AL FINAL

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Telescopio espacial de gran apertura de tecnología avanzada (ATLAST)

Concepto de telescopio con espejo monolítico de 8 m
Organización NASA
Rango de onda visible, ultravioleta , infrarrojo
Ubicación Punto de Lagrange L 2
Lanzador de órbita Space Launch System (SLS) o EELV
Duración 20 años
Diámetro 8 m, 9,2 m o 16,8 m
instrumentos cientificos
logotipo de la misión
Sitio web www.stsci.edu
 Archivos multimedia en Wikimedia Commons

El Telescopio Espacial de Gran Apertura de Tecnología Avanzada (ATLAST)  es un telescopio espacial diseñado para operar en los rangos ultravioleta, visible e infrarrojo cercano (110-2400 nm).

El proyecto no ha sido actualizado desde 2009. Actualmente, LUVOIR está siendo considerado como un telescopio espacial de nueva generación .

Objetivos científicos

El Instituto del Telescopio Espacial para Estudios Espaciales propuso ATLAST como una misión insignia de la NASA . El objetivo principal del telescopio es encontrar una respuesta a la pregunta: ¿hay vida en algún otro lugar de nuestra galaxia ? Su presencia se confirmará indirectamente si se detectan "biomarcadores" (por ejemplo, oxígeno molecular, ozono, agua y metano) en el espectro de la atmósfera de exoplanetas similares a la Tierra .

Además de buscar signos de vida extraterrestre, el telescopio también se ocupará de otras tareas científicas. Tendrá la funcionalidad necesaria para revelar las leyes por las que se forman las estrellas, y también nos permitirá rastrear las complejas interacciones entre la materia oscura , las galaxias y el medio intergaláctico . Debido al salto significativo en las capacidades de observación que proporcionará ATLAST, la diversidad o la dirección de su investigación ahora no se puede predecir con precisión, al igual que los creadores del telescopio Hubble no previeron su papel en la caracterización de las atmósferas de los exoplanetas gigantes o la medición de la aceleración. de la expansión cósmica usando supernovas . .

La búsqueda de vida en nuestra galaxia

ATLAST, utilizando un coronógrafo interno o un dispositivo de bloqueo estelar externo (ocultador), puede describir la atmósfera y la superficie de exoplanetas del tamaño de la Tierra en la zona habitable de estrellas de larga vida a distancias de hasta 45 parsecs (~146 años luz), incluyendo su velocidad de rotación, clima y posible habitabilidad. ATLAST también recopilará información sobre las características de la superficie, los cambios en la cobertura de nubes y el clima, y ​​posiblemente también las variaciones estacionales en la vegetación suprayacente [1] .

Para realizar una búsqueda exitosa de biomarcadores en exoplanetas, se necesita un telescopio espacial de gran apertura para abordar los cuatro problemas principales asociados con dicha búsqueda.

El primer y principal problema: los planetas del tamaño de la Tierra son muy tenues. Gemelo de la Tierra a una distancia de 32 sv. años, girando alrededor de una estrella de clase G , tendrá una magnitud de V ~ 30. Para detectar biomarcadores como el oxígeno molecular en la atmósfera de un exoplaneta, se requiere un telescopio que pueda obtener espectroscopia directa de una fuente tan débil.

El segundo problema es que el tamaño angular medio de la zona habitable alrededor de las estrellas F, G, K más cercanas es inferior a 100 milisegundos de arco (mas). Por lo tanto, un sistema de imágenes debe tener una resolución angular de ~10–25 mas para una selección aceptable de un exoplaneta.

El tercer problema: la observación directa de planetas del tamaño de la Tierra en la zona habitable requiere un alto contraste del sistema de imágenes, además de bloquear la luz de la estrella. De los cálculos se deduce que el factor de supresión de la luz de las estrellas requerido es de a . Algunos métodos actuales son capaces de proporcionar un nivel de contraste tan alto, pero todos ellos requieren una estabilidad del frente de onda, que es inalcanzable con los telescopios terrestres debido a la influencia de la atmósfera terrestre. Por lo tanto, se necesitan telescopios espaciales para lograr la estabilidad de frente de onda requerida. Finalmente, los planetas con biomarcadores pueden ser tan raros que sería necesario escanear docenas o incluso cientos de estrellas para encontrar solo una pequeña cantidad de planetas con signos de vida. El número de estrellas para las que ATLAST podrá adquirir el espectro de exoplanetas, a una determinada relación señal/ruido y en un tiempo razonable, es aproximadamente igual a , donde D es el diámetro de la apertura del telescopio. Los cálculos muestran que para aumentar las posibilidades de detección exitosa de biomarcadores de los planetas de estrellas cercanas, se necesita un telescopio con una apertura de al menos 8 m [2] .

La tabla muestra el número de estrellas cercanas para las que el radio de la zona habitable estará disponible para observación, dependiendo de los instrumentos del telescopio utilizados.

Configuración del telescopio Número de estrellas
Espejo monolítico elíptico de 8x6 m con coronógrafo de Lyot sesenta y cinco
Espejo monolítico de 8 m con coronógrafo de interferometría anuladora 47
Espejo monolítico de 8m con ocultador externo 240
Espejo segmentado de 16 m con coronógrafo de interferometría anuladora 319
Espejo segmentado 16 con ocultador externo 603

Estudio de la interacción del medio intergaláctico con las galaxias

Comprender cómo el gas del medio intergaláctico ingresa a las galaxias y cómo reaccionan las galaxias a esto es fundamental para comprender la evolución de las galaxias . El estudio de los procesos de entrada y salida de gases es de carácter observacional. Estos procesos se pueden caracterizar estudiando la absorción de la radiación ultravioleta y la espectroscopia de línea de emisión .

Se necesitan ondas en el rango ultravioleta para describir el gas intergaláctico cálido con un ligero corrimiento al rojo . La tarea principal del telescopio es obtener un conjunto de datos con la resolución espectral requerida. El espectrógrafo ultravioleta del telescopio se está desarrollando para llevar a cabo tales observaciones. Muchos otros fines científicos requieren una sensibilidad similar de la espectroscopia ultravioleta (resolución R ~ 20 000-100 000) en longitudes de onda de 110-300 nm. El mayor riesgo para la capacidad de un telescopio para lograr sus objetivos científicos previstos en el rango ultravioleta es la disponibilidad de detectores de ondas ultravioleta efectivos. Sin embargo, los detectores actuales pueden lograr los objetivos científicos propuestos, pero las observaciones durarán 4 veces más.

Explorando la historia de la formación estelar

ATLAST podrá reconstruir la historia de la formación de estrellas en cientos de galaxias fuera del Grupo Local , brindando a los científicos el espectro completo de condiciones de formación de estrellas para estudiar.

Una teoría completa y precisa de la formación y evolución de las galaxias necesita una definición precisa de cómo y cuándo las galaxias forman sus poblaciones estelares y cómo cambia esta formación con el medio ambiente. La forma más adecuada de hacerlo es analizar la población estelar de las galaxias gigantes para reconstruir la historia de la formación estelar, determinar la evolución química y la cinemática de sus diversas estructuras. El diagnóstico más completo y preciso de su edad se realiza mediante el estudio de estrellas enanas y gigantes, incluso determinando el momento de salida de la secuencia principal . Sin embargo, después de abandonar la secuencia principal, la estrella rápidamente se vuelve demasiado débil para ser observada por los telescopios existentes en galaxias fuera del Grupo Local . Esto limita en gran medida nuestra capacidad para obtener información sobre los detalles de la formación de galaxias, ya que las galaxias del Grupo Local no son una muestra típica de la población de galaxias en la escala mayor del Universo . ATLAST tendrá la capacidad de observar estrellas fuera del Grupo Local . En comparación, el Telescopio Hubble y el Telescopio James Webb no tienen la precisión requerida para observar galaxias gigantes que no sean la Vía Láctea y Andrómeda . El telescopio espacial ATLAST de 8 metros (9,2 m) podrá observar 140 (160) galaxias, incluidas 12 (13) espirales gigantes y la elíptica gigante Maffei 1 más cercana .

Para determinar la edad y otras propiedades de las galaxias, se requiere la fotometría de miles de estrellas que cubren 4 órdenes de luminosidad. Tales observaciones requieren que el telescopio tenga un campo de visión de al menos 4 minutos de arco. ATLAST puede trabajar en conjunto con un telescopio terrestre de 30 metros (por ejemplo, TMT - Telescopio de Treinta Metros ), expandiendo las capacidades de observación de otros grupos de galaxias bien poblados mediante la obtención de fotometría para estrellas enanas de clase G con una magnitud de V ~ 35 por el telescopio espacial, y obteniendo por el telescopio de datos gigante más brillante con base en tierra en el Sculptor Group . Las estrellas enanas del Sculptor Group son prácticamente inaccesibles para TMT.

Investigación de la materia oscura

Las galaxias esferoidales enanas (dSph), las más débiles de los tipos conocidos de galaxias, son los lugares más adecuados para estudiar las propiedades de la materia oscura no bariónica . Hay varias razones para esto. En primer lugar, la materia oscura constituye la mayor parte de su masa: mediante observaciones, se descubrió que estas galaxias tienen una relación masa-luminosidad de 10 a 100 veces mayor que una galaxia gigante común (por ejemplo, la Vía Láctea o M31 ). En segundo lugar, hay relativamente muchas de ellas cerca de nosotros: hasta ahora se han encontrado 19 galaxias de este tipo en el Grupo Local. Finalmente, se encuentra que las 19 galaxias, que cubren más de 4 órdenes de luminosidad, están rodeadas por un halo de materia oscura con la misma masa (~10^7) masas solares ) en su región central de 300 parsecs . . ATLAST medirá el movimiento de las estrellas en estas galaxias y determinará sus interacciones gravitatorias.

Datos técnicos

El concepto del nuevo telescopio fue propuesto por el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial . ATLAST será el sucesor del Telescopio Hubble , con la capacidad de observar espectroscópicamente y fotografiar objetos astronómicos en los rangos ultravioleta, visible e infrarrojo con una resolución significativamente mejor que el Telescopio Hubble (HST) o el lanzamiento en diciembre de 2021 del Telescopio James Webb ( JWST). Al igual que JWST, ATLAST se lanzará al punto de Lagrange L 2 del sistema Tierra-Sol.

ATLAST tendrá un espejo primario con un diámetro de 8 a 16,8 metros, dependiendo del concepto final, que se aprobará en una fecha posterior. De momento, los desarrolladores han identificado dos arquitecturas diferentes, pero con un diseño óptico similar. El primero implica un telescopio con un espejo principal monolítico (8 m), el segundo es un telescopio con un espejo principal (9,2 mo 16,8 m) construido a partir de muchos segmentos. Estas arquitecturas cubren una gama de tecnologías y medios posibles: un espejo monolítico, ya sea segmentado, un vehículo de lanzamiento SLS o un vehículo de lanzamiento prescindible evolucionado (EELV), control de frente de onda activo o pasivo, etc. Por ejemplo, un El espejo de ocho metros tiene las ventajas de los telescopios de espejo monolítico en forma de alto contraste de imagen y buen control del frente de onda. Un espejo de dieciséis metros tiene todas las ventajas que son características de los telescopios con una gran superficie colectora. Los conceptos de construcción del telescopio se refieren a los desarrollos que quedaron del desarrollo del telescopio Hubble y James Webb , pero también tienen desviaciones significativas de estos diseños para reducir la masa y la complejidad del diseño. ATLAST tendrá una resolución angular de 5 a 10 veces mejor que JWST y un límite de sensibilidad 2000 veces mejor que HST. Dos conceptos, considerando un espejo monolítico de 8 metros y un espejo segmentado de 16,8 metros, involucran el uso del vehículo de lanzamiento SLS en desarrollo. Sin embargo, la misión de ATLAST no depende únicamente de SLS. El concepto de un telescopio de espejo segmentado de 9,2 m es compatible con EELV también hereda en gran medida el diseño telescopio James Webb

En ambas arquitecturas (con espejo monolítico y segmentado) se entiende que se puede servir ATLAST de la misma manera que se sirvió HST. Usando un módulo automatizado (el método propuesto actualmente) o una nave espacial Orion tripulada , la NASA podrá reemplazar y regresar a la Tierra para el análisis y futuras actualizaciones de los instrumentos a bordo del telescopio. Al igual que HST y JWST, ATLAST funcionará con paneles solares.

Misión

Se propuso lanzar ATLAST desde el Centro Espacial Kennedy , utilizando un cohete SLS o, si se adoptaba el diseño de 9,2 metros, desde instalaciones de la NASA capaces de lanzar EELV. El portaaviones colocará ATLAST y Earth Departure Stage órbita de referencia mientras los ingenieros verifican el rendimiento de los sistemas EDS y ATLAST. Una vez probado, el EDS volverá a funcionar y ATLAST iniciará un viaje de tres meses hasta el punto de Lagrange L 2 Sol-Tierra, entrando en la llamada " órbita del halo " tras llegar al destino. De camino al punto L2, el telescopio girará su óptica (si se acepta la versión segmentada).

Las misiones de mantenimiento se lanzarán cada 5 a 7 años y permitirán a los astrónomos actualizar el telescopio ATLAST con nuevas tecnologías y nuevos instrumentos. Al igual que HST, ATLAST tendrá una vida útil de 20 años. En enero de 2016, cuatro equipos de científicos e ingenieros estadounidenses comenzaron a trabajar en cuatro proyectos diferentes para grandes observatorios espaciales. Uno de estos proyectos, llamado Large UV/Optical/Infrared Surveyor ( LUVOIR ), es similar en muchos aspectos a ATLAST. . Otro proyecto, llamado Habitable Exoplanet Imaging Mission ( ) un telescopio espacial óptico y de infrarrojo cercano con un espejo primario monolítico de 4 metros diseñado para tomar imágenes directas de exoplanetas utilizando un coronógrafo incorporado o un ocultador externo. En 2019, los informes de estos cuatro equipos llegaron a la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU., que en 2021 recomienda a la NASA qué proyecto dar la máxima prioridad como misión insignia para las próximas décadas. Dado que la creación de un gran observatorio espacial lleva al menos 15 años, su lanzamiento al espacio debería esperarse en la segunda mitad de la década de 2030.

Notas

  1. ↑ ATLAST: Caracterización de mundos habitables . Consultado el 26 de junio de 2020. Archivado desde el original el 11 de febrero de 2022.
  2. ↑ Marc Postman et al. Telescopio espacial de gran apertura de tecnología avanzada: una hoja de ruta tecnológica para la próxima década  (ing.)  (enlace no disponible) . Documentos del Telescopio Espacial de Gran Apertura de Tecnología Avanzada . Instituto de Investigación del Telescopio Espacial (mayo de 2009). Consultado el 17 de abril de 2014. Archivado desde el original el 29 de junio de 2013.

Véase también

Enlaces