NASA-forskare planerar att demonstrera en revolutionerande teknik för att studera hundratals stjärnor och galaxer samtidigt - en ny kapacitet som ursprungligen skapades för NASA:s rymdteleskop James Webb.

Teknologin, kallas Next-Generation Microshutter Array (NGMSA), kommer att flyga för första gången på Far-ultraviolet Off Rowland-circle Telescope for Imaging and Spectroscopy, eller FORTIS, uppdrag den 27 oktober. Arrayen inkluderar 8, 125 små fönsterluckor, var och en ungefär lika bred som ett människohår, som öppnar och stänger efter behov för att fokusera på specifika himlaobjekt.

Leds av Johns Hopkins University professor Stephan McCandliss, FORTIS kommer att starta ombord på en Black Brant IX-ljudande raket från White Sands Missile Range i New Mexico för att studera den stjärnbildande galaxen, Messier 33, eller M33. Ligger cirka 3 miljoner ljusår från jorden i konstellationen Triangulum, M33 är den tredje största medlemmen i den lokala gruppen av galaxer som inkluderar vår egen Vintergatan och Andromeda.

"FORTIS behövde vår nya mikroslutarteknik för vetenskapen. Vi drar nytta av en testplattform för att förbättra beredskapen för denna design för användning i rymden. Det är en stor synergi, " sa Matt Greenhouse, en vetenskapsman vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Greenhouse och hans kollega, Goddard-teknologen Mary Li, utvecklar tekniken med stöd från NASA:s Strategic Astrophysics Technology (SAT)-program.

Sondraketuppdraget förväntas ta itu med ett brett spektrum av risker förknippade med att använda denna nya teknik. Det kommer också att bidra till att lägga grunden för ännu större arrayer som framtida astrofysikuppdrag kommer att behöva.

Spådomsstrukturer som omger framväxande heta stjärnkluster

M33 är en spiraldiskgalax fylld med hopar av massiva heta stjärnor som har dykt upp under de senaste miljoner åren från kollapsande födelsemoln av kall gas och damm. För att studera dessa ljusa kluster, som avger enorma mängder ljus vid ultravioletta våglängder, FORTIS-teleskopet kommer först att lokalisera de ljusaste klustren med sin avbildare och en algoritm för målsökning i farten kommer att stänga alla små slutare utom de som sammanfaller med de ljusa målen.

Detta kommer att tillåta ljus att flöda till spektrografen där det kommer att delas upp i komponentvåglängder för att avslöja detaljer om de fysiska förhållandena för klustren och deras omgivande material.

Mikroslutartekniken ger forskare möjligheten att producera flera spektra samtidigt. Den här förmågan förbättrar produktiviteten på både klingande raketuppdrag, som bara erbjuder sex minuters observationstid, eller stora rymdbaserade observatorier, vilket kan ta upp till en vecka att observera svimning, långväga föremål och samla tillräckligt med ljus för att få bra spektra. Med observation av tid i högsta grad, förmågan att samla ljus från flera föremål samtidigt är avgörande.

Webb, planerad att lanseras 2021, kommer att bära NASA:s första generationens mikroslutarteknik – fyra 365 x 172 mikroslutarmatriser som tillsammans totalt 250, 000 fönsterluckor. De kommer att tillåta Webb att erhålla spektra av hundratals objekt samtidigt.

Det som skiljer nästa generations array på FORTIS från den som flyger på Webb är hur luckorna öppnas och stängs. Webbs arrayer använder en stor magnet som sveper över luckorna för att aktivera dem. Dock, som med alla mekaniska delar, magneten tar plats och lägger till vikt. Vidare, magnetiskt aktiverade arrayer kan inte lätt skalas upp i storlek. Som ett resultat, denna äldre teknik är i en nackdel för att stödja framtida rymdteleskop större än Webb.

Magnet eliminerad

För att klara framtida uppdrag, Goddards team för utveckling av mikroslutare eliminerade magneten. Slutarna i piloten 128 x 64 array som kommer att flyga på FORTIS öppnas och stängs genom elektrostatiska interaktioner. Genom att applicera en växelströmsspänning på elektroder placerade på framsidan av mikroslutarna, luckorna öppnas. För att låsa de önskade luckorna, en likströmsspänning appliceras på elektroderna på baksidan.

Utan magnet, nästa generations array kan skalas upp dramatiskt i storlek – och det är precis vad teamet försöker åstadkomma. Särskilt, Greenhouse och Li använder avancerade tillverkningstekniker för att skapa en mycket större, 840-by-420-array utrustad med 352, 800 mikroluckor, dramatiskt öka ett instruments synfält.

"Arrayen som flyger på FORTIS är en teknikutvecklingsprototyp för den stora, sa Greenhouse.

Andra vetenskaper kan gynnas

Nästa generations astrofysikuppdrag är inte den enda potentiella mottagaren av den magnetfria arrayen. Heliofysikern Sarah Jones överväger att implementera arrayen av FORTIS-typ på ett klingande raketuppdrag som heter Loss Through Auroral Microburst Precipitation, eller LAMPA. LAMP kommer för första gången att direkt mäta mikroburst i pulserande norrsken, färgglada ljusshower som förekommer 60 miles över jorden i en ring runt magnetpolerna.

Tekniken kan också i hög grad hjälpa forskarnas ansträngningar att bättre förstå solens inflytande på jorden. Genom att öppna en lucka i taget, Jones sa att hon kunde mäta partikelhastigheten i jordens övre atmosfär och bestämma i vilken riktning övre atmosfäriska vindar blåser. Forskare är intresserade av att erhålla dessa mätningar eftersom dessa vindar kan skapa ett luftmotstånd på satelliter som kretsar lågt om jorden.

"Vi vill använda den här tekniken så snart vi kan och är glada över att använda den, " sa Jones. "Vi har inte mätt dessa vindar direkt på 30 år."

Jones entusiasm är förståelig, Sa Greenhouse. "Alla vill ha den här tekniken, " han sa.