A csillagászok nagyot álmodnak
(Rovat: Amerika és az űrcsillagászat, Távoli világok kutatói - 2019.07.13 07:15.)

Négy űrtávcső között továbbra is folyik a verseny, melyik lesz a következő nagy űrobszervatórium.

Korábban már röviden, majd valamivel részletesebben bemutattuk az amerikai Nemzeti Tudományos Akadémia évtizedes tanulmányában szereplő négy, tervezett űrtávcsövet. Legújabban a Sky and Telescope cikkében merültek fel további információk és újabb képek, így visszatérünk a témára. Remélhetőleg utoljára, és legközelebb már a jövő év elején várható végső döntésről számolhatunk be, illetve a győztes tervet még részletesebben bemutathatjuk.

A négy versengő terv: a HabEx, a LUVOIR, a Lynx és az Origins. (Kép: NASA)

A HabEx leginkább a Hubble-űrtávcső következő generációs változatának mondható, bár 4 méteres főtükre csaknem kétszer akkora, mint a HST-é. A közeli infravörös, a látható és az ibolyántúli (UV) tartományban dolgozna. Különlegessége egy 52 méter átmérőjű, szétnyitható ernyő, amelyet magától a távcsőtől 76 000 km távolságban helyeznének el, így a műszert koronográfként használva közvetlenül lehetne exobolygókat vizsgálni, ezen belül legfőképpen a Földhöz hasonló égitesteket keresni. Műszerei, a különböző színképtartományokban működő spektrográfok alkalmasak lennének a bolygók légkörének vizsgálatára, különös tekintettel az élet jelenlétére utaló kémiai jelekre, elsősorban az oxigén, a szén-dioxid és a metán kimutatására. Sőt a HabEx még az exobolygók feltételezett óceánjai vizén megcsillanó csillagfény detektálására is alkalmas lenne.

Az exobolygókat kutató HabEx távcső és a távolabb elhelyezkedő csillagárnyékoló nem méretarányos képe. (Fantáziakép: HabEx / NASA)

A javaslat kidolgozói azt várják, hogy a távcsővel mintegy 10 exoföldet sikerül felfedezni. A HabEx legbonyolultabb része kétségtelenül az óriás százszorszépre hasonlító csillagárnyékoló. Előnye, hogy a távcsövek belsejében elhelyezett, a fényt kitakaró elemek mellett fényelhajlás és különféle reflexiók lépnek fel, amelyek zavaró hatása a távoli árnyékoló használatakor nem jelentkezik. Technikai nehézséget jelent, hogy a hatalmas árnyékolót a világűrben kell kinyitni, továbbá az egységnek saját hajtóművével kell biztosítania, hogy a távcsővel tökéletes összhangban működjék. A HabEx tervére biztonságosabb és olcsóbb alternatívák is készültek, az egyik 4 méteres helyett 3,2 méteres, szegmensekből álló főtükörrel számol, de szóba jöhet a koronográf teljes elhagyása is.

A HabEx 52 méter átmérőjű csillagárnyékolója kinyitásának fázisai. (Kép: HabEx / NASA)

Bár neve a lakható exobolygókra (habitable exoplanets) utal, a távcsőidő felét hagyományos csillagászati megfigyelésekre tervezik fordítani, a hiányzó anyagtól az Uránusz és a Neptunusz megfigyeléséig, ebben az üzemmódban a HabEx csak egy nagyobb és korszerűbb HST lenne.

A LUVOIR–A 15 méter átmérőjű, szegmensekből álló főtükre. Az árnyékoló felületet a rajzon féligáteresztőként ábrázolták, így mögötte maga az óriási tükör mellett eltörpülő űrszonda is látszik. (Kép: LUVOIR / NASA)

A második jelölt, a LUVOIR (Large UV/Optical/IR Surveyor), amelynek nagyobb változatába 15 méter átmérőjű, szegmensekből álló főtükör kerülne, amelyet a JWST módjára a világűrben hajtogatnának ki. A költségekre tekintettel készült egy „B terv” is, 8 méteres tükörrel. A távcső a Nap–Föld-rendszer L₂ Lagrange pontjába kerülne, vagyis 1,5 millió kilométerre a Földtől, a Nappal ellentétes irányban tartózkodna (akárcsak a JWST és a WFIRST). Újdonság viszont, hogy a tervek szerint űrhajósok kereshetnék fel a műszert, ami lehetőséget adna javításra, karbantartásra, korszerűsítésre (erre akkor kerülhetne sor, ha a küldetés hossza meghaladja a 10 évet). A távcső irányban tartását nem lendkerekek (giroszkópok), hanem mikrohajtóművek biztosítanák. (A lendkerekek hibái a HST és a Kepler-űrtávcső esetében nyilván megrendítették a mérnökök bizalmát ebben a megoldásban.) A távcsövet 80 méteres árnyékoló védené a Nap sugárzásától, a hatalmas struktúra mozgatása azonban hamar felélné a fedélzeti üzemanyagot, ezért szükséges lehet az utántöltés.

A LUVOIR (15 méteres változatának) teljesítőképességét a Hubble-űrtávcsőéhez képest érzékeltető összehasonlítás. A képen látható terület átmérője mindössze 5,84 ívmásodperc. (Kép: G. Snyder, STScI)

A LUVOIR hasonló színképtartományokban működne, mint a HabEx, fő célja pedig ugyancsak az exoföldek közvetlen leképezése lenne, azonban nem csak egy tucatot, hanem legalább százat szeretnének észlelni. A LUVOIR esetében nem használnák a koronográf technikát, ezt a jóval nagyobb tükörrel és az optika pikométeres pontosságú stabilizálásával pótolnák. A megfigyelések célja ebben az esetben is az élet jelenlétére utaló jelek kimutatása.

Hatalmas tükrének köszönhetően a LUVOIR-tól az exobolygók megfigyelésén kívül is fontos eredményeket várhatunk, hiszen 33–34 magnitúdó lenne az elérhető határfényessége (a HST-vel 31 magnitúdós a leghalványabb megfigyelhető objektum, a Földről a légkör zavaró hatása miatt elvben sem lehet 30 magnitúdó alá menni). Ennek köszönhetően a távcsővel akár 100 naptömegű törpegalaxisokat is meg lehetne figyelni, még 10 milliárd fényév távolságban is. Emellett jelentős eredmények várhatók a csillagok és a bolygók keletkezésével kapcsolatban éppúgy, mint a galaxisok fejlődésére vonatkozóan, de fontos kozmológiai problémák megoldásához is közelebb juthatnánk.

A Lynx röntgentávcső tükrének felépítése. A tükröt 37 492 darab, egyenként kb. 10 gramm tömegű szegmens alkotja, amelyeket az ábrán követhető lépésekben állítanak össze a mintegy egy tonnás főtükörré. (Kép: Zhang et al. / Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 2019)

A harmadik jelölt a röntgencsillagászat következő generációját képviselő Lynx röntgentávcső, amely nevét az éles látásáról híres hiúzról kapta. Mivel a röntgensugárzás a legtöbb anyagon áthatol, ezért az azt fókuszáló tükrök készítésénél különleges megoldásra van szükség, a röntgensugárzásnak közel érintőlegesen kell a tükör felületére esni, hogy visszaverődjék. Az ESA XMM-Newton röntgenobszervatóriuma például mindhárom távcsövében 58 egymásba ágyazott visszaverő felületet alkalmaz. Ezzel szemben a Lynx röntgentükrét több mint 37 ezer, különlegesen polírozott, szilícium szegmensből alakítanák ki. A szegmenseket 611 nagyobb modullá illesztik össze, amelyekből végük összeállítják a főtükröt. A műszer érzékenysége 100-szorosan meghaladja a Chandra-obszervatóriumét, így kiderítheti, hogyan kerültek a galaxisok magjába az óriás fekete lyukak. A Lynx 800-szor gyorsabban tudná a teljes égboltot letapogatni, mint a Chandra, 22 ívperces látómezeje legnagyobb részén a felbontás ívmásodperc alatt maradna. Remélik, hogy ezen képességeinek köszönhetően pontosan fel tudná térképezni a Világegyetemet alkotó közönséges anyag legnagyobb részét kitevő, a galaxisokat körülvevő és a galaxishalmazokat kitöltő, láthatatlan, forró anyagot. A Lynx előnye versenytársaihoz képest, hogy a legkevesebb technikai kihívást jelenti, egyedül a tükör kialakítása jelent lényeges technológiai előrelépést. Egyéb részei jól kipróbált egységek lennének, ami csökkenti a kudarc kockázatát, ráadásul megalkuvások nélkül teljesíteni lehet a NASA elvárását, miszerint a küldetés költsége maradjon 5 milliárd dollár alatt.

Az Origins űrtávcső még mélyebbre hatolna a Világegyetem múltjába, mint a Hubble-űrtávcső (balra), és a James Webb-űrtávcső (középen). A felső skálán az egyes műszerekkel megfigyelhető objektumok vöröseltolódása, alatta pedig kora látható. (Kép: Origins Space Telescope / NASA)

Végül, de nem utolsósorban az Origins űrtávcső az elektromágneses spektrum kevéssé kutatott részében, a távoli infravörösben dolgozna. Ebben a hullámhossztartományban jól megfigyelhető a csillagközi por és gáz, a bolygók keletkezése, valamint a közelmúltban összeütközött, és még az ütközés porába burkolódzó galaxisok. Eddig a távoli infravörösben csak a NASA Spitzer-űrtávcsöve és az ESA Herschel-obszervatóriuma dolgozott. Ezekhez képest azonban az Origins az érzékenység 1000-szeres növekedését ígéri. Az Origins a Spitzer megoldásaira és technológiájára épít, ami csökkenti a költségeket és növeli a megbízhatóságot, detektorai viszont sokkal korszerűbbek lesznek az elődeiben alkalmazottnál. Mindehhez a műszert 4,5 K-re kell hűteni. A távcső legnagyobb előnye mégis éppen az ismeretlen varázsa: egy alig kutatott hullámhossztartományban 1000-szeres érzékenységnövekedéssel meglepetésekre, akár szenzációs felfedezésekre is számítani lehet.