Teleskop ASTHROS (skrót od Astrophysics Stratospheric Telescope for High Spectral Resolution Observations at Submillimeter-wavelengths) to misja balonowa do badania zjawisk astrofizycznych. Start misji planowany jest na grudzień 2023 roku. Balon wyruszy w górę ze stanowiska w pobliżu stacji McMurdo na Antarktydzie. Wraz z podwieszonym pod nim teleskopem będzie okrążał biegun południowy przez trzy do czterech tygodni.
Teleskop ASTHROS zbada powstawanie gwiazd i planet
Wysoko w stratosferze ASTHROS będzie obserwował światło o długości fal zwykle blokowanych przez ziemską atmosferę, w zakresie zwanym daleką podczerwienią. Duże, mierzące 2,5 metra średnicy zwierciadło zwiększy zdolność teleskopu do obserwowania słabych źródeł światła i rozpoznawania szczegółów tych źródeł.
Jest to niezbędne do badania tzw. gwiezdnego sprzężenia zwrotnego. Chodzi o proces, w którym obłoki gazu i pyłu – składniki, z których powstają gwiazdy – są rozpraszane w galaktykach, czasami do tego stopnia, że formowanie się gwiazd całkowicie się zatrzymuje. Wiele procesów przyczynia się do sprzężenia zwrotnego, w tym erupcje supernowych.
ASTHROS przyjrzy się kilku obszarom gwiazdotwórczym w naszej Galaktyce, w których zachodzą takie procesy. Jego dane mają pomóc stworzyć wysokiej rozdzielczości mapy 3D rozkładu i ruchu gazu. Misja przyjrzy się również odległym galaktykom zawierającym miliony gwiazd, aby zobaczyć, jak sprzężenie zwrotne działa w dużych skalach i w różnych środowiskach.
Do badania kosmosu teleskop ASTHROS wykorzysta spektrometrię
Aby zbadać sprzężenie zwrotne gwiazd, teleskop ASTHROS wykorzysta technikę zwaną spektrometrią. Pozwala ona naukowcom zidentyfikować określone pierwiastki chemiczne w obłokach gazu i pyłu oraz precyzyjnie zmierzyć gęstość i dynamikę tych pierwiastków.
ASTHROS będzie pierwszą misją, która przeprowadzi spektrometrię o wysokiej rozdzielczości spektralnej w kilku określonych długościach fal światła. Zidentyfikuje też dwa specyficzne jony azotu, które powstają w wyniku procesów napędzających sprzężenie zwrotne gwiazd. Umożliwi to astronomom tworzenie map 3D obszarów gwiazdotwórczych, a także gęstości i ruchu gazu. Dzięki temu będą mogli dowiedzieć się więcej o wpływie sprzężenia zwrotnego na powstawanie gwiazd.
Celem obserwacji będzie TW Hydrae – młoda gwiazda otoczona szerokim dyskiem pyłu i gazu, w którym mogą powstawać planety. ASTHROS zmierzy całkowitą masę tego dysku protoplanetarnego i pokaże jej rozłożenie. Obserwacje te mogą potencjalnie ujawnić miejsca, w których pył zlepia się ze sobą, tworząc planety. Pozyskanie nowych informacji o dyskach protoplanetarnych może pomóc astronomom zrozumieć, w jaki sposób różne typy planet powstają w młodych układach słonecznych.
Dlaczego teleskop ASTHROS znajdzie się nad Antarktydą
Misje balonowe nie są nowością w NASA. Dzięki partnerstwu z Narodową Fundacją Nauki (NSF) agencja od ponad 30 lat prowadzi badania stratosferyczne na Antarktydzie. Wybór miejsca nie był przypadkowy. Loty nad tym kontynentem mogą być długie ze względu na niewielkie zmiany zachodzące w antarktycznej atmosferze. W dodatku stałe światło dzienne na Antarktydzie oznacza brak codziennych wahań temperatury, co pomaga balonowi pozostać na prawie stałej wysokości przez długi czas. Od początku współpracy NSF i NASA w 1989 roku, wykonywano tam jeden lub dwa loty rocznie.
Jednak mimo tego doświadczenia misja ASTHROS jest czymś unikatowym. Zarówno ze względu na wielkość balonu – który będzie miał powierzchnię większą od boiska piłkarskiego i szerokość ponad 150 metrów – jak i instrumenty. Przede wszystkim detektory teleskopu, aby poprawnie działać, muszą być schłodzone do temperatury 4 kelwinów, czyli minus 269 stopni Celsjusza.
Wiele balonów i misji kosmicznych wykorzystuje do takiego chłodzenia ciekły hel. Jednak to sprawia, że czas trwania misji jest ograniczony przez ilość helu na pokładzie. Zamiast tego ASTHROS użyje kriochłodnicy zasilanej energią elektryczną z paneli słonecznych. Chłodziarkę opracowało Lockheed Martin Space Advanced Technology Center w Palo Alto w Kalifornii.
Jak powstaje lustro ASTHROS?
Lustro teleskopu jest dziełem Media Lario, włoskiej firmy optycznej. Media Lario opracowało wcześniej unikatową metodę produkcji lekkich zwierciadeł teleskopów podczerwonych i optycznych. Firma wykorzystała tę technologię do produkcji wielu paneli do zwierciadeł głównych Atacama Large Millimeter Array (ALMA) – grupy 66 teleskopów naziemnych w Chile.
Lustro ASTHROS / fot. Media Lario
Lustro główne ASTHROS ma dziewięć paneli, które są znacznie łatwiejsze do wykonania niż lustro jednotaflowe. Większość paneli lustrzanych składa się z lekkiego aluminium, uformowanego w strukturę plastra miodu, która zmniejsza jego całkowitą masę. Powierzchnie paneli są wykonane z niklu i pokryte złotem, co poprawia współczynnik odbicia lustra w dalekiej podczerwieni.
Cała konstrukcja ma ważyć 2,5 ton. Czyli o cztery tony mniej niż Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba i o osiem ton mniej niż zasłużony Teleskop Hubble’a. Czy przyniesie nam porównywalnie ciekawe dane? Dowiemy się tego na początku 2024 roku.
