Wanneer een nieuwe NASA-ruimtetelescoop zijn ogen opent in het midden van de jaren 2020, het zal naar het universum turen door enkele van de meest geavanceerde zonnebrillen die ooit zijn ontworpen.

Deze meerlagige technologie, het coronagraafinstrument, zou met recht "sterrenbril" genoemd kunnen worden:een systeem van maskers, prisma's, detectoren en zelfs zelfbuigende spiegels die zijn gebouwd om de schittering van verre sterren te blokkeren - en de planeten in een baan om hen heen te onthullen.

Normaal gesproken, die glans is overweldigend, elke kans om planeten in een baan om andere sterren te zien uitwissen, exoplaneten genoemd, zei Jason Rhodes, de projectwetenschapper voor de Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië.

De fotonen van een ster - lichtdeeltjes - overweldigen elk licht dat van een planeet in een baan om de aarde komt enorm wanneer ze de telescoop raken.

"Wat we proberen te doen, is een miljard fotonen van de ster tenietdoen voor elke foto die we van de planeet vastleggen, ' zei Rhodos.

En de coronagraaf van WFIRST heeft zojuist een belangrijke mijlpaal bereikt:een voorlopige ontwerpbeoordeling door NASA. Dat betekent dat het instrument aan alle ontwerpen heeft voldaan, planning en budgetvereisten, en kan nu doorgaan naar de volgende fase:hardware bouwen die in de ruimte zal vliegen. Het is een van een reeks van dergelijke recensies die elk facet van de missie onderzoeken, zei WFIRST-projectwetenschapper Jeffrey Kruk van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

"Elk van deze beoordelingen is uitgebreid, "Zei Kruk. "We bespreken alle aspecten van de missie, om te laten zien dat alles aan elkaar hangt."

De coronagraaf van de WFIRST-missie is bedoeld om de kracht van steeds geavanceerdere technologie te demonstreren. Omdat het licht direct van grote, gasvormige exoplaneten, en van schijven van stof en gas die andere sterren omringen, het zal de weg wijzen naar technologieën voor nog grotere ruimtetelescopen.

Toekomstige telescopen met nog geavanceerdere coronagrafen zullen "afbeeldingen" van één pixel kunnen genereren van rotsachtige planeten ter grootte van de aarde. Dan kan het licht worden verspreid in een regenboog, een "spectrum, " onthullen welke gassen aanwezig zijn in de atmosfeer van de planeet - misschien zuurstof, methaan, kooldioxide, en misschien zelfs tekenen van leven.

"Met WFIRST kunnen we beelden en spectra krijgen van deze grote planeten, met als doel technologieën te bewijzen die in een toekomstige missie zullen worden gebruikt - om uiteindelijk te kijken naar kleine rotsachtige planeten die vloeibaar water op hun oppervlak zouden kunnen hebben, of zelfs tekenen van leven, zoals de onze, ' zei Rhodos.

Op deze manier, WFIRST is een soort pionier. Daarom beschouwt NASA de coronagraaf als een 'technologiedemonstratie'. Hoewel het waarschijnlijk belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen zal opleveren, zijn belangrijkste taak is om aan de wetenschappelijke gemeenschap te bewijzen dat complexe coronagrafen echt kunnen werken in de ruimte.

"Dit is misschien wel het meest gecompliceerde astronomische instrument dat ooit is gevlogen, ' zei Rhodos.

Waarom deze coronagraaf anders is

NASA's Hubble-ruimtetelescoop, in een baan om de aarde sinds 1990, is tot nu toe de enige NASA-astrofysica-vlaggenschipmissie met coronagrafen - veel eenvoudiger en minder geavanceerde versies dan op WFIRST zullen vliegen.

Maar tegen de tijd dat het medio 2020 wordt gelanceerd, WFIRST zal de derde dergelijke missie zijn met coronagraaftechnologie. NASA's enorme James Webb-ruimtetelescoop, lancering in 2021, zal een coronagraaf bevatten met een scherper zicht dan die van Hubble, maar zonder het sterlichtonderdrukkingsvermogen van WFIRST.

"WFIRST zou twee of drie orden van grootte krachtiger moeten zijn dan enige andere coronagraaf die ooit is gevlogen" in zijn vermogen om een ​​planeet van zijn ster te onderscheiden, zei Rhodos. "Er zou een kans moeten zijn voor een werkelijk overtuigende wetenschap, ook al is het maar een technische demo."

De twee flexibele spiegels in de coronagraaf zijn belangrijke componenten. Als licht dat tientallen lichtjaren van een exoplaneet heeft gereisd de telescoop binnenkomt, duizenden actuatoren bewegen als zuigers, de vorm van de spiegels in realtime veranderen. Het buigen van deze "vervormbare spiegels" compenseert kleine gebreken en veranderingen in de optica van de telescoop.

Veranderingen op het oppervlak van de spiegels zijn zo nauwkeurig dat ze fouten kunnen compenseren die kleiner zijn dan de breedte van een DNA-streng.

Deze spiegels, in combinatie met hightech "maskers, " nog een belangrijke vooruitgang, squelch de diffractie van de ster - het buigen van lichtgolven rond de randen van lichtblokkerende elementen in de coronagraaf.

Het resultaat:verblindend sterrenlicht wordt scherp gedimd, en zwak gloeiend, eerder verborgen planeten verschijnen.

De technologie voor het dimmen van sterren zou ook de helderste beelden ooit kunnen opleveren van de beginjaren van verre sterrenstelsels - wanneer ze nog steeds gehuld zijn in schijven van stof en gas terwijl jonge planeten binnenin vorm krijgen.

"De puinschijven die we tegenwoordig rond andere sterren zien, zijn helderder en massiever dan wat we in ons eigen zonnestelsel hebben, " zei Vanessa Bailey, een astronoom bij JPL en instrumenttechnoloog voor de WFIRST coronagraaf. "Het coronagraafinstrument van WFIRST kan zwakker bestuderen, meer diffuus schijfmateriaal dat meer lijkt op de belangrijkste asteroïdengordel, de Kuipergordel, en ander stof in een baan om de zon."

Dat zou diepgaande inzichten kunnen opleveren in hoe ons zonnestelsel is gevormd.

Kruk zei dat de vervormbare spiegels van het instrument en andere geavanceerde technologie - bekend als "actieve golffrontcontrole" - een sprong van 100 naar 1 zouden moeten betekenen. 000 keer de capaciteit van eerdere coronagrafen.

"Als je een kans als deze ziet om echt nieuwe grenzen te verleggen in een nieuw veld, daar kan je niet anders dan enthousiast van worden, " hij zei.

Zodra de coronagraaftechnologie met succes is gedemonstreerd gedurende de eerste 18 maanden van de missie, De coronagraaf van WFIRST zou open kunnen staan ​​voor de wetenschappelijke gemeenschap. Een "Participating Scientist Program" zou een grotere verscheidenheid aan waarnemers uitnodigen om experimenten uit te voeren die verder gaan dan de demonstratiefase.

De voortgang van de coronagraaf door de mijlpaal van de ontwerpbeoordeling maakt deel uit van een ontwikkelingsschema dat zich nu in een snel tempo beweegt. Een gigantische camera die ook op het ruimtevaartuig zal vliegen, het Wide-Field Instrument genoemd, in juni dezelfde hindernis genomen. Het wordt beschouwd als het belangrijkste instrument van de ruimtetelescoop.

Rhodos vergelijkt WFIRST graag met de geschiedenismakende Mars Pathfinder-missie. Na de landing op de Rode Planeet in 1997, de Pathfinder-lander liet een kleine rover los, genaamd bijwoner, om alleen rond de landingsplaats te rollen en nabijgelegen rotsen te onderzoeken.

"Dat was een technische demo, Rhodes zei. "Het doel was om te laten zien dat een rover op Mars werkt. Maar het deed tijdens zijn leven zeer interessante wetenschap. Dus we hopen dat hetzelfde zal gelden voor de coronagraph-techdemo van WFIRST."