NASA:s Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), planerad att lanseras i mitten av 2020-talet, kommer att skapa enorma kosmiska panoramabilder. Att använda dem, astronomer kommer att utforska allt från vårt solsystem till kanten av det observerbara universum, inklusive planeter i hela vår galax och den mörka energins natur.

Även om det ofta jämförs med rymdteleskopet Hubble, som fyller 30 år denna vecka, WFIRST kommer att studera kosmos på ett unikt och kompletterande sätt.

"WFIRST kommer att möjliggöra otroliga vetenskapliga framsteg inom ett brett spektrum av ämnen, från stjärnpopulationer och avlägsna planeter till mörk energi och galaxernas struktur, sa Ken Carpenter, WFIRST marksystemprojektforskare och Hubble operationsprojektforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Hubble bidrog enormt till vår förståelse inom dessa områden, men WFIRST kommer att driva oss framåt genom att studera mycket fler föremål på himlen."

Trettio år efter lanseringen, Hubble fortsätter att förse oss med fantastiska, detaljerade bilder av universum. När WFIRST öppnar sina ögon för kosmos, den kommer att generera mycket större bilder samtidigt som den matchar Hubbles skarpa infraröda upplösning.

Hubble lägger till vår bild av universum på sätt som WFIRST inte kan genom att använda ultraviolett syn som fångar högupplösta detaljer, och genom att tillhandahålla mer specialiserade funktioner för djupgående studier av ljuset som emitteras av enskilda objekt. WFIRST ger en mer allmän förmåga att täcka breda områden vid synliga och infraröda våglängder.

Varje WFIRST-bild kommer att fånga en del av himlen som är större än den skenbara storleken på en fullmåne. Hubbles bredaste exponeringar, tagen med sin avancerade kamera för undersökningar, är nästan 100 gånger mindre. Under de första fem åren av observationer, WFIRST kommer att avbilda över 50 gånger så mycket himmel som Hubble hittills har täckt på 30 år.

Eftersom kvaliteten blir densamma, WFIRST kommer att fungera som en flotta på 100 Hubbles som fungerar synkroniserat. Dess stora synfält kommer att göra det möjligt för WFIRST att genomföra omfattande kosmiska undersökningar som skulle ta hundratals år med Hubble. Forskare kommer att använda dessa undersökningar för att studera några av de mest övertygande mysterierna i universum, inklusive mörk energi – en märklig kraft som accelererar universums expansion.

Hubble spelade en stor roll i att upptäcka mörk energi. 1998, astronomer mätte hur snabbt universum expanderar genom att använda markbaserade teleskop för att studera relativt närliggande exploderande stjärnor, kallas supernovor. De gjorde den överraskande upptäckten att universums expansion ökar snabbare. Astronomer som använder Hubble bekräftade detta resultat genom att mäta supernovor över en längre tidsperiod. Data visade att medan universums expansion saktade av som förväntat under större delen av den kosmiska historien, det började ta fart för några miljarder år sedan.

Forskare har sedan dess bestämt att vad som än orsakar denna acceleration för närvarande utgör cirka 68% av den totala materia och energi i universum, men än så länge vet vi inte så mycket mer om det. Att avslöja karaktären och rollen av mörk energi kommer att vara ett av WFIRST:s primära mål. Forskare kommer att använda tre undersökningar för att undersöka det mörka energipusslet från olika vinklar, inklusive en undersökning av en nyckeltyp av supernova, bygger på de observationer som ledde till upptäckten av mörk energi. Uppdragets två stora områdesundersökningar kommer att mäta formerna på hundratals miljoner galaxer och hitta avstånden till tiotals miljoner. Detta kommer att förvandla WFIRSTs bredfältsbilder till 3D-kartor som mäter universums expansion och tillväxten av galaxer inom det.

WFIRST kommer att hjälpa oss att förstå hur mörk energi har påverkat universums expansion tidigare, som kommer att belysa hur det kan påverka kosmos framtid.

En ny uppsättning ögon på universum

Medan Hubble ser på kosmos i infrarött, synligt och ultraviolett ljus, WFIRST kommer att ställas in för att se ett något bredare spektrum av infrarött ljus än vad Hubble kan observera. Genom att upptäcka mer av ljusets spektrum kan Hubble skapa en mer heltäckande bild av många processer som fungerar i enskilda objekt i kosmos. WFIRST är designat för att utöka Hubbles infraröda observationer specifikt, för att genomföra enorma undersökningar av det infraröda universum kommer att låta oss se ett stort antal kosmiska objekt och subtilare processer i områden i rymden som annars skulle vara svåra eller omöjliga att se.

WFIRST kommer att hjälpa till att reda ut mysterier kring mörk energi och galaxernas utveckling genom att titta över enorma delar av universum – till och med längre än vad Hubble kan se. Dessa studier kräver exakta infraröda observationer eftersom ljus skiftar till längre våglängder, från ultraviolett och synligt till infrarött, eftersom den färdas över stora astronomiska avstånd på grund av utvidgningen av rymden.

WFIRST:s infraröda funktioner kommer också att ge en ny inblick i objekt som är närmare hemmet. Hjärtat av vår Vintergatans galax är tätt befolkat med rika mål, men insvept i damm som skymmer synligt ljus. Som ett infrarött teleskop, WFIRST kommer i huvudsak att använda värmeglasögon för att titta rakt igenom dammet, ger oss en ny syn på galaxens inre funktioner.

Dessa observationer kommer att göra det möjligt för astronomer att studera stjärnutvecklingen - födelserna, stjärnors liv och död. WFIRST kommer också att utöka vårt lager av exoplaneter – planeter utanför vårt solsystem – genom att avslöja tusentals världar som astronomer förväntar sig kommer att skilja sig mycket från de flesta av de fyra, 100 nu kända. De flesta av de för närvarande kända exoplaneterna är antingen mycket nära sina värdstjärnor, eller stora planeter som kretsar längre bort. Hubble har observerat några av dessa planeter direkt med hjälp av koronagrafer, som blockerar bländningen från stjärnorna. WFIRST kommer att bygga vidare på den tekniken för att göra en aktiv koronagraf som är mycket bättre på att undertrycka stjärnljus – en demonstration av teknik som, när man kommit längre, kommer att göra det möjligt för framtida rymdteleskop att avbilda exoplaneter i jordstorlek.

Syftar på kosmiska rariteter

Forskare kommer också att använda WFIRSTs kosmiska undersökningar för att få enorma prover av några av de mest extrema objekten i universum, inklusive kvasarer – aktiva galaxer med superljusa centra. Att fastställa deras platser kommer att tillåta Hubble och andra teleskop att följa upp för detaljerade observationer. Dessa undersökningar kommer att göra det möjligt för astronomer att pussla ihop historien om galaxtillväxt och universums utveckling.

För att göra dessa studier möjliga, WFIRST kommer att fungera mycket längre bort från jorden än vad Hubble gör. Medan Hubble kretsar omkring 340 miles ovanför oss, WFIRST kommer att ligga omkring 930, 000 miles (1,5 miljoner km) från jorden i motsatt riktning mot solen. På denna speciella plats i rymden, kallas den andra sol-jordens lagrangepunkt, eller L2, gravitationskrafter från solen och jorden balanserar för att hålla rymdfarkoster i relativt stabila banor.

Nära L2, WFIRST kommer att kretsa runt solen i synk med jorden, använda en solskärm för att blockera solljus och hålla rymdfarkosten sval. Eftersom infrarött ljus är värmestrålning, om WFIRST värms upp av strålning från jorden, solen eller till och med dess egna instrument, det kommer att överväldiga de infraröda sensorerna. Från denna utsiktspunkt, WFIRST kan se stora delar av himlen smidigt under långa tidsperioder.

Enorma gobelänger

För att samla så mycket ljus som möjligt, teleskop behöver stora primära speglar. Eftersom både WFIRST och Hubble har en primär spegel som är 2,4 meter (7,9 fot) över, de samlar lika mycket ljus. Medan samma storlek, WFIRSTs spegel väger bara en fjärdedel av Hubbles vikt tack vare tekniska framsteg.

Med Hubbles liknande ljuskollektion, upplösning och en överlappning av infraröda funktioner, det kan hjälpa till att ställa förväntningar på WFIRST. Till exempel, Hubble tog fram en panoramabild av vår närliggande Andromeda-galax som en del av programmet Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT). Forskare sammanställde PHAT-bilden från 7, 398 exponeringar tagna under tre år. WFIRST kunde replikera Hubbles PHAT-bild mer än 1, 000 gånger snabbare. Den här typen av observationer kommer att avslöja hur stjärnor förändras med tiden och påverkar galaxen där de bor.

Som Hubble, WFIRST kommer också att erbjuda ett General Observer-program för att stödja det astronomiska samfundet, tillåta forskare att dra nytta av uppdragets unika kapacitet genom att föreslå nya, konkurrenskraftigt utvalda observationer. Som med Hubble, jakten på undersökningar som inte ens övervägdes innan lanseringen kommer sannolikt att bli det primära arvet från WFIRST-uppdraget. Hela mängden WFIRST-data kommer att vara allmänt tillgänglig inom några dagar efter att de tagits - en första för ett flaggskeppsuppdrag för NASA:s astrofysik. WFIRST kommer att ha ett robust arkivforskningsprogram för att tillåta forskare att dra full nytta av dessa enorma datamängder.

WFIRST drar nytta av ytterligare 30 år av stora tekniska framsteg, Men Hubble kommer att fortsätta att förändra vår förståelse av universum. Under de kommande åren, WFIRST:s enorma infraröda undersökningar kommer att avslöja intressanta mål för uppföljning av andra uppdrag. Hubble kan se målen i ytterligare ljusvåglängder och kommer att ge den enda högupplösta bilden av det ultravioletta universum. Rymdteleskopet James Webb kan göra detaljerade observationer som går ännu längre in i det infraröda med sin höga upplösning, zoomat in. Att kombinera WFIRST:s rön med Hubbles och Webbs rön kan revolutionera vår förståelse i en mängd kosmiska strävanden.

"WFIRSTs undersökningar kräver inte att vi vet exakt var och när vi ska leta för att göra spännande upptäckter - vi kommer inte att vara begränsade till att titta under den kosmiska lyktstolpen, " sa Goddards Julie McEnery, WFIRST biträdande projektforskare. "Uppdraget kommer att tända strålkastarna så att vi kan utforska universum på ett helt nytt sätt."