Durham, Universiteten i Toronto och Princeton har gått ihop med NASA och den kanadensiska rymdorganisationen för att bygga en ny typ av astronomiskt teleskop. SuperBIT flyger över 99,5 % av jordens atmosfär, bärs av en heliumballong lika stor som en fotbollsstadion. Teleskopet kommer att göra sin operativa debut i april nästa år och när det utplaceras bör det få högupplösta bilder som konkurrerar med Hubble Space Telescope. Mohamed Shaaban, en Ph.D. student vid University of Toronto, kommer att beskriva SuperBIT i sitt föredrag idag (onsdag 21 juli) på online RAS National Astronomy Meeting (NAM 2021).

Ljus från en avlägsen galax kan färdas i miljarder år för att nå våra teleskop. I den sista bråkdelen av en sekund, ljuset måste passera genom jordens virvlande, turbulent atmosfär. Vår syn på universum blir suddig. Observatorier på marken byggs på platser på hög höjd för att övervinna en del av detta, men hittills undkommer bara att placera ett teleskop i rymden effekten av atmosfären.

Superpressure Balloon-borne Imaging Telescope (eller SuperBIT) har en spegel med en diameter på 0,5 meter och bärs till 40 km höjd av en heliumballong med en volym av 532, 000 kubikmeter, ungefär lika stor som en fotbollsstadion.

Dess sista testflygning 2019 visade extraordinär pekstabilitet, med variation på mindre än en trettiosextusendels grad under mer än en timme. Detta bör göra det möjligt för ett teleskop att få lika skarpa bilder som de från rymdteleskopet Hubble.

Ingen har gjort detta förut, inte bara för att det är oerhört svårt, men också för att ballonger bara kunde hålla sig uppe i några nätter:för kort för ett ambitiöst experiment. Dock, NASA utvecklade nyligen "övertrycks"-ballonger som kan innehålla helium i månader. SuperBIT är planerad att lanseras på nästa långvariga ballong, från Wanaka, Nya Zeeland, i april. Bären av säsongsmässigt stabila vindar, den kommer att kringgå jorden flera gånger – avbilda himlen hela natten, sedan använda solpaneler för att ladda sina batterier under dagen.

Med en budget för konstruktion och drift av det första teleskopet på 5 miljoner USD (3,62 miljoner pund), SuperBIT kostar nästan 1000 gånger mindre än en liknande satellit. Ballonger är inte bara billigare än raketbränsle, men möjligheten att återföra nyttolasten till jorden och starta om den betyder att dess design har justerats och förbättrats under flera testflygningar. Satelliter måste fungera första gången, så har vanligtvis (fenomenalt dyr) redundans, och decennium gammal teknik som måste rymdkvalificeras av det tidigare uppdraget. Moderna digitalkameror förbättras varje år – så utvecklingsteamet köpte den senaste kameran för SuperBIT:s senaste testflygning några veckor före lanseringen. Detta rymdteleskop kommer att fortsätta att kunna uppgraderas, eller ha nya instrument på varje framtida flygning.

På längre sikt, rymdteleskopet Hubble kommer inte att repareras igen när det oundvikligen misslyckas. I 20 år efter det, ESA/NASA-uppdrag kommer endast att möjliggöra avbildning vid infraröda våglängder (som rymdteleskopet James Webb som ska lanseras i höst), eller ett enda optiskt band (som Euklidobservatoriet som ska lanseras nästa år).

Då kommer SuperBIT att vara den enda anläggningen i världen som kan utföra högupplösta optiska och ultravioletta observationer i flera färger. Teamet har redan finansiering för att designa en uppgradering från SuperBIT:s 0,5 meter bländarteleskop till 1,5 meter (ballongens maximala bärkapacitet är ett teleskop med en spegel på cirka 2 meter i diameter). Ökar ljusuppsamlingskraften tio gånger, i kombination med dess vidvinkelobjektiv och fler megapixlar, kommer att göra detta större instrument ännu bättre än Hubble. Den billiga kostnaden gör det till och med möjligt att ha en flotta av rymdteleskop som erbjuder tid till astronomer runt om i världen.

"Ny ballongteknik gör att besöka rymden billigt, lätt, och miljövänlig, " sa Shaaban. "SuperBIT kan kontinuerligt omkonfigureras och uppgraderas, men dess första uppdrag kommer att titta på de största partikelacceleratorerna i universum:kollisioner mellan kluster av galaxer."

Det vetenskapliga målet för flygningen 2022 är att mäta egenskaperna hos partiklar av mörk materia. Även om mörk materia är osynlig, astronomer kartlägger hur den böjer ljusstrålar, en teknik som kallas gravitationslinsning. SuperBIT kommer att testa om mörk materia saktar ner under kollisioner. Inga partikelkolliderare på jorden kan påskynda mörk materia, men detta är en nyckelsignatur som förutspås av teorier som kan förklara de senaste observationerna av myoner som beter sig konstigt.

"Grottmänniskor kunde krossa stenar tillsammans, för att se vad de är gjorda av, ", tillade Prof. Richard Massey från Durham University. "SuperBIT letar efter kritan av mörk materia. Det är samma experiment, du behöver bara ett rymdteleskop för att se det."