Weltraumteleskop der Zukunft: SIM

Zwei der heißesten und spannendsten Themen im Weltraum und in der Astronomie sind heutzutage 1.) Exoplaneten – Planeten, die andere Sterne umkreisen – und 2.) Dunkle Materie – das unbekannte Zeug, das scheinbar einen beträchtlichen Teil unseres Universums ausmacht. Derzeit befindet sich ein Raumschiff in der Entwicklung, das uns bei der Beantwortung unserer Fragen helfen könnte, ob es wirklich andere erdähnliche Planeten gibt, und Hinweise auf die Natur der Dunklen Materie geben könnte. Das Raumschiff heißt SIM – die Space Interferometry Mission. "Wir werden nach anderen Erden um andere Sterne suchen", sagte Stephen Edberg, Systemwissenschaftler für die Mission, "und durch genaue Massenmessungen von Galaxien sollten wir auch in der Lage sein, dunkle Materie zu messen."

Hören Sie sich den Podcast „365 Tage Astronomie“ vom 20. Januar 2009 und mein Interview mit Steve Edberg an und / oder lesen Sie unten mehr über die SIM Lite-Mission!

Das Konzept für diese Mission gibt es schon eine Weile, und das Konzept hat sich im Laufe der Zeit geändert, wobei das Teleskop verschiedene Inkarnationen durchläuft. Derzeit heißt die Mission SIM Lite, da das Raumschiff selbst kleiner geworden ist, die Spiegel für das Interferometer jedoch größer geworden sind.

Während die Interferometrie bei Radiowellenlängen seit über 50 Jahren durchgeführt wird, ist die optische Interferometrie erst vor kurzem gereift. Die optische Interferometrie kombiniert das Licht mehrerer Teleskope zu einem einzigen, viel größeren Teleskop. SIM Lite wird über zwei Sterninterferometer-Sensoren mit sichtbarer Wellenlänge sowie andere fortschrittliche Detektoren verfügen, die zusammenarbeiten, um ein äußerst empfindliches Teleskop zu erstellen, das außerhalb der Erdatmosphäre umkreist.

"Dies sind Instrumente, mit denen Positionen am Himmel mit fast unglaublicher Genauigkeit gemessen werden können", sagte Edberg. „Stellen Sie sich Buzz Aldrin vor, der auf dem Mond steht. Stellen Sie sich vor, er hält einen Nickel zwischen Daumen und Zeigefinger. SIM kann die Dicke dieses Nickels messen, wenn jemand auf der Erdoberfläche steht. Das ist eine Mikrobogensekunde, ein winziger Bruchteil des Himmels. “ Sehen Sie sich ein Video an, das dies zeigt – (Quicktime erforderlich)

Mit der Fähigkeit, solche Messungen mit SIM durchzuführen, wird es möglich sein, die Anwesenheit von Planeten innerhalb von etwa 30 Lichtjahren von der Erde abzuleiten, und diese Planeten können so klein und massearm sein wie die Erde. Ab sofort rechnet das SIM-Team damit, während einer fünfjährigen Mission zwischen 65 und 100 Sterne zu untersuchen und nach Erdanaloga zu suchen, Planeten, die ungefähr die gleiche Masse wie die Erde haben und ihre Sterne in der bewohnbaren Zone umkreisen, in der flüssiges Wasser existieren könnte.

So könnte SIM Lite beispielsweise einen bewohnbaren Planeten um den 16 Lichtjahre entfernten Stern 40 Eridani A entdecken, der den Fans der Fernsehserie „Star Trek“ als Standort von Mr. Spocks Heimatplaneten Vulcan bekannt ist . Sehen Sie sich einen Film an, der diese mögliche Erkennung darstellt – (QuickTime erforderlich).

SIM erkennt einen Planeten nicht direkt, sondern erkennt die Bewegung, die er im übergeordneten Stern verursacht. "Das ist eine schwierige Aufgabe, keine Frage", sagte Edberg, "aber es wird kompliziert, basierend auf dem, was wir mit unserem eigenen Sonnensystem sehen und was wir in anderen Planetensystemen gesehen haben. Wir wissen, dass es andere Systeme gibt, die mehr als einen Planeten haben. Mehrere Planeten können die Messungen verfälschen. “

SIM sollte jedoch in der Lage sein, Planeten unterschiedlicher Größe zu erkennen, die andere Sterne umkreisen. SIM Lite hat kürzlich eine Doppelblindstudie bestanden, die von vier verschiedenen Teams durchgeführt wurde. Diese bestätigten, dass die Technologie von SIM die Erkennung von Erdmassenplaneten zwischen Mehrplanetensystemen ermöglicht, indem die Masse von Planeten unterschiedlicher Größe bis zu einer geringen Größe gemessen werden kann Erdmasse.

„Mit wenigen Ausnahmen wurden alle uns bekannten Planeten mit einer Methode namens Radialgeschwindigkeit erfasst“, sagte Edberg. „Wir betrachten die periodische Bewegung des Sterns, der auf uns zukommt und sich regelmäßig von uns entfernt. Aber wenn Sie solche Messungen durchführen und keine anderen Informationen haben, kennen Sie weder die Ausrichtung der Planetenbahn in Bezug auf den Stern noch die Masse des Sterns oder des Planeten. "

Bei den heißesten Sternen kann die Radialgeschwindigkeit nicht zur Suche nach Planeten verwendet werden. Mit SIM Lite können Sie jedoch die Sterne im Diagramm von den coolsten bis zu den heißesten Sternen klar betrachten.

"Bisher haben wir keine anderen erdgroßen Planeten gefunden", sagte Edberg. (Siehe unseren Artikel vom 19.01.2009 über einen Planeten, der möglicherweise das 1,4-fache der Masse der Erde betragen könnte.) „Es ist also wirklich das große Ziel, Erdanaloga um Sterne wie die Sonne zu finden.“

"Es ist ein großes Fragezeichen bei den anderen Planeten, die wir jetzt kennen – ich glaube, wir kennen nur etwa 10% der Massen von extrasolaren Planeten", sagte Edberg.

Ein zweites Planetensuchprogramm, das als "breite Vermessung" bezeichnet wird, wird ungefähr 2.000 Sterne in unserer Galaxie untersuchen, um die Prävalenzplaneten von der Größe von Neptun und größer zu bestimmen.

SIM wird auch verwendet, um die Größe von Sternen sowie die Entfernung von Sternen zu messen und dies mehrere hundert Mal genauer als bisher möglich zu tun. SIM Lite misst in den meisten Fällen zum ersten Mal auch die Bewegung benachbarter Galaxien. Diese Messungen werden dazu beitragen, die ersten Gesamtmassenmessungen einzelner Galaxien durchzuführen. All dies wird es Wissenschaftlern ermöglichen, die Verteilung der Dunklen Materie in unserer eigenen Galaxie und im Universum abzuschätzen.

"Dunkle Materie ist bekannt für ihre Gravitationseffekte", sagte Edberg. "Es scheint nicht mit normaler Materie zu interagieren, wie wir sie kennen. Um mehr Hinweise darauf zu erhalten, möchten wir wissen, wo es ist. “

SIM misst auf zwei verschiedenen Skalen. Eine davon befindet sich in der Milchstraßengalaxie und misst Sterne und Kugelsternhaufen sowie Sterne, die aus kleineren Galaxien herausgerissen wurden, die die Milchstraße umkreisen.

"Wir können ein Massenmodell unserer Galaxie erstellen und herausfinden, wo sich diese Masse befindet, einschließlich der Menge dunkler Materie", sagte Edberg. „Wenn wir messen, wie sich unsere Galaxie dreht, stellt man fest, dass sie sich wie ein Festkörper dreht. Anstatt Keplerianer zu sein, wo man denkt, dass Merkur schneller als Pluto um die Sonne geht, von der gesamten Galaxie bis zum Zentrum, bis außerhalb der Sonnenentfernung, dreht sich die Milchstraße wie ein Feststoff Körper. Es ist kein fester Körper, aber das bedeutet, dass er eine Dichte haben muss, die durchgehend konstant ist, und das bedeutet, dass es weit mehr Materie gibt, als wir sehen können. "

"Eine andere Sache, die wir gerne wissen würden, ist die Konzentration dunkler Materie in Galaxienhaufen", fuhr Edberg fort. „Die Milchstraße ist Teil der lokalen Galaxiengruppe, und SIM kann Sterne in den einzelnen Galaxien messen, die wiederum modelliert werden können, um festzustellen, wo sich die dunkle Materie in der lokalen Gruppe befindet. Das ist topaktuell. Dies ist derzeit eines der großen Rätsel in der Astrophysik und Kosmologie. “

Zusätzliche Sonnenplaneten und dunkle Energie scheinen für ein Raumschiff zwei völlig unterschiedliche Dinge zu sein, aber Edberg sagte, dies sei ein Beispiel dafür, wie alles miteinander verbunden ist.

"Um Planetenmassen zu erhalten, müssen wir die Massen der Elternsterne kennen", sagte er. „SIM wird Sterne, insbesondere Doppelsterne, messen, die Masse der Sterne für eine Vielzahl von Sterntypen bestimmen und die Größe der Planeten abschätzen können, die die Reflexbewegung verursachen. Um die Messungen durchzuführen und weil Sterne mit Planeten über den Himmel verstreut werden, brauchen wir ein Gitter von Sternen, die die festen Punkte sind, um uns sozusagen Längen- und Breitengrade zu geben. Wenn Sie genau wissen, wo sich St. Louis und Los Angeles befinden, ist es viel einfacher zu triangulieren, wo sich die Dinge zwischen ihnen befinden. Wir müssen dies rund um den Himmel tun, und dazu binden wir das an die Sterne, und SIM kann das tun. Dies sind grundlegende Fragen, auf die wir keine Antworten kennen, aber SIM hilft uns, die Antworten zu finden. "

SIM Lite wird also von unserer Nachbarschaft bis zum Rand des Universums suchen.

Wie ist der Status dieses zukünftigen Raumfahrzeugs?

"Wir sind gerade in der Warteschleife", sagte Edberg. „Wir haben kürzlich den Doppelblindtest bestanden, um zu zeigen, dass SIM erdähnliche Planeten in Systemen mit mehreren Planeten finden kann. SIM wird ebenfalls einer dekadischen Überprüfung unterzogen, um festzustellen, dass die astronomische Wissenschaft eine Mission wie SIM haben muss, um die Grundlagen enorm zu stärken. “

Es werden technische Arbeiten durchgeführt, um den Bau der eigentlichen Instrumente vorzubereiten. Aus Haushaltsgründen hat die NASA jedoch keinen Starttermin festgelegt. "Wir glauben, dass wir bis 2015 startbereit sein könnten, sobald wir die Genehmigung von der NASA erhalten haben", sagte Edberg. "Die Genehmigung hängt von der dekadischen Überprüfung ab, und die Berichte sollten in etwa einem Jahr veröffentlicht werden."

SIM Lite würde eine völlig neue Messfunktion in der Astronomie bieten. Die Ergebnisse würden wahrscheinlich für sich allein stehen und die Fähigkeiten unserer derzeitigen sowie anderer geplanter zukünftiger Weltraumobservatorien ergänzen.

Weitere Informationen zu SIM finden Sie auf der Missionswebsite.

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