NASA-in alat za snimanje dalekih planeta

Koronagraf na NASA-inom svemirskom teleskopu Nancy Grace Roman pomoći će u potrazi za nastanjivim svjetovima izvan našeg Sunčevog sustava testiranjem novih alata koji blokiraju svjetlost zvijezda, otkrivajući planete skrivene sjajem svojih matičnih zvijezda. Tehnološka demonstracija nedavno je poslana iz NASA-inog Laboratorija za mlazni pogon u Južnoj Kaliforniji u NASA-in Goddard centar za svemirske letove u Greenbeltu, Maryland, gdje se pridružila ostatku svemirskog opservatorija u pripremama za lansiranje do svibnja 2027. godine.

Potpuna provjera i pripreme za lansiranje

Prije svog putovanja kroz SAD, koronagraf je prošao najkompletniji test svojih sposobnosti blokiranja zvjezdane svjetlosti – proces koji inženjeri nazivaju “digging the dark hole, ili kopanje tamne rupe”. U svemiru, ovaj proces će omogućiti astronomima da promatraju svjetlost izravno s planeta oko drugih zvijezda, odnosno egzoplaneta. Kada bude demonstriran na teleskopu Roman, slične tehnologije na budućim misijama mogle bi omogućiti astronomima da koriste tu svjetlost za identifikaciju kemikalija u atmosferi egzoplaneta, uključujući one koje potencijalno ukazuju na prisutnost života.

Za test tamne rupe, tim je smjestio koronagraf u zatvorenu komoru dizajniranu da simulira hladni, tamni vakuum svemira. Koristeći lasere i posebne optičke uređaje, replicirali su svjetlost zvijezde onako kako bi izgledala kada bi je promatrao teleskop Roman. Kada svjetlost dosegne koronagraf, instrument koristi male kružne zaslone zvane maske kako bi učinkovito blokirao zvijezdu, slično kao kada vizir automobila blokira sunce ili kada mjesec blokira sunce tijekom potpune pomrčine Sunca. Ovo čini slabije objekte blizu zvijezde lakše vidljivima.

Napredne tehnike za blokiranje zvjezdane svjetlosti

Koronagrafi s maskama već lete u svemiru, ali ne mogu otkriti egzoplanet sličan Zemlji. Iz drugog zvjezdanog sustava, naš bi dom izgledao približno 10 milijardi puta tamniji od Sunca, a ta dva objekta su relativno blizu jedan drugome. Tako bi pokušaj izravnog snimanja Zemlje bio poput pokušaja da se vidi mrlja bioluminiscentnih algi pored svjetionika s udaljenosti od 5.000 kilometara. S prethodnim tehnologijama koronagrafa, čak i zabljesak maskirane zvijezde nadmašuje planet sličan Zemlji.

Koronagraf na teleskopu Roman demonstrirat će tehnike koje mogu ukloniti više neželjene zvjezdane svjetlosti nego prijašnji svemirski koronagrafi koristeći nekoliko pokretnih komponenti. Ovi pokretni dijelovi čine ga prvim “aktivnim” koronagrafom koji će letjeti u svemiru. Njegovi glavni alati su dva pomična (deformabilna) zrcala, svako promjera samo 5 centimetara, poduprta s više od 2.000 malih klipova koji se pomiču gore-dolje. Klipovi rade zajedno kako bi promijenili oblik deformabilnih zrcala tako da mogu kompenzirati neželjenu rasutu svjetlost koja se prolijeva oko rubova maski.

Ispravljanje nesavršenosti i poboljšanje performansi

Deformabilna zrcala također pomažu ispraviti nesavršenosti u drugim optičkim komponentama teleskopa Roman. Iako su te nesavršenosti premale da bi utjecale na ostala visoko precizna mjerenja teleskopa Roman, one mogu poslati rasutu zvjezdanu svjetlost u tamnu rupu. Precizne promjene oblika svakog deformabilnog zrcala, neprimjetne golim okom, kompenziraju te nesavršenosti.

“Nedostaci su toliko mali i imaju tako manji učinak da smo morali napraviti preko 100 iteracija da bismo to ispravili,” rekao je Feng Zhao, zamjenik voditelja projekta koronagrafa u JPL-u. “To je poput odlaska kod optičara kada vam stavljaju različite leće i pitaju vas: ‘Je li ova bolja? A što kažete na ovu?’ A koronagraf je radio čak i bolje nego što smo se nadali.”

Postignuća i budući ciljevi

Tijekom testa, očitanja s kamere koronagrafa prikazuju područje u obliku ‘krafne‘ oko središnje zvijezde koje postupno postaje tamnije dok tim usmjerava više zvjezdane svjetlosti dalje od njega—otuda nadimak “kopanje tamne rupe.” U svemiru, egzoplanet skriven u ovom tamnom području polako bi se pojavio kako instrument obavlja svoj posao sa svojim deformabilnim zrcalima.

Više od 5 500 planeta otkriveno je i potvrđeno oko drugih zvijezda u posljednjih 30 godina, ali većina je otkrivena neizravno, što znači da je njihova prisutnost zaključena na temelju utjecaja na njihovu matičnu zvijezdu. Otkrivanje ovih relativnih promjena u matičnoj zvijezdi mnogo je lakše nego vidjeti signal mnogo slabijeg planeta. Zapravo, manje od 70 egzoplaneta je izravno snimljeno.

Potencijal za otkrivanje nastanjivih svjetova

Planeti koji su do sada izravno snimljeni nisu poput Zemlje: većina je mnogo veća, toplija i obično dalje od svojih zvijezda. Te karakteristike ih čine lakšim za otkrivanje, ali i manje pogodnima za život kakav poznajemo. Kako bi tražili potencijalno nastanjive svjetove, znanstvenici moraju snimiti planete koji su ne samo milijardama puta tamniji od svojih zvijezda, već i orbitiraju na pravoj udaljenosti za postojanje tekuće vode na površini planeta—preduvjet za vrstu života na Zemlji.

Razvoj sposobnosti za izravno snimanje planeta sličnih Zemlji zahtijevat će međukorake poput koronagrafa. U svojoj maksimalnoj sposobnosti, mogao bi snimiti egzoplanet sličan Jupiteru oko zvijezde poput našeg Sunca: veliki, hladni planet neposredno izvan nastanjive zone zvijezde. Ono što NASA nauči od koronagrafa pomoći će utirati put za buduće misije dizajnirane za izravno snimanje planeta veličine Zemlje koji orbitiraju u nastanjivim zonama zvijezda sličnih Suncu. Koncept agencije za budući teleskop nazvan Opservatorij Nastanjivih Svjetova ima za cilj snimiti najmanje 25 planeta sličnih Zemlji koristeći instrument koji će se nadovezati na ono što demonstrira koronagrafski instrument u svemiru.

“Aktivne komponente, poput deformabilnih zrcala, su ključne ako želite postići ciljeve misije poput Opservatorija Nastanjivih Svjetova,” rekao je Ilya Poberezhskiy iz JPL-a, inženjer sustava projekta koronagrafa. “Aktivna priroda koronagrafa omogućava vam da uzmete običnu optiku na drugačiju razinu. Čini cijeli sustav složenijim, ali ne bismo mogli raditi ove nevjerojatne stvari bez toga.