Noi umani abbiamo una fame insaziabile di capire l'Universo. Come ha detto Carl Sagan, 'La comprensione è estasi'. Ma per capire l'Universo, abbiamo bisogno di modi sempre migliori per osservarlo. E questo significa una cosa: telescopi grandi, enormi, enormi.
In questa serie esamineremo i prossimi Super Telescopi del mondo:
- Il telescopio gigante di Magellano
- Il telescopio straordinariamente grande
- Il telescopio da 30 metri
- Il Telescopio Europeo Estremamente Grande
- Il grande telescopio sinottico di indagine
- Il telescopio spaziale James Webb
- Il telescopio per sondaggi a infrarossi a largo campo
- Il Large UV Optical Infrared Surveyor (LUVOIR)
Il grande telescopio topografico a infrarossi ottici UV (LUVOIR)
C'è un'intera generazione di persone che sono cresciute con immagini dal telescopio spaziale Hubble . Non solo sulle riviste, ma su Internet e su YouTube. Ma entro un'altra generazione o due, l'Hubble stesso sembrerà bizzarro e gli eventi spartiacque dei nostri tempi, come lo sbarco sulla Luna, saranno solo reliquie in bianco e nero di un tempo incredibilmente lontano. Le prossime generazioni saranno alimentate con una dieta costante di immagini e scoperte derivanti dai Super Telescopi. E il LEGGERE sarà al centro e al centro di questi 'scopi'.
Se non hai ancora sentito parlare di LUVOIR, è comprensibile; LUVOIR è nelle prime fasi di definizione e progettazione. Ma LUVOIR rappresenta la prossima generazione di telescopi spaziali e la sua potenza farà impallidire quella del suo predecessore, l'Hubble.
LUVOIR (il suo nome provvisorio) sarà un telescopio spaziale, e farà il suo lavoro al LaGrange 2 punti , lo stesso posto in cui sarà JWST. L2 è un luogo naturale per i telescopi spaziali. Al centro di LUVOIR ci sarà uno specchio primario segmentato di 15 m, molto più grande dello specchio di Hubble, che ha un diametro di soli 2,4 m. In effetti, LUVOIR sarà così grande che Hubble potrebbe passare attraverso il foro al centro di esso.
Questa immagine non in scala del Sistema Solare mostra i punti Lagrangiani. LUVOIR sarà posizionato in un'orbita di alone a L2, insieme al JWST. Immagine: di Xander89 – File: Lagrange_points2.svg, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=36697081
Mentre il Telescopio spaziale James Webb sarà in funzione molto prima di LUVOIR e farà anche un lavoro straordinario, osserverà principalmente nell'infrarosso. LUVOIR, come chiarisce il nome, avrà una gamma di osservazione più ampia più simile a quella di Hubble. Vedrà nello spettro ultravioletto, nello spettro ottico e nello spettro infrarosso.
Di recente, Brad Peterson ha parlato con Fraser Cain in uno Space Hangout settimanale, dove ha delineato i piani per il LUVOIR. Brad è un professore di astronomia recentemente in pensione presso la Ohio State University, dove è stato presidente del Dipartimento di Astronomia per 9 anni. Attualmente è presidente del comitato scientifico dell'Advisory Council della NASA. Peterson è anche un distinto astronomo in visita presso lo Space Telescope Science Institute e presidente della sezione di astronomia dell'American Association for the Advancement of Science.
Sono stati discussi diversi progetti per LUVOIR, ma come sottolinea Peterson nell'intervista sopra, il piano sembra essersi stabilito su uno specchio segmentato di 15 m. Uno specchio di 15 m è più grande di qualsiasi telescopio ottico che abbiamo sulla Terra, anche se il Telescopio da trenta metri e altri saranno presto più grandi.
“I telescopi segmentati sono la tecnologia di oggi quando si tratta di telescopi terrestri. Il JWST ha portato questa tecnologia nello spazio e il LUVOIR farà un ulteriore passo avanti nel design segmentato', ha affermato Peterson. Ma il design segmentato di LUVOIR differisce dal JWST in diversi modi.
“…il LUVOIR porterà il design segmentato un passo avanti.” – Brad Peterson
Gli specchi di JWST sono fatti di berillio e rivestiti d'oro. LUVOIR non richiede lo stesso design esotico. Ma ha altri requisiti che spingeranno l'involucro del design del telescopio segmentato. LUVOIR avrà una vasta gamma di sensori CCD che richiederanno un'enorme quantità di energia elettrica per funzionare.
Il telescopio spaziale Hubble a sinistra ha uno specchio di 2,4 metri e il telescopio spaziale James Webb ha uno specchio di 6,5 metri. LUVOIR, non mostrato, li sminuirà entrambi con un enorme specchio di 15 metri. Immagine: NASA
LUVOIR non sarà raffreddato criogenicamente come lo è il JWST, perché non è principalmente un osservatorio a infrarossi. LUVOIR sarà anche progettato per essere riparabile. In effetti, il Congresso degli Stati Uniti ora richiede che tutti i telescopi spaziali siano utilizzabili.
'Il Congresso ha ordinato che tutti i futuri grandi telescopi spaziali debbano essere utili se fattibili'. – Brad Peterson
LUVOIR è progettato per avere una lunga durata. I suoi molteplici strumenti saranno sostituibili e la speranza è che duri nello spazio per 50 anni. Non è stato determinato se sarà servito da robot o da astronauti. Può anche essere progettato in modo da poter essere riportato da L2 per la manutenzione.
LUVOIR contribuirà alla ricerca della vita su altri mondi. Un requisito fondamentale per LUVOIR è che esegua la spettroscopia sulle atmosfere di pianeti lontani. Se puoi fare la spettroscopia, allora puoi determinare l'abitabilità e, potenzialmente, anche se un pianeta è abitato. Questa è la prima grande sfida tecnologica per LUVOIR. Questa spettroscopia richiede un potente coronografo per sopprimere la luce delle stelle che orbitano intorno agli esopianeti. Il coronografo LUVOIR eccellerà in questo, con un rapporto di soppressione della luce stellare di 10 miliardi a 1. Con questa capacità, LUVOIR dovrebbe essere in grado di eseguire la spettroscopia sulle atmosfere di piccoli esopianeti terrestri, piuttosto che solo sui giganti gassosi più grandi.
“Questo telescopio sarà straordinario. La scienza chiave che sarà in grado di fare è la spettroscopia dei pianeti nella zona abitabile intorno alle stelle vicine». – Brad Peterson
Questo video del Goddard Space Flight Center della NASA parla della ricerca della vita e di come telescopi come LUVOIR contribuiranno alla ricerca. Alle 15:00, il Dr. Aki Roberge parla di come la spettroscopia sia la chiave per trovare segni di vita sugli esopianeti e di come LUVOIR porterà questa ricerca un passo avanti.
Usare la spettroscopia per cercare segni di vita sugli esopianeti è solo uno degli obiettivi scientifici di LUVOIR.
LUVOIR ha anche il compito di affrontare altre sfide, tra cui:
- Mappatura della distribuzione della materia oscura nell'Universo.
- Isolamento della sorgente delle onde gravitazionali.
- Imaging dei dischi circumstellari per vedere come si formano i pianeti.
- Identificare la prima luce stellare nell'Universo, studiare le prime galassie e trovare i primi buchi neri.
- Studio delle caratteristiche della superficie dei mondi nel nostro Sistema Solare.
Per affrontare tutte queste sfide, LUVOIR dovrà superare altri ostacoli tecnologici. Uno di questi è il requisito di lunghi tempi di esposizione. Ciò pone enormi limiti alla stabilità del cannocchiale, poiché il suo specchio è così grande. Un sistema di supporti attivi per i segmenti dello specchio aiuterà con la stabilità. Questo è un tratto che condivide con altri Super Telescopi terrestri come il Telescopio da trenta metri e il Telescopio europeo estremamente grande . Ognuno di questi aveva centinaia di segmenti che devono essere controllati con precisione con i computer.
Un disco circumstellare di detriti attorno a un sistema stellare maturo potrebbe indicare che all'interno si trovano pianeti simili alla Terra. LUVOIR sarà in grado di vedere all'interno del disco per osservare la formazione dei pianeti.
Credito: NASA
Anche la costruzione di LUVOIR e il modo in cui verrà messo in orbita sono considerazioni significative.
Secondo Peterson, LUVOIR potrebbe essere lanciato su uno dei razzi pesanti in fase di sviluppo. Il Falco pesante viene preso in considerazione, così come il Sistema di lancio spaziale . Lo SLS Block 1B potrebbe farlo, a seconda della dimensione finale di LUVOIR.
'Avrò bisogno di un veicolo di sollevamento pesante.' – Brad Peterson
Oppure, LUVOIR potrebbe non essere mai lanciato nello spazio. Potrebbe essere assemblato nello spazio con componenti prefabbricati che vengono lanciati uno alla volta, proprio come la Stazione Spaziale Internazionale. Ci sono diversi vantaggi in questo.
Con l'assemblaggio nello spazio, il telescopio non deve essere costruito per resistere alla forza tremenda necessaria per lanciare qualcosa in orbita. Consente inoltre il test una volta completato, prima di essere inviato a L2. Una volta che l'oscilloscopio è stato assemblato e testato, un piccolo motore a propulsione ionica potrebbe essere utilizzato per alimentarlo fino a L2.
È possibile che l'infrastruttura per costruire LUVOIR nello spazio esisterà tra un decennio o due. Il Deep Space Gateway della NASA nello spazio cis-lunare è previsto per la metà degli anni '20. Fungerebbe da punto di partenza per le missioni nello spazio profondo e per le missioni sulla superficie lunare.
LUVOIR è ancora nelle prime fasi. Le persone dietro di esso lo stanno progettando per raggiungere il maggior numero possibile di obiettivi scientifici, il tutto entro i limiti tecnologici del nostro tempo. La pianificazione deve iniziare da qualche parte e i piani presentati da Brad Peterson rappresentano il pensiero attuale dietro LUVOIR. Ma c'è ancora molto lavoro da fare.
'La tipica scala temporale dalla selezione al lancio di una missione di punta è qualcosa come 20 anni.' – Brad Peterson
Come spiega Peterson, LUVOIR dovrà essere scelto come la massima priorità della NASA durante il Decadal Survey 2020. Una volta che ciò accadrà, saranno necessari ancora un paio di anni per dare corpo al progetto della missione. Secondo Peterson, 'la tipica scala temporale dalla selezione al lancio di una missione di punta è qualcosa come 20 anni'. Questo ci porta a un potenziale lancio a metà degli anni '30.
Lungo la strada, LUVOIR riceverà un nome più adatto. James Webb, Hubble, Kepler e altri hanno avuto importanti missioni che portano il loro nome. Forse è il turno di Carl Sagan.
'The Carl Sagan Space Telescope' suona bene, vero?