Planlægningen er godt i gang for NASA’s Habitable Worlds Observatory (HWO), som vil udforske atmosfæren på planeter uden for solsystemet for at finde tegn på fremmed liv.
En workshop blev afholdt i denne uge på California Institute for Technology (Caltech), hvor videnskabsmænd og ingeniører diskuterede tilstanden af den teknologi, der kunne anvendes af HWO, et af NASAs næste store teleskopprojekter efter James Webb Space Telescope (JWST). .
Jagt efter tegn på liv i atmosfæren på planeter i det ydre solsystem, der kredser om fjerne stjerner – exoplaneter – er beslægtet med jagt efter en nål i en kosmisk høstak. Når alt kommer til alt, vurderer NASA, at der er adskillige milliarder planeter på størrelse med Jorden, der er placeret i deres stjerners beboelige zoner, områder med de helt rigtige temperaturer til at tillade flydende vand at eksistere. Og det er kun i Mælkevejen.
Forskere har dog i det mindste en god idé om, hvad de skal lede efter, samt viden om tegn, der potentielt kan indikere liv.
“Vi ønsker at undersøge atmosfæren på disse exoplaneter for oxygen, metan, vanddamp og andre kemikalier, der kan signalere tilstedeværelsen af liv,” sagde NASA Exoplanet Program chefteknolog Nick Siegler i en erklæring. “Vi vil ikke se små grønne mænd, men snarere spektrale signaturer af disse nøglekemikalier, eller hvad vi kalder biosignaturer.”
Relaterede: TESS, NASA’s exoplanetjæger, ser den varme Jupiter med det længste kendte år
HWO blev oprindeligt foreslået som en topprioritet af Decadal Survey of Astronomy and Astrophysics 2020 (Astro2020), en køreplan over mål for det astronomiske samfund over det næste årti. Det er fordi, ud over at lede efter tegn på liv uden for solsystemet og hjælpe astronomer med at forstå hele planetsystemer, vil observatoriet også spille en vigtig rolle i astrofysiske undersøgelser.
Selvom missionen er planlagt til at starte i slutningen af 1930’erne eller begyndelsen af 1940’erne, kan de avancerede teknologier, som teleskopet vil bruge nu, hjælpe med at forhindre omkostningsoverskridelser i fremtiden, ifølge Dmitry Mawet, medlem af HWO Technical Assessment Group (TAG).
Kaster skygge til de fjerne stjerner
For at udføre dybdegående undersøgelser af exoplanetatmosfærer for at lede efter tegn på liv, vil HWO udnytte sin evne til at blokere blændingen fra de stjerner, som exoplaneterne kredser omkring.
Blokering af det stærke lys fra disse stjerner vil give os mulighed for at se svagere stykker af stjernelys, som reflekteres fra atmosfæren på planeter, der kredser om disse stjerner. Kemiske grundstoffer og forbindelser absorberer og udsender lys ved bølgelængder, der er unikke for deres sammensætning, hvilket betyder, at lys, der udsættes for en planets atmosfære, bærer fingeraftryk af de elementer, som det er sammensat af.
Forskere tager dette lys og leder efter disse fingeraftryk ved hjælp af en proces kaldet spektroskopi. Sådanne kemiske fingeraftryk kunne omfatte biosignaturer, der indikerer kemiske forbindelser, der udåndes eller indåndes af levende ting.
Der er to hovedmåder, hvorpå HWO potentielt kan blokere overskydende stjernelys. På den ene side kunne den bruge en stor ekstern lysblok kaldet en stjerneskærm, som ville udfolde sig fra HWO efter dens lancering til en enorm solsikkeformet paraply.
Eller alternativt kunne den bruge en indre skygge kaldet en koronagraf, svarende til de instrumenter, videnskabsmænd bruger til at blokere lys fra solens lyse fotosfære for at studere dens tågede ydre atmosfære eller korona. Siegler tilføjede, at NASA i øjeblikket har besluttet at fokusere HWO på koronagrafteknologi, der bruges på flere andre teleskoper, herunder JWST og det kommende Nancy Grace Roman Telescope.
Beliggende på Hawaii-bjerget Mauna Kea bruger WM Keck Observatory allerede en koronagraf opfundet af Mawet i samarbejde med Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) til at studere exoplaneter. Coronagrafen gør det muligt for KPIC at afbilde de termiske emissioner fra unge exoplaneter og varme gasgiganter, hvilket gør det muligt for videnskabsmænd at undersøge, hvordan disse planeter og deres planetsystemer udvikler sig.
De jordlignende planeter, som HWO vil rette blikket mod, kan udsende lys omkring 10 milliarder gange svagere end deres stjerners, hvilket betyder, at en koronagraf til det fremtidige rumteleskop vil skulle skubbe stjernelys langt ud over dets nuværende grænser.
“Når vi kommer tættere og tættere på dette krævede niveau af undertrykkelse af stjernelys, bliver udfordringerne eksponentielt vanskeligere,” tilføjede Mawet.
Undertrykk stjernelyset med et formskiftende spejl
En af de ideer, der blev fremsat på Caltech-mødet for at forbedre undertrykkelsen af lys fra en fjern stjerne, er at sætte et spejl inde i en koronagraf, der kan deformeres for at kontrollere lysstrålerne.
Anvendelse af tusindvis af aktuatorer til at justere formen på spejlet og til at skubbe og trække dets reflekterende overflader kunne blokere vildfarent lys i at komme til det endelige billede og dermed forhindre uønskede “klatter” af efterglødende stjernelys. Sådan et deformerbart “aktivt” spejl er den type, der vil blive brugt af Nancy Grace Roman Space Telescope, et observatorium, der er planlagt til at blive opsendt senest i 2027. Roman forventes at give astronomerne mulighed for at se gasgiganterne omkring en milliard gange svagere end deres stjerner såvel som affald omkring stjerner, der er tilbage fra planeternes fødsel.
Dette vil være et kritisk springbræt til den mere kraftfulde teknologi, som HWO har brug for, og udfylde et hul i koronagrafiske masker og aktive spejle, der er for store til at blive dækket af en enkelt ordsproget grænse.
“Vi skal være i stand til at fordreje spejlene med picometer nøjagtighed,” forklarede Mawet. “Vi bliver nødt til at undertrykke stjernelys med endnu en faktor på omkring 100 sammenlignet med Romans koronagraf.”
Under Caltech-sessionen behandlede forskerne også den bedste type spejl til brug for HWO, og hvad det skal belægges med, samt andre potentielle værktøjer til teleskopet.
Relaterede historier:
— Den dødbringende atmosfære på Venus kunne hjælpe os med at finde beboelige verdener. sådan
— Planeter med lyseblå prikker som Jorden udgør muligvis kun 1 % af de potentielt beboelige verdener
– Rumstøv kan transportere fremmede liv over galaksen, tyder en undersøgelse
Mens planlægningen af HWO for alvor fortsætter, arbejder astronomer også på at udvælge jordlignende exoplanetmål for det fremtidige teleskop at se på. Denne jagt vil omfatte brugen af instrumenter drevet af Caltech Keck Planet Finder (KPF) ved Keck-observatoriet, som var specielt designet til at søge efter jordlignende planeter i de beboelige zoner af små røde stjerner.
“Workstedet hjalp os med at forstå, hvor hullerne er i vores teknologi, og hvor vi skal udvikle mere i det næste årti,” konkluderede Mawet.