Un piccolo telescopio dopo Saturno potrebbe risolvere alcuni dei misteri dell’universo

di Michael Zimkoffe Istituto di tecnologia di Rochester

Decine di telescopi spaziali operano vicino alla Terra e forniscono immagini incredibili dell’universo. Ma immagina di avere un telescopio lontano nel sistema solare esterno, 10 o anche 100 volte più lontano dal sole della Terra. La capacità di scrutare nel nostro sistema solare o nell’oscurità del lontano universo renderebbe questo strumento scientifico straordinariamente potente.

Sono un astrofisico Chi studia la formazione della struttura nell’universo. Dagli anni ’60, scienziati come me hanno riflettuto su importanti domande scientifiche a cui potremmo essere in grado di rispondere con un telescopio posizionato nel sistema solare esterno.

Quindi come sarebbe un compito del genere? E qual è la scienza che si può fare?

piccolo telescopio lontano da casa

Il potere scientifico di un telescopio lontano dalla Terra proverrà principalmente dalla sua posizione, non dalle sue dimensioni. I piani per un telescopio nel sistema solare esterno lo collocherebbero da qualche parte al di fuori dell’orbita di Saturno, a un miliardo di miglia o più dalla Terra.

Avremo solo bisogno di inviare un telescopio molto piccolo – con un oculare delle dimensioni di una piccola lastra – per ottenere alcune intuizioni astrofisiche davvero uniche. Un telescopio di questo tipo può essere costruito con un peso inferiore a 20 libbre (9 chilogrammi) e può essere montato su quasi tutti Missione su Saturno o oltre.

Sebbene piccolo e semplice rispetto a tali telescopi Hubble o James Webb, un tale strumento può funzionare lontano dalla luce solare intensa fare misurazioni questo è difficile o Assolutamente impossibile da un punto di vista vicino alla Terra.

guardando fuori

Sfortunatamente per gli astronomi, ottenere un autoritratto del sistema solare è una sfida. Ma essere in grado di vedere il sistema solare da un punto di vista esterno rivelerà molte informazioni, in particolare sulla forma, la distribuzione e la composizione della nuvola di polvere che circonda il sole.

Immagina un lampione in una sera nebbiosa: stando lontano dal lampione, la nebbia vorticosa può essere vista in modo tale che qualcuno In piedi sotto il lampione non si vede.

Per anni, gli astrofisici sono stati in grado di scattare foto e studiare i dischi di polvere nei sistemi solari A proposito di altre stelle nella Via Lattea. Ma queste stelle sono così lontane, e lì Limiti a ciò che gli astronomi possono apprendere su di loro. Utilizzando osservazioni che guardano indietro verso il sole, gli astronomi possono confrontare la forma, le caratteristiche e la composizione di nubi di polvere distanti con dati dettagliati sul sistema solare terrestre. Questi dati colmeranno le lacune nelle conoscenze sulle nuvole di polvere solare e renderanno possibile comprendere la storia della produzione, migrazione e distruzione della polvere in altri sistemi solari dove non c’è speranza di viaggiare di persona.

la profonda oscurità dello spazio

Un altro vantaggio di posizionare il telescopio lontano dal sole è la mancanza di luce riflessa. Il disco di polvere nel piano dei pianeti riflette la luce del sole sulla Terra. Questo crea una nebbia tra 100 e 1000 volte più luminoso della luce di altre galassie E oscura le vedute dell’universo da vicino alla Terra. L’invio di un telescopio da questa nuvola di polvere lo collocherà in una regione dello spazio molto più buia, rendendo più facile misurare la luce dall’esterno del sistema solare.

Una volta lì, il telescopio può misurare la luminosità della luce circostante dell’universo su un’ampia gamma di lunghezze d’onda. Questo può fornire informazioni su come farlo Materia condensata nelle prime stelle e galassie. Consentirà inoltre ai ricercatori di testare modelli dell’universo confrontando la somma della luce attesa da tutte le galassie con una misurazione esatta. Le incongruenze potrebbero indicare problemi con i modelli di formazione della struttura nell’universo o forse a Strana nuova fisica.

verso l’ignoto

Infine, l’aumento della distanza del telescopio dal Sole consentirà anche agli astronomi di fare una scienza unica che ne tragga vantaggio Un effetto chiamato lente gravitazionale, dove un oggetto enorme distorce il percorso che la luce prende mentre si muove oltre un oggetto.

L’uso singolo di lenti gravitazionali è Trova e pesa pianeti canaglia Pianeti che vagano nello spazio interstellare dopo essere stati espulsi dai loro sistemi solari domestici. Poiché i pianeti canaglia non emettono luce da soli, gli astrofisici possono cercarli Effetto luce di sfondo stellato. Per distinguere tra la distanza e la massa del corpo dell’obiettivo sono necessarie osservazioni da un’altra posizione lontana dalla Terra.

La lente gravitazionale di un pianeta che passa davanti a una stella lontana piegherà la luce di quella stella e può anche essere utilizzata per rilevare pianeti oscuri che sono stati espulsi dai sistemi solari. NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle via Commons Wikimedia

Nel 2011, gli scienziati hanno utilizzato una fotocamera nella missione EPOXI sulla cintura degli asteroidi per rilevare e pesare Un oggetto delle dimensioni di Nettuno si muove liberamente tra le stelle della Via Lattea. Sono stati trovati solo pochi pianeti canaglia, ma gli astronomi sospettano che siano molto comuni e potrebbero contenere prove di Formazione dei sistemi solari e propagazione dei pianeti intorno alle stelle.

Ma forse l’uso più interessante del telescopio nel sistema solare esterno è la possibilità di utilizzare Il campo gravitazionale del sole stesso come una lente gigante. Questo tipo di misurazione potrebbe consentire agli astrofisici di creare mappe reali di pianeti in altri sistemi stellari. Forse un giorno saremo in grado di nominare i continenti su un pianeta simile alla Terra attorno a una stella lontana.

quasi?

Da quando Pioneer 10 è diventato il primo oggetto creato dall’uomo ad attraversare l’orbita di Giove nel 1973, sono stati condotti solo pochi studi astrofisici al di fuori dell’orbita terrestre. Le missioni nel sistema solare esterno sono rare, ma molte squadre di scienziati lo fanno. Studi per mostrare come funzionerà il progetto del telescopio extrasolare E cosa si può imparare da chiunque.

Ogni 10 anni circa, i leader nel campo dell’astrofisica e dell’astronomia si incontrano per fissare gli obiettivi per il prossimo decennio. Questo piano per il 2020 dovrebbe essere rilasciato il 4 novembre 2021. Mi aspetto di vedere discussioni sul prossimo telescopio che potrebbe rivoluzionare l’astronomia. Portare un telescopio nel sistema solare esterno, sebbene ambizioso, rientra nelle capacità tecnologiche della NASA o di altre agenzie spaziali. Spero che un giorno presto un piccolo telescopio in missione solitaria nelle regioni oscure del Sistema Solare ci fornisca incredibili intuizioni sull’universo.

Michael ZimkoffProfessore Associato di Fisica, Istituto di tecnologia di Rochester

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