Jak działa WISE

Jeśli dorastałeś w erze programu Apollo , promów kosmicznych i teleskopu Hubble'a , prawdopodobnie przywykłeś do myślenia o eksploracji kosmosu jako o sprzęcie z zadziwiającymi cenami, pojedynczymi, wąsko skoncentrowanymi misjami i krótkim przewidywanym czasie życia. Ale w erze, w której NASA znajduje się pod coraz większą presją budżetową, dzisiejsi naukowcy zajmujący się kosmosem nie mają już czeku in blanco na badanie kosmosu. Zamiast tego muszą wykorzystać swoją pomysłowość, aby jak najlepiej wykorzystać ograniczone zasoby — na przykład wyprowadzając satelitę z mothballem ze stanu hibernacji i zmieniając go na nową misję.

To jest dokładnie to, co NASA robi z Wide-field Infrared Survey Explorer lub WISE .

Kiedy w grudniu 2009 r. wystrzelono teleskop orbitalny o wartości 320 milionów dolarów, jego pierwotną misją było poszukiwanie promieniowania podczerwonego pochodzącego z odległych obiektów – od asteroid po egzotyczne brązowe karły – które były zbyt słabe, aby można je było obserwować w widmie światła widzialnego [źródła: Chow , Kłotz ]. W ciągu następnych 13 miesięcy WISE wykonało świetną robotę, skatalogując 560 milionów obiektów niebieskich. Oprócz gwiazd i galaktyk, WISE odkrył 19 wcześniej niewidzianych komet i ponad 33 500 asteroid [źródło: Chow ]. Ostatecznie, po zakończeniu prac WISE, naukowcy NASA wyłączyli większość elektroniki satelity i pozostawili go na orbicie w stanie hibernacji w lutym 2011 r. [źródło: Space.com ].

Ale jak się okazuje, WISE jeszcze nie skończył. W sierpniu 2013 r. NASA ogłosiła, że ​​reaktywuje satelitę na nową, trzyletnią misję. Zamiast badać odległe zakątki kosmosu, WISE będzie szukać i badać obiekty bliskie Ziemi (NEO) — skały kosmiczne, które można znaleźć na orbicie w promieniu 28 milionów mil (45 milionów kilometrów) od toru naszej planety wokół Słońca. jest na tyle blisko, by stwarzały niebezpieczeństwo zderzenia się z nami. Ponadto WISE pomoże NASA zidentyfikować asteroidy, które mogą być dobrym potencjalnym miejscem docelowym dla astronautów, w ramach celu prezydenta USA Baracka Obamy, jakim jest wysłanie ludzi na przechwyconą asteroidę do 2025 r. [źródło: NASA ].

W swojej nowej roli WISE ma potencjał, aby dokonać kilku bardzo ważnych odkryć – i zrobić to tanio, kosztem zaledwie 5 milionów dolarów za każdy dodatkowy rok działalności [źródło: Klotz ].

W tym artykule porozmawiamy o ekscytującej nowej pracy WISE, a także o niektórych niesamowitych rzeczach, które satelita już osiągnął.

1. Pierwotna misja WISE
2. Nowa misja WISE
3. Dlaczego mądrość jest tak ważna

Aby dokooptować frazę od fikcyjnego kapitana Jamesa Kirka z „Star Trek”, kiedy WISE został wystrzelony w 2009 roku na orbitę polarną 326 mil (525 kilometrów) nad powierzchnią Ziemi, został zaprojektowany tak, aby odważnie patrzeć tam, gdzie nikt nie spojrzał przed. WISE nie było pierwszym orbitalnym obserwatorium na podczerwień, ale w przeciwieństwie do poprzednich sond, zostało zaprojektowane do badania całego nieba, spoglądania dalej w przestrzeń kosmiczną, aby dostrzec słabe i/lub odległe obiekty [źródło: NASA ].

Aby to osiągnąć, WISE oparło się na wyrafinowanym projekcie i najnowocześniejszej technologii. Satelita był wyposażony w czuły teleskop i detektory światła podczerwonego zamontowane w zbiorniku z zamrożonym wodorem w postaci stałej – wyobraź sobie gigantyczny termos i w zasadzie masz pomysł – który utrzymywał instrumenty w lodowatej temperaturze -429 stopni Fahrenheita (-256 stopni Celsjusza). . Ten efekt mrożący uniemożliwił WISE odebranie sygnatury cieplnej własnych gadżetów, czyniąc jego obserwacje jeszcze bardziej precyzyjnymi [źródło: NASA ].

W ciągu 13 miesięcy pracy WISE przeskanowało niebo 1,5 raza, wykonując około 1,8 miliona zdjęć, które naukowcy łączą, aby stworzyć złożoną mapę kosmosu [źródło: Klotz ]. Niektóre przebłyski wcześniej niewidocznych szczegółów wszechświata, które dostarczył, były zdumiewające. Na przykład jedna migawka ujawniła, że ​​rozległy, czerwono-zielony obłok w głębokiej przestrzeni kosmicznej był pełen nowo powstałych gwiazd, mających zaledwie kilka milionów lat, wewnątrz przypominających kwiaty kosmykami międzygwiazdowego pyłu [źródło: Space.com ].

Ale WISE nie został zaprojektowany do pracy w nieskończoność z pełną wydajnością. We wrześniu 2010 roku w statku kosmicznym zaczęło brakować chłodziwa potrzebnego do schłodzenia detektorów podczerwieni. W tym momencie naukowcy wyłączyli dwa z czterech detektorów i przestali patrzeć w odległe zakątki kosmosu [źródło: Chow ]. Ale gadżety obserwatorium orbitalnego działały na tyle dobrze, że doskonale nadawały się do innej ważnej misji.

Po zakończeniu swojej pierwotnej misji WISE faktycznie przeszło próbną próbę tego, co ostatecznie stanie się jego drugim aktem. Po tym, jak NASA wyłączyła większość swojego sprzętu na podczerwień, gdy chłodziwo zaczęło się wyczerpywać, naukowcy wykorzystali to, co nadal działało, do pracy nad projektem o nazwie NEOWISE między styczniem 2010 r. a lutym 2011 r. Sonda rozpoczęła skanowanie nieba w poszukiwaniu bliższych obiektów. W 2010 roku zaobserwował około 158 000 ciał skalistych, w tym 34 000 asteroid w głównym pasie Układu Słonecznego między Marsem a Jowiszem, i dostrzegł 135 potencjalnie niebezpiecznych obiektów bliskich Ziemi – to znaczy obiektów znajdujących się wystarczająco blisko orbity Ziemi, by mogły stwarzać zagrożenie kolizją [źródło: NASA ].

Kiedy NASA ponownie aktywuje WISE, użyje 16-calowego (40-centymetrowego) teleskopu satelity i jego czujników podczerwieni do poszukiwania dodatkowych obiektów bliskich Ziemi. Ponieważ czujniki nie są już przechłodzone, nie wszystkie działają, przez co satelita nie jest tak dobry w wykrywaniu promieniowania z odległych, słabych obiektów, jak kiedyś. Ale wciąż ma wystarczającą zdolność do wykrywania promieniowania podczerwonego z bliższych obiektów. „Dwa z naszych czterech detektorów podczerwieni nadal działają nawet w wyższych temperaturach, więc możemy wykorzystać te pasma do kontynuowania polowania na asteroidy i komety” – powiedziała Space.com Amy Mainzer z NASA Jet Propulsion Laboratory w październiku 2010 r. [źródło: Malik ].

Wykrywanie w podczerwieni jest szczególnie przydatnym narzędziem, nie tylko do wykrywania planetoid, ale także do dokładnego obliczania ich wielkości. Asteroidy odbijają światło, ale go nie emitują i różnią się albedo , czyli zdolnością odbijania światła widzialnego. Oznacza to, że w zwykłym teleskopie optycznym mała, jasna skała kosmiczna może wyglądać tak samo duża, jak znacznie większa, ciemna. Teleskop na podczerwień wychwytuje jednak część niewidzialnego widma, którą przeocza zwykły teleskop, i może dać pełniejszy obraz asteroidy [źródło: NASA ].

Naukowcy obstawiają, że pojemność pozwoli WISE dać nam lepsze wyobrażenie o tym, które asteroidy są wystarczająco duże i wystarczająco blisko, aby stanowić problem – i które mogą być odpowiedniej wielkości do przechwycenia przez zrobotyzowany statek kosmiczny.

Dlaczego obserwatoria orbitalne są tak przydatne?

Przez większość historii astronomii naukowcy ograniczali się do tego, co mogli zobaczyć w kosmosie, ponieważ ziemska atmosfera przesłaniała widok nawet dobrze wyposażonym teleskopom naziemnym. Ale wraz z nadejściem ery kosmicznej astronomowie mieli nową opcję. Mogliby umieścić obserwatoria na orbicie nad atmosferą, dając im szansę na prowadzenie obserwacji bez przeszkód. Doskonały przykład: Kosmiczny Teleskop Hubble'a, wdrożony przez prom kosmiczny Discovery w 1990 roku i nadal działający, pomógł przepisać podręczniki astronomii, rzucając światło na takie kwestie, jak wiek wszechświata i istnienie ciemnej energii [źródła: HubbleSite , NASA ].

WISE powinno być dużą pomocą w dwóch ważnych misjach NASA: śledzeniu obiektów znajdujących się w pobliżu Ziemi i opracowaniu sposobu ochrony przed nimi Ziemi oraz zorganizowaniu misji załogowej na asteroidę do 2025 roku.

Identyfikacja i śledzenie asteroid, które mogą zapuszczać się w okolice Ziemi, jest misją NASA o szczególnie wysokim priorytecie. Jego pilność została przywrócona do domu przez eksplozję 18-metrowego (60 stóp) meteoru o średnicy 11 000 ton (12125 ton) nad rosyjskim miastem Czelabińsk. Ten kawałek kosmicznej skały uwolnił prawie 30 razy więcej energii niż jedna z bomb atomowych eksplodujących pod koniec II wojny światowej, a ponad 1200 osób zostało rannych przez latające odłamki [źródła: Yeager , Klotz ].

Skompilowanie bazy danych obiektów znajdujących się w pobliżu Ziemi i śledzenie ich ruchów, miejmy nadzieję, da NASA wcześniejsze ostrzeżenie o obiekcie na kursie kolizyjnym – i czas na wdrożenie strategii obronnej, niezależnie od tego, czy oznacza to odwrócenie asteroidy za pomocą ciągników grawitacyjnych, żagli słonecznych lub innych technologii przyszłości lub rozerwanie go wybuchem nuklearnym [źródło: Messier ].

NASA przewiduje również wykorzystanie zrobotyzowanego statku kosmicznego do przechwycenia małej asteroidy znajdującej się w pobliżu Ziemi i bezpiecznego przekierowania jej na stabilną orbitę w pobliżu Ziemi i Księżyca. Film NASA przedstawia jedną możliwą metodę: zrobotyzowana sonda napędzana żaglami słonecznymi może wyprzedzić asteroidę, połączyć ją za pomocą kabli, a następnie wsunąć ją do gigantycznej „torby do przechwytywania asteroid”, która umożliwi statkowi kontrolowanie i kierowanie jej ruchami.

Gdy asteroida znajdzie się tam, gdzie chce jej NASA, astronauci polecą do niej statkiem kosmicznym Orion, pojazdem kosmicznym, który wciąż jest w fazie rozwoju, a następnie kosmiczny spacer na jej powierzchnię. Usuwaliby próbki skał, które zostałyby sprowadzone na Ziemię do dalszych badań [źródło: Moscowitz , NASA ]. Ostatecznie przechwycone asteroidy mogą być źródłem cennych materiałów, takich jak nikiel, platyna i pallad, a nawet miejscami do produkcji [źródło: Mann ].

Uwaga autora: Jak działa WISE

Fascynuje mnie pomysł NASA na lądowanie na asteroidzie, po części dlatego, że kiedy byłem dzieckiem dorastającym w latach 60., wciąż pamiętam ekscytację, gdy zobaczyłem komiksową wersję powieści fantasy Julesa Verne'a z 1877 r. kometa." Jednak w powieści Verne'a astronauci nie lądują na komecie. Zamiast tego obiekt niebieski o nazwie Gallia ociera bokiem Ziemię i zeskrobuje kawałek ziemi w pobliżu Gibraltaru, zabierając ze sobą kilkadziesiąt ludzi w podróż przez Układ Słoneczny. Chociaż to założenie było zabawne dla XIX-wiecznych czytelników, oczywiście w prawdziwym życiu taka kolizja może spowodować globalną katastrofę podobną do tej, która zabiła dinozaury. Dużo lepiej nam będzie podążać za planem NASA.

Powiązane artykuły