Misschien herinner je je de openingsscène van "Harry Potter and the Sorcerer's Stone" die plaatsvond op Ligusterlaan. Een bebaarde man trok een mysterieus apparaat, een deluminator genoemd, uit zijn donkere gewaad en één voor één vlogen de lichten van de straatlantaarns erin.

Gedurende het laatste decennium of meer, Dreuzels over de hele wereld - waaronder ikzelf - zijn druk bezig geweest met het ontwerpen en perfectioneren van een soortgelijk apparaat dat een coronagraaf wordt genoemd. Het blokkeert het licht van sterren, zodat wetenschappers foto's kunnen maken van planeten die eromheen draaien - de exoplaneten.

Meer dan 500 jaar geleden stelde de Italiaanse monnik Giordano Bruno dat sterren aan de nachtelijke hemel net als onze zon waren met planeten die eromheen draaien, waarvan sommige waarschijnlijk het leven herbergden. Vanaf de jaren 90, met behulp van grond- en satellietobservaties hebben astronomen bewijs verzameld voor het bestaan ​​van duizenden extra-solaire planeten of exoplaneten. De ontdekking van exoplaneten leverde in 2019 de Nobelprijs voor de Natuurkunde op.

De volgende belangrijke mijlpaal in exoplanetair onderzoek is het afbeelden en karakteriseren van exoplaneten ter grootte van Jupiter in zichtbaar licht, omdat het veel moeilijker is om planeten ter grootte van de aarde in beeld te brengen. Echter, het in beeld brengen van exo-Jupiters zou aantonen dat astronomen over alle benodigde hulpmiddelen beschikken om planeten ter grootte van de aarde in de bewoonbare zones van nabije sterren in beeld te brengen en te karakteriseren, waar leven zou kunnen bestaan. Ruimtemissies die exo-aardes in hun bewoonbare zones in beeld kunnen brengen, zoals Habitable Exoplanet Observatory of HabEx en Large UV/Optical/IR Surveyor of LUVOIR, worden momenteel ontworpen door wetenschappers en ingenieurs over de hele wereld en zijn minstens tien jaar verwijderd van hun vlucht.

Ter voorbereiding op deze vlaggenschip-klasse missies, het is van cruciaal belang dat belangrijke technologieën en softwaretools worden ontwikkeld en gevalideerd. Een coronagraaf is essentieel voor al deze beeldvormingsinspanningen.

Ik ben een professor in de natuurkunde en leid een onderzoeksgroep die veel experimenten heeft ontworpen die op NASA-missies zijn gevlogen. Het laatste decennium of zo, ons team heeft technologieën ontwikkeld die nodig zijn om exoplaneten rond nabije sterren direct in beeld te brengen en te karakteriseren en ze aan boord van raketten en ballonnen te testen voordat ze kunnen worden geselecteerd voor vluchten op grote ruimtemissies.

Exoplaneten in zichtbaar licht in beeld brengen

Ook al weten we van het bestaan ​​van meer dan 4, 000 exoplaneten, de meeste werden gedetecteerd met behulp van indirecte methoden, zoals het dimmen van het licht van de moederster wanneer een planeet vooraan passeert en een deel van zijn licht blokkeert - net als de recente doorgang van Mercurius. Dit is de techniek die wordt gebruikt door de Kepler- en Transiting Exoplanet Survey Satellite- of TESS-missies. De Nobelprijswinnaars van 2019 gebruikten een andere indirecte methode, dat is gebaseerd op het meten van minuut- en periodieke beweging van sterren veroorzaakt door planeten die eromheen draaien. Maar een foto van een exoplaneet, met kenmerken die vergelijkbaar zijn met die in ons zonnestelsel, is nog niet genomen.

Het is moeilijk om exoplaneten in beeld te brengen. Bijvoorbeeld, zelfs een enorme planeet als Jupiter is een miljard keer zwakker dan de zon. En als je het van ver ziet, de aarde is 10 keer zwakker dan Jupiter. Maar de moeilijkheid om exoplaneten in beeld te brengen, is niet omdat ze zwak zijn - grote telescopen, waaronder de Hubble-ruimtetelescoop, hebben veel zwakkere objecten in beeld gebracht.

De uitdaging bij het in beeld brengen van exoplaneten heeft te maken met het maken van een foto van een heel zwak object dat dicht bij een veel helderder object staat. Aangezien de sterren en hun planeten ver weg zijn, wanneer ze worden gefotografeerd, verschijnen ze als één lichtpuntje aan de hemel, net zoals de koplampen van een auto er van een afstandje uitzien als één fel licht. Dus, de uitdaging om zelfs de dichtstbijzijnde exoplaneet in beeld te brengen, is vergelijkbaar met een persoon in Californië die een foto maakt van een vlieg op 10 voet afstand van het heldere licht van een vuurtoren in Massachusetts.

Mijn onderzoeksgroep heeft onlangs een ballonexperiment op grote hoogte gevlogen met de naam Planetary Imaging Concept Testbed met behulp van een herstelbaar experiment-Coronagraph (PICTURE-C) dat het vermogen van de coronagraaf testte om in de ruimte te werken om exoplaneten en hun omgevingen in beeld te brengen.

Belangrijkste onderdelen van het PICTURE-C-instrument

De coronagraaf van PICTURE-C creëert kunstmatige verduisteringen om sterlicht te dimmen of te elimineren zonder de planeten die de sterren verlichten te dimmen. Het is ontworpen om vage asteroïdengordelachtige objecten zeer dicht bij de centrale ster vast te leggen.

Hoewel een coronagraaf nodig is voor directe beeldvorming van exoplaneten, onze 6, Het apparaat van 000 pond bevat ook vervormbare spiegels om de vorm van de telescoopspiegels te corrigeren die vervormd raken door veranderingen in de zwaartekracht, temperatuurschommelingen en andere fabricagefouten.

Eindelijk, het hele apparaat moet relatief lange tijd stabiel in de ruimte worden gehouden. Een speciaal door NASA ontworpen gondel genaamd Wallops Arc Second Pointer (WASP) droeg PICTURE-C en bracht ons op weg. Een intern beeldstabilisatiesysteem ontworpen door mijn collega's zorgde voor de "vaste hand" die nodig was.

De eerste vlucht van PICTURE-C

Na vele tests om aan te tonen dat alle systemen klaar waren om te vliegen, lanceerde ons team PICTURE-C in de ochtend van 29 september, 2019 van Ft. zomer, New Mexico.

Na de 20 uur durende testvlucht die bevestigde dat alle systemen goed werkten, PICTURE-C keerde terug naar de aarde met behulp van zijn parachute om zacht te landen. Het experiment is teruggevonden en teruggebracht naar ons laboratorium. Het was niet de bedoeling dat PICTURE-C tijdens de eerste testrun daadwerkelijk exoplaneten zou ontdekken. Maar het zal opnieuw vliegen op een andere ballon wanneer het verschillende sterren zal fotograferen om te onderzoeken of een van hen asteroïdengordels heeft. Deze zouden gemakkelijker te zien zijn, en als we geluk hebben, het zal in september 2020 een foto maken van een planeet ter grootte van Jupiter.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.