Kosmiczna interferometria dalekiej podczerwieni w centrum zainteresowania naukowców
Analiza zakresu dalekiej podczerwieni widma elektromagnetycznego pozwala uzyskać wyjątkowy wgląd w procesy astrofizyczne, których obraz na innych długościach fali zakłócany jest przez pył kosmiczny. Przy pomocy luster odbijających fale dalekiej podczerwieni jesteśmy w stanie obserwować wnętrze masywnych czarnych dziur lub narodziny gwiazd i towarzyszące im układy planetarne. Jak dotąd, do naszej wiedzy na temat tego niewidzialnego wszechświata bardzo dużo wniosły wyniki dwóch misji kosmicznych — Herschel i Planck — kierowanych przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). Jednak oba te teleskopy umieszczone w przestrzeni kosmicznej mają ograniczoną rozdzielczość przestrzenną i spektralną, co znaczy, że obraz dostarczany przez zwierciadła dalekiej podczerwieni, które aktualnie są wykorzystywane, jest niewyraźny. Aby wyeliminować to ograniczenie, utworzono finansowany przez UE projekt FISICA (Far infrared space interferometer critical assessment: Scientific definition and technology development for the next generation THz space interferometer), w którym udział wzięli zarówno eksperci w dziedzinie narzędzi do badania dalekiej podczerwieni w kosmosie, jak i czołowi astronomowie. Inżynierowie i naukowcy połączyli siły w celu wskazania wciąż otwartych problemów naukowych, które mogłyby być rozwiązane dzięki pomiarom kosmicznego interferometru dalekiej podczerwieni. Dzięki przezwyciężeniu aktualnego problemu z brakiem możliwości prowadzenia obserwacji w zakresie dalekiej podczerwieni, a także zainstalowaniu dodatkowych narzędzi obok teleskopów Herschela i Plancka, możliwe będzie lepsze zrozumienie Wszechświata. Kosmiczny interferometr dalekiej podczerwieni może pomóc w odkryciu wielu sekretów Wszechświata dzięki uzyskaniu większej ostrości obrazu i wielopasmowego zakresu widmowego. Możliwości badawcze takiego obserwatorium byłyby ogromne, ale aby można było zaproponować to w praktyce, potrzebne są niezbędne postępy technologiczne. Na przykład pojawia się pytanie, jak z wystarczającą dokładnością ustabilizować i umieścić w przestrzeni kosmicznej teleskop z wieloma zwierciadłami? Czy użycie zwierciadeł zbudowanych z powłoki z polimeru wzmocnionego włóknem węglowym pozwoli na zmniejszenie masy, tak aby móc umieścić je w przestrzeni kosmicznej? Czy można wykorzystać satelity CubeSat, by w oszczędny sposób zrealizować projekt umieszczenia w kosmosie przyspieszeniomierza o wysokiej czułości oraz hiperteleskopu? Uczestnicy projektu FISICA zbadali te kwestie i opracowali stanowisko do testowania prototypu intereferometru dalekiej podczerwieni w celu ocenienia gotowości technologicznej podstawowych elementów optycznych. Ponadto zespół stworzył model komputerowy do symulacji działania całego układu optycznego z regulowanymi parametrami wejściowymi. W szczególności zespół zdecydował się na realizację koncepcji interferometru dalekiej podczerwieni z zastosowaniem podwójnej transformaty Fouriera. Zaprojektowano innowacyjny model demonstracyjny w celu wyodrębnienia światła z oddalonego obrazu, zarówno pod kątem widma, jak i przestrzennym. Za pomocą technik modelowania elektromagnetycznego zbadano wiele kwestii problematycznych, związanych z działaniem tego modelu przy dużych długościach fal, takich jak propagacja promieni czy widzialność prążków interferencyjnych. Oczekuje się, że wyniki projektu FISICA utorują drogę prawdziwie pionierskiej misji kosmicznej, rzucającej nowe światło na procesy astrofizyczne, których dotychczasowe obserwacje utrudniał pył kosmiczny.
