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Welche kosmischen Geheimnisse wird das römische Teleskop enthüllen?

Im Jahr 2025 wird das römische Weltraumteleskop ins All gebracht, um unsere Galaxie und Exoplaneten zu erkunden und dort weiterzumachen, wo sein Vorgänger Hubble aufgehört hat.

Blick des Spitzer-Weltraumteleskops auf das Zentrum der Milchstraße NASA / JPL-Caltech

Im Jahr 2025 wird die NASA ihr weltraumgestütztes Astronomiespiel verstärken, wenn sie das Spiel startet. Nancy Grace Roman Space Teleskop - oder Römisches Weltraumteleskop kurz RST. Sobald eine stabile Umlaufbahn am Sun-Earth L2 Lagrange Point hergestellt ist, wird sie sich einer Vielzahl anderer Weltraumobservatorien einige alte, andere neue anschließen, die sich ebenfalls der Suche nach Antworten auf die Rätsel widmendes Universums.

Zum Beispiel die James Webb-Weltraumteleskop JWST, geplant für den Start bis zum 31. Oktober st , 2021, arbeitet zusammen mit römisch um Teile des Universums zu untersuchen, die nur in der Infrarotwellenlänge sichtbar sind. Es wird sich auch den drei "Great Observatories" anschließen, die noch in Betrieb sind, einschließlich der Chandra-Röntgenobservatorium und die Compton Gamma Ray Observatory CGRO.

Vor allem aber die Römisches Weltraumteleskop wird sich seinem Vorgänger, dem Ehrwürdigen, anschließen Hubble-Weltraumteleskop . The RST wurde als designierte Nachfolgemission für konzipiert Hubble und bauen Sie auf dem Fundament auf, das sein Vorgänger geschaffen hat.

Die römisch enthält einen 2,4-Meter-Primärspiegel wie Hubble , eine Multiband-Kamera, die Licht im sichtbaren und nahen Infrarotbereich des Spektrums einfangen kann - die Weitfeldinstrument WFI - und eine kontrastreiche Kamera / ein kontrastreiches Spektrometer mit Sternlichtunterdrückungstechnologie - die Koronagraphisches Instrument CGI.

Diese Kombination aus bewährter Optik und modernster Technologie ermöglicht es dem NST, das Universum mit der gleichen Bildschärfe wie zu untersuchen. Hubble aber mit einem 100-mal größeren Sichtfeld. Also genau welche Phänomene werden römisch Verwenden Sie diese Funktionen der nächsten Generation, um zu studieren? Welche Geheimnisse werden voraussichtlich enthüllt?

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Ein geehrter Name

Ursprünglich plante die NASA, dieses Teleskop der nächsten Generation als das zu bezeichnen. Weitfeld-Infrarot-Weltraumteleskop WFIRST. Der Name war passend, da er die größten Merkmale des Observatoriums verkörperte. 20. Mai 2020 Die NASA gab bekannt, dass sie eine neue Richtung einschlagen und dem WFIRST einen richtigen Namen geben würden.

Wie seine Vorgänger Hubble , Kepler, Spitzer, die Neil Gehrels Swift Observatory, und die bald zu startende James Webb, Die NASA wollte einen Namen, der die Art ihrer Mission widerspiegelt und gleichzeitig Wissenschaftlern huldigt, die zur Verwirklichung beigetragen haben. Da WFIRST der natürliche Nachfolger von wäre Hubble, sie beschlossen angemessen, es nach der "Mutter von Hubble" zu benennen.

Der Name ehrt Nancy Grace Roman, die erste Chefastronomin der NASA, eine unermüdliche Erzieherin und Anwältin für Frauen im MINT, und die Wissenschaftlerin, die den Grundstein für Weltraumteleskope gelegt hat. Für ihre Bemühungen wurde Roman "die Mutter von Hubble" genannt.

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Roman wurde 1925 in Nashville, Tennessee, geboren. Er zeigte schon früh eine Begabung für Astronomie und beschloss, Astronomie als Karriere zu verfolgen. Trotz des Widerstands unzähliger Menschen, die ihr sagten: "Mädchen werden keine Astronomen", folgte sieihr Traum vom Swarthmore College, wo sie Astronomie studierte und am Sproul Observatory arbeitete.

1946 begann sie ihre Abschlussarbeit an der Universität von Chicago, während sie an den Yerkes und McDonald Observatories in Wisconsin und Texas forschte, und erhielt schließlich eine Stelle als Assistenzprofessorin. Aufgrund des Mangels an festen Stellen für Frauen1954 nahm sie eine Stelle am Naval Research Laboratory NRL an.

Innerhalb von drei Jahren wurde Roman aufgrund ihrer Beiträge zum aufstrebenden Gebiet der Radioastronomie Leiterin der Abteilung Mikrowellenspektroskopie der ARL. Sie reiste auch viel, um Vorträge über ihre Forschung zu halten, die die Aufmerksamkeit der neu gegründeten National Aeronautical andWeltraumverwaltung NASA.

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1959 trat sie nur sechs Monate nach Gründung der Agentur der NASA bei und wurde Leiterin ihres Programms für Beobachtungsastronomie. Wie sie später in einer Abhandlung schrieb veröffentlicht im Jahr 2018 "Die Chance, mit einer sauberen Tafel zu beginnen, um ein Programm zu entwerfen, von dem ich dachte, dass es die Astronomie fünfzig Jahre lang beeinflussen würde, war mehr, als ich widerstehen konnte."

In den 1960er Jahren wurde sie die erste Chefin der Astronomie in der NASA Büro für Weltraumwissenschaften OSS. Sie reiste viel durch die USA, um direkt mit Astronomiestudenten zu sprechen und für NASA-Programme zu werben. Sie richtete auch ein Komitee ein, das sich der Realisierung eines Weltraumteleskops widmet, das durch atmosphärische Störungen oder Wetter ungehindert ist.

Während der vielen Reden und Vorträge, die sie im Laufe der Jahre hielt, forderte sie die Schüler auf, sich einem STEM-Feld anzuschließen, um ihre angeborene Neugier zu befriedigen. "Wenn Sie Rätsel mögen", sagte sie einmal, "kann Wissenschaft oder Technik das Feld für Sie seinweil wissenschaftliche Forschung und Technik eine kontinuierliche Reihe von Rätsellösungen ist. "

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Nancy Roman bei der NASA. Bildnachweis : NASA / ESA

Ihre Bemühungen überzeugten schließlich die NASA und den US-Kongress, ein Weltraumteleskop zur Priorität zu machen. 1990 wurde ihr Traum mit dem Start des revolutionärsten Weltraumteleskops verwirklicht, das jemals gebaut wurde - dem Hubble-Weltraumteleskop. Aufgrund der Rolle, die sie bei ihrer Entstehung spielte, erhielt Dr. Roman den Spitznamen "Mutter von Hubble".

As Hubbles designierter Nachfolger, es schien nur natürlich, dass die WFIRST-Mission zu Ehren von Dr. Nancy Grace Roman benannt wurde - die 2018 verstorben ist.

Die Space Telescope Science Institute STScI in Baltimore, das überwacht Hubble 's wissenschaftliche Operationen, wird auch die überwachen James Webb und römisch Teleskope, sobald sie in Betrieb sind. Dr. Kenneth Sembach, der Direktor des STSI, hatte dies zu tun sagen Sie über die Wahl des Namens :

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"Dr. Nancy Grace Roman war eine versierte Wissenschaftlerin und Leiterin sowie eine überzeugte Verfechterin von Hubble und den anderen Great Observatories der NASA. Sie unterstützte auch nachdrücklich die Schaffung von STScI. Wir betrachteten sie als Kollegin und Freundin und waren es auch."Ich freue mich sehr, sie 2017 zu unserem jährlichen Frühjahrs-Wissenschaftssymposium im Institut begrüßen zu dürfen. ..

"Wir fühlen uns geehrt, Teil ihres fortwährenden Erbes zu sein. Unser gesamtes Team ist bereit, die astronomische Gemeinschaft zu unterstützen und sicherzustellen, dass das römische Weltraumteleskop sein volles wissenschaftliches Potenzial entfalten wird."

Ein passender Nachfolger

Wie bereits erwähnt, verfügt der RST über die Empfindlichkeit und Fähigkeit, einen größeren Betrachtungsbereich abzudecken, wodurch er effektiv die Vermessungsleistung von " erhält. 100 Hubbles . "Dies wird durch die 18-Quadrat-Detektoren des Teleskops mit jeweils 4096 × 4096 Pixel ermöglicht, die es dem RST ermöglichen, einen Bereich abzudecken, der ungefähr das 1,33-fache der Größe eines Vollmonds beträgt während Hubble bedeckte eine Fläche von ungefähr 1% des Durchmessers eines Vollmonds.

Das WFI verwendet eine 300-Megapixel-Kamera, um Bilder im Multiband-Nahinfrarotbereich des Spektrums aufzunehmen. Das CGI unterdrückt unterdessen Licht von entfernten Sternen, das sonst die Erkennung kleinerer, dunklerer Objekte verdecken würdeZusammengenommen ermöglichen diese Instrumente römisch um Teile des Universums zu sehen, die sonst unsichtbar wären.

Ein weiterer Vorteil des RST ist seine Halo-Umlaufbahn am L-Lagrange-Punkt Sonne-Erde, etwa 1,6 Millionen km von der Erde entfernt. Dies gibt ihm einen freien Blick auf den Kosmos und die Fähigkeit, Beobachtungen durchzuführeneine fast kontinuierliche Mode.

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Die RST wird voraussichtlich während seiner fünfjährigen Mission etwa 20 Petabyte PB an Daten sammeln - das sind 2,0 × 10 16 Bytes! Um das ins rechte Licht zu rücken: Die US Library of Congress eine der größten Bibliotheken der Welt enthält geschätzte 15 Terabyte TB Daten - oder 1,5 × 10 13 . Dies bedeutet, dass römisch sammelt umgerechnet Daten im Wert von über 2.666 Kongressbibliotheken pro Jahr!

Insgesamt wird erwartet, dass das RST mehrere Entdeckungen macht, die zu Fortschritten in vielen Bereichen der Astrophysik führen werden. Dazu gehört die Entdeckung von Tausenden von Planeten jenseits des Sonnensystems und deren Charakterisierung, was dazu beitragen wird, die wachsende Zählung von Exoplaneten zu vervollständigen.

Es gibt auch die Möglichkeit, mit der Astronomen Kometen, Asteroiden, Zwergplaneten und " untersuchen können. Ozeanwelten "direkt in unserem eigenen Hinterhof. Darüber hinaus wird die RST den Schleier des Kosmos durchbohren" dunkles Alter "und enthüllen, was in den frühesten Epochen des Universums geschah.

Kurz gesagt, Astronomen hoffen, dass das RST einige der tiefsten und entmutigendsten Fragen zu unserem Universum beantworten wird - sind wir allein? Wie und wann hat alles begonnen? Wie hat es sich seitdem entwickelt? Wann haben sich die ersten Galaxien gebildet? Was tunwir wissen wirklich alles?

Objekte näher zu Hause

Roman ' Von den Beobachtungen wird erwartet, dass sie viel über das Sonnensystem und die darin enthaltenen Objekttypen aussagen. Dies gilt insbesondere für die Kuipergürtel der massive Ring aus Trümmern und Eiszählern, der sich am Rand des Sonnensystems befindet. Mit seinen IR-Filtern wodurch das Teleskop einen Großteil des K-Bandes im nahen Infrarot abbilden kann, das sich von 2,0 bis 2,4 Mikrometer erstreckt römisch wird in der Lage sein, diese kleinen, dunklen Objekte zu studieren und eine bessere Vorstellung von ihrer Zusammensetzung zu bekommen.

Ähnlich wie die Haupt-Asteroidengürtel und die vielen anderen Asteroidenfamilien im Sonnensystem sind Objekte in dieser Region im Wesentlichen Materialreste der protoplanetaren Scheibe, die unsere Sonne vor etwa 4,5 Milliarden Jahren umkreiste. Dieses Material, bestehend aus Gasen, Kieselsäure und schwereren Elementen, war selbstübrig gebliebenes Material von der Geburt der Sonne.

In den nächsten paar hundert Millionen Jahren bildete dieses Material die Planeten unseres Sonnensystems. Während heute im Hauptgürtel oder in der Nähe verschiedener Planeten dichtere, felsigere Asteroiden zu finden sind, wird angenommen, dass der Kuipergürtel hauptsächlich bestehtvon Gegenständen mit höherem flüchtigen Gehalt z. B. Wasser, Ammoniak, Methan, Kohlendioxid usw..

Da Kuiper Belt Objects KBOs seit den Anfängen des Sonnensystems weitgehend unverändert geblieben sind, wird ihre Untersuchung zeigen, wie sich unser System gebildet und weiterentwickelt hat. Die Untersuchung dieser Region würde auch einen besseren Einblick in langperiodische Kometen liefern, dieEs ist bekannt, dass sie ihren Ursprung hier haben und vermutlich eine wichtige Rolle bei der Verteilung des Wassers im gesamten Sonnensystem gespielt haben.

Es könnte auch mehr über transneptunische Objekte TNOs enthüllen, von denen einige groß genug sein könnten, um als Zwergplaneten oder Planetoiden klassifiziert zu werden. Seit Anfang der 2000er Jahre und die Entdeckung von TNOs, deren Größe mit vergleichbar istPluto Sedna, Eris, Haumea, Makemake usw., Wissenschaftler haben sich gefragt, wie viele dieser kleineren Planeten es noch geben könnte.

Objekte nebenan

Eines der aufregendsten Dinge römisch wird in der Lage sein, kleine, felsige Planeten, die näher an ihren Sternen kreisen, direkt abzubilden. Hier werden voraussichtlich "erdähnliche" Planeten gefunden, die innerhalb der zirkumsolaren bewohnbaren Zone HZ eines Sterns umkreisenDiese Planeten sind angesichts der Grenzen der gegenwärtigen Instrumente ziemlich schwierig.

Dies wo Roman ' Die fortschrittliche Optik und Koronographentechnologie werden den Unterschied ausmachen. Mit der notwendigen Empfindlichkeit, um einzelne Planeten aufzulösen und das dunkle Licht der Elternsterne sowie den interstellaren Staub und das Gas, die das sind, auszublenden. absorbiert sichtbares Licht Die RST wird in der Lage sein, ihre Atmosphäre zu charakterisieren, ihre chemische Zusammensetzung zu bestimmen und mögliche Lebenszeichen zu identifizieren auch bekannt als "Biosignaturen".

Es wird auch mit anderen Observatorien zusammenarbeiten, indem es seine Infrarotkamerasuite und sein weites Sichtfeld verwendet, um verschiedene Objekte für Folgestudien zu identifizieren. Observatorien wie das JWST oder Hubble werden diese durchführen und dabei ihre unterschiedlichen Bereiche nutzenBildgebungsfunktionen - z. B. kann der JWST mehr vom Infrarotspektrum sehen.

römisch ermöglicht auch Exoplaneten-Vermessungen mit der Gravitations-Mikrolinsen-Methode. Diese Methode nutzt einen von Einstein vorhergesagten Effekt Allgemeine Relativitätstheorie wenn Licht von einer entfernten Quelle durch die Gravitationskraft eines dazwischenliegenden Objekts verstärkt oder "linsenförmig" wird.

In diesem Fall verwenden Astronomen einen "Linsenstern", der zwischen ihrer Sichtlinie und einem weiter entfernten "Quellstern" verläuft, um das von diesem kommende Licht zu vergrößern. Dadurch können sie umlaufende Planeten anhand des reflektierten verstärkten Lichts erkennendurch ihre Atmosphären und Oberflächen.

Roman verwendet auch die Transitmethode. Dies ist, wenn das Licht ist von einem Stern wird es regelmäßig dunkler, weil ein Planet sein Gesicht kreuzt. Mit diesen beiden Methoden NASA schätzt das römisch könnte erkennen 100.000 Exoplaneten.

römisch Die fortschrittliche IR-Suite ermöglicht es auch, zirkumstellare Trümmerscheiben zu untersuchen. Nach der am weitesten verbreiteten Theorie bilden sich Planeten aus Materie, die sich aus diesen Scheiben ansammelt. Leider sind solche Scheiben im sichtbaren Licht sehr schwer zu visualisieren, strahlen jedoch hell ausim Infrarotspektrum. Durch Betrachten weiterer dieser Systeme, römisch wird Zeuge von Planetensystemen sein, die sich noch in den frühen Phasen der Bildung befinden.

In der Vergangenheit wurden direkte Bildgebung und Mikrolinsen selten für die Exoplanetenforschung verwendet. Dank an römisch Mit seiner Empfindlichkeit und seinen Instrumenten wird es möglich sein, die Exoplaneten-Volkszählung zu vervollständigen, die Kepler begann und erhielt ein umfassenderes Verständnis der Architektur von Planetensystemen - das Hinweise auf die Bildung und Bewohnbarkeit von Planeten liefert.

Im Herzen der Milchstraße

Ein weiterer Teil des Universums, der die römisch wird Licht ins Dunkel unserer eigenen Galaxie bringen. Derzeit fällt es Astronomen aufgrund des Interstellaren Mediums ISM schwer, das Herz der Milchstraße zu beobachten. Es besteht aus Staub und Gaswolken, die zwischen Sternen treiben.Das ISM bewirkt, dass Licht gestreut und absorbiert wird.

Da das Sonnensystem in die Scheibe der Milchstraße eingebettet ist, sehen wir das Zentrum unserer Galaxie am Rande. Bis das Licht vom Herzen der Galaxie zur Erde gelangt ist ungefähr 26.000 Lichtjahre, ist eswird so weit gestreut, dass es für unsere Instrumente unbrauchbar ist. Infrarotlicht kann jedoch freier durch diese Wolken hindurchtreten, da es sich in längeren Wellen ausbreitet.

römisch Die IR-Filter können dieses Licht durch Staubwolken bis zu dreimal dichter als zuvor aufnehmen, was uns hilft, mehr über die Struktur und Bevölkerung der Milchstraße zu erfahren. Insbesondere Astronomen freuen sich auf die Beobachtungdas Zentrum unserer Galaxie für Braune Zwerge - eine Klasse von "gescheiterten Sternen", die nicht massiv genug waren, um sich einer Kernfusion zu unterziehen.

Es ist bekannt, dass Sterne, die am Ende ihres Lebens einen Gravitationskollaps erleiden und in einer Supernova explodieren, ihre Umgebung mit neuen Elementen besiedeln, die sich im Laufe der Zeit in ihnen gebildet haben. Es wird angenommen, dass dieser Prozess die Bildung von beeinflusstSterne und Planeten in der Nähe des galaktischen Zentrums.

Künstlerische Darstellung des römischen Weltraumteleskops Nancy Grace RST. Quelle : NASA

Durch die Untersuchung der Zusammensetzung von Braunen Zwergen in dieser Region erfahren Astronomen mehr über Objekte in der Nähe des Herzens unserer Galaxie und ziehen Vergleiche mit denen in den Spiralarmen. Dies liefert wiederum wertvolle Einblicke in die Entwicklung von Galaxien wie unserer.

Das "dunkle" Universum

Das RST wird auch Milliarden von Sternensystemen und Galaxien beobachten, um ihre 3D-Positionen abzubilden, sodass Astronomen messen können, wie sich ihre Verteilung im Laufe der Zeit verändert hat. römisch bietet ein weiteres Mittel zur Messung der Geschwindigkeit, mit der sich der Kosmos ausgedehnt hat auch bekannt als Hubble-Lemaitre-Konstante in den letzten 13 Milliarden Jahren.

Dies könnte Unstimmigkeiten mit früheren Messungen beseitigen und es Astronomen ermöglichen, die Dunkle Energie strenger zu beschränken. Außerdem werden Supernovae und Galaxienhaufen untersucht und die Verteilung der Galaxien in drei Dimensionen abgebildet. Diese Studien werden die Rolle der Dunklen Energie strenger einschränkenhat in der kosmischen Evolution gespielt.

römisch verwendet auch eine Technik, die als schwache Gravitationslinse bekannt ist, bei der Galaxien die Krümmung der Raumzeit um sie herum verändern, wodurch sich das Licht im Vorbeigehen biegt. Diese Technik wird bei der Messung der Masse von Galaxien hilfreich sein und neue Testmöglichkeiten bietenAllgemeine Relativitätstheorie und bestimmen Sie, wie viel davon Dunkle Materie ist.

Nach aktuellen kosmologischen Modellen machen Dunkle Materie und Dunkle Energie 95% des gesamten Masse-Energie-Gehalts des Universums aus. Obwohl diese Phänomene aus umfangreichen Beobachtungen und Tests unter Einbeziehung der Allgemeinen Relativitätstheorie abgeleitet wurden, ist das volle Ausmaß ihrer Rolle inDie Entwicklung des Universums bleibt ungewiss.

Zum Anfang der Zeit!

römisch Mit der IR-Suite kann Licht mit Frequenzen beobachtet werden, die vom sichtbaren V-Band bis zum nahen Infrarot-K-Band reichen. Dies entspricht Wellenlängen von 0,5 bis 2,3 Mikrometer µm und Temperaturen von bis zu 773 ° C.1425 ° F. Als George Helou, der Direktor der Infrarot-Verarbeitungs- und Analysezentrum IPAC bei Caltech, erklärt :

"Roman wird Dinge sehen, die 100-mal schwächer sind als die besten bodengestützten K-Band-Vermessungen aufgrund der Vorteile des Weltraums für die Infrarotastronomie. Es ist unmöglich, alle Rätsel vorherzusagen, die Roman mit diesem Filter lösen wird."

Zusätzlich zu schwächeren Sternen, Trümmerscheiben und Braunen Zwergen ermöglichen diese Funktionen römisch um das Universum zu studieren, wie es nur eine halbe Milliarde Jahre nach dem Urknall erschien vermutlich etwa 4% seines gegenwärtigen Alters. Dies fällt mit dem kosmischen „dunklen Zeitalter“ zusammen, als sich allmählich die ersten Sterne und Galaxien bildetendas heiße Plasma zerstreuen, das das Universum durchdrungen hat.

Als sich die ersten Galaxien bildeten, setzten sie genügend Photonen frei, um dieses Plasma zu zerstreuen, was das frühe Universum "dunkel" macht. Indem sie diese Strukturen untersuchten, als sie aus der Dunkelheit auftauchten. römisch wird untersuchen können, wie sich diese Galaxien seitdem entwickelt haben und wie Materie im Kosmos strukturiert und verteilt ist.

Spannende Zeiten voraus

Wie Sie vielleicht gesammelt haben, die Römisches Weltraumteleskop hat einige ehrgeizige Ziele zu erfüllen. Darüber hinaus muss es einige ziemlich große Schuhe füllen - so wie es auf den Fersen ist Hubble und Kepler Trotzdem werden große Dinge für dieses treffend benannte Observatorium erwartet, und was es zu enthüllen bereit sein wird, wird nichts weniger als bahnbrechend sein.

Nach Jahren oder Jahrzehnten des Wartens können Wissenschaftler endlich die Fragen beantworten, die sie nachts beschäftigt haben. Fragen wie :

  • Wie begann das Leben in unserem Sonnensystem?
  • Gibt es da draußen mehr bewohnbare Planeten?
  • Was liegt im Herzen der Milchstraße?
  • Wie haben sich Galaxien in den letzten 13 Milliarden Jahren entwickelt?
  • Welche Rolle haben Dunkle Materie und Dunkle Energie in der kosmischen Evolution gespielt?

Das RST ist eines von mehreren Observatorien der nächsten Generation, die in diesem Jahrzehnt in den Weltraum fliegen werden. Mehrere bodengestützte Teleskope, die mit der neuesten Optik und modernster Technologie ausgestattet sind, werden ebenfalls vor Ende der 2020er Jahre in Betrieb genommen. Kombiniert mit VerbesserungenBei der gemeinsamen Nutzung und Analyse von Daten ist es unwahrscheinlich, dass ein Teil des Universums für uns lange "dunkel" sein wird!

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