В рамках подготовки к Десятилетнему обзору 2020 года НАСА поддерживает четыре исследования флагманских астрофизических миссий. Одно из этих исследований предназначено для дальней инфракрасной обсерватории. Научно-техническая группа по определению (STDT) проводит это исследование при поддержке Центра космических полетов имени Годдарда (GSFC) НАСА. STDT остановился на телескопе с одной тарелкой и придумал название «Космический телескоп Origins». OST проследит историю нашего происхождения, начиная с самых ранних эпох производства пыли и тяжелых элементов и заканчивая поиском внесолнечных биомаркеров в локальной вселенной. Он ответит на вопросы, изменяющие учебники, такие как «Как развивалась вселенная в ответ на ее изменяющиеся компоненты?» и «Насколько распространены планеты, поддерживающие жизнь?»
В настоящее время исследуются две концепции ОЗТ, основанные на L2-орбите Земля-Солнце, и телескоп и инструментальный модуль, активно охлаждаемые криокулерами класса 4K. Концепция 1 имеет открытую архитектуру, аналогичную архитектуре JWST. Он имеет развертываемый сегментированный 9-метровый телескоп с пятью приборами, охватывающими среднюю инфракрасную область через субмиллиметр. Концепт 2 меньше и проще и по архитектуре напоминает космический телескоп Spitzer. Он имеет телескоп диаметром 5,9 м (с той же площадью сбора света, что и JWST) без развертываемых компонентов. Концепция 2 имеет четыре прибора, которые охватывают тот же диапазон длин волн и имеют сопоставимые спектроскопические и визуальные возможности с инструментами в концепции 1.
Поскольку ОЗТ начнется в середине следующего десятилетия, ожидается улучшение массивов дальнего инфракрасного детектора, как по чувствительности на пиксель, так и по формату массива, по сравнению с тем, что в настоящее время является зрелым для космического полета. Лабораторные демонстрации в сочетании с первоначальными исследованиями приборов ОЗТ, в которых рассматриваются требования к считыванию на уровне системы, позволяют предположить, что общее число пикселей может составлять от 100 000 до 200 000, при этом каждый пиксель работает на пределе фотонного фона. Это огромный шаг вперед по 3200 пикселей в общей сложности на Гершеля PACS и шпилем, и ~4000 пикселей ожидаемых для SPICA.
ОЗТ изучает влияние путаницы на концепции широкого и глубокого изучения. Их подход заключается в следующем. Сначала модель дальнего инфракрасного неба используется для создания трехмерного (3-D) гиперспектрального куба данных. Каждый срез куба затем сворачивается с лучом телескопа, и полученный куб используется для проведения поиска галактик без информации, предоставленной во входных каталогах. Затем путаница оценивается путем сравнения входного каталога галактик с каталогом восстановленных галактик. Результаты этой работы еще не доступны, но этот подход является значительным шагом вперед в устойчивости по сравнению с предыдущими методами.
Международная космическая станция
В принципе, МКС является привлекательной платформой для астрофизики, поскольку она предлагает долгосрочную платформу на средней высоте 400 км с возможностью регулярного обслуживания прибора. Инфракрасные обсерватории были предложены для развертывания космических станций, по крайней мере, еще в 1990 году. Однако существуют серьезные проблемы в использовании МКС для инфракрасной астрономии. Среда МКС для инфракрасной науки значительно нестабильна: 16 восходов солнца в течение каждого 24-часового периода, «блики» от оборудования вблизи ФО, а также вибрации и электромагнитные поля от оборудования на МКС. Кроме того, внешние инструментальные платформы не контролируются активно и подвержены различным тепловым неустойчивостям на орбите, что потребовало бы активного астрометрического мониторинга.
Даже с учетом этих проблем существует два пути для продуктивной инфракрасной астрономии с МКС:
- Для оборудования, которое может выдерживать и смягчать динамическую среду МКС, имеется достаточно мощности и места для развертывания приборов, потенциально со сроком службы в течение года или более. Примеры приложений, которые могут извлечь выгоду из этой платформы, включают мониторинг теплового излучения от межпланетной пыли или астрономии во временной области.
- Долгосрочная платформа, свободно доступная мощность и возможности прямого обслуживания астронавтами делают МКС превосходным местом для создания TRL технологий, позволяющих их развертывать на других космических платформах.
Усилия, таким образом, существуют, чтобы позволить инфракрасное наблюдение от МКС. Например, обнаружение терагерцового излучения атмосферы / астрофизики в космосе является предлагаемым инфракрасным экспериментом, который будет наблюдаться как в верхних слоях атмосферы Земли, так и в ISM Млечного пути.
Продолжение следует...