Поднятый на стратостате размером с футбольный стадион, телескоп NASA ASTHROS будет наблюдать длины волн света, невидимые с Земли.
Началась работы над новой амбициозной миссией, в рамках которой современный 2,5-метровый инфракрасный телескоп полетит в стратосферу.
Первоначальный запуск телескопа ASTHROS (Астрофизический стратосферный телескоп для наблюдений с высоким спектральным разрешением на субмиллиметровых волнах) запланирован на декабрь 2023 года из антарктического района. Ожидается, что инструмент проведет там около трех недель, дрейфуя в воздушных потоках над ледяным южным континентом.
Миссия ASTHROS, возглавляемая JPL (Лабораторией реактивного движения) NASA, состоит в том, чтобы наблюдать космос в дальнем инфракрасном диапазоне. Это свет с длиной волны, намного превышающей то, что видно человеческому глазу. Чтобы увидеть их, телескоп ASTHROS должен находиться на высоте около 40 километров над Землей. Это в четыре раза выше высоты полета коммерческого самолета. Несмотря на то, что телескоп все еще находится значительно ниже границы космоса (она расположена примерно в 100 километрах над поверхностью Земли), он уже будет достаточно высоко, чтобы наблюдать электромагнитные волны, заблокированные атмосферой Земли.
Команда миссии недавно доработала проект переносной обсерватории, которая включает телескоп, дополнительные научные приборы и подсистемы, такие как охлаждение и электроника. В начале августа этого года инженеры JPL начнут интегрировать и тестировать эти подсистемы, чтобы убедиться, что они работают должным образом.
Почему именно аэростат? Хотя эти летательные средства могут показаться довольно устаревшей технологией, они предлагают большое преимущество перед наземными или космическими миссиями. Программа NASA по научным аэростатам работает в Wallops Flight Facility в Вирджинии в течение 30 лет. Ежегодно здесь запускается от 10 до 15 миссий из разных мест по всему миру, в рамках которых проводятся эксперименты по всем научным дисциплинам, проводимым в NASA, а также проекты и цели, связанные с развитием технологий и образованием. Миссии на аэростатах имеют не только имеют меньшую стоимость по сравнению с космическими миссиями, но также характеризуются более коротким временем между ранним планированием и окончательным развертыванием, что означает, что они могут принять на себя более высокие риски, связанные с использованием передовых технологий, которые еще не были замечены в космосе. Эти риски могут принимать форму ранее неизвестных технических или эксплуатационных проблем, которые также могут повлиять на научные результаты миссии.
"Миссии на воздушных шарах, такие как ASTHROS, обычно подвергаются большему риску, чем космические, но они также дают высокую отдачу при низких затратах", - заключает инженер JPL Хосе Силес, менеджер проекта в ASTHROS. - "Благодаря ASTHROS мы намерены проводить астрофизические наблюдения, которые никогда не проводились ранее. Эта миссия проложит путь к будущим космическим полетам, испытав новые технологии и предоставив подготовку для следующего поколения инженеров и ученых.
С научной точки зрения, телескоп ASTHROS будет оснащен прибором для измерения движения и скорости газа вокруг вновь образовавшихся звезд. Его четыре основные цели будут исследованы во время полета на воздушном шаре, включая две области звездообразования в Млечном Пути. Впервые присутствие двух определенных типов ионов азота (атомы, которые потеряли часть своих электронов) будет обнаружено и картировано. Эти ионы могут выявить места, где звездные ветры массивных звезд и взрывы сверхновых превратили газовые облака в этих областях звездообразования. В процессе, известном как звездная обратная связь, такие сильные вспышки могут рассеивать окружающую материю в течение миллионов лет и затруднять или полностью останавливать образование новой звезды. Но звездная обратная связь может также привести к слипанию вещества, ускоряющему образование звезд.
ASTHROS будет стремится создать первые подробные трехмерные карты плотности газа, скорости и движения в этих регионах. Благодаря им ученые увидят, как новорожденные звездные гиганты влияют на материю вокруг них. Команда стремится понять, как работает звездная обратная связь, и предоставить науке новые данные для улучшения компьютерного моделирования эволюции галактики.
Третьей целью ASTHROS будет галактика М83. Наблюдение признаков звездной обратной связи позволит команде глубже понять, как она влияет на различные типы галактик. Возможно, что звездная обратная связь была основным регулятором звездообразования с самого начала истории Вселенной. Однако компьютерное моделирование эволюции галактики все еще не может полностью воспроизвести то, что мы видим в космосе. Азотное картирование, которое ASTHROS выполнит, никогда не проводилось ранее.
В качестве четвертой цели ASTHROS будет наблюдать TW Гидры, молодую звезду, окруженную огромным диском из пыли и газа, в котором могут образовываться планеты. Благодаря своим уникальным возможностям, ASTHROS будет измерять общую массу этого протопланетного диска и показывать, как эта масса распределяется в нем. Эти наблюдения могут выявить места, где пыль собирается вместе, образуя планеты. Новая информация о протопланетных дисках может помочь астрономам лучше понять, как различные типы планет образуются в молодых «солнечных» системах.
Чтобы сделать все это возможным, миссии нужен действительно большой стратосферный шар (стратостат). Когда он будет наполнен гелием, он будет шириной около 150 метров, что примерно соответствует футбольному стадиону. Гондола под воздушным шаром будет нести сам 2,5-метровой телескоп оптимизированных для захвата дальнего инфракрасного излучения. Во время полета на воздушном шаре ученые смогут точно контролировать направление в небе, видимое телескопом, и загружать данные в режиме реального времени, используя спутниковую связь, реализованную благодаря бортовой антенне.
Поскольку все научные приборы для наблюдения в дальнем инфракрасном диапазоне должны быть очень холодными, необходимо использовать жидкий гелий для их охлаждения. Вместо этого ASTHROS будет полагаться на криогенный охладитель, который использует электричество (поставляемое солнечными панелями ASTHROS) для поддержания сверхпроводящих детекторов при температуре минус 268,5 градусов по Цельсию, что чуть выше абсолютного нуля (самая низкая температура, которую материя может достичь во Вселенной). Криогенный кулер весит значительно меньше, чем большой контейнер с жидким гелием, который ASTHROS должен был бы поддерживать таким холодным на протяжении всей миссии. Это означает, что общая нагрузка намного легче,
Команда ожидает, что стратостат сделает две или три петли вокруг Южного полюса примерно за 21–28 дней. В конце миссии операторы отправят распоряжение о завершении полета, которое отделит гондолу, соединенную с парашютом, от стратостата. Затем парашют опустит гондолу на землю, чтобы можно было снять с нее телескоп и подготовиться к следующему полету.
Источник: NASA
