SPIE الرقمية و برنامج ناسا للكواكب الخارجية
