NASA wybrała do dalszego opracowania projekt kosmicznego teleskopu pracującego w dalekiej podczerwieni. PRIMA, czyli Probe far-Infrared Mission for Astrophysics (w przybliżeniu „misja klasy Probe do badań astrofizycznych w dalekiej podczerwieni”), jest pierwszą misją nowej klasy Probe Explorers w ramach programu Explorers. Klasa ta ma wypełnić lukę między stosunkowo niedrogimi misjami Explorer, kierowanymi przez zespoły naukowców, a wielomiliardowymi misjami flagowymi, takimi jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST). Start PRIMA planowany jest na 2033 rok.
WIDEO…
Okno na głęboki Wszechświat
– Teleskop PRIMA będzie kolejnym oknem ludzkości na głęboki Wszechświat. Pozwoli odsłonić to, co dotąd pozostawało ukryte w dziejach kosmosu, abyśmy mogli lepiej zrozumieć powstawanie planet, gwiazd i czarnych dziur, a nawet to, w jaki sposób woda pojawiła się na Ziemi – powiedziała Nicky Fox, zastępczyni administratora NASA ds. misji naukowych, w siedzibie agencji w Waszyngtonie.
PRIMA przechodzi do fazy B, czyli etapu, w którym rozwijany jest wstępny projekt misji oraz potrzebne technologie. Do fazy C, czyli realizacji, projekt może trafić dopiero po przeglądzie potwierdzającym, który oceni rozwiązania techniczne, harmonogram i koszty. Jeśli misja zostanie zatwierdzona, koszt projektu nie przekroczy 1,2 mld dolarów, nie licząc startu i innych wydatków niezwiązanych bezpośrednio z projektem. Podstawowy czas trwania misji ma wynosić pięć lat.
Kosmos w dalekiej podczerwieni
Obserwatorium ma pracować w dalekiej podczerwieni, czyli w jednym z najsłabiej zbadanych zakresów widma elektromagnetycznego. Większość promieniowania w tym zakresie pochłania ziemska atmosfera, dlatego obserwacje najlepiej prowadzić z przestrzeni kosmicznej.
Jednym z problemów, z którymi zmierzą się naukowcy, jest opracowanie specjalnych detektorów dalekiej podczerwieni. To jednak nie wszystko. Podobnie jak w przypadku JWST kłopotem jest też ciepło emitowane przez sam statek kosmiczny, które może pogarszać jakość obserwacji. Jeśli zwierciadło teleskopu nie zostanie schłodzone do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, jego własne promieniowanie podczerwone może zagłuszyć sygnał rejestrowany przez detektory.
Z tym problemem zmierzyli się już twórcy zasłużonego teleskopu Herschela – największego obserwatorium kosmicznego przeznaczonego do obserwacji w dalekiej podczerwieni. Miał on zwierciadło o średnicy 3,5 metra; rekord ten pobił dopiero JWST ze zwierciadłem o średnicy 6,5 metra. Herschel zapewniał obrazy o wysokiej rozdzielczości, ale jego pasywnie chłodzone zwierciadło generowało szum cieplny, który ograniczał czułość teleskopu podczas obserwacji odległych źródeł. Detektory chłodzono ciekłym helem, którego zapas wyczerpał się po niespełna czterech latach.
Nowe przełomowe rozwiązania techniczne
PRIMA nie będzie potrzebować helu. Teleskop połączy chłodzenie pasywne z mechaniczną chłodziarką kriogeniczną. Dzięki temu jego 1,8-metrowe zwierciadło będzie utrzymywane w temperaturze zaledwie 4,5 K, czyli 4,5 stopnia powyżej zera absolutnego.
Najważniejszą innowacją będzie jednak nowy rodzaj nadprzewodzącego czujnika, nazywany detektorem indukcyjności kinetycznej (KID, od ang. kinetic inductance detector). Potrafi on rejestrować energię oraz moment dotarcia pojedynczych fotonów, a jego czułość jest około stukrotnie większa niż detektorów Herschela. Dodatkowa chłodziarka kriogeniczna schłodzi czujniki KID do temperatury niższej niż jedna ósma stopnia powyżej zera absolutnego (0,125 K). Ponieważ system chłodzenia PRIMA nie będzie zależny od zużywającego się materiału, takiego jak hel, będzie mógł działać tak długo, jak sam statek kosmiczny.
Teleskop ma zbadać galaktyki z okresu obejmującego trzy czwarte historii Wszechświata. Ma również wykrywać wodę w dyskach protoplanetarnych, co pozwoli przetestować hipotezę, według której lód działa jak spoiwo pomagające ziarnom pyłu łączyć się ze sobą i w ten sposób napędza formowanie planet. Teleskop będzie też mierzył zawartość wodoru w dyskach, pomagając astronomom określić ich całkowitą masę.
Źródło: Science
