Melyik lesz a következő űrobszervatórium?

Természetesen a James Webb-űrtávcső. Amelyet talán a WFIRST követhet. De mi következik azután?

A JWST utódának szánt WFIRST űrtávcső hányatott sorsáról korábban is írtunk már (például itt és itt). A nehézségek ellenére a csillagászok tervezik az amerikai űrcsillagászat WFIRST utáni lépését. Az amerikai Nemzeti Tudományos Akadémia évtizedes tanulmánya négy utódjelölttel számol. Korábbi cikkünkben röviden megemlítettük, hogy a HabEx lakható exobolygókról alkotna közvetlen képet, a Lynx egy röntgentávcső, az Origins (OST) 9,1 méter tükörátmérőjű infravörös távcső, míg a LUVOIR az ibolyántúli, az optikai és az infravörös tartományban működő óriás űrtávcső lenne. Egyelőre a jövő zenéje, hogy a négy jelölt közül melyik lehet a nyerő. Most viszont a The Space Review portál cikke alapján részletesebben is bemutatjuk a négy jelöltet, miközben a versengés még folyik.

Az elkövetkező hónapokban elkészítik a csillagászat és az asztrofizika évtizedes áttekintését (Astro2020). A Nemzeti Tudományos Akadémiák tavaly novemberben kinevezte a zsűri két társelnökét, a bizottság tagjaira januárig várták a javaslatokat. A végleges évtizedes jelentésnek 2020 végére kell elkészülnie, ebben a bizottság elemzi a terület helyzetét és felállítja a következő évtized prioritásait, az elméleti kutatások és a földi távcsövek használatának súlyponti kérdésein kívül kiválasztják a kisebb és közepes űrküldetéseket is. Legnagyobb érdeklődésre mégis minden bizonnyal a „nagy” küldetés, vagyis a NASA zászlóshajó obszervatóriumának kiválasztása tarthat számot. Ez annak a sorozatnak a folytatását jelenti, amelynek eddigi tagjai a Hubble-űrtávcső, a Chandra-röntgenobszervatórium, a folytatást pedig a James Webb-űrtávcső és a 2010-es évtizedes tanulmányban zászlóshajóként megjelölt WFIRST infravörös obszervatórium jelenti.

Az Astro2020 versengésben a jelöltek tiszta lappal indulnak, jóllehet az elmúlt években a NASA négy küldetés előkészítő tanulmányának elkészítését finanszírozta. Nem előírás, hogy a bizottságnak e négy javaslat valamelyikét kell választania, ám a tanulmányok elkészítésébe fektetett munka és pénz erősen valószínűsíti, hogy ezek egyike lesz a befutó.

Az első jelölt a LUVOIR, vagyis a nagy ibolyántúli, optikai és infravörös kutatótávcső (Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor). Egyelőre két változattal számolnak. A LUVOIR-A szegmensekből álló főtükre 15 méter átmérőjű lenne, vagyis a legnagyobb, a Földön megépített és egyetlen hordozórakétával pályára állított űrtávcső lenne. Méreténél és tömegénél fogva csak a Space Launch System Block-2 változata lesz alkalmas a pályára állítására. A javaslat egy kisebb, 8 méter átmérőjű változattal is számol, de a méret további csökkentését a tudományos és műszaki tartalmat definiáló csoport elfogadhatatlannak tartja. A tudományos célkitűzések között a Világegyetem keletkezésének és fejlődésének tisztázása éppúgy szerepel, mint a bolygórendszerek keletkezésének vizsgálata, beleértve lakható, sőt esetleg lakott exobolygók felfedezését is. Amint a neve is mutatja, általános célú asztrofizikai obszervatóriumnak tervezik, amelyik az ibolyántúli, a látható és az infravörös tartományban egyaránt végezne megfigyeléseket. A terv kidolgozói a LUVOIR-t elsősorban a HST következő generációs változatának tekintik, szemben az elsősorban az infravörös tartományban dolgozó JWST-vel és WFIRST-tel.

A LUVOIR-A szegmensekből álló főtükrét 15 méter átmérőjűre tervezik. (Kép: NASA)

A következő jelölt az Origins űrtávcső (Origins Space Telescope), amely az előzőnél sokkal specializáltabb, de nem kevésbé ambiciózus terv. Eredetileg távoli infravörös kutatótávcsőnek nevezték (FIS, Far-Infrared Surveyor), 9,1 méteres átmérőjű főtükörrel. Műszerei a közepes és a távoli infravörös sugárzást vizsgálnák, 5-től legalább 600 mikrométerig. A terv lényege, hogy lefedjék a JWST és a szubmilliméteres tartományban dolgozó földi obszervatóriumok, például az ALMA obszervatórium észlelési tartományai közötti rést. Optikája 4 kelvinre hűtve működne, miáltal az érzékenység 1000-szeres javulását érnék el. A tudományos célok az első csillagok és galaxisok keletkezésének vizsgálatától az exobolygókon megfigyelhető, az élet nyomaira utaló jelekig terjednek. Ez a csoport is kidolgozott egy kisebb, 5,9 méter tükörátmérőjű változatot, de a műszerek hűtését ennél is megtartanák. Felépítését tekintve az Origins a sokkal kisebb Spitzer-űrtávcsőre hasonlít.

Az Origins űrtávcső kisebb változata 5,9 méter átmérőjű főtükörrel épülhetne meg. (Kép: NASA)

A harmadik jelölt a HabEx. Az obszervatóriumhoz egy különálló, a csillagok fényét kitakaró űreszköz is tartozna, ezáltal lehetővé téve a követlen képalkotást az exobolygókról, illetve az élet jeleinek megfigyelését. A távcsövet azonban szélesebb profilúra is tervezik, vagyis nem csak az exobolygók megfigyelésére használnák. A LUVOIR-hez hasonlóan a HabEx is az ibolyántúlitól a közeli infravörösig széles spektrumtartományt fogna át. Főtükrét 4 méter átmérőjűre tervezik, de ez a csoport is elkészítette egy kisebb, 2,4 méteres változat terveit. Alternatívát kínálnak abban is, hogy csillagárnyékoló helyett vagy mellett koronagráfot is tartalmazhatna a küldetés.

A HabEx 4 méter átmérőjű távcső lenne, amelytől 124 ezer kilométerre helyezkedne el a 72 méter átmérőjű csillagárnyékoló korong. Ennek köszönhetően közvetlenül megfigyelhetővé válnak az exobolygók. (Kép: NASA)

A negyedik jelölt a Lynx, ami nem más, mint a Chandra utódának szánt röntgenobszervatórium. Ebben az esetben a tervekbe bezavar, hogy az ESA is készít egy röntgenobszervatóriumot (Athena), amibe a NASA is bekapcsolódik. A Lynx szószólói szerint azonban műszerük teljesítőképessége jelentősen meghaladná az Athenáét, látómezejét és érzékenységét tekintve egyaránt. A másik három jelölttel ellentétben a Lynxnek nincs köze az exobolygókhoz, a tudományos célok közt az első galaxisok szupernagy tömegű fekete lyukai, a galaxisok keletkezése és fejlődése, valamint a csillagfejlődés nagyenergiájú kérdései szerepelnek.

A Lynx röntgenobszervatórium terve. (Kép: NASA)

Magától értetődő, hogy mind a négy csoport benyújtja részletes tanulmányát az Astro2020 bizottságnak, amely minden bizonnyal kiválasztja a legmegfelelőbb tervet. Nagy kérdés azonban, hogy a NASA mikor szándékozik megkezdeni egy újabb zászlóshajó küldetés elkészítését, illetve a Kongresszus mikor hajlandó finanszírozni azt. A döntéshozók vonakodása nem meglepő, hiszen a 2000-es évtizedes tanulmányban kiválasztott zászlóshajó JWST jelentős késésben van (startja a dolgok mostani állása szerint 2021 tavaszára várható), nem is beszélve az egekbe szökő költségekről. Az sem meglepő, hogy emiatt a Kongresszus illetékes bizottsága kemény szavakkal bírálja a NASA-t és szerződéses partnereit, mindamellett a JWST költségvetését megtoldották a NASA által kért 300 millió dollárral, a plafont pedig 800 millióval megemelték. Egyúttal a költségek további túllépése esetére az egész JWST küldetés törlésével is megfenyegették a NASA-t (amit persze az eddigi 8 milliárd körüli ráfordítást figyelembe véve talán senki sem gondol komolyan… – B.E.).

Anyagi problémákkal küzd a 2010-es évtizedes áttekintés győztese, a WFIRST is, mindenesetre megpróbálják a költségeket a 3,2 milliárd dolláros kereten belül tartani. Itt is felmerült a küldetés törlésének lehetősége, bár ebben az esetben ezt a NASA vetette fel, a Kongresszus viszont 312 millió dollárral kisegítette a projektet. A mostani négy jelölt közül a HabEx, a Lynx és az Origins tervezői 5 milliárd dolláros költségkeretben gondolkoznak. Talán a NASA bízhat abban, hogy bármelyik küldetést is választják, a költségtúllépés kisebb lehet, mint a két korábbi zászlóshajó esetében, mert az új jelöltek tervei sokkal részletesebben kidolgozottak, mint a JWST-é volt a projekt hasonló stádiumában.

Kapcsolódó cikkek:
JWST: óvatos optimizmus
JWST: még egy év késés
Fúrják a WFIRST-öt
Veszélyben a WFIRST
Nagy európai „röntgenszem” 2028-ra

Kapcsolódó linkek:
A következő nagy űrobszervatórium kiválasztása (The Space Review)
Astro2020
LUVOIR
Origins űrtávcső
HabEx
Lynx