Telescopen die zijn ontworpen om in de ruimte te werken, moeten anders worden geconstrueerd dan telescopen die bedoeld zijn om op de grond te werken. Maar hoe zit het met telescopen die er tussenin opereren?

Een aanstaande NASA-missie zal een ballon gebruiken die groter is dan een voetbalveld om een ​​telescoop 130.000 voet (ongeveer 40.000 meter) boven Antarctica te sturen. Vanaf die hoogte zal de telescoop een fenomeen bestuderen dat stervorming in sommige sterrenstelsels verstikt, waardoor ze effectief worden gedood.

De missie, genaamd de Astrophysics Stratospheric Telescope for High Spectral Resolution Observations at Submillimeter-wavelengths, of ASTHROS, zal een primaire spiegel gebruiken (het belangrijkste hulpmiddel voor het verzamelen van licht van deze telescoop) die is vastgebonden voor de grootste ooit om op een ballon op grote hoogte te vliegen. De bouw van de 8,2-voet (2,5-meter) spiegel is deze maand ingepakt. Het ontwerpen en bouwen ervan bleek een uitdaging vanwege twee belangrijke vereisten:de spiegel en de ondersteunende structuur moeten uitzonderlijk licht zijn om per ballon te kunnen reizen, maar toch sterk genoeg om te voorkomen dat de aantrekkingskracht van de zwaartekracht van de aarde de bijna perfecte parabolische vorm met meer dan ongeveer 0,0001 vervormt inch (2,5 micrometer) - een fractie van de breedte van een mensenhaar.

ASTHROS wordt beheerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië en zal niet eerder dan december 2023 worden gelanceerd en maximaal vier weken rond de Zuidpool cirkelen. NASA's Scientific Balloon Program, beheerd door de Wallops Flight Facility van het bureau in Virginia, lanceert elk jaar 10 tot 15 ballonmissies. Deze missies kosten doorgaans minder dan ruimtemissies en nemen minder tijd in beslag om van vroege planning naar implementatie te gaan, en ze maken gebruik van nieuwe technologieën die kunnen worden gebruikt bij toekomstige ruimtemissies.

Hoog in de stratosfeer zal ASTHROS de golflengten van licht waarnemen die worden geblokkeerd door de atmosfeer van de aarde, in een bereik dat ver-infrarood wordt genoemd. De grote spiegel verbetert het vermogen van de telescoop om zwakkere lichtbronnen waar te nemen en fijnere details van die bronnen op te lossen.

Die mogelijkheden zijn essentieel voor de benadering van de missie voor het bestuderen van stellaire feedback, het proces waarbij gas- en stofwolken - de ingrediënten voor het maken van sterren - worden verspreid in sterrenstelsels, soms tot het punt dat de stervorming helemaal stopt. Veel processen dragen bij aan feedback, waaronder uitbarstingen van levende sterren en de explosieve dood van massieve sterren als supernova's. ASTHROS zal kijken naar verschillende stervormingsgebieden in onze melkweg waar deze processen plaatsvinden, en 3D-kaarten met hoge resolutie maken van de distributie en beweging van gas. De missie zal ook naar verre sterrenstelsels kijken die miljoenen sterren bevatten om te zien hoe feedback zich afspeelt op grote schaal en in verschillende omgevingen.

"It's difficult to explore feedback all the way from where it originates, at the scale of individual stars, to where it has an effect, on the scale of galaxies," said Jorge Pineda, principal investigator for ASTHROS at JPL. "With a large mirror we can connect those two."

Meeting the challenge

NASA contracted Media Lario, an optics company in Italy, to design and produce ASTHROS's full telescope unit, including a primary mirror, secondary mirror, and supporting structure (called the cradle). Media Lario had previously developed a unique method for manufacturing lightweight infrared and optical telescope mirrors, which the company used to produce many of the panels for the primary mirrors of the Atacama Large Millimeter Array, a group of 66 ground-based telescopes in Chile.

The ASTHROS primary mirror features nine panels, which are significantly easier to fabricate than a one-piece mirror. The bulk of the mirror panels consist of lightweight aluminum, formed into a honeycomb structure that reduces its total mass. The panel surfaces are made of nickel and coated with gold, which improves the mirror's reflectivity at far-infrared wavelengths.

Because the ASTHROS team won't be able to fine-tune the alignment of the panels once the telescope lifts off, the cradle supporting the mirror needs to be lightweight yet exceptionally strong and rigid to prevent any deformation. Carbon fiber would do the trick. So, to build the cradle and other structural components, Media Lario turned to local companies in Italy that typically produce specialized structures for competitive racing boats and cars.

"I think this is probably the most complex telescope ever built for a high-altitude balloon mission," said Jose Siles, the ASTHROS project manager at JPL. "We had specifications similar to a space telescope but on a tighter budget, schedule, and mass. We had to combine techniques from ground-based telescopes that observe in similar wavelengths with advanced manufacturing techniques used for professional racing sailboats. It's pretty unique."

Media Lario will deliver the full telescope unit to NASA in late July. After that, the ASTHROS team will integrate it with the gondola (the structure that holds the entire payload and attaches to the balloon) and other key components. Then they'll begin a series of tests to ensure everything is ready for flight. + Verder verkennen

NASA mission will study the cosmos with a stratospheric balloon