Anmerkung der Redaktion - Der Wissenschaftsjournalist und Autor Bruce Dorminey sprach mit zwei NASA-Wissenschaftlern über die Möglichkeit, ein Teleskop für eine Mission auf äußeren Planeten an einem Raumschiff anzubringen.
Die Lichtverschmutzung in unserem inneren Sonnensystem, sowohl durch das nahe Sonnenlicht als auch durch das trübe Tierkreislicht durch Staub, der im Asteroidengürtel zermahlen wurde, hat Kosmologen lange Zeit daran gehindert, das frühe Universum klarer zu erfassen.
Ein Team von NASA, JPL und Caltech hat jedoch die Möglichkeit geprüft, ein optisches Teleskop auf einer Mission zum äußeren Sonnensystem an ein Vermessungsraumschiff anzuschließen.
Dem verschmutzten lila Dunst unseres inneren Sonnensystems entkommen
Die Idee ist, das optische Teleskop in der Reisephase zu verwenden, um das extragalaktische Hintergrundlicht besser in den Griff zu bekommen. das heißt, das kombinierte optische Hintergrundlicht von allen Quellen im Universum. Sie stellen sich vor, wie nützlich das Teleskop ist, um etwa 5 astronomische Einheiten (AU) in etwa die Entfernung von Jupiters Umlaufbahn einzuschalten. Das Team möchte dann seine Daten mit bodengestützten Beobachtungen korrelieren.
Ein Ziel ist es, Licht in die Epoche der Reionisierung des frühen Universums zu bringen. Reionisierung bezieht sich auf die Zeit, in der ultraviolette (UV) Strahlung von den ersten Sternen des Universums das intergalaktische Medium (IGM) ionisierte, indem Elektronen von den gasförmigen Atomen oder Molekülen des IGM entfernt wurden. Es wird angenommen, dass diese Periode der Reionisierung spätestens 450 Millionen Jahre nach dem Urknall stattgefunden hat.
ZEBRA, der Zodiacal Dust, Extragalactic Background und Reionization Apparatus, ist ein JPL-Konzept der NASA, das ein 40-Millionen-Dollar-Teleskop erfordert, das aus drei optischen Instrumenten / Instrumenten im nahen Infrarot besteht. Bestehend aus einem 3 cm Weitfeld-Mapper und einem 15 cm hochauflösenden Imager. Die NASA hat den ZEBRA-Vorschlag für eine ihrer Missionen jedoch noch nicht ausgewählt.
Um mehr zu erfahren, sprachen wir mit dem ZEBRA Concept-Leiter und Instrumentenkosmologen Jamie Bock und dem Astronomen Charles Beichman, beide von der NASA JPL und Caltech.
Dorminey: Was ist Tierkreislicht?
Beichman: Es ist eine helle diffuse Lichtquelle in unserem eigenen Sonnensystem aus Staubkörnern, die emittieren, weil sie von der Sonne erwärmt wurden und von selbst strahlen
oder Sonnenlicht reflektieren. Wenn Sie auf ein sehr klares, dunkles, mondloses Licht hinausgehen, können Sie das Band dieses Lichts von diesem Staub aus sehen. Es folgt der Ebene der Ekliptik. Dieser Staub stammt hauptsächlich aus Material im Asteroidengürtel, das nach einer großen Kollision zu kleinen Partikeln zermahlen wird.
Dorminey: Was würde es für Beobachtungen bedeuten, an diesem Tierkreisstaub vorbei zu kommen?
Beichman: Stellen Sie sich vor, Sie sitzen im Becken von Los Angeles und haben all diesen Smog und Dunst. Sie möchten messen, wie klar die Luft in Palm Springs ist. Sie müssen in der Lage sein, den gesamten Dunst zwischen hier und da abzuziehen, und es gibt einfach keine Möglichkeit, dies mit Genauigkeit zu tun. Sie müssen aus dem Becken fahren, um aus dem Smog herauszukommen.
Dorminey: Wie würde dies helfen, diesen extragalaktischen Hintergrund zu untersuchen?
Bock: Das extragalaktische Hintergrundlicht (EBL) misst die Gesamtenergiedichte von Licht, das von außerhalb unserer Galaxie kommt. Dieses Licht gibt die Summe der Energie an, die von Sternen und Galaxien und anderen Quellen im Laufe der Geschichte der kosmischen Zeit erzeugt wird. Der gesamte Hintergrund kann verwendet werden, um zu überprüfen, ob wir die Entstehungsgeschichte von Galaxien richtig verstehen. Wir erwarten, dass eine Komponente des Hintergrundlichts der ersten Sterne ein bestimmtes Spektrum aufweist, das im nahen Infrarot Spitzenwerte aufweist. Dies kann uns sagen, wie hell und wie lange die Epoche war, als sich die ersten Sterne bildeten. Leider ist das Tierkreislicht viel heller als dieser Hintergrund. Aber wenn man in die Umlaufbahn des Jupiter geht, ist das Tierkreislicht 30-mal schwächer als auf der Erde, und auf der Umlaufbahn des Saturn ist es 100-mal schwächer.
Dorminey: Müssten Sie auf einer NASA-Mission per Anhalter fahren oder könnte es eine Partnerschaft mit einer anderen Raumfahrtagentur sein, wie zum Beispiel der ESA?
Bock: In Zusammenarbeit mit einer NASA-Planetenmission haben wir den günstigsten Ansatz für zusätzliche Kosten untersucht. Aber wir könnten mit einer anderen Raumfahrtagentur zusammenarbeiten. Der europäische Jupiter Icy Moons Explorer (ehemals JGO) konkurriert jetzt um den nächsten Missionsstart der L-Klasse in den frühen 2020er Jahren und ist eine attraktive Möglichkeit für ein wissenschaftliches Instrument in der Kreuzfahrtphase. Jeder Ansatz hat ein anderes Kosten- und Partnerschaftsumfeld.
Dorminey: Ist der Haupttreiber für das EBL-Teleskop, um über den Tierkreisstaub hinauszukommen, oder bietet 5 AU auch einen Beobachtungsvorteil hinsichtlich der Erreichung einer schwachen Größenordnung?
Bock: Aufgrund des Hintergrunds des [dunkleren Sonnensystems] gibt es einen Beobachtungsvorteil. Mit einem so kleinen Teleskop versuchen wir nicht, diesen Vorteil zu nutzen, aber zukünftige Observatorien könnten dies. Wir werden die Tierkreishelligkeit für Jupiter und darüber hinaus messen, und dies könnte in Zukunft astronomische Beobachtungen mit Teleskopen im äußeren Sonnensystem motivieren.
Dorminey: Auf welche Art von Daten-Downlink-Herausforderungen würden Sie stoßen?
Bock: Die Datenanforderungen sind möglicherweise geringer als zunächst angenommen, da unsere Bilder mit langen [Beobachtungs-] Integrationen bei mäßiger räumlicher Auflösung erhalten werden. Für den Planetenvorschlag, den wir im Detail untersucht haben, betrug das gesamte Datenvolumen 230 Gigabyte, wobei etwa 65 Prozent dieser Daten vom Jupiter zum Saturn zurückgesendet wurden. Die Teleskopausrichtungen arbeiten autonom.
Dorminey: Was ist mit der Strahlung von Jupiter, die die Optik und die CCD-Kameras des Teleskops stört?
Beichman: Was Sie tun würden, ist, die EBL-Beobachtungen in der Nähe von Jupiter zu beenden. Die Strahlungsprobleme sind erheblich, so dass Sie nur Beobachtungen vor und nach dem Passieren von Jupiter machen würden.
Dorminey: Was würden Ihre Instrumente tun, was das von der NASA geplante James Webb Space Telescope (JWST) nicht tun würde?
Bock: JWST wird wahrscheinlich die hellsten ersten Galaxien erkennen und je nachdem, wie sich Galaxien gebildet haben, wird der größte Teil der Gesamtstrahlung aufgrund des Beitrags vieler schwacher Galaxien fehlen. Die Messung des extragalaktischen Hintergrunds liefert die Gesamtstrahlung aller Galaxien und die Gesamtenergie. Außerdem brauchen wir kein großes Teleskop. 15 cm sind ausreichend.
Dorminey: Was ist mit der Planetenforschung mit dem Teleskop?
Bock: Unser Instrument ist auf Messungen mit geringer Oberflächenhelligkeit spezialisiert. Wir haben spezielle Designentscheidungen getroffen, um die Tierkreisstaubwolke vom inneren zum äußeren Sonnensystem abzubilden. Mit einer dreidimensionalen Ansicht können wir die Ursprünge von interstellarem Staub auf Kometen und Asteroiden-Kollisionen zurückführen. Wir wissen, dass es Kuipergürtel-Objekte jenseits der Umlaufbahn von Neptun gibt, und es ist wahrscheinlich, dass mit ihnen auch Staub verbunden ist.
Dorminey: Wie lange würde dieses Teleskop funktionieren?
Bock: Nach Abschluss der Hauptbeobachtungen wäre es sicherlich möglich, dass das ursprüngliche Team oder eine externe Partei den Betrieb des Teleskops vorschlagen könnte. Ein aufregender wissenschaftlicher Fall sind Parallaxen-Mikrolinsenbeobachtungen; Beobachtungen, die die Parallaxe zwischen Erde und Saturn verwenden, um den Einfluss von Exoplaneten zu untersuchen, die die Sterne umkreisen und ein Mikrolinsenereignis erzeugen. Weitere wissenschaftliche Möglichkeiten sind Karten des Kuipergürtels im nahen Infrarot; Sternbedeckungen durch Kuipergürtelobjekte; und Zuordnen weiterer EBL-Felder zum Vergleich mit anderen Umfragen.
Dorminey: Wie würden die ersten Beobachtungen des Teleskops möglicherweise die theoretische Kosmologie aufrütteln?
Beichman: Immer wenn Sie eine Messung durchführen, die hundertmal besser ist als zuvor, erhalten Sie immer eine Überraschung.
