23 mei 2019

Cubesat in de rol van gidsster assisteert ruimtetelescoop met exacte afstelling

Lucht- en ruimtevaart onderzoeksteams van het Massachuttess Institute of Technology en de Universiteit van Arizona hebben onderzocht hoe cubesatellieten uitgerust met lasers grote gesegmenteerde ruimtetelescopen in de toekomst zouden kunnen assisteren bij het exact afstellen en fixeren op de te bestuderen hemelobjecten. De nanosatellieten gaan hierbij dienen als een soort van artificiële gidsster opdat deze grote telescopen hun beoogde doel exact kunnen volgen alsmede de focus gedurende de observatieperiode kunnen behouden. Dit doen de satellieten met gebruik van lasers, die als kunstmatige referentiepunten ervoor zullen zorgen dat zowel het stervolgsysteem als focus van de telescoop uiterst accuraat is en blijft gedurende zijn werkzame periode.

Cubesatelliet met laser artistieke impressie credits; MIT / New Atlas

Het probleem is al zo oud sinds het moment waarop astronomen voor het eerst een camera geplaatst hebben op de telescoop voor opnamen. De telescoop werd zo een onmisbaar wetenschappelijk instrument maar het betekende tegelijkertijd ook dat de telescoop zeer stabiel gehouden moest worden opdat het ‘tracken’ het traceer- en stervolgsysteem zo accuraat mogelijk uitgevoerd kon worden. Tevens moest de telescoop met uiterst minutieuze precisie gefocust op zijn doel kunnen blijven gedurende de opname periode, variërend van minuten tot uren/dagen, om zo een correct mogelijk beeld te kunnen produceren. Momenteel maken astronomen gebruik van gidssterren. Heldere sterren in de nabijheid van het te observeren object waarop men handmatig of automatisch fixeert om het traceren en volgen van de te bestuderen ster zo goed mogelijk te kunnen uitvoeren.  Dit stelt de telescoop in staat om de beweging van het hemelgewelf, vanwege het draaien van de aarde, te elimineren, maar dient ook ter compensatie voor atmosferische verstoringen en/of variaties veroorzaakt door mechanische vibraties. Eind vorige eeuw begonnen wetenschappers hun eigen gidssterren te creëren door het afvuren van laserstralen in de bovenste lagen van de aardse atmosfeer. Op een hoogte van om en nabij de 60 kilometer exciteerde de stralen de sodium atomen die op hun beurt lichtpunten fabriceerden die de telescoop kon traceren en volgen. Volgens het MIT onderzoeksteam, worden de telescopen steeds groter wat het steeds lastiger maakt ze stabiel te houden en ze correct te laten focussen. Om dit gehele proces goedkoper alsook flexibeler te maken stellen de twee onderzoeksteam daarom het gebruik van lasertechniek voor maar dan wel aangebracht op te lanceren (constellaties) cubesats, dit zijn  nanosatellieten met gestandaardiseerde afmetingen. Zij zijn samengesteld uit één of meerdere kubusvormen met 10 cm-zijden en een gewicht tot 1,33 kg. De grote meerderheid van de cubesat activiteiten behoren tot de categorie van universiteitsprojecten maar door hun omvang en standaard afmeting is er steeds meer vraag naar. Het wetenschappelijk artikel dat de teams opstelden n.a.v. hun onderzoek draagt de titel ‘Laser Guide Star for Large Segmented-aperture Space Telescopes. I. Implications for Terrestrial Exoplanet Detection and Observatory Stability’ . Het artikel verscheen begin januari in het Astronomical Journal, de eerste auteur is postdoctoraal onderzoeker van het MIT, Dr. Ewan Douglas.  ‘

NASA is erop gebrand in de komende jaren steeds grotere ruimtetelescopen te lanceren en deze zullen in de toekomst voor gigantische hoeveelheden data zorgen, het is zaak dat dit beeldmateriaal zo correct mogelijk is. NASA/ESA’s Hubble ruimtetelescoop (HST) heeft sinds zijn lancering in 1990 voor een immens aantal beelden gezorgd die onderzocht moest worden, en niet te noemen nog de enorme hoeveelheden data die de astronomen de komende decennia door moeten spitten. Echter, Hubble’s spiegel met een diameter van 2.4 meter zal in afmeting ver overtroffen worden door de James Webb ruimtetelescoop die een spiegel bezit die ruim twee keer zo groot is. Zijn spiegel die een diameter van 6,5 meter bevat, welke bestaat uit 18 hexagonale segmenten, zal in de komende decennia zelfs nog overtroffen worden door toekomstige ruimtetelescopen die spiegels met diameters tot wel 15 meter bezitten en uit rond de 100 gesegmenteerde delen gaan bestaan. Deze sprong(en) in afmeting zal onderzoekers voorzien van ongeëvenaarde mogelijkheden  om het diepe heelal af te tasten en te observeren. Tevens stelt het astronomen in staat voor o.a. wat betreft hun zoektocht naar exoplaneten, dit exoplanetair onderzoek enorm uit te breiden, daar zij dan zeer gespecialiseerde en specifieke operaties uit kunnen voeren, bv gedetailleerde observaties van de atmosfeer van de exoplaneten. Echter deze sprong in magnitude vereist ook een extreem hoog niveau van accuraatheid voor wat betreft stabilisatie en afstelling van de telescopen. En om deze miljarden kostende telescopen te assisteren hierbij heeft het MIT team onder leiding van postdoctoraal onderzoeker Ewan Douglas voorgesteld om een cubesat uitgerust met laserapparatuur te stationeren op enkele tienduizenden kilometers afstand van de telescoop en zo als kunstmatige gidsster te dienen door een laserstraal gericht te houden op de telescoop.

WASP-107b exoplaneet bij ster: credits; Lecosmographe

Niet alleen zou zo een cubesat veel goedkoper zijn om te lanceren dan een conventionele ruimtesonde maar de teams schatten dat de laser de ruimtetelescoop ook in staat stelt zich te kunnen oriënteren met een precisie tot 10 picometer (10?12 meter), ofwel een kwart van de diameter van een waterstof atoom. Met dit niveau van precisie zou de telescoop kunnen focussen op de corona van een verre ster, deze vervolgens te verduisteren opdat de  ruimte telescoop zich direct kan richten op een planeet die om de ster heen draait. Een ander voordeel van cubesats is dat er ook een constellatie van in de ruimte gebracht kan worden zodat er een laser gidsster in ieder willekeurig deel van het hemeluitspansel geplaatst is, de cubesat hoeft zo niet zelf verre afstanden af te leggen. Gebaseerd op bestaande technieken van lasermodellen en gesegmenteerde telescoop spiegels bepaalde de teams van MIT en de Universiteit van Arizona dat het mogelijk was met om met de huidige technieken zo een laser te plaatsen op een ruimtesonde van slechts 30 cm lengte. “Momenteel zijn we bestaande aandrijfsystemen aan het analyseren en aan het uitvogelen wat de optimale manier is om dit idee verder te concretiseren, alsook hoeveel ruimtesondes we denken nodig te hebben,” aldus hoofdonderzoeker Dr. Ewan Douglas Bronnen; New Atlas / MIT

http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/aaf385

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.