2,5 méteres távcsövet juttat fel egy stadion méretű ballonnal a felsőlégkörbe a NASA

9073

Egy stadion méretű ballon juttatja fel majd a sztratoszférába az ASTHROS távcsövet, ami a felszínről nem érzékelhető hullámhosszú fényt fogja vizsgálni.

Illusztráció egy nagy magasságú ballonról, amint a felsőlégkörbe emelkedik. Teljesen felfúvódott állapotban ezeknek a ballonoknak az átmérője 150 méter, és képesek akár 40 kilométeres magasságba is feljutni. (Forrás: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab/Michael Lentz)

Megkezdődött a NASA egyik új, ambiciózus küldetése, amelynek során egy csúcstechnológiájú, 2,5 méteres teleszkópot juttatnak a sztratoszférába ballon segítségével. Az ASTHROS (Astrophysics Stratospheric Telescope for High Spectral Resolution Observations at Submillimeter-wavelengths) felbocsátását 2023 decemberére tervezik az Antarktiszról, ezután a távcső három hétig fog sodródni a jeges déli kontinens feletti légáramokkal, hogy egyedülálló megfigyeléseket végezzen.

Az ASTHROS a távoli infravörös sugárzást, vagyis az emberi szem által látható fénynél sokkal nagyobb hullámhosszú sugárzást vizsgálja. Ehhez a távcsőnek mintegy 40 kilométer magasságba kell emelkednie, ami az utasszállító repülőgépek utazómagasságának durván a négyszerese. Bár a világűr határa a Föld felszínétől mintegy 100 kilométerre húzódik, a távcső ahhoz azért elég magasan lesz, hogy a Föld légköre által kiszűrt hullámhosszú sugárzást megfigyelje.

Bár a ballon régi technológiának tűnik, egyedülálló előnyei vannak a földi vagy űrbeli küldetésekkel szemben. A NASA tudományos ballonprogramja évente 10-15 küldetést valósít meg a Föld különböző pontjain tudományos kísérleti, illetve technológia-fejlesztési és oktatási céllal. A ballonos küldetések nemcsak olcsóbbak, mint az űrmissziók, de rövidebb időbe is telik, míg a korai tervektől a megvalósításig eljuthatunk, így elfogadható a magasabb kockázatuk, amit az űrben még nem alkalmazott, legfejlettebb technológia használata indukál. Kockázatot jelenthet például egy ismeretlen műszaki probléma, ami befolyásolja a küldetés tudományos sikerét. A ballonos küldetések célja egyebek mellett az, hogy előkészítsék a terepet a jövőbeni küldetések számára.

„Az ASTHROS-hoz hasonló ballonos küldetéseknek nagyobb a kockázatuk, mint az űrmisszióknak, de szerény költségek mellett magas haszonnal járnak.” – mondta a JPL mérnöke, Jose Siles. „Az ASTHROS célja, hogy olyan asztrofizikai megfigyeléseket végezzünk, amelyeket korábban még sohasem. A küldetés a jövőbeni űrmissziók számára készíti elő a terepet azzal, hogy teszteli az új technológiákat, és gyakorlási lehetőséget teremt a mérnökök és kutatók új nemzedéke számára.”

Az ASTHROS fedélzetén lesz egy műszer, amely a nemrégiben kialakult csillagok környezetében lévő gáz mozgását és sebességét vizsgálja. Repülése során az obszervatórium négy fő célpontot vizsgál, köztük a Tejútrendszer két csillagkeletkezési régióját. Első alkalommal fogja feltérképezni a nitrogénionok két típusának eloszlását is. Ezek a nitrogénionok felfedhetik azokat a helyeket a csillagkeletkezési régiókban, ahol a nagy tömegű csillagok és szupernóva-robbanások csillagszele újraformálta a gázfelhőket.

A csillagok visszacsatolásaként ismert folyamat során ezek a kitörések több millió év alatt „elfújják” a környező anyagot, ezzel akadályozva a csillagképződést, vagy teljesen megállítva azt. A csillagok visszacsatolása azonban azt is okozhatja, hogy az anyag csomókba áll össze, így a csillagképződés fel is gyorsulhat. E folyamat nélkül a miénkhez hasonló galaxisokban lévő gáz és por már régen csillagokká állt volna össze.

Az ASTHROS első alkalommal fog háromdimenziós térképet készíteni a gáz sűrűségéről, sebességéről és mozgásáról ezekben a régiókban, hogy lássuk, hogyan hatnak az újszülött óriások az anyagra, amelyből keletkeztek. Így a kutatók betekintést nyerhetnek a csillagok visszacsatolásának folyamatába, és az új információkkal pontosíthatják a galaxisok fejlődésével kapcsolatos számítógépes modelleket.

A Tejútrendszer egyik csillagkeletkezési régiója, a Carina-köd aközött a négy tudományos célpont között van, amelyeket a kutatók az ASTHROS nagy magasságú távcsővel meg fognak figyelni. A műszer ebben a régióban a csillagok visszacsatolását vizsgálja majd, azt a folyamatot, amelynek során a csillagok befolyásolják a környezetükben az újabb csillagok kialakulását. (Forrás: NASA, ESA, N. Smith (University of California, Berkeley) et al., the Hubble Heritage Team (STScI/AURA))

Az ASTHROS harmadik célpontja a Messier 83 jelű galaxis. A kutatók itt is a csillagok visszacsatolását vizsgálják, hogy megtudják, hogyan zajlik a folyamat a különböző típusú galaxisokban. „Úgy gondolom, a csillagok visszacsatolása volt a csillagkeletkezést szabályozó legfőbb tényező a Világegyetem történetében.” – mondta Jorge Pineda, a JPL kutatója. „A galaxisfejlődés számítógépes modelljei még nem képesek visszaadni azt, amit a valóságban, a kozmoszban látunk. Az ASTHROS-szal tervezett nitrogénfeltérképezéshez hasonlót még nem csinált senki. Érdekes lesz látni, hogyan segítik majd pontosítani a modelleket az új információk.”

A Messier 83 Hölgye Attila 2020. március 20-án készült felvételén. (Forrás: Hölgye Attila/MCSE)

Végül, az ASTHROS negyedik célpontja egy fiatal csillag, a TW Hydrae. A csillagot széles por- és gázkorong veszi körül, amelyből talán bolygók formálódnak. Az ASTHROS megméri a protoplanetáris korong teljes tömegét, és meghatározza a tömegeloszlását. Ezek a megfigyelések felfedhetik azokat a helyeket, ahol a por csomókba gyűlik, és később bolygókká áll össze. A protoplanetáris korongok megismerése által többet tudhatunk meg a fiatal bolygórendszerekben kialakuló, különböző típusú bolygók születéséről.

Mindehhez az ASTHROS-nak egy hatalmas ballonra van szüksége: amikor teljesen feltöltik héliummal, az átmérője eléri a 150 métert, nagyjából akkora lesz, mint egy stadion. A léggömb gondolája hordozza majd a műszereket és a kis tömegű teleszkópot, amely egy 2,5 méter átmérőjű tányérantennából, egy sor tükörből, lencsékből és a távoli infravörös fény detektálására kifejlesztett érzékelőkből áll. A tányér méretéből adódóan az ASTHROS lesz minden idők legnagyobb, nagy magasságú ballonnal feljuttatott távcsöve. Repülés közben a kutatók pontosan irányításuk alatt tartják majd a teleszkópot, és a műholdas kapcsolat által valós időben tölthetik le az adatokat.

A NASA asztrofizikai obszervatóriuma, a Stratospheric Terahertz Observatory II (STO-2) felbocsátása 2016-ban az Antarktiszon. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

Mivel a távoli infravörös sugárzást érzékelő műszereket nagyon alacsony hőmérsékleten kell működtetni, sok küldetés cseppfolyós héliumot is feljuttat velük a hűtéshez. Az ASTHROS hűtését ehelyett egy kriohűtőre bízzák, ami az ASTHROS napelemeiből nyeri majd az energiát. Ez a kriohűtő fogja a szupravezető érzékelőket mínusz 268,5 Celsius-fokon tartani – vagyis épp csak egy kicsivel az elméletileg létező legalacsonyabb hőmérséklet, az abszolút nulla fok fölött. A kriohűtő sokkal kisebb tömegű, mint egy olyan nagy folyékony héliumtartály, amire az ASTHROS hűtéséhez a teljes küldetés idejére szükség lenne. A rakomány így jelentősen kisebb, és a küldetés hosszát nem korlátozza a feljuttatott cseppfolyós hélium mennyisége.

A kutatók számításai szerint a ballon az uralkodó sztratoszférikus szelek szárnyán két vagy három kört ír majd le 21–28 nap alatt a Déli-sark felett. Miután a tudományos küldetés befejeződik, a kezelőszemélyzet utasításokat küld a repülés befejezésére, amelynek során leválasztják az ejtőernyővel felszerelt gondolát a léggömbről. A gondola az ejtőernyővel tér vissza a felszínre, így a távcsövet felkészíthetik majd egy újabb bevetésre.

Forrás: NASA

Hozzászólás

hozzászólás