Nancy-Grace-Roman (romteleskop)

Nancy-Grace-Roman romteleskop
Kunstnerens inntrykk av WFIRST-teleskopet (2018). Generell data

Organisasjon	Goddard ( NASA )
Bygger	Ball Aerospace , Harris
Program	EXEP
Felt	Mørk energi , eksoplaneter
Status	Under utvikling
Andre navn	FØRST
Start	Rundt 2025
Launcher	Falcon Heavy / New Glenn eller tilsvarende
Varighet	5 år (primæroppdrag)
Nettstedet	[1]

Tekniske egenskaper

Messe ved lansering	Cirka 5 tonn
Holdningskontroll	3 akse stabilisert
Energikilde	Solcellepaneler

Bane

Bane	Halvbane-bane
Periapsis	188 400 km
Apoapsis	807.000 km
plassering	Lagrange-punkt L2 i Earth-Sun-systemet
Periode	6 måneder

Teleskop

Type	Tre-speil anastigmatisk system
Diameter	2,36 moh
Fokus	8,90 m
Bølgelengde	Synlig og nær infrarød (0,48-2 mikron)

Hovedinstrumenter

WFI	Imaging spektroskop
CGI	Koronograf

The Space Telescope Nancy Grace-Roman (i engelsk Nancy Grace Roman Space Telescope ) eller kortere romteleskopet Roman ( Roman Space Telescope ), tidligere kalt Wide Field Infrared Survey Telescope ( WFIRST ) er en plass teleskop infrarød utviklet av ' romorganisasjonen USA , det NASA .

Utviklingen av WFIRST av romfartsorganisasjonen stammer fra den 10-årige rapporten fra USAs nasjonale forskningsråd for 2020, som gir høyeste prioritet til realiseringen av et romobservatorium for å studere mørk energi . Denne energiformen, hvis eksistens ble oppdaget indirekte i 1998, er en hovedkomponent i universet, men dens natur er et spørsmål om spekulasjoner. WFIRST har også som mål å utføre en statistisk folketelling (masse og avstand fra deres stjerne) av eksoplaneter som ligger i den galaktiske pæren ved observasjon av gravitasjonsmikrolinser og å identifisere og karakterisere de som ligger nær solsystemet ved hjelp av en koronograf . Det tredje målet er å kartlegge hele himmelen i infrarødt . WFIRST-romteleskopet har et 2,4 meter primært speil som er donert av NRO og er utstyrt med to instrumenter: et kamera / spektrograf og en koronograf . Observasjonene er gjort i synlig lys og i nærheten av infrarød (0,48 til 2 mikron ). For å oppnå sine mål har romteleskopet en kort brennvidde med et bredt synsfelt. Instrumentene gjør det mulig å produsere Hubble Telescope- kvalitetsbilder som dekker omtrent 100 ganger området (0,281 kvadratgrader). Den eksperimentelle koronografen kombinerer flere teknikker som gjør det mulig å maskere en stjerne som er 100 millioner ganger lysere enn planetene som dreier seg om den.

WFIRST, hvis kostnad er begrenset til 3,2 milliarder dollar, gikk inn i en aktiv utviklingsfase i februar 2016, og prosjektet fortsetter til tross for to kanselleringsforsøk av president Donald Trump i 2018 og 2019 under påskudd av overskridelser. Budsjetter til NASA i felt av astronomi. Romteleskopet skal lanseres rundt 2025 og plasseres i bane rundt Lagrange L2-punktet i Earth-Sun-systemet. Dens primære oppdrag varer i 5 år, og den har forbruksvarer ( drivmidler ) som garanterer driften i 10 år.

Kontekst

WFIRST er resultatet av konvergensen til flere romobservatorieprosjekter som har som mål å studere mørk energi , påvisning av eksoplaneter ved observasjon av gravitasjonsmikrolinser og kartlegging av himmelen i det infrarøde . I 2000 ble GEST ( galaktiske eksoplanetens Survey teleskop ) plass teleskop prosjekt , hvis hensikt er både bruken av gravitasjonsmikrolinser og studiet av mørk energi, ble foreslått å NASA, men ble ikke beholdt. Dette prosjektet er modifisert i løpet av det neste tiåret og blir MPF ( Microlensing Planet Finder ) som foreslås på tidspunktet for utarbeidelsen av tiårsrapporten 2010, og som setter prioriteringene innen astronomi og astrofysikk for det neste tiåret.

Kort tid etter at han oppdaget mørk energi i 1998 , foreslo Saul Perlmutter ( 2011 Nobelpris for denne prestasjonen) sammen med Michael Levi utviklingen av romobservatoriet SNAP ( Supernova Acceleration Probe ). Studien av dette oppdraget utføres innen Department of Energy . Fusjonen med en lignende studie utført i NASA fører til JDEM ( Joint Dark Energy Mission ) -prosjektet som ledes av Neil Gehrels fra Goddard Space Flight Center . Oppdagelsen av mørk energi fører til flere forslag til romobservatorier innen amerikanske forskningssentre: ADEPT ( Advanced Dark Energy Physics Telescope ) er foreslått av et team fra Johns-Hopkins University . Forskere fra National Optical Astronomy Observatory foreslår Destiny ( Space Space Telescope ). JEDI ( Joint Efficient Dark Energy Investigation ) er foreslått av en forsker fra University of Oklahoma . NASA og European Space Agency (ESA) vurderer kort tid å slå sammen sine JDEM- og Euclid- prosjekter (for ESA) til IDECS ( International Dark Energy Cosmology Surveyor ). Denne sammenslåingen lyktes ikke, men de to byråene bestemte seg for å samarbeide om sine respektive prosjekter. Kartlegging av infrarød himmel , det tredje målet for WFIRST, er gjenstand for NIRSS ( Near Infrared Sky Surveyor ) -prosjektet, foreslått av Daniel Stern fra Jet Propulsion Laboratory .

Historien om WFIRST-prosjektet

WFIRST: et prioritert prosjekt (2010)

Prioriteringer innen astronomi og astrofysikk blir satt hvert tiende år i en rapport publisert av United States National Research Council og skrevet av det vitenskapelige samfunnet. Rapporten publisert i 2010 og kalt New Worlds, New Horizons setter prioriteringene for tiåret 2015-2025. Det anbefaler å slå sammen målene for NIRSS-, MPF- og JDEM-prosjektene i WFIRST ( Wide Field Infrared Survey Telescope ) som blir gitt høyeste prioritet. WFIRST er å studere naturen til mørk energi ved å bruke tre teknikker parallelt: måling av akustiske svingninger av baryoner , måling av avstander fra supernovaer og studering av svake gravitasjonslinser . Målet er å bestemme virkningen av mørk energi på universets utvikling. Et annet mål for WFIRST er studiet av eksoplaneter i den sentrale pæren i galaksen vår gjennom observasjon av gravitasjonslinser. For å oppnå disse målene vil det planlagte teleskopet ha et primærspeil på 1,5 meter i diameter med et utvidet synsfelt. Den kan observeres nær infrarød og har spektroskopi med lav oppløsning. Kostnaden for prosjektet er estimert til 1,6 milliarder dollar og den anslåtte lanseringsdatoen er 2020. En studiefase ledet av seks personer begynner innen NASA. Prosjektet er en del av ExEPlanet Exploration (ExEP) -programmet, som også inkluderer Kepler- romteleskopet og LBTI-interferometeret til Large Binocular Telescope .

Salg til NASA av optikken til NRO-rekognoseringssatellittene

Den opprinnelige utformingen av WFIRST er basert på bruk av optikk med et primærspeil på 1,1 til 1,5 meter i diameter. Men i juni 2012 solgte American National Reconnaissance Office (NRO) til NASA, uten økonomisk kompensasjon, to optiske teleskoper med en enhetsverdi på 250 millioner dollar. Disse ble produsert av ITT / Exelis for FIA-optisk rekognoseringssatellittprosjekt stoppet under utvikling. Optikken fra FIA-Optical-satellitten, som inkluderer et primærspeil på 2,4 meter i diameter, er designet for å gi bilder som dekker store områder for å utfylle de mye mer detaljerte bildene produsert av familien av satellitter for anerkjennelse av NRO KH- 11 Kennen og Crystal som har vært i drift siden 1976. Bare den optiske delen selges av NRO. Den vitenskapelige instrumenteringen så vel som bussen (servicemodulen) gjenstår å bli designet og produsert av NASA.

Prosjekt redesign

NASA bestemmer seg for å tilpasse sitt WFIRST-prosjekt, som midlertidig blir omdøpt til WFIRST-AFTA ( Astrophysics Focused Telescope Assets ), for å bruke en av de to optiske forsamlingene (det andre optiske systemet på grunn av mangel på økonomiske midler vil ikke bli brukt av rommet byrå). Denne nye konfigurasjonen skal gjøre det mulig å redusere kostnadene som ble estimert på den tiden til $ 1,7 milliarder dollar, samtidig som ytelsen til et romteleskop forbedres. En detaljert arkitektonisk studie som inneholder dette nye elementet, ble publisert i mai 2013. Det bekrefter interessen til disse modifikasjonene, og den amerikanske romfartsorganisasjonen bestemmer seg for å ta i bruk linsen som NRO avgir. Men å bruke det nye speilet øker faktisk kostnadene for prosjektet betraktelig. Videre er ikke oppgitt optikk optimalisert for infrarød observasjon, mens denne strålingen er viktig for studiet av fjerne galakser og derfor av mørk energi. Romteleskopet skulle bare ha ett kamera utstyrt for spektroskopi. For å kompensere for reduksjonen i ytelsen i infrarødt, bestemmer NASA seg for å legge til en koronograf som skal tillate studier av eksoplaneter. Opprinnelig er romteleskopet designet for å plasseres i en geosynkron bane med en banehelling på 28,5 °. Sammenlignet med en bane rundt Lagrange-punktet L2, har den geosynkrone banen flere fordeler. Den viktigste gjelder volumet av data som overføres, en veldig viktig faktor for WFIRST: i en geosynkron bane flyr romteleskopet alltid over samme region på jorden, som gjør at data kan overføres kontinuerlig. Rundt Lagrange-punktet L2, må overføringen utføres under skift som begrenser volumet og krever at det bæres et masseminne med veldig stor kapasitet. Hovedfordelen med bane rundt Lagrange-punktet L2 er eliminering av observasjonsbegrensninger knyttet til nærheten til jorden og månen. 2015-studien fremsetter ingen anbefalinger, men deretter blir den geosynkrone banen forlatt.

Sammenligning av originalversjonen (IDRM) og AFTA-versjonen

Trekk	IDRM	AFTA
Optisk	Speil ∅ 1,3 m utenfor aksen	Speil ∅ 2,4 m i akse
Instrumenter	WFI-bilder med prisme 2 spektrografer	WFI med grismat Full-field spectrograph Coronograph
Observert spektrum	0,6-2,0 mikron
Synsfelt	0,291 grader²	0,281 grader²
Romlig oppløsning	0,18 buesekund	0,11 buesekund
Bilde piksler	120 millioner	300 millioner
Bane	Lagrange punkt L2	Geostasjonær bane

NASA fortsetter studiefasen i 2014. I budsjettet som er foreslått for 2015, har det de nødvendige midlene for å fortsette utformingen av koronografen og detektorene til instrumentene, men som imidlertid ikke tillater det å starte konstruksjonen av romteleskopet. Gitt lengden på design- og produksjonsfasen, forventes ikke teleskopet å bli satt i bane før midten av 2020-tallet (2014-vurdering). Prosjektet går offisielt inn i en utviklingsfase 18. februar 2016.

Forsøk på å avbryte prosjektet av president Trump

Utviklingen av den svært sofistikerte koronografen, som krever en kompleks utviklingsfase, nødvendige tilpasninger av optikken og visse alternativer som NASA-teamet har beholdt under studien - teleskop designet for kontinuerlig vedlikeholdstid, mulighet for å knytte en ekstern koronograf ( stjerneskygge ), hybridvalg (internt / eksternt) av leverandører, valg av to sentre for databehandling, etc. - risikoen for glidning har økt kraftig. I følge en ekstern evalueringsrapport som ble utført i oktober 2017, og som fremhever disse driftene av prosjektet, ligger kostnadene for prosjektet nå på 3,9 milliarder dollar, dvs. nesten dobbelt så mye som 1,6 milliarder dollar definert i 2010. Dessuten er dette kostnad inkluderer ikke risikomarginen på 300 millioner dollar som et prosjekt av denne størrelsen skal inneholde. Imidlertid tilskrives denne merkostnaden 1,1 milliarder dollar til normale årsaker (inkludert 0,7 milliarder dollar for inflasjon, 0,3 milliarder dollar for tilpasning av prosjektet til 2,4 m speilet). Og 0,1 milliarder dollar. ). NASA-tjenestemenn bestemmer seg for flere tiltak for å redusere både kostnader og risiko. Den viktigste er å gjøre koronografen til en enkel teknologisk demonstrator, CDTI ( Coronograph Technology Demonstration Instrument ). Et tak på 3,2 milliarder dollar er satt til den totale kostnaden for prosjektet. Basert på beslutningene som ble tatt, bestemte NASA-tjenestemenn i april 2018 at prosjektet kan gå inn i fase B (foreløpig design).

Gjentatte budsjettoverskridelser av JWST-observatoriet for infrarød plass , under utvikling, har redusert de økonomiske ressursene til NASAs astrofysikkavdeling sterkt. Stolende på denne sammenhengen, på WFIRSTs budsjettglidning og argumenterer for at det er høyere prioriteringer for romfartsorganisasjonen, prøver president Donald Trump å stoppe prosjektet to ganger. Et første forsøk skjer innenfor rammen av etableringen av budsjettet for romfartsbyrået 2019 (stemte i mars 2018) og et andre under definisjonen av 2020-budsjettet (stemte i mars 2019). Kanselleringsforslaget vekker en kraftig reaksjon fra det vitenskapelige samfunnet som minner oss om at prosjektet har blitt definert som en prioritet i det kommende tiåret. I begge tilfeller stemmer den amerikanske kongressen med midler som tillater videreføring av prosjektet.

Utvikling

Prosjektet ledes av Goddard Space Flight Center , et NASA-anlegg som er ansvarlig for romobservatorier. Han blir assistert av Jet Propulsion Laboratory . I januar 2018 ble en kontrakt på 23 millioner dollar signert av NASA med selskapet Teledyne for levering av 72 infrarøde detektorer som skal analysere lyset som er samlet inn av WFI-instrumentet. I mai 2018 overlot NASA Ball Aerospace til å utvikle, teste og operere støtte til den optomekaniske delen av WFI-instrumentet for et beløp på US $ 113,2 millioner. I begynnelsen av 2019 har prosjektet en 9-måneders margin i forhold til lanseringsmålet i 2025. 28. august 2019 klarte prosjektet å lykkes med den foreløpige vurderingsfasen for design til tross for to forsøk på å avbryte prosjektet.

I 2020 tar romteleskopet navnet til den amerikanske astrofysikeren Nancy Grace Roman , ansvarlig for utviklingen av NASAs første romteleskoper og som spilte en drivende rolle i lanseringen av Hubble Space Telescope-prosjektet ved å mobilisere det astronomiske samfunnet.

Vitenskapelige mål

Målet med WFIRST-oppdraget er som følger:

Bestemme naturen til mørk energi

Universets størrelse utvides, men på grunn av tyngdekreftene bør utvidelseshastigheten reduseres, men det er ikke det som observeres. Dette fenomenet som ble oppdaget på begynnelsen av 1990-tallet og som tilsynelatende motarbeider bremsingen, har blitt kalt mørk energi . Mørk energi utgjør tre fjerdedeler av universets masse / energi. Da prosjektet ble lansert i 2014, som i 2019, forble dets natur en av hovedoppgavene innen kosmologi. Hovedmålet med WFIRST er å prøve å svare på hovedspørsmålene som blir reist av mørk energi: varierer det over tid? krever det en modifisering av Einsteins generelle relativitetsteori, eller er det virkelig en ny type energi? For å svare på dette vil romteleskopet bruke tre teknikker for å bestemme universets ekspansjonshastighet gjennom tidene og økningen av store strukturer (galakser, grupper av galakser). Disse metodene er:

• spektrometrien til en veldig stor mengde galakser som ligger på høye himmellegeme, brukes til å bestemme endringene i fordelingen av galakser over tid, noe som gjør det mulig å utlede utviklingen av mørk energi over tid. Denne folketellingen skal gjøre det mulig å måle veksten av de store strukturene i universet og dermed teste Einsteins generelle relativitetsteori .
• måling av avstander av supernovaer type Ia som fungerer som standardlys for bestemmelse av de absolutte avstandene. Seksjoner av himmelen vil bli overvåket for å oppdage nye supernovaer av denne typen og måle lyskurvene og spektrene, og gir dermed både deres avstand og rødforskyvning. Disse dataene gjør det til gjengjeld mulig å måle evolusjonen i tid for den mørke energien og kryssjekke resultatene fra den forrige metoden.
• bestemme formene og avstandene til et veldig stort antall galakser og grupper av galakser. Deformasjonen av bildet av de fjerneste galaksene gjør det mulig å oppdage massekonsentrasjonene som ligger mellom instrumentet og de fotograferte galaksene. Til gjengjeld lar disse oss bestemme fordelingen i de tre dimensjonene til universets masser. Disse dataene skal gjøre det mulig å måle utviklingen av mørk materie over tid og gi et uavhengig mål på veksten av store strukturer i universet.

Folketelling og studie av eksoplaneter

To forskjellige metoder brukes til å oppdage og karakterisere eksoplaneter som ligger i nærheten av solsystemet:

• WFIRST må utføre en folketelling av eksoplanetene som ligger i den galaktiske pæren ved å utnytte fenomenet svak gravitasjonslinse . Dette er basert på at lyset fra en stjerne forstørres når en stjerne nærmere observatøren (teleskop) passerer foran den på grunn av krumningen av strålingen som sendes ut under tyngdekraften (se diagram 1 ). Hvis denne siste stjernen har en prosesjon av planeter, fører passasjen til hver av dem foran stjernen i bakgrunnen også en forsterkning proporsjonal med massen. Denne teknikken gjør det mulig å måle massen og avstanden til stjernen deres fra planeter med liten masse (fra en tidel av størrelsen på jorden) så lenge de befinner seg mer enn 0,5 astronomiske enheter fra stjernen. Observasjonsprogrammet forutsetter overvåking av syv regioner i den galaktiske pæren (syv ganger synsfeltet til teleskopet, dvs. ca. 2 grader²). Skudd vil bli tatt over flere sesonger, som hver varer i 72 dager med en valgt frekvens på 15 minutter fordi det tillater deteksjon av en planet på størrelse med Mars ved hjelp av mikrolinsemetoden. Hver region blir fotografert 2800 ganger per måned. I henhold til modellene som brukes til å forutsi antall planeter, bør dette programmet gjøre det mulig å oppdage hver måned i gjennomsnitt 100 planeter som dreier seg om stjernen deres og 16 vandrende planeter utvist fra deres opprinnelsessystem. Forholdet mellom antall vandrende planeter og det mellom planeter som kretser rundt stjernen deres, kan ha en betydelig innvirkning på modelleringen av dannelsen av eksoplaneter. Observasjonene som ble gjort, skulle også gjøre det mulig å oppdage 70.000 planeter ved transittmetoden og 1200 planeter ved hjelp av sekundære formørkelser.

• Antall planeter som kan oppdages av WFIRST-instrumenter

• Diagram 2  : Planeter som kan påvises ved hjelp av gravitasjonsmikro-linsemetoden i henhold til deres gjennomsnittlige avstand fra moderstjernen (1 astronomisk enhet = jord-solavstand) og deres masse (i flere av jorden). Domenet som kan observeres av WFIRST (i blått) fullfører det som kan observeres av Kepler (i rødt). Antall og fordeling av observerbare planeter vist i diagrammet ble bestemt via Keplers observasjoner og resultatene av modellering.

• Figur 3  : Planeter som kan påvises av WFIRST-koronografen innen en radius på 30 parsec . På x-aksen den tilsynelatende avstanden mellom planet og dets stjerne i bue andre , på y-aksen av lyshet forholdet mellom planet og dets stjerne. Planetene som er representert i diagrammet (størrelse, lysstyrke // stjerneforhold, avstand // stjerne) er resultatet av en simulering utført i en sfære på 30 parsec rundt solsystemet. De kontinuerlige linjene øverst til høyre avgrenser de observerbare planetene under hensyntagen til ytelsene som koronografen er validert for, og de stiplede linjene avgrenser de detekterbare planetene hvis koronografen oppnår de forventede ytelsene.

• WFIRST-koronografen skal gjøre det mulig å få et direkte bilde og et elektromagnetisk spektrum av planeter som kretser rundt stjerner nær vårt solsystem. Koronografen maskerer stjernen som planeten kretser rundt og gjør det mulig å visualisere sistnevnte forutsatt at lysstyrkeforholdet mellom de to stjernene (stjerne / planet) ikke overstiger en viss terskel og at den tilsynelatende avstanden mellom planeten og dens stjerne er tilstrekkelig viktig. Som referanse, på en avstand på 30 parsec (98 lysår), er jorden 0,1 buesekund fra solen og har et lysforhold på 10-10 til den. Ytelsen av dagens terrestriske coronographs er mellom 10 7 og 10 8 . Flaggskipoppdragene (til høye kostnader) studerte forutsetter en forestilling på 10 10 . CGI er å demonstrere teknologi tar sikte på å komme opp i verdier mellom 10 8 og 10 9, dvs. 20 til 100 ganger større enn de eksisterende coronographs som samtidig er i stand til å samle kortere bølgelengder. Den forventede ytelsen (som er bedre enn den instrumentet ble testet for), er 10 9 med en avstand mellom planeten og dens stjerne på 0,15 buesekund . Disse forestillingene vil bli oppnådd med lyse stjerner ( tilsynelatende størrelse = 5). For mindre lyse stjerner er forventet ytelse mer usikker. Koronografen skal testes i tre måneder i løpet av oppdragets første 18 måneder. Hvis resultatene er tilfredsstillende, kan vitenskapelige observasjoner utføres senere med dette instrumentet.

Kartlegging av infrarøde kilder i Melkeveien

WFIRST skal gjøre det mulig å utføre en systematisk og detaljert undersøkelse (bilder og elektromagnetisk spektrum) av nær infrarøde kilder i Melkeveien, så vel som himmellegemer som er til stede helt i begynnelsen av universet. Dette målet må oppfylles ved å utnytte observasjonene som er gjort for å oppfylle de to første målene supplert med studieprogrammer viet til dette emnet.

Observasjon av lyskilder med lav intensitet

Observasjon av lyskilder med lav intensitet (spesielt dypt rom ) krever å ta bilder med veldig lange eksponeringer som krever monopolisering av bruk av et teleskop i lange perioder. WFIRSTs ytelse er mye bedre enn Hubble, som likevel har markert seg med de beste resultatene som er produsert på dette feltet. Varigheten av observasjonskampanjer utført av Hubble, som COSMOS (2007), CANDELS-Wide (2011), 3-D HST (2016), FIGS (2017) og PHAT (2012), ville vært delt med en faktor mellom 125 og 1475 hvis de hadde blitt utført med WFIRST som ga de samme følsomhetsmålene. WFIRSTs observasjonskampanjer bør derfor gi 100 til 1000 ganger mer informasjon enn de fra Hubble.

Tekniske egenskaper

Hovedtrekkene

Egenskapene til prosjektet utviklet seg betydelig i løpet av studiefasen. Karakteristikkene som er gitt her tilsvarer i noen tilfeller AFTA-versjonen som inneholder speilet med en diameter på 2,4 meter, beskrevet i rapporten publisert i mars 2015. WFIRST har en estimert masse på 5,1 tonn inkludert 1,8 tonn for teleskopet og 800  kg instrumentering. Den fremdrift er forsynt med 8 rakettmotorer med flytende drivmidler av 22 newton av skyvekraft som leveres med hydrazin ved enkel avslapping. WFIRST bærer litt mer enn 100 kg drivstoff . Den er stabilisert med tre akser og bruker reaksjonshjul for å kontrollere orienteringen, som må tillate en pekepresisjon på 3 sekunders bue . En av de viktigste egenskapene til romteleskopet er datamengden som genereres av observasjonene: 11 terabit data genereres daglig av instrumentene. De overføres til Ka-band jordstasjonene via en parabolantenn med en hastighet på 290 megabit / sekund.

Optisk del

Optikken til WFIRST er av den anastigmatiske typen med tre speil . Den bruker et primært speil med en diameter på 2,36  m, og produksjonen ble fullført i 2014. Den har samme størrelse som Hubble-romteleskopet, og den veier bare en femtedel av vekten, fordi teknologien har kommet veldig langt innen dette feltet. Dens følsomhet og romlige oppløsning er lik Hubble, men synsfeltet er 100 ganger større. Det effektive synsfeltet er 0,281 grader² (med det sentrale gapet 0,32 grader²). Den brennvidde på hele optikken er 7.9. Den observerte strålingen inkluderer synlig lys og nær infrarød (0,45 til 2 mikron). En mekanisme gjør det mulig å endre posisjonen til sekundærspeilet med 6 frihetsgrader for å justere justeringen i bane og oppnå finfokusering.

Lysstrålingen som samles opp av teleskopet, analyseres av et WFI ( Wide Field Instrument ) bredfeltbildebehov / spektroskop og en CGI ( Coronagraph Instrument ) koronograf .

WFI Imaging Spectroscope

WFI ( Wide Field Instrument ) er et bildespektrografi som inkluderer:

• et vidvinkelkamera som dekker bølgelengder mellom 0,76 og 2 mikron . Det optiske feltet er 0,281 grader 2, og hver piksel representerer 0,11 buesekunder. Bildet er gitt av 18 SGA 16 megapiksel detektorer laget av kvikksølv-kadmium tellurid . 7 filtre brukes til å velge et smalere spektralbånd (se tabellen i avsnittet Observasjonsprogram).
• et spalteløst spektroskop som inkluderer to kanaler: den første dekker bølgelengder mellom 1 og 1,93 mikron med en spektral oppløsning mellom 450 og 850, den andre dekker bølgelengder mellom 0,8 og 1, 8 mikron med en spektral oppløsning mellom 70 og 140. Lyset er dissosiert ved et prisme som gjør det mulig å lage multi-objekt spektroskopi med lav oppløsning.

CGI-koronograf

Den korona CGI korona Instrument ) er det første instrument av denne type bruk av masker optimalisert ved hjelp av digitalteknikk. Instrumentet, som er utviklet under tilsyn av Jet Propulsion Laboratory , har tre observasjonsmodi:

• realisering av et bilde med bred båndbredde (546-604 nm) med en hybrid Lyot-koronograf med en intern arbeidsvinkel på 0,15 buesekund (minimumsavstand som planeten må være fra sin stjerne for å kunne observeres av instrumentet). Som referanse, sett fra en avstand på 10 parsec , eller omtrent 33 lysår , er jorden omtrent 0,1 buesekund fra solen, så den ikke er synlig for koronografen.
• utføre spektre med en spektral oppløsning på 50 ved hjelp av en pupillformet koronograf på frekvensbåndet 675-785
• avbildning av ruskplatene ved hjelp av en formet pupillkoronograf i frekvensbåndet 784-866 nm.

Koronografdetektorene er designet for å tillate bruk av en ekstern koronograf ( starshade ) som den som vil bli brukt av det fremtidige HabEx- teleskopet (prosjekt under evaluering).

Gjennomføring av oppdraget

WFIRST må plasseres i bane av en Falcon Heavy eller New Glenn- bærerakett som tar av fra Cape Canaveral-lanseringsplaten . Det forventes at hovedoppdraget varer i 5 år. Teleskopet bærer forbruksvarer ( drivmidler ) som garanterer at det fungerer i 10 år. WFIRST må plasseres i en halv -halo-bane rundt Lagrange-punktet L2 i Earth-Sun-systemet. Det forskjellige utstyret til romteleskopet er utformet på en slik måte at det tillates vedlikehold av et robot romoppdrag i løpet av livet.

Observasjonsprogram

For både å beskytte optikken mot solstråling, opprettholde temperaturen under verdien som er nødvendig for observasjon av infrarød stråling og la solcellepanelene gi tilstrekkelig energi, blir teleskopet pekt i en retning som gir en vinkel inkludert mellom 54 ° og 126 ° med respekt for solens retning (= 0 °) og rullebevegelsen til WFIRST er begrenset til pluss eller minus 15 °. Retningen på teleskopet i tredje retning er helt gratis.

Observasjonsprogrammet under det 5-årige primære oppdraget er oppsummert i følgende tabell:

Observasjonsprogram under hovedoppdraget.

	gravitasjonsmikrolinser	Imaging	Spektrografi	Observasjon av supernovaer
Spektralbånd	Z , W.	Y , J , H , F184	1,35 - 1,95 um (R = 461 X)	Stor: Y , J medium: J , H dyp: J , H
Observert himmeldel ( kvadratgrad )	2,81 grader 2	2000 grader 2	2000 grader 2	Stor: 27,44 grader 2 medium: 8,96 grader 2 dyp: 5,04 grader 2
Maksimal observerbar størrelse	-	Y = 25,6 J = 26,7 H = 26,5 F184 = 25,8	0,5 × 10 −16  erg s −1  cm 2 til 1,65 μm	Stor: Y = 27,1, J = 27,5 medium: J = 27,6, H = 28,1 dyp: J = 29,4, H = 29,4
Varighet av observasjoner	6 × 72 dager	1,3 år	0,6 år	0,5 år (med et intervall på 2 år)
Gå tilbake til frekvensen	W  : hvert 15. minutt Z  : hver 12. time	-	-	hver 5. dag
Spektralbånd  : R = 0,48-0,76 μm , Z = 0,76-0,977 μm, Y = 0,927-1,192 μm, J = 1,131-1,454 μm, H = 1,380-1,774 μm F184 = 1,683-2 μm, W (ide) = 0,927-2 μm

I løpet av det primære oppdraget vil omtrent 25% av observasjonstiden være forbeholdt forslag fra forskere utenfor prosjektet. Disse vil bli valgt av en vitenskapelig komité. Utover det primære oppdraget, vil hele observasjonstiden bli gjort tilgjengelig.

Jordsegment

Grunnutstyret som ble brukt under WFIRST-oppdraget inkluderer to jordstasjoner - White Sands på den nordlige halvkule og en stasjon som skal utpekes på den sørlige halvkule - som er ansvarlige for å samle inn dataene som sendes daglig av WFIRST. Disse dataene blir deretter behandlet og distribuert av to sentre tilknyttet NASA: STScI , spesielt kjent fordi den behandler og distribuerer data fra Hubble- teleskopet , og IPAC som er et senter som spesialiserer seg på behandling av data levert av teleskopene som opererer i det infrarøde .

Merknader og referanser

Merknader

1. forskjellen med en halobane er at romfartøyet ikke passerer nøyaktig de samme punktene igjen etter fullføring av en bane

Referanser

1. (no) Jason Rhodes, "  The Many Names of WFIRST  " , The Planetary Society ,10. august 2016
2. (in) "  About WFIRST  " , space Goddard Flight Center (NASA) (åpnet 23. mars 2014 )
3. (i) National Research Council, 2010, New Worlds, New Horizons in Astronomy and Astrophysics , National Research Council of the United States ,2010, 325  s. ( ISBN  978-0-309-15802-2 , leses online ) , s.  16-17
4. (in) "  WFIRST - Programelementer  " , space Goddard Flight Center (NASA) (åpnet 23. mars 2014 )
5. (in) STEPHEN CLARK, "  NASA søker ideer om å bruke Hubble-klasseskopespion  " , Wpaceflight Now,27. november 2012
6. (es) Daniel Marin, "  La recta final en el diseño del telescopio espacial WFIRST  " , på Eureka ,4. september 2019
7. WFIRST-AFTA 2015 Version Working Group Final Report , s.  176-177
8. (in) Committee on an Assessment of the Astrophysics Focused Telescope Assets, Evaluation of the Implementation of WFIRST / AFTA in the Context of New Worlds, New Horizons in Astronomy and Astrophysics , Springer,2013, 70  s. ( ISBN  978-0-309-30129-9 , leses online ) , s.  8-9
9. (in) STEPHEN CLARK, "  Foreslått NASA holder finansiering flatt budsjett i 2015  " , Wpaceflight Now,4. mars 2014
10. (in) "  NASA Introduces New, Wider Set of Eyes on the Universe  " , NASA,18. februar 2016
11. (i) Emily Lakdawalla, "  WFIRST uavhengig ekstern Teknologi / Ledelse / Kostnad omtale  " , NASA ,19. oktober 2017
12. The Wide Field Infrared Survey Telescope: 100 Hubbles for 2020s , s.  7
13. (i) Zurbuchen, "  Memo Next Steps for WFIRST Program  " , NASA ,19. oktober 2017
14. (i) Jeff Foust, "  WFIRST TROSS kontinuerlig arbeidsplan og budsjett usikkerhet  " på spacenews.com ,28. mars 2018
15. (i) Joel R. Parriott, "  ASA Leaders Opptatt av foreslåtte kanselleringen av WFIRST  " på amerikansk Astronomical Society , 14. februar, 2018 2018
16. (i) Ashlee N. Wilkins, "  Astronomical Science in the Final FY 2019 Spending Agreement  " på American Astronomical Society ,22. februar 2019
17. (in) "  Ofte stilte spørsmål  " på WFIRST (offisiell side) , Space Flight Center Goddard (åpnet 23. september 2019 )
18. (in) "  NASA tildeler kortbølget infrarød sensorchipmontering for WFIRST  " , NASA, 15. januar 2018 2018
19. (in) "  NASA Awards Contract for Space Telescope Mission  " , NASA, 23. mai 2018
20. Wide Field Infrared Survey Telescope: 100 Hubbles for 2020s , s.  8
21. Sean Potter , "  NASA Telescope Named For 'Mother of Hubble' Nancy Grace Roman,  " på NASA ,20. mai 2020(åpnet 25. juni 2020 )
22. NASA , "  NASA Telescope Named For 'Mother of Hubble' Nancy Grace Roman,  " NASAs nettsted ,20. mai 2020( les online )
23. (in) "  Dark Energy  " , på WFIRST (offisiell side) , Space Flight Center Goddard (åpnet 17. september 2019 )
24. (in) "  Exoplanets - Microlensing  " på WFIRST (offisiell side) , Space Flight Center Goddard (åpnet 17. september 2019 )
25. Wide Field Infrared Survey Telescope: 100 Hubbles for 2020s , s.  4
26. (in) "  Exoplanets - Direct Imaging  " på WFIRST (offisiell side) , Space Flight Center Goddard (åpnet 17. september 2019 )
27. The Wide Field Infrared Survey Telescope: 100 Hubbles for 2020s , s.  5-6
28. (in) "  Large Area Near Infrared Surveys / Guest Investigator Program  " på WFIRST (offisiell side) , Space Flight Center Goddard (åpnet 17. september 2019 )
29. Wide Field Infrared Survey Telescope: 100 Hubbles for 2020s , s.  4-5
30. Arbeidsgruppens endelige rapport for WFIRST-AFTA 2015 , s.  123-126
31. (in) "  Romfartøy og instrumentparametere  " på IPAC-WFIRST , infrarød prosesserings- og analysesenter (åpnet 15. september 2019 )
32. WFIRST-AFTA 2015 versjonen arbeidsgruppe endelige rapporten , s.  86-90
33. WFIRST-AFTA 2015 Version Working Group Final Report , s.  91-102
34. (in) "  Observatory and instruments  " på WFIRST (offisiell side) , Space Flight Center Goddard (åpnet 12. september 2019 )
35. (no) "  WFIRST Observatory Reference Information  " , på WFIRST (offisielt nettsted) , Goddard Space Flight Center ,26. juni 2019
36. WFIRST-AFTA 2015 Version Working Group Final Report , s.  139-142
37. (in) "  Guest Investigator / Observing Programs  " på IPAC-WFIRST , infrarød behandlings- og analysesenter (åpnet 15. september 2019 )

Se også

Bibliografi

• (en) Science Definition Team (SDT) og WFIRST Study Office et al. , Wide-Field InfraRed Survey Telescope-Astrophysics Focused Telescope Assets WFIRST-AFTA2015 Report ,10. mars 2015, 319  s. ( les online )
• ( fr ) Rachel Akeson, Lee Armus, Etienne Bachelet et al. , "  The Wide Field Infrared Survey Telescope: 100 Hubbles for the 2020s  " , x ,14. februar 2019, s.  1-14 ( les online ) - Sammendrag av egenskaper og mål oppdatert i februar 2019

Dokumenter som gjenspeiler konfigurasjonen av WFIRST på tidspunktet for PDR

• (en) "  WFIRST Observatory Reference Information  " , på WFIRST (offisielt nettsted) , Goddard Space Flight Center ,26. juni 2019
• (en) "  WFIRST Wide-Field Instrument Reference Information  " , på WFIRST (offisielt nettsted) , Goddard Space Flight Center ,26. juni 2019
• (en) "  WFIRST Coronagraph Instrument Reference Information  " , på WFIRST (offisielt nettsted) , Goddard Space Flight Center ,september 2018

Relaterte artikler

• Mørk energi
• Euklid europeisk motstykke til WFIRST
• Gravitasjonslinse
• Infrarød astronomi
• JWST og Hubble NASA-romteleskoper av samme klasse
• Exoplanet Exploration Program (ExEP) NASA-program, inkludert Kepler-romteleskopet og observatorier på jorden

Eksterne nettsteder

• (no) Offisielt nettsted administrert av Goddard Space Flight Center
• (no) Nettsted dedikert til WFIRST av IPAC som er ansvarlig for behandling av WFIRST-data.