Biên tập viên lưu ý - Nhà báo và tác giả khoa học Bruce Dorminey đã nói chuyện với hai nhà khoa học NASA về khả năng gắn kính viễn vọng trên tàu vũ trụ cho một nhiệm vụ hành tinh bên ngoài.
Ô nhiễm ánh sáng trong hệ mặt trời bên trong của chúng ta, từ cả ánh sáng mặt trời gần đó và ánh sáng hoàng đạo mờ ảo từ bụi đất nằm trong vành đai tiểu hành tinh, từ lâu đã khiến các nhà vũ trụ học kìm hãm tìm kiếm một vũ trụ rõ ràng hơn trong Vũ trụ sơ khai.
Nhưng một nhóm nghiên cứu tại NASA, JPL và Caltech đã xem xét khả năng quá giang một kính viễn vọng quang học vào một tàu vũ trụ khảo sát trong một nhiệm vụ đến hệ mặt trời bên ngoài.
Thoát khỏi hệ mặt trời bên trong của chúng ta
Ý tưởng là sử dụng kính viễn vọng quang học trong pha hành trình để có thể xử lý tốt hơn đối với ánh sáng nền ngoài vũ trụ; đó là ánh sáng nền quang học kết hợp từ tất cả các nguồn trong Vũ trụ. Họ hình dung ra tính hữu dụng của kính viễn vọng để đá trong khoảng 5 Đơn vị Thiên văn (AU), về khoảng cách của quỹ đạo Sao Mộc. Sau đó, nhóm nghiên cứu muốn tương quan dữ liệu của họ với các quan sát trên mặt đất.
Một mục tiêu là làm sáng tỏ vũ trụ thời kỳ đầu của vũ trụ. Reionization đề cập đến thời gian bức xạ tia cực tím (UV) từ vũ trụ Ngôi sao đầu tiên ion hóa môi trường giữa các thiên hà (IGM) bằng cách tước electron từ các nguyên tử hoặc phân tử khí IGM. Thời kỳ tái tạo này được cho là đã diễn ra không quá 450 triệu năm sau Vụ nổ lớn.
ZEBRA, bụi Zodiacal, Thiết bị mở rộng và Thiết bị Reionization, là một khái niệm JPL của NASA kêu gọi một kính viễn vọng trị giá 40 triệu đô la bao gồm ba thiết bị quang học / cận hồng ngoại; bao gồm một bản đồ trường rộng 3 cm và một hình ảnh độ phân giải cao 15 cm. Tuy nhiên, NASA vẫn chưa chọn đề xuất ZEBRA cho một trong những nhiệm vụ của mình.
Nhưng để tìm hiểu thêm, chúng tôi đã nói chuyện với nhà lãnh đạo vũ trụ học và nhạc cụ ZEBRA Concept Jamie Bock và nhà thiên văn học Charles Beichman, cả NASA JPL và Caltech.
Dorminey: Ánh sáng hoàng đạo là gì?
Beichman: Nó có một nguồn ánh sáng khuếch tán trong hệ mặt trời của chúng ta từ các hạt bụi phát ra bởi vì chúng được sưởi ấm bởi mặt trời và tự tỏa ra
hoặc phản chiếu ánh sáng mặt trời. Nếu bạn đi ra ngoài trên một ánh sáng không trăng tối rất rõ ràng, bạn có thể thấy dải ánh sáng này từ bụi này. Nó theo mặt phẳng của hoàng đạo. Bụi đó chủ yếu bắt nguồn từ vật chất trong vành đai tiểu hành tinh được nghiền thành các hạt nhỏ sau một số vụ va chạm lớn.
Dorminey: Việc vượt qua bụi hoàng đạo này có ý nghĩa gì đối với các quan sát?
Beichman: Hãy tưởng tượng bạn đang ngồi trong lưu vực Los Angeles và bạn đã có tất cả khói bụi và khói mù này và bạn muốn đo xem không khí trong lành như thế nào ở Palm Springs. Bạn phải có thể trừ đi tất cả khói mù giữa đây và kia và ở đó, không có cách nào để làm điều đó với bất kỳ độ chính xác nào. Bạn phải lái xe ra khỏi lưu vực để thoát khỏi khói bụi.
Dorminey: Làm thế nào điều này sẽ giúp trong việc nghiên cứu nền tảng ngoại khóa này?
Bock: Ánh sáng nền Extragalactic (EBL) đo tổng mật độ năng lượng của ánh sáng đến từ bên ngoài thiên hà của chúng ta. Ánh sáng này cho tổng năng lượng được tạo ra bởi các ngôi sao và thiên hà, và bất kỳ nguồn nào khác, trong lịch sử của thời gian vũ trụ. Tổng nền có thể được sử dụng để kiểm tra xem chúng ta có hiểu đúng về lịch sử hình thành của các thiên hà hay không. Chúng tôi hy vọng một thành phần của ánh sáng nền từ các ngôi sao đầu tiên có phổ phổ riêng biệt đạt cực đại trong vùng cận hồng ngoại; điều này có thể cho chúng ta biết độ sáng và thời gian bao lâu khi các ngôi sao đầu tiên hình thành. Thật không may, ánh sáng hoàng đạo sáng hơn nhiều so với nền này. Nhưng bằng cách đi vào quỹ đạo của Sao Mộc, ánh sáng hoàng đạo mờ hơn 30 lần so với ở Trái đất và ở quỹ đạo của Sao Thổ, nó mờ hơn 100 lần.
Dorminey: Bạn sẽ phải quá giang trong một nhiệm vụ của NASA hay đó có thể là sự hợp tác với một cơ quan không gian khác, như ESA chẳng hạn?
Bock: Chúng tôi đã khám phá phương pháp chi phí gia tăng rẻ nhất, hợp tác với một sứ mệnh hành tinh của NASA. Nhưng chúng tôi có thể hợp tác với một cơ quan không gian khác. Jupiter Icy Moons Explorer của Châu Âu (trước đây là JGO) hiện đang cạnh tranh cho lần ra mắt nhiệm vụ cấp L tiếp theo vào đầu năm 2020 và là một khả năng hấp dẫn cho một công cụ khoa học pha hành trình đóng góp. Mỗi cách tiếp cận đi kèm với một môi trường hợp tác và chi phí khác nhau.
Dorminey: Là người điều khiển chính cho kính viễn vọng EBL vượt ra khỏi bụi hoàng đạo hay 5 AU cũng mang lại lợi thế quan sát về việc đạt được độ mờ nhạt?
Bock: Có một lợi thế quan sát do nền [hệ mặt trời tối hơn]. Với một kính thiên văn nhỏ như vậy, chúng tôi không cố gắng khai thác lợi ích này nhưng các đài quan sát trong tương lai có thể. Chúng tôi sẽ đo độ sáng hoàng đạo cho Sao Mộc và hơn thế nữa, và điều này có thể thúc đẩy các quan sát thiên văn bằng kính viễn vọng trong hệ mặt trời bên ngoài trong tương lai.
Dorminey: Bạn sẽ gặp phải loại thách thức đường xuống dữ liệu nào?
Bock: Các yêu cầu dữ liệu có lẽ nhỏ hơn mong đợi trước tiên, bởi vì hình ảnh của chúng tôi thu được với sự tích hợp [quan sát] dài ở độ phân giải không gian vừa phải. Đối với đề xuất hành tinh mà chúng tôi đã nghiên cứu chi tiết, tổng khối lượng dữ liệu là 230 gigabyte, với khoảng 65% dữ liệu này được trả về từ Sao Mộc và ra Sao Thổ. Các điểm kính viễn vọng hoạt động tự chủ.
Dorminey: Điều gì về bức xạ từ Sao Mộc can thiệp vào quang học và camera CCD trên kính viễn vọng?
Beichman: Những gì bạn làm được là ngừng thực hiện các quan sát EBL trong khi gần với Sao Mộc. Các vấn đề bức xạ rất đáng kể, vì vậy bạn chỉ thực hiện các quan sát trước và sau khi vượt qua Sao Mộc.
Dorminey: Công cụ của bạn sẽ làm gì mà NASA Kính lên kế hoạch Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) sẽ không?
Bock: JWST có khả năng sẽ phát hiện các thiên hà đầu tiên sáng nhất và tùy thuộc vào cách chính xác các thiên hà hình thành, sẽ bỏ lỡ phần lớn bức xạ do sự đóng góp của nhiều thiên hà mờ nhạt. Đo nền ngoài vũ trụ cho tổng bức xạ từ tất cả các thiên hà và cung cấp tổng năng lượng. Hơn nữa, chúng tôi không cần một kính thiên văn lớn; 15 cm là đủ.
Dorminey: Thế còn khoa học hành tinh với kính viễn vọng?
Bock: Công cụ của chúng tôi chuyên thực hiện các phép đo độ sáng bề mặt thấp. Chúng tôi đã thực hiện các lựa chọn thiết kế cụ thể để lập bản đồ đám mây bụi hoàng đạo từ bên trong đến hệ mặt trời bên ngoài. Một cái nhìn 3 chiều sẽ cho phép chúng ta truy tìm nguồn gốc của bụi liên sao đến sao chổi và các vụ va chạm của tiểu hành tinh. Chúng ta biết có những vật thể vành đai Kuiper vượt ra ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương và có khả năng cũng có bụi liên quan đến chúng.
Dorminey: Kính thiên văn này sẽ hoạt động trong bao lâu?
Bock: Sau khi các quan sát chính hoàn thành, chắc chắn nhóm ban đầu hoặc một bên ngoài có thể đề xuất vận hành kính viễn vọng. Một trường hợp khoa học thú vị là quan sát ống kính siêu nhỏ; các quan sát sử dụng thị sai giữa Trái đất và Sao Thổ để nghiên cứu ảnh hưởng của các hành tinh ngoại hành tinh quay quanh các ngôi sao tạo ra sự kiện thấu kính vi mô. Các cơ hội khoa học khác bao gồm các bản đồ của Vành đai Kuiper trong vùng cận hồng ngoại; huyền bí sao của các đối tượng vành đai Kuiper; và ánh xạ nhiều trường EBL hơn để so sánh với các khảo sát khác.
Ký túc xá: Làm thế nào các quan sát ban đầu của kính viễn vọng có khả năng làm rung chuyển vũ trụ lý thuyết?
Beichman: Bất cứ khi nào bạn thực hiện một phép đo mà một hệ số tốt hơn hàng trăm lần so với trước đây, bạn luôn nhận được một bất ngờ.
