NASA-wetenschappers zijn van plan een revolutionaire technologie te demonstreren voor het tegelijkertijd bestuderen van honderden sterren en sterrenstelsels - een nieuwe mogelijkheid die oorspronkelijk werd gecreëerd voor NASA's James Webb Space Telescope.

De technologie, genaamd de Next-Generation Microshutter Array (NGMSA), zal voor het eerst vliegen op de Far-ultraviolet Off Rowland-circle Telescope for Imaging and Spectroscopie, of FORTIS, missie op 27 oktober. De array omvat 8, 125 kleine luiken, elk ongeveer de breedte van een mensenhaar, die openen en sluiten als dat nodig is om te focussen op specifieke hemellichamen.

Onder leiding van Johns Hopkins University Professor Stephan McCandliss, FORTIS zal lanceren aan boord van een Black Brant IX sondeerraket van White Sands Missile Range in New Mexico om het stervormende sterrenstelsel te bestuderen, Messier 33, of M33. Gelegen op ongeveer 3 miljoen lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Triangulum, M 33 is het op twee na grootste lid van de Lokale Groep van sterrenstelsels die onze eigen Melkweg en Andromeda omvat.

"FORTIS had onze nieuwe microshutter-technologie nodig voor de wetenschap. We profiteren van een testplatform om de gereedheid van dit ontwerp voor gebruik in de ruimte te vergroten. Het is een geweldige synergie, " zei Matt Broeikas, een wetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Greenhouse en zijn collega, Goddard-technoloog Mary Li, bevorderen de technologie met steun van NASA's Strategic Astrophysics Technology (SAT) -programma.

De missie van de sondeerraket zal naar verwachting een breed scala aan risico's aanpakken die samenhangen met het gebruik van deze nieuwe technologie. Het zal ook helpen de basis te leggen voor nog grotere arrays die toekomstige astrofysica-missies nodig zullen hebben.

Divining-structuren die opkomende Hot Star-clusters omringen

M 33 is een spiraalvormig sterrenstelsel dat bezaaid is met clusters van massieve hete sterren die de afgelopen paar miljoen jaar zijn ontstaan ​​uit instortende geboortewolken van koud gas en stof. Om deze heldere clusters te bestuderen, die grote hoeveelheden licht uitzenden met ultraviolette golflengten, de FORTIS-telescoop zal eerst de helderste clusters lokaliseren met zijn imager en een on-the-fly targeting-algoritme zal alle kleine luiken sluiten, behalve die die samenvallen met de heldere doelen.

Hierdoor kan licht naar de spectrograaf stromen, waar het wordt opgesplitst in componentgolflengten om details over de fysieke omstandigheden van de clusters en hun omringende materiaal te onthullen.

De microshutter-technologie geeft wetenschappers de mogelijkheid om meerdere spectra tegelijk te produceren. Deze mogelijkheid verbetert de productiviteit bij zowel klinkende raketmissies, die slechts zes minuten observatietijd bieden, of grote observatoria in de ruimte, wat tot een week kan duren om flauwvallen waar te nemen, verre objecten en verzamel voldoende licht om goede spectra te verkrijgen. Met observatietijd tegen een premie, het vermogen om licht van meerdere objecten tegelijk te verzamelen is van het grootste belang.

Webb, gepland voor lancering in 2021, zal NASA's eerste generatie microshutter-technologie dragen - vier 365-bij-172 microshutter-arrays die samen in totaal 250, 000 luiken. Hiermee kan Webb spectra van honderden objecten tegelijk verkrijgen.

Wat de array van de volgende generatie op FORTIS onderscheidt van degene die op Webb vliegt, is hoe de luiken worden geopend en gesloten. De arrays van Webb maken gebruik van een grote magneet die over de luiken veegt om ze te activeren. Echter, zoals bij alle mechanische onderdelen, de magneet neemt ruimte in beslag en voegt gewicht toe. Verder, magnetisch geactiveerde arrays kunnen niet gemakkelijk in grootte worden opgeschaald. Als resultaat, deze oudere technologie is in het nadeel voor het ondersteunen van toekomstige ruimtetelescopen die groter zijn dan Webb.

Magneet geëlimineerd

Om toekomstige missies mogelijk te maken, Goddards microshutter-ontwikkelingsteam heeft de magneet geëlimineerd. De luiken in de pilot-array van 128 bij 64 die op FORTIS zullen vliegen, openen en sluiten door middel van elektrostatische interacties. Door een wisselstroomspanning toe te passen op elektroden die aan de voorkant van de microshutters zijn geplaatst, de luiken zwaaien open. Om de gewenste luiken te vergrendelen, aan de achterzijde wordt op de elektroden een gelijkspanning aangelegd.

Zonder magneet, de array van de volgende generatie kan drastisch in omvang worden opgeschaald - en dat is precies wat het team probeert te bereiken. Bijzonder, Greenhouse en Li gebruiken geavanceerde productietechnieken om een ​​veel grotere, 840-bij-420-array uitgerust met 352, 800 microluiken, het gezichtsveld van een instrument aanzienlijk vergroot.

"De array die op FORTIS vliegt, is een prototype voor technologische ontwikkeling voor de grote, ’ zei Groenhuis.

Andere wetenschappen kunnen hiervan profiteren

Astrofysica-missies van de volgende generatie zijn niet de enige potentiële begunstigden van de magneetvrije array. Heliofysicus Sarah Jones overweegt de FORTIS-type array te implementeren op een klinkende raketmissie genaamd Loss Through Auroral Microburst Precipitation, of LAMP. LAMP zal voor het eerst rechtstreeks microbursts meten in pulserende aurorae, kleurrijke lichtshows die zich 60 mijl boven de aarde voordoen in een ring rond de magnetische polen.

De technologie zou ook een grote bijdrage kunnen leveren aan de inspanningen van wetenschappers om de invloed van de zon op aarde beter te begrijpen. Door één luik tegelijk te openen, Jones zei dat ze de deeltjessnelheid in de bovenste atmosfeer van de aarde kon meten en bepalen in welke richting de bovenste atmosferische winden waaien. Wetenschappers zijn geïnteresseerd in het verkrijgen van deze metingen omdat deze winden een atmosferische weerstand kunnen creëren op satellieten in een lage baan om de aarde.

"We willen deze technologie zo snel mogelijk gebruiken en zijn enthousiast om het te gebruiken, "Zei Jones. "We hebben deze winden in 30 jaar niet rechtstreeks gemeten."

Jones' enthousiasme is begrijpelijk, zei Broeikas. "Iedereen wil deze technologie, " hij zei.