Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) der NASA ist erst seit etwas mehr als einem Jahr in Betrieb, aber das hindert die weltgrößte Raumfahrtbehörde nicht daran, über das nächste große Weltraumteleskop zu diskutieren, das irgendwann in der Zukunft als Nachfolger des JWST dienen könnte. Betreten Sie das Habitable Worlds Observatory (HWO), das erstmals im Rahmen der Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics 2020 (Astro2020) der National Academy of Sciences als nächste Flaggschiff-Astrophysikmission der NASA vorgeschlagen wurde.
Zu seinen potenziellen technologischen Fähigkeiten gehört zwar die Untersuchung von Exoplaneten, Sternen, Galaxien und unzähligen anderen Himmelsobjekten auf Leben jenseits der Erde, doch es ist noch ein langer Weg, bis HWO sowohl Wissenschaftler als auch die Öffentlichkeit mit atemberaubenden Bildern und neuen Datensätzen begeistern wird.
„Bevor wir die Mission entwerfen können, müssen wir die Schlüsseltechnologien so weit wie möglich entwickeln“, sagte Dr. Dimitri Mawet, Professor für Astronomie am Caltech und leitender Forschungswissenschaftler am NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL). „Wir befinden uns in einer Phase der Technologiereife. Die Idee besteht darin, die Technologien weiter voranzutreiben, die es dem Habitable Worlds Observatory ermöglichen, seine revolutionäre Wissenschaft zu liefern und gleichzeitig das Risiko von Kostenüberschreitungen auf der ganzen Linie zu minimieren.“
Dr. Mawet ist eine von 56 Personen, die als Mitglied der Technical Assessment Group (TAG) für HWO ausgewählt wurden, deren erste Treffen zwischen dem 31. Oktober und dem 2. November 2023 in Washington DC stattfinden sollen Bei den Treffen werden die Einzelpersonen im Rahmen des „Great Observatory Maturation Program“ (GOMAP) der NASA in zwei Gruppen eingeteilt: Science, Technology, Architecture Review Team (START) und eine Technical Assessment Group (TAG) (eine vollständige Mitgliederliste für beide Teams). ist verfügbar Hier). Während sich START auf die wissenschaftlichen Ziele von HWO konzentrieren wird, wird sich TAG auf das Design von HWO und die notwendige Technologie konzentrieren, um die Designanforderungen zu erfüllen.
„Der Decadal Survey empfahl dieser Mission höchste Priorität, weil sie für die Astrophysik transformative Fähigkeiten mit sich bringen würde und weil sie in der Lage ist, ganze Sonnensysteme außerhalb unseres eigenen zu verstehen“, sagte Dr. Fiona Harrison, Co-Vorsitzende des Astro2020-Decadals Berichtsausschuss und ist Harold A. Rosen-Professor für Physik und Kent and Joyce Kresa Leadership Chair der Abteilung für Physik, Mathematik und Astronomie, beide am Caltech.
Derzeit beschränkt sich der Versuch, Biosignaturen auf Exoplaneten zu identifizieren, auf die Untersuchung ihrer Atmosphären mittels Spektroskopie, einer Methode, bei der Licht analysiert wird, um eventuell vorhandene Gase zu identifizieren. Ein wichtiger Aspekt bei der Analyse der Atmosphären von Exoplaneten besteht darin, die immense Blendung des Muttersterns eines Exoplaneten auszublenden und nur schwaches Sternenlicht übrig zu lassen, das von der Atmosphäre eines nahegelegenen Exoplaneten reflektiert wird. Diese Blockierung der Sternenblendung wird hauptsächlich auf zwei Arten durchgeführt: einem Koronographen und einem Sternenschirm.
Der Koronograph wurde erstmals 1939 vom französischen Astronomen Dr. Bernard Lyot erfunden, um unsere Sonne zu untersuchen. Er befindet sich im Inneren des Teleskops und blockiert das Sternenlicht durch einen mehrstufigen Prozess, der eine Maske, eine Unterlegscheibe (auch Lyot-Stopp genannt) und eine spezielle Vorrichtung umfasst Spiegel, die alle zusammenarbeiten, um zunächst die großen Mengen an Sternenlicht zu reduzieren, die in das Teleskop einfallen, und schließlich die Exoplaneten freizulegen, die sich im grellen Licht des Sterns versteckten. Astronomen können dann mithilfe der Spektroskopie das Licht dieser Exoplaneten analysieren, um Gase in ihren jeweiligen Atmosphären zu identifizieren.
Derzeit sind das Hubble-Weltraumteleskop und das JWST der NASA die einzigen Weltraumteleskope, die Koronographen zur Untersuchung von Exoplaneten verwenden, zusammen mit mehreren bodengestützten Teleskopen, darunter dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO), dem Gemini Planet Imager und anderen Teleskopen befindet sich am Keck-Observatorium in Hawaii. Für die Zukunft gibt es Pläne, dass das kommende römische Weltraumteleskop Nancy Grace (oft als römisches Weltraumteleskop abgekürzt) der NASA einen fortschrittlichen Koronographen namens Coronagraphic Instrument (CGI) zur Abbildung gasförmiger Exoplaneten verwenden wird. Roman soll an Bord eines SpaceX Falcon starten Schwer irgendwann im Jahr 2027.
Wenn sich ein Koronograph im Inneren des Teleskops befindet, ist der Sternenschirm sein äußeres Gegenstück. Während keine aktuellen Weltraumteleskope Sternenschirme verwenden, würden sich von der NASA entworfene und gebaute Entwicklungsmodelle von einem zukünftigen Weltraumteleskop lösen und sich in einer bestimmten Entfernung davor entfalten und wie ein buchstäblicher Schirm wirken, um das Sternenlicht eines entfernten Sterns zu blockieren, mit dem Ziel der Entdeckung der Exoplaneten im Orbit. Während die Sternenschattenmethode eine Vielzahl technischer Herausforderungen mit sich bringt, einschließlich der ordnungsgemäßen Entfaltung und Bereitstellung im richtigen Abstand vor dem Weltraumteleskop, gehen Wissenschaftler davon aus, dass sowohl ihre Einfachheit als auch ihre Vielseitigkeit darin besteht, dass sie für andere wissenschaftliche Zwecke als die Jagd auf Exoplaneten eingesetzt werden könnte eine ideale Ergänzung für zukünftige Weltraumteleskope.
„Wir schätzen, dass es allein in unserer Galaxie bis zu mehrere Milliarden erdgroße Planeten in der bewohnbaren Zone gibt“, sagte Dr. Nick Siegler, Cheftechnologe des Exoplanet Exploration Program der NASA am NASA JPL. „Wir wollen die Atmosphären dieser Exoplaneten untersuchen, um nach Sauerstoff, Methan, Wasserdampf und anderen Chemikalien zu suchen, die auf die Anwesenheit von Leben hinweisen könnten. Wir werden keine kleinen grünen Männchen sehen, sondern vielmehr spektrale Signaturen dieser Schlüsselchemikalien.“ oder was wir Biosignaturen nennen.“
Dr. Siegler wies darauf hin, dass die NASA den Koronographenpfad für HWO gewählt habe, was durch dessen mögliche Verwendung im kommenden römischen Weltraumteleskop angezeigt werde. Laut Decadal Survey soll HWO irgendwann in den späten 2030er oder frühen 2040er Jahren starten, wobei die Beobachtungszeit zwischen der Erforschung von Exoplaneten und der allgemeinen Astrophysik aufgeteilt werden soll.