NASA Mission zal de kosmos bestuderen met een stratosferische ballon | NASA

NASA Mission zal de kosmos bestuderen met een stratosferische ballon | NASA

Gedragen door een ballon ter grootte van een voetbalstadion, zal ASTHROS een geavanceerde telescoop gebruiken om golflengten van licht te observeren die niet zichtbaar zijn vanaf de grond.

(— Lees het originele Engelse artikel op NASA.GOV )

 

Deze illustratie toont een ballon op grote hoogte die oploopt in de bovenste atmosfeer

Deze illustratie toont een ballon op grote hoogte die oploopt in de bovenste atmosfeer. Wanneer ze volledig zijn opgeblazen, zijn deze ballonnen 150 meter breed of ongeveer zo groot als een voetbalstadion en bereiken ze een hoogte van 130.000 voet (24,6 mijl of 40 kilometer).

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab / Michael Lentz

Het werk is begonnen aan een ambitieuze nieuwe missie die een geavanceerde telescoop van 8,4 voet (2,5 meter) hoog in de stratosfeer zal brengen op een ballon. Voorlopig gepland om in december 2023 vanuit Antarctica te lanceren, zal ASTHROS (afkorting van Astrophysics Stratospheric Telescope for High Spectral Resolution Observations at Submillimeter-golflengtes) ongeveer drie weken drijven op luchtstromen boven het ijzige zuidelijke continent en onderweg verschillende primeurs bereiken.

Beheerd door NASA’s Jet Propulsion Laboratory, neemt ASTHROS ver-infrarood licht waar, of licht met een golflengte die veel langer is dan wat zichtbaar is voor het menselijk oog. Om dat te doen, moet ASTHROS een hoogte van ongeveer 130.000 voet (24,6 mijl of 40 kilometer) bereiken – ongeveer vier keer hoger dan commerciële vliegtuigen vliegen. Hoewel nog steeds ver onder de grens van de ruimte (ongeveer 62 mijl of 100 kilometer boven het aardoppervlak), zal het hoog genoeg zijn om lichtgolflengten te observeren die worden geblokkeerd door de atmosfeer van de aarde.

Het missieteam heeft onlangs de laatste hand gelegd aan het ontwerp voor de nuttige lading van het observatorium, waaronder de telescoop (die het licht opvangt), het wetenschappelijke instrument en dergelijke subsystemen als de koel- en elektronische systemen. Begin augustus beginnen ingenieurs van JPL met de integratie en het testen van die subsystemen om te controleren of ze naar verwachting presteren.

Hoewel ballonnen op verouderde technologie lijken, bieden ze unieke NASA-voordelen ten opzichte van missies op de grond of in de ruimte. NASA’s Scientific Balloon Program draait al 30 jaar op Wallops Flight Facility in Virginia. Het lanceert 10 tot 15 missies per jaar vanaf locaties over de hele wereld ter ondersteuning van experimenten in alle wetenschappelijke disciplines van NASA, evenals voor technologische ontwikkeling en educatieve doeleinden. Ballonmissies hebben niet alleen lagere kosten in vergelijking met ruimtemissies, ze hebben ook kortere tijd tussen vroege planning en ingebruikname, wat betekent dat ze de hogere risico’s kunnen accepteren die gepaard gaan met het gebruik van nieuwe of ultramoderne technologieën die niet toch gevlogen in de ruimte. Deze risico’s kunnen zich voordoen in de vorm van onbekende technische of operationele uitdagingen die van invloed kunnen zijn op de wetenschappelijke output van een missie. Door deze uitdagingen aan te gaan, kunnen ballonmissies het toneel vormen voor toekomstige missies om de voordelen van deze nieuwe technologieën te benutten

Ballonmissies zoals ASTHROS hebben een hoger risico dan ruimtemissies, maar leveren hoge beloningen op tegen bescheiden kosten “, zegt JPL-ingenieur Jose Siles, projectmanager voor ASTHROS.” Met ASTHROS willen we astrofysische waarnemingen doen die nog nooit eerder zijn geprobeerd . De missie zal de weg vrijmaken voor toekomstige ruimtemissies door nieuwe technologieën te testen en opleiding te bieden aan de volgende generatie ingenieurs en wetenschappers. ”

Infrarood ogen in de lucht

ASTHROS zal een instrument meenemen om de beweging en snelheid van gas rond nieuw gevormde sterren te meten. Tijdens de vlucht bestudeert de missie vier hoofddoelen, waaronder twee stervormingsgebieden in de Melkweg. Het zal ook voor het eerst de aanwezigheid van twee specifieke soorten stikstofionen (atomen die enkele elektronen hebben verloren) detecteren en in kaart brengen. Deze stikstofionen kunnen plaatsen onthullen waar winden van zware sterren en supernova-explosies de gaswolken in deze stervormingsgebieden hebben omgevormd.

In een proces dat bekend staat als stellaire feedback, kunnen dergelijke gewelddadige uitbarstingen gedurende miljoenen jaren het omringende materiaal verspreiden en stervorming belemmeren of helemaal stoppen. Maar stellaire feedback kan er ook voor zorgen dat materiaal samenklontert, waardoor de stervorming wordt versneld. Zonder dit proces zouden al het beschikbare gas en stof in sterrenstelsels zoals het onze al lang geleden in sterren zijn samengesmolten.

ASTHROS zal de eerste gedetailleerde 3D-kaarten maken van de dichtheid, snelheid en beweging van gas in deze regio’s om te zien hoe de pasgeboren reuzen hun placenta-materiaal beïnvloeden. Door dit te doen, hoopt het team inzicht te krijgen in hoe stellaire feedback werkt en nieuwe informatie te verschaffen om computersimulaties van de evolutie van sterrenstelsels te verfijnen.

Carina Nebula

De Carinanevel, een stervormingsgebied in de Melkweg, is een van de vier wetenschappelijke doelen die wetenschappers van plan zijn te observeren met de ASTHROS-ballonmissie op grote hoogte. ASTHROS zal sterfeedback in dit gebied bestuderen, het proces waardoor sterren de vorming van meer sterren in hun omgeving beïnvloeden.

Credits: NASA, ESA, N. Smith (University of California, Berkeley) et al., Het Hubble Heritage Team (STScI / AURA)

 


het derde doelwit voor ASTHROS wordt het sterrenstelsel Messier 83. Als daar tekenen van stellaire feedback worden waargenomen, kan het ASTHROS-team dieper inzicht krijgen in het effect ervan op verschillende soorten sterrenstelsels. “Ik denk dat men begrijpt dat stellaire feedback de belangrijkste regulator is van stervorming in de geschiedenis van het universum”, zegt JPL-wetenschapper Jorge Pineda, hoofdonderzoeker van ASTHROS. “Computersimulaties van de evolutie van sterrenstelsels kunnen nog steeds niet helemaal de realiteit repliceren die we in de kosmos zien. De stikstof-mapping die we met ASTHROS gaan doen, is nog nooit eerder gedaan en het zal spannend zijn om te zien hoe die informatie helpt om die modellen nauwkeuriger. ”

Tenslotte zal ASTHROS als vierde doelwit TW Hydrae waarnemen, een jonge ster omringd door een brede schijf van stof en gas waar zich planeten kunnen vormen. Met zijn unieke mogelijkheden zal ASTHROS de totale massa van deze protoplanetaire schijf meten en laten zien hoe deze massa door het hele lichaam wordt verdeeld. Deze waarnemingen kunnen mogelijk plaatsen onthullen waar het stof samenklontert om planeten te vormen. Meer leren over protoplanetaire schijven kan astronomen helpen begrijpen hoe verschillende soorten planeten zich vormen in jonge zonnestelsels.

Hoge aanpak

Om dit allemaal te kunnen doen, heeft ASTHROS een grote ballon nodig: wanneer hij volledig is opgeblazen met helium, zal hij ongeveer 150 meter breed zijn, of ongeveer zo groot als een voetbalstadion. Een gondel onder de ballon draagt het instrument en de lichtgewicht telescoop, die bestaat uit een schotelantenne van 8,4 voet (2,5 meter) en een reeks spiegels, lenzen en detectoren die zijn ontworpen en geoptimaliseerd om ver-infrarood licht vast te leggen. Dankzij de schotel bond ASTHROS zich vast voor de grootste telescoop die ooit op een ballon op grote hoogte kon vliegen. Tijdens de vlucht kunnen wetenschappers de richting van de telescoop nauwkeurig bepalen en de gegevens in realtime downloaden via satellietverbindingen.

Omdat ver-infraroodinstrumenten erg koud moeten worden gehouden, dragen veel missies vloeibaar helium om ze te koelen. ASTHROS zal in plaats daarvan vertrouwen op een cryokoeler, die elektriciteit gebruikt (geleverd door de zonnepanelen van ASTHROS) om de supergeleidende detectoren dichtbij min 451,3 graden Fahrenheit (minus 268,5 graden Celsius) te houden – iets boven absoluut nul, de koudste temperatuur die materie kan bereiken. De cryokoeler weegt veel minder dan de grote container met vloeibaar helium die ASTHROS nodig zou hebben om zijn instrument de hele missie koud te houden. Dat betekent dat het laadvermogen aanzienlijk lichter is en de levensduur van de missie niet langer wordt beperkt door de hoeveelheid vloeibaar helium aan boord.

Het team verwacht dat de ballon binnen 21 tot 28 dagen twee of drie lussen rond de zuidpool zal voltooien, gedragen door de heersende stratosferische winden. Zodra de wetenschappelijke missie is voltooid, sturen operators vluchtbeëindigingsopdrachten die de gondel, die is verbonden met een parachute, van de ballon scheidt. De parachute brengt de gondel terug naar de grond, zodat de telescoop kan worden hersteld en opnieuw kan worden ingericht om weer te vliegen.

“We zullen ASTHROS lanceren naar de rand van de ruimte vanuit het meest afgelegen en hardste deel van onze planeet”, zei Siles. ‘Als je erover nadenkt, is het een hele uitdaging, wat het tegelijkertijd zo spannend maakt.’

Als onderdeel van Caltech in Pasadena, beheert JPL de ASTHROS-missie voor de Astrophysics Division van NASA’s Science Mission Directorate. JPL bouwt ook aan de missie-payload. Het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Maryland ontwikkelt de gondel- en aanwijsstelsels. De 2,5 meter lange antenne-unit wordt gebouwd door Media Lario S.r.l. in Lecco, Italië. De cryocooler met laadvermogen is ontwikkeld door Lockheed Martin in het kader van het Advanced Cryocooler Technology Development Program van NASA. NASA’s Scientific Balloon Program en de Columbia Science Balloon Facility zullen de ballon- en lanceringsdiensten leveren. ASTHROS is gepland om te starten vanaf McMurdo Station in Antarctica, dat wordt beheerd door de National Science Foundation via het Amerikaanse Antarctische programma. Andere belangrijke partners zijn de Arizona State University en de University of Miami.


Geef een reactie