NASA prověřila revoluční technologie, která by umožnila souběžné studování stovek hvězd a galaxií. Jde o technologii, která byla původně vyvinuta pro Dalekohled Jamese Webba. Zmíněná technologie se ukrývá pod zkratkou NGMSA (Next-Generation Microshutter Array) a 27. října letěla poprvé na přístroji FORTIS (Far-ultraviolet Off Rowland-circle Telescope for Imaging and Spectroscopy). Zařízení NGMSA je v podstatě svazek 8 125 miniaturních závěrek, přičemž každá z nich má průměr srovnatelný s lidským vlasem. Tyto mikrozávěrky je možné otevírat či zavírat podle toho, jaké nebeské objekty chtějí vědci pozorovat.
Projekt FORTIS, který vede profesor Stephan McCandliss z Johns Hopkins University odstartoval na suborbitální raketě Black Brant IX ze základny White Sands Missile Range v Novém Mexiku. Jeho úkolem bylo studovat galaxii M 33 v souhvězdí Trojúhelníku, která se nachází tři miliony světelných let daleko. M 33 je třetím největším členem lokální kupy galaxií, který kromě naší Mléčné dráhy tvoří i galaxie v Andromedě.
Zdroj: https://www.nasa.gov
„FORTIS potřeboval naši technologii mikrozávěrek, aby mohl dělat vědu. Využíváme zkušební platformy, abychom zvýšili připravenost tohoto návrhu pro použití v kosmickém prostoru. Je to skvělá synergie,“ raduje se Matt Greenhouse, vědec z Goddardova střediska v Greenbeltu, stát Maryland. Právě on s kolegyní Mary Li, pracují na vylepšování této technologie ve spolupráci s programem strategických astrofyzikálních technologií SAT (Strategic Astrophysics Technology), který vede NASA. Zkouška na suborbitální raketě měla vyjasnit celou řadu nejasností spojených s provozem nové technologie. Na základě těchto zkušeností vzniknou teoretické základy, na kterých je možné vybudovat větší zařízení, která využijí budoucí astrofyzikální mise.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org
Galaxie M 33 je spirální galaxie pokrytá svazky masivních horkých hvězd, které vznikly v posledních milionech let ze zárodečného mraku chladných plynů a prachu. Aby vědci mohli tyto jasné svazky pozorovat, musí si poradit s ohromným množství světla v ultrafialové části spektra. FORTIS měl proto nejprve svým snímačem zaměřit tyto jasné svazky a palubní počítač pomocí speciálních algoritmů v reálném čase posílal pokyny jednotlivým mikrozávěrkám. Zavíraly se vždy všechny mikrozávěrky, kromě těch, kterými bylo vidět na vybrané objekty.
Díky této metodě mohlo do spektrografu proniknout jen světlo z konkrétního cíle, případně více cílů najednou. Ve zmíněném přístroji pak byly světelné paprsky rozloženy na svazky s různými vlnovými délkami. Díky jejich studiu pak mohou vědci lépe porozumět detailům spojených s fyzikálními podmínkami těchto svazků a okolního materiálu.
Zdroj: https://www.nasa.gov
Technologie mikrozávěrek dává vědcům možnost vytvářet spektra více objektů najednou. Tato metoda zvyšuje produktivitu přístrojů na suborbitálních raketách, které nabízí pouze šest minut pozorovacího času. Mikrozávěrky ale najdou uplatnění i u velkých kosmických observatoří, kterým trvá klidně i týden než nasbírají dostatek světla od slabých a vzdálených objektů, aby mohly analyzovat jejich spektrum. Když tedy bude možné sbírat v jednu chvíli světlo od více zdrojů, budou z toho vědecké týmy profitovat.
Zdroj: https://farm5.staticflickr.com
Vlajková loď astronomie příštího desetiletí, Dalekohled Jamese Webba, který má startovat v roce 2021, ponese první generaci technologie mikrozávěrek. Konkrétně to budou čtyři svazky, každý obsahující 365 × 172 mikrozávěrek, což dohromady činí lehce přes 250 000 mikrozávěrek. Webbův teleskop bude moci díky této technologii měřit spektra stovek objektů najednou!
Možná si říkáte, čím se liší první generace mikrozávěrek od té nové, která se použila na FORTIS. Rozdíl je především ve způsobu, jak jsou závěrky otevírány a zavírány. V případě JWST se použije velký magnet, který bude nad závěrkami přejíždět, aby je aktivoval. Ovšem stejně jako každý mechanický prvek zabírá magnet určité místo a zvyšuje hmotnost. Kromě toho není možné tyto magneticky aktivované svazky jednoduše škálovat na větší rozměry. Pro Webba je to plně dostačující, ale budoucí větší observatoře, které budou větší než JWST, je tato starší technologie již nevýhodná.
Aby drželi tempo s technologickým vývojem, rozhodl se tým z Goddardova střediska vyloučit z celého systému magnet. Prvotní zkoušky proběhly na svazku 128 × 64 mikrozávěrek a tato velikost letěla i na FORTIS. Místo magnetu se u této nové generace používá k otevírání a zavírání závěrek elektrostatických interakcí. Když se do elektrod umístěných na přední straně mikrozávěrek pustí střídavé napětí, dojde k odklopení těchto mikrozávěrek. Aby došlo naopak k jejich uzavření, stačí pustit stejnosměrné napětí do elektrod na jejich zadní straně.
Zdroj: https://www.nasa.gov
Bez omezujícího magnetu může být svazek mikrozávěrek nové generace velmi jednoduše zvětšován. A právě o tohle se nyní vědecké týmy snaží. Greenhouse a Li s využitím pokročilých výrobních technik tvoří mnohem větší svazek obsahující 840 × 420 mikrozávěrek, tedy 352 800 malých prvků, díky kterým se dramaticky zvětší zorné pole přístroje. „Zařízení, které letělo na FORTIS bylo technologickým vývojovým prototypem pro budoucí větší kus,“ nastiňuje Greenhouse.
Ale budoucí generace astrofyzikálních misí není jediným potenciálním uživatelem bezmagnetových mikrozávěrek. Heliofyzička Sarah Jones zvažuje možnost, že by svazek mikrozávěrek podobný tomu, jaký letěl na FORTIS, využila na jiné suborbitální misi. Projekt LAMP (Loss Through Auroral Microburst Precipitation) má jako první zařízení v historii měřit v reálném čase mikrozjasnění v pulsujících polárních zářích, barevných světelných představeních odehrávajících se v okolí zemských pólů zhruba sto kilometrů nad Zemí.
Zdroj: https://c1.staticflickr.com
Technologie mikrozávěrek by mohla výrazně pomoci vědcům, kteří se snaží porozumět vlivu Slunce na Zemi. Sarah Jones říká, že otevřením vždy jen jedné mikrozávěrky by mělo být možné změřit rychlost částice v horních vrstvách atmosféry a určit, jakým směrem v těchto velkých výškách fouká vítr. Vědci o takové informace stojí, protože tento vítr může vytvářet atmosférický odpor pro družice na nízkých oběžných drahách. „Chceme tuto technologii co nejdříve a moc se na její používání těšíme,“ říká Sarah Jones a dodává: „Tyto větry jsme třicet let neměřili přímo.“ Profesor Greenhouse tento zájem chápe: „Každý by chtěl tuhle technologii.“
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje informací:
http://www.nasa.gov/sites/default/files/microshutter_closeup.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/li_greenhouse2.jpg
https://upload.wikimedia.org/…very_detailed_view_of_the_Triangulum_Galaxy.jpg
http://www.nasa.gov/sites/default/files/images/748098main_fortis2-670.jpg
https://farm5.staticflickr.com/4079/4768113571_f1944bcf2c_b.jpg
https://www.nasa.gov/…/full_width/public/thumbnails/image/arrays.jpg?itok=wg8li2a7
https://c1.staticflickr.com/5/4081/4812343109_37bebd9200_o.jpg
Nemam vzdelani ani dostatecne znalosti v optice, ale nemohl by podobny system nove generace alespon zcasti nahradit system Starshade/Koronograf u mise HabEx? Mozna ted nema dostatecne “rozliseni”, ale je fyzikalne mozne system zjemnit tak, ze by zaverky pusobily jako Koronoraf, zastinily by hvezdu a jen zaverka snimajici obihajici planetu by zustala otevrena? Diky
Každý ten systém má dělat trochu něco jiného.
Starshade koronograf je téměř dokonalý (plachta nezadrží delší vlnové délky) na pozorování planet kolem jedné hvězdy (měsíců kolem jedné planety). Ideální na objevování nových objektů, které byly dříve zastíněny svítivějším objektem.
Mikrozávěrky naopak odstíní většinu plochy až vám zůstane jeden či více dostatečně jasných objektů (jejichž polohu už jsme znali). Závěrky z principu budou mít nižší optickou účinnost, ale to pro hodně známých objektů nemusí vadit. Jde o zpřehlednění zorného pole, nikoli o objevování neznámého.
Jejich princip je tedy v podstatě opačný.
U Webu se ale s použitím na pozorování planet počítá, nebo ne?
Rozdíl bude nejspíš v tom „pozorovat“ versus „hledat“. Webb by se tak mohl využít v druhé fázi, kdy už o dané planetě víme, známe tedy její polohu.
Nejsem odborník, ale mikrozávěrky mají u JWST sloužit hlavně jako plošná pomůcka (viz. výše, zejména ve spojení se spektrografem, chcete změřit vlnovou délku záření z nějaké mlhoviny ale nechcete aby se vám tam pletlo okolí té mlhoviny).
Ale JWST má výhodu dost velkého zvětšení (velké ohniskové vzdálenosti) aby mikrozávěrky šly použít i na odstínění hvězdy od jejích planet (oboje bude od sebe vzdálené mnoho políček těch mikrozávěrek). Ale dokonalé to není – mikrozávěrky nemohou zlepšit kontrast celé optické soustavy, jsou až skoro na konci před samotnými detektory.
Nakolik tomu jako amatérský fotič rozumím, tak čipy vědeckých detektorů bývají založené na principu CCD a ty bývají náchylné na přetečení náboje do vedlejších buněk u dlouhých expozic a jasných objektů (přepálená hvězda začne vypalovat i vedlejší pixely obrazu). Mikrozávěrky mohou pomoci i v tomto případě (obejít technický handicap čipu).
Kolik takových uzávěrek a družic by bylo třeba, aby šlo pozorovat nepřetržitě celou oblohu?
Na to se nedá odpovědět. V zásadě Vám pro pokrytí celé oblohy stačí šest závěrek pro každou stěnu pomyslné krychle. Ale to je samozřejmě málo. Záleží totiž na tom, jak jemné mají ty závěrky být.
U takto malé závěrky (0,1×0,2 mm) musel být zajímavý i boj s difrakcí, tedy rozptyl světla za štěrbinou. Možná to dokáží řešit softwarově a přeslechy odfiltrovat.
https://cs.wikipedia.org/wiki/Difrakce
Mohlo by to byť obrovským prínosom aj mimo astronómiu.