Ένα στρατοσφαιρικό μπαλόνι στο μέγεθος ενός γηπέδου ποδοσφαίρου το οποίο θα μεταφέρει ένα τηλεσκόπιο με τεχνολογία αιχμής
Η εικόνα αυτή δείχνει ένα μπαλόνι μεγάλου υψομέτρου το οποίο ανεβαίνει προς την ανώτερη ατμόσφαιρα. Όταν είναι πλήρως φουσκωμένα, τα ειδικά αυτά μπαλόνια έχουν πλάτος περίπου 150 μέτρα ή περίπου το μέγεθος ενός γηπέδου ποδοσφαίρου, και φτάνουν σε υψόμετρο 40 χιλιόμετρα. Εικόνα: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab/Michael Lentz
Από το εργαστήριο JET PROPULSION 25 Ιουλίου 2020
Μεταφερόμενο από ένα μπαλόνι σε μέγεθος γηπέδου ποδοσφαίρου, το ASTHROS θα χρησιμοποιήσει ένα τηλεσκόπιο με τεχνολογία αιχμής για να παρατηρήσει μήκη κύματος φωτός που δεν είναι ορατά από το έδαφος.
Οι εργασίες έχουν ξεκινήσει σε μια φιλόδοξη νέα αποστολή η οποία θα μεταφέρει ένα τηλεσκόπιο 2,5 μέτρων υψηλής τεχνολογίας ψηλά στη στρατόσφαιρα με ένα ειδικό μπαλόνι. Προβλεπόμενο να ξεκινήσει τη λειτουργία του τον Δεκέμβριο του 2023 από την Ανταρκτική, το ASTHROS (συντομογραφία για το Astrophysics Stratospheric Telescope for High Spectral Resolution Observations at Submillimeter-wavelengths) θα περάσει περίπου τρεις εβδομάδες μετακινούμενο σε αέρια ρεύματα πάνω από την παγωμένη νότια ήπειρο, πετυχαίνοντας στην πορεία αρκετές πρωτιές .
Το ASTHROS, το οποίο διαχειρίζεται από το Εργαστήριο αεριώθησης (Jet Propulsion Laboratory ή JPL) της NASA, παρατηρεί στο απώτερης υπέρυθρης ακτινοβολίας φως (far-infrared light) ή φως με μήκη κύματος πολύ μεγαλύτερο από αυτά που είναι ορατά στο ανθρώπινο μάτι. Για να γίνει αυτό, το ASTHROS θα πρέπει να φτάσει σε υψόμετρο περίπου 40 χιλιόμετρα - περίπου τέσσερις φορές υψηλότερο από όσο πετούν τα εμπορικά αεροσκάφη. Αν και βρίσκεται πολύ κάτω από το όριο του διαστήματος (100 χιλιόμετρα, πάνω από την επιφάνεια της Γης ή γραμμή Κάρμαν), θα είναι αρκετά ψηλά για να παρατηρεί μήκη κύματος φωτός που εμποδίζονται από την ατμόσφαιρα της Γης.
Η ομάδα αποστολής έδωσε πρόσφατα τις τελευταίες πινελιές στο σχεδιασμό για το ωφέλιμο φορτίο του παρατηρητηρίου, το οποίο περιλαμβάνει το τηλεσκόπιο (το οποίο συλλαμβάνει το φως), το οποίο είναι το βασικό επιστημονικό του όργανο, και υποσυστήματα όπως τα ηλεκτρονικά συστήματα και τα συστήματα ψύξης. Στις αρχές Αυγούστου, οι μηχανικοί της JPL θα ξεκινήσουν την ολοκλήρωση και τον έλεγχο αυτών των υποσυστημάτων για να επαληθεύσουν ότι λειτουργούν όπως αναμένεται.
Ενώ η μέθοδος με μπαλόνια μπορεί να μοιάζει με απαρχαιωμένη τεχνολογία, όμως, προσφέρουν στη NASA μοναδικά πλεονεκτήματα σε σχέση με αποστολές εδάφους ή διαστημικές. Το Πρόγραμμα Επιστημονικό Μπαλόνι της NASA λειτουργεί εδώ και 30 χρόνια στο Wallops Flight Facility στη Βιρτζίνια. Στέλνει στην ατμόσφαιρά μας 10 έως 15 αποστολές ετησίως από τοποθεσίες σε όλο τον κόσμο για την υποστήριξη πειραμάτων σε όλους τους επιστημονικούς κλάδους της NASA, καθώς και για την ανάπτυξη της τεχνολογίας και την εκπαίδευση. Οι αποστολές με τα ειδικά αυτά μπαλόνια δεν έχουν μόνο χαμηλότερο κόστος σε σύγκριση με τις διαστημικές αποστολές, αλλά έχουν επίσης μικρότερους χρόνους μεταξύ του αρχικού σχεδιασμού και της ανάπτυξης, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να δεχτούν τους υψηλότερους κινδύνους που συνδέονται με τη χρήση νέων ή προηγμένων τεχνολογιών που δεν έχουν ακόμα πετάξει στο διάστημα. Οι κίνδυνοι αυτοί μπορεί να προκύψουν με τη μορφή άγνωστων τεχνικών ή επιχειρησιακών προκλήσεων οι οποίες μπορούν να επηρεάσουν την επιστημονική απόδοση μιας αποστολής. Εργαζόμενοι μέσα από αυτές τις προκλήσεις, οι αποστολές με μπαλόνια μπορούν να προετοιμάσουν τις μελλοντικές αποστολές για να αποκομίσουν τα οφέλη αυτών των νέων τεχνολογιών.
"Οι αποστολές μπαλονιών όπως το ASTHROS είναι υψηλότερου κινδύνου από τις διαστημικές αποστολές, αλλά αποδίδουν υψηλές αποδόσεις με μέτριο κόστος", δήλωσε ο μηχανικός της JPL Jose Siles, διευθυντής προγράμματος για το ASTHROS. "Με το ASTHROS, στοχεύουμε να κάνουμε αστροφυσικές παρατηρήσεις που δεν έχουν ποτέ επιχειρηθεί. Η αποστολή θα ανοίξει το δρόμο για μελλοντικές διαστημικές αποστολές δοκιμάζοντας νέες τεχνολογίες και παρέχοντας εκπαίδευση για την επόμενη γενιά μηχανικών και επιστημόνων. "
Υπέρυθρα "μάτια" στον ουρανό
Το ASTHROS θα μεταφέρει ένα όργανο για τη μέτρηση της κίνησης και της ταχύτητας του αερίου γύρω από τα νεογέννητα άστρα. Κατά τη διάρκεια της πτήσης, η αποστολή θα μελετήσει τέσσερις βασικούς στόχους, συμπεριλαμβανομένων δύο περιοχών στις οποίες σχηματίζονται αστέρια στον Γαλαξία. Επίσης, για πρώτη φορά θα ανιχνεύσει και θα χαρτογραφήσει την παρουσία δύο συγκεκριμένων τύπων ιόντων αζώτου (άτομα τα οποία έχουν χάσει κάποια ηλεκτρόνια). Αυτά τα ιόντα αζώτου μπορούν να αποκαλύψουν μέρη όπου άνεμοι από τεράστια αστέρια και εκρήξεις υπερκαινοφανών έχουν αναδιαμορφώσει τα νέφη αερίου μέσα σε αυτές τις αστρογόνες περιοχές.
Σε μια διαδικασία γνωστή ως "αστρική ανάδραση" (stellar feedback), τέτοιες βίαιες εκρήξεις μπορούν, για εκατομμύρια χρόνια, να διασκορπίσουν το περιβάλλον υλικό και να εμποδίσουν τον σχηματισμό αστεριών ή να τον σταματήσουν εντελώς. Όμως, η αστρική ανάδραση μπορεί επίσης να προκαλέσει τη συνένωση υλικού, επιταχύνοντας τον σχηματισμό αστεριών. Χωρίς αυτήν τη διαδικασία, όλο το διαθέσιμο αέριο και η σκόνη σε γαλαξίες όπως οι δικοί μας θα είχαν συνενωθεί σε αστέρια εδώ και πολύ καιρό.
Το ASTHROS θα δημιουργήσει τους πρώτους λεπτομερείς τρισδιάστατους χάρτες της πυκνότητας, της ταχύτητας και της κίνησης του αερίου σε αυτές τις περιοχές για να δει πώς οι νεογέννητοι γίγαντες αστέρες επηρεάζουν το υλικό του γενετήσιου τους "πλακούντα". Με αυτόν τον τρόπο, η ομάδα ελπίζει να αποκτήσει μια εικόνα σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας των αστρικών αναδράσεων και να δώσει νέες πληροφορίες για τη βελτίωση των προσομοιώσεων υπολογιστών σχετικά με την εξέλιξη των γαλαξιών.
Το νεφέλωμα της Τρόπιδος, μια περιοχή σχηματισμού αστέρων στον Γαλαξία, συγκαταλέγεται μεταξύ τεσσάρων επιστημονικών στόχων τους οποίες οι επιστήμονες σκοπεύουν να παρακολουθήσουν με την αποστολή αερόστατων μεγάλου υψόμετρου ASTHROS. Το ASTHROS θα μελετήσει αστρικές αναδράσεις σε αυτήν την περιοχή, τη διαδικασία με την οποία τα αστέρια επηρεάζουν το σχηματισμό περισσότερων αστεριών στο περιβάλλον τους. Εικόνα: NASA, ESA, N. Smith (University of California, Berkeley) et al., the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Ένας τρίτος στόχος για το ASTHROS θα είναι ο γαλαξίας Μεσιέ 83. Η παρατήρηση ενδείξεων αστρικών αναδράσεων εκεί θα επιτρέψει στην ομάδα του ASTHROS να αποκτήσει βαθύτερη εικόνα για την επίδρασή τους σε διαφορετικούς τύπους γαλαξιών. "Νομίζω ότι είναι κατανοητό ότι η αστρική ανάδραση είναι ο κύριος ρυθμιστής του σχηματισμού αστεριών σε όλη την ιστορία του σύμπαντος", δήλωσε ο επιστήμονας της JPL Jorge Pineda, κύριος ερευνητής του ASTHROS. "Οι προσομοιώσεις υπολογιστών σχετικά με την εξέλιξη του Γαλαξία δεν μπορούν ακόμη να αναπαραστήσουν την πραγματικότητα που βλέπουμε στον Σύμπαν. Η χαρτογράφηση αζώτου που θα κάνουμε με το ASTHROS δεν έχει γίνει ποτέ πριν και θα είναι συναρπαστικό να δούμε πώς αυτές οι πληροφορίες βοηθούν στο να κάνουν πιο ακριβή τα μοντέλα αυτά . "
Τέλος, ως τέταρτος στόχος της, το ASTHROS θα παρατηρήσει το TW Ύδρας (TW Hydrae), ένα νεαρό αστέρι το οποίο περιβάλλεται από ένα μεγάλο δίσκο σκόνης και αερίου όπου εκεί μπορεί να σχηματίζονται πλανήτες. Με τις μοναδικές δυνατότητές του, το ASTHROS θα μετρήσει τη συνολική μάζα αυτού του πρωτοπλανητικού δίσκου δείχνοντας στους επιστήμονες πώς κατανέμεται αυτή η μάζα. Οι παρατηρήσεις αυτές θα μπορούσαν ενδεχομένως να αποκαλύψουν μέρη όπου η κοσμική σκόνη συνενώνεται για να σχηματίσει (με το φαινόμενο της συσσωμάτωσης) πλανήτες. Η εκμάθηση περισσότερων στοιχείων για τους πρωτοπλανητικούς δίσκους θα μπορούσε να βοηθήσει τους αστρονόμους να κατανοήσουν πώς σχηματίζονται διαφορετικοί τύποι πλανητών στα νεαρά ηλιακά συστήματα.
Μια υψηλή προσέγγιση
Για να γίνουν όλα αυτά, το ASTHROS θα χρειαστεί ένα μεγάλο μπαλόνι: Όταν είναι πλήρως φουσκωμένο με Ήλιο, θα έχει πλάτος περίπου 150 μέτρα ή περίπου το μέγεθος ενός γηπέδου ποδοσφαίρου. Μια κατασκευή η οποία λέγεται "γόνδολα" κάτω από το μπαλόνι θα μεταφέρει το όργανο και το ελαφρύ τηλεσκόπιο, το οποίο αποτελείται από μια παραβολική κεραία διαμέτρου 2,5 μέτρων, καθώς και μια σειρά από κάτοπτρα, οπτικούς φακούς, και ανιχνευτές σχεδιασμένους και βελτιστοποιημένους για τη λήψη απώτερης υπέρυθρης ακτινοβολίας φως (far-infrared light). Χάρη στη κεραία αυτή, το ASTHROS θα προσδέσει το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο που πέταξε ποτέ πάνω σε ένα μπαλόνι μεγάλου υψομέτρου. Κατά τη διάρκεια της πτήσης, οι επιστήμονες θα μπορούν να ελέγχουν με ακρίβεια την κατεύθυνση στην οποία σκοπεύει το τηλεσκόπιο, καθώς και να "κατεβάζουν" τα δεδομένα σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας δορυφορικές συνδέσεις.
Αυτό το time-lapse* βίντεο δείχνει την έναρξη του Stratospheric Terahertz Observatory II (STO-2), μιας αποστολής αστροφυσικής της NASA, από την Ανταρκτική το 2016. Τέτοιες αποστολές με μπαλόνι μεγάλου υψομέτρου παρέχουν την ευκαιρία να παρατηρηθούν μήκη κύματος φωτός που εμποδίζονται από την ατμόσφαιρα της Γης . Εικόνα: NASA / JPL-Caltech
Επειδή τα όργανα υπέρυθρης ακτινοβολίας πρέπει να διατηρούνται πολύ κρύα, πολλές αποστολές μεταφέρουν υγρό Ήλιο για να τα ψύξουν. Αντίθετα, το ASTHROS θα βασιστεί σε ένα κρυοψύκτη, οποίος χρησιμοποιεί ηλεκτρισμό (ο οποίος θα παρέχεται από τα ηλιακά πάνελ της ASTHROS) για να διατηρήσει τους υπεραγώγιμους ανιχνευτές κοντά στους μείον 268,5 βαθμούς Κελσίου - λίγο πάνω από το απόλυτο μηδέν, τη πιο ψυχρή θερμοκρασίας στην οποία μπορεί να φτάσει η ύλη. Ο κρυοψύκτης αυτός ζυγίζει πολύ λιγότερο από το μεγάλο δοχείο υγρού ηλίου που θα χρειαζόταν η ASTHROS για να διατηρήσει το όργανο κρύο για όλη την αποστολή. Αυτό σημαίνει ότι το ωφέλιμο φορτίο είναι πολύ ελαφρύτερο και η διάρκεια ζωής της αποστολής δεν περιορίζεται πλέον από το πόσο υγρό Ήλιο βρίσκεται επί του σκάφους.
Η ομάδα αναμένει ότι το μπαλόνι αυτό θα ολοκληρώσει δύο ή τρεις κύκλους γύρω από το Νότιο Πόλο σε περίπου 21 έως 28 ημέρες, μεταφερόμενο από τους επικρατούντες στρατοσφαιρικούς άνεμους. Μόλις ολοκληρωθεί η επιστημονική αποστολή, οι χειριστές θα στείλουν εντολές τερματισμού πτήσης οι οποίες θα διαχωρίσουν την "γόνδολα", η οποία συνδέεται με αλεξίπτωτο, από το μπαλόνι. Το αλεξίπτωτο θα επιστρέψει τη γόνδολα στο έδαφος έτσι ώστε το τηλεσκόπιο να μπορεί να ανακτηθεί και να ανακαινιστεί για να πετάξει ξανά.
"Θα εκτοξεύσουμε το ASTHROS στην άκρη του διαστήματος από το πιο απομακρυσμένο και σκληρό μέρος του πλανήτη μας", δήλωσε ο Siles. "Αν το σκεφτείτε, είναι πραγματικά δύσκολο, γεγονός που το καθιστά ταυτόχρονα τόσο συναρπαστικό ."
Σε ένα τμήμα του Caltech στην Πασαντένα, η JPL διαχειρίζεται την αποστολή ASTHROS για το τμήμα Αστροφυσικής της Διεύθυνσης Επιστημονικών Αποστολών της NASA. Η JPL δημιουργεί επίσης το ωφέλιμο φορτίο της αποστολής. Το εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής Johns Hopkins στο Μέριλαντ αναπτύσσει συστήματα γόνδολας και συστημάτων στόχευσης. Η μονάδα της παραβολικής κεραίας των 2,5 μέτρων κατασκευάζεται από την Media Lario S.r.l. στο Lecco, της Ιταλίας. Το φορτίο του κρυοψύκτη αναπτύχθηκε από την Lockheed Martin στο πλαίσιο του προγράμματος Advanced Development Cryocooler Technology Development της NASA. Το Πρόγραμμα Επιστημονικού Μπαλονιού της NASA και το Columbia Science Balloon Facility θα παρέχουν το μπαλόνι καθώς και τις υπηρεσίες εκτόξευσης. Το ASTHROS έχει προγραμματιστεί να σταλεί προς το διάστημα από το σταθμό McMurdo στην Ανταρκτική, τον οποίο διαχειρίζεται το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών μέσω του προγράμματος Ανταρκτικής των ΗΠΑ. Άλλοι βασικοί εταίροι περιλαμβάνουν το Κρατικό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα και το Πανεπιστήμιο του Μαϊάμι.
---------------------------------------------------------------------
*Συστήματα Φωτογραφικής Αποτύπωσης τεχνικών έργων μεγάλης διάρκειας
---------------------------------------------------------------------
Πηγή: scitechdaily.com
