最近発売された 外惑星調査衛星の通過 （TESS）– 2018年4月18日水曜日に開催されました–今後数年で宇宙に登場する次世代宇宙望遠鏡に多くの注意が向けられました。これらには、ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡、現在2020年に打ち上げが予定されていますが、2030年代までに配備されるその他の高度な宇宙船もあります。
これは、現在調査中の4つの主要なミッションコンセプトが含まれている、最近の2020天体物理学調査の主題でした。これらのミッションが宇宙に行くとき、彼らはミッションが好きな場所を拾います ハッブル、ケプラー、スピッツァー そして チャンドラ 中止しましたが、感度と機能が向上します。そのため、彼らは私たちの宇宙とそれが持っている秘密についてより多くを明らかにすることが期待されています。
予想通り、2020年10年間調査に提出されたミッションの概念は、遠いブラックホールや初期の宇宙の観測から、近くの星の周りの太陽系外惑星の調査や太陽系の天体の研究まで、幅広い科学的目標をカバーしています。これらのアイデアは科学界によって徹底的に吟味され、4つは追求に値するものとして選択されました。
NASAの宇宙起源プログラムの主任科学者であるスーザンネフは、最近のNASAのプレスリリースで次のように説明しています。
「これは天体物理学のゲームの時間です。これらすべてのコンセプトを構築したいのですが、4つすべてを同時に実行する予算がありません。これらの10年間の研究のポイントは、天体物理学コミュニティのメンバーが最初にどの科学を行うかを決定するときに、可能な限り最高の情報を提供することです。」
選択された4つの概念には、 大型紫外線/光学/赤外線測量 （LUVOIR）、の伝統で開発された巨大な宇宙展望台 ハッブル宇宙望遠鏡。 NASAのゴダード宇宙飛行センターによって調査されている2つの概念の1つとして、このミッションの概念は、直径約15メートル（49フィート）の巨大なセグメント化された主鏡を備えた宇宙望遠鏡を必要とします。
比較すると、JWST‘s（現在最も先進的な宇宙望遠鏡）主鏡の直径は6.5 m（21 ft 4 in）です。 JWSTと同様に、LUVOIRのミラーは調整可能なセグメントで構成され、宇宙に配備されると展開します。アクチュエータとモーターは、これらのセグメントをアクティブに調整および調整して、完全な焦点を達成し、かすかな遠くの物体からの光を取り込みます。
これらの高度なツールにより、LUVOIRは地球サイズの惑星を直接画像化し、それらの大気を評価することができます。研究科学者のAki Robergeが説明したように：
「この使命は野心的ですが、太陽系の外に生命があるかどうかを見つけることは賞です。すべてのテクノロジーのトールポールはこの目標によって駆動されます...物理的安定性に加えて、主ミラーと内部コロナグラフ（星明かりを遮断するデバイス）のアクティブ制御により、ピコメーターの精度が得られます。それはすべて制御です。」
また、 Origins宇宙望遠鏡 （OST）、ゴダード宇宙飛行センターによって追求されている別のコンセプト。のように スピッツァー宇宙望遠鏡 そしてその ハーシェル宇宙天文台、この遠赤外線天文台は、先行するどの遠赤外線望遠鏡よりも10,000倍高い感度を提供します。その目標には、宇宙の最も遠い範囲の観測、星と惑星の形成を通る水の経路の追跡、太陽系外惑星の大気中の生命の兆候の検索などがあります。
直径約9 m（30フィート）の主鏡は、最初の能動的に冷却される望遠鏡であり、鏡を約4 K（-269°C; -452°F）の温度に保ち、その検出器をこれを達成するために、OSTチームは日よけの飛行層、4つのクライオクーラー、および多段連続断熱消磁冷凍機（CADR）に依存します。
Goddardの科学者でOSTの研究科学者であるDave Leisawitz氏によると、OSTは特に、数百万のピクセルで測定する超伝導検出器の大規模なアレイに依存しています。 「Origins宇宙望遠鏡の開発における技術のギャップについて人々が尋ねるとき、私は彼らにトップ3の課題が検出器、検出器、検出器であることを伝えます」と彼は言った。 「それはすべて検出器についてです。」
具体的には、OSTは、遷移エッジセンサー（TES）または動的インダクタンス検出器（KID）の2つの新しいタイプの検出器に依存します。比較的新しいものの、TES検出器は急速に成熟しており、現在、NASAの赤外線天文学用成層圏天文台（SOFIA）に搭載されたHAWC +機器で使用されています。
次に、 居住可能な太陽系外惑星のイメージャー （HabEx）NASAのジェット推進研究所によって開発されています。 LUVOIRと同様に、この望遠鏡も惑星系を直接画像化して、大きなセグメントミラーで惑星の大気の構成を分析します。さらに、それは宇宙の歴史における最も初期の時代と最も巨大な星のライフサイクルを研究し、それにより生命に必要な要素がどのように形成されるかに光を当てます。
また、LUVOIRと同様に、HabExは紫外、光学、および近赤外の波長で研究を行うことができ、それを周回している惑星から反射される光を見ることができるように、親星の明るさを遮断することができます。 NASAのコロナグラフィー分野のエキスパートであるニールジマーマンは、次のように説明しています。
「近くの星を周回する惑星を直接画像化するには、ダイナミックレンジの途方もない障壁を克服する必要があります。2つを隔てる小さな角度のみで、惑星からの星明かりの薄暗い反射に対する星の圧倒的な明るさです。観測天文学における他の課題とは非常に異なるため、この問題に対する既成の解決策はありません。」
この課題に対処するため、HabExチームは2つのアプローチを検討しています。これには、光を遮る花びら型の外部スターシェードと、スターライトが検出器に到達しないようにする内部コロナグラフが含まれます。調査されている別の可能性は、まだ通り抜ける回折光のパターンを変更するために、コロナグラフィックマスクにカーボンナノチューブを適用することです。
最後になりましたが、 X線サーベイヤー として知られている リンクス マーシャル宇宙飛行センターによって開発されています。 4つの宇宙望遠鏡の中で、LynxはX線で宇宙を調べる唯一の概念です。この宇宙望遠鏡は、X線マイクロカロリメーター画像分光計を使用して、宇宙で最も初期の銀河の中心にある超巨大ブラックホール（SMBH）からのX線を検出します。
この手法は、X線写真が検出器の異常領域に当たり、そのエネルギーを温度計で測定される熱に変換することで構成されています。このようにして、Lynxは天文学者が最も初期のSMBHがどのように形成されたかを解き明かすのに役立ちます。 GoddardのLynx研究メンバーであるRob Petreは、ミッションについて次のように説明しています。
「超大質量ブラックホールは、現在の理論が予測するよりもはるかに早く宇宙に存在することが観察されています。最初の星が形成された可能性があった直後に、そのような巨大な物体がどのように形成されたかはわかりません。それらがどのように形成されたのかについての理論の入力を提供するために、X線望遠鏡が最初の超巨大ブラックホールを見る必要があります。」
NASAが最終的にどのミッションを選択するかに関係なく、エージェンシーと個々のセンターは、将来このような概念を追求するための高度なツールへの投資を開始しています。 4つのチームは3月に中間報告を提出しました。彼らは来年までに、NASAに推奨事項を通知するために使用されるNational Research Council（NRC）の最終報告を完了する予定です。
NASAの天体物理学プログラムオフィスの技術開発マネージャーであるタイパムは、次のように述べています。
「簡単になるとは言っていません。そうではありません。これらは野心的なミッションであり、重大な技術的課題があり、その多くは重複しており、すべてに当てはまります。良いニュースは、下地が現在敷かれているということです。」
TESSが現在導入されており、JWSTが2020年までに開始される予定なので、今後数年間に学んだ教訓がこれらのミッションに確実に組み込まれます。現在のところ、2030年代までに次のどの概念が宇宙に導入されるかは不明です。しかし、それらの高度な機器と過去のミッションから学んだ教訓との間で、私たちは彼らが宇宙について深い発見をすることを期待することができます。
