Τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια στον κόσμο. Ένα τηλεσκόπιο ακτίνων Χ για ένα αστροφυσικό παρατηρητήριο κατασκευάστηκε στο ρωσικό πυρηνικό κέντρο Γιατί χρειάζονται διαστημικά τηλεσκόπια;
Το Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) είναι μια επερχόμενη αποστολή της NASA που θα μελετήσει περίπου 200.000 αστέρια για να αναζητήσει σημάδια εξωπλανητών.
Σε μια σημείωση!Οι εξωπλανήτες ή εξωπλανήτες είναι πλανήτες που βρίσκονται εκτός του ηλιακού συστήματος. Η μελέτη αυτών των ουράνιων αντικειμένων ήταν απρόσιτη στους ερευνητές για μεγάλο χρονικό διάστημα - σε αντίθεση με τα αστέρια, είναι πολύ μικρά και αμυδρά.
Η NASA έχει αφιερώσει ένα ολόκληρο πρόγραμμα στην αναζήτηση εξωπλανητών που έχουν συνθήκες παρόμοιες με τη Γη. Αποτελείται από τρία στάδια. Κύριος ερευνητής, George Ricker από το Ινστιτούτο Αστροφυσικής και Διαστημικής Έρευνας. Ο Kavli ονόμασε το έργο «αποστολή του αιώνα».
Ο δορυφόρος προτάθηκε ως αποστολή το 2006. Η εκκίνηση χρηματοδοτήθηκε από γνωστές εταιρείες όπως το Kavli Foundation, η Google και το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης υποστήριξαν επίσης την πρωτοβουλία.
Το 2013, το TESS συμπεριλήφθηκε στο πρόγραμμα Explorer της NASA. Το TESS έχει σχεδιαστεί για 2 χρόνια. Το διαστημόπλοιο αναμένεται να εξερευνήσει το νότιο ημισφαίριο τον πρώτο χρόνο και το βόρειο ημισφαίριο το δεύτερο.
«Το TESS αναμένει την ανακάλυψη χιλιάδων εξωπλανητών όλων των μεγεθών, συμπεριλαμβανομένων δεκάδων συγκρίσιμων σε μέγεθος με τη Γη», ανέφερε σε δήλωση το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), το οποίο ηγείται της αποστολής.
Στόχοι και στόχοι του τηλεσκοπίου
Ο δορυφόρος αποτελεί συνέχεια της επιτυχημένης αποστολής του διαστημικού τηλεσκοπίου Keppler της NASA, που εκτοξεύτηκε το 2009.
Όπως το Kepler, το TESS θα πραγματοποιήσει αναζήτηση με βάση τις αλλαγές στη φωτεινότητα των αστεριών. Όταν ένας εξωπλανήτης περνά μπροστά από ένα αστέρι (που ονομάζεται διέλευση), κρύβει εν μέρει το φως που εκπέμπεται από το αστέρι.
Αυτές οι πτώσεις στη φωτεινότητα μπορεί να υποδηλώνουν ότι ένας ή περισσότεροι πλανήτες περιφέρονται γύρω από το αστέρι.
Ωστόσο, σε αντίθεση με το Keppler, η νέα αποστολή θα επικεντρωθεί σε αστέρια 100 φορές πιο φωτεινά, θα επιλέξει τα πιο κατάλληλα για λεπτομερή μελέτη και θα εντοπίσει στόχους για μελλοντικές αποστολές.
Το TESS θα σαρώσει τον ουρανό, χωρισμένο σε 26 τομείς με εμβαδόν 24 επί 96 μοίρες. Οι ισχυρές κάμερες στο διαστημόπλοιο θα καταγράφουν τις παραμικρές αλλαγές στο φως των αστεριών σε κάθε τομέα.
Ο επικεφαλής του έργου Ricker σημείωσε ότι η ομάδα αναμένει να ανακαλύψει αρκετές χιλιάδες πλανήτες κατά τη διάρκεια της αποστολής. «Αυτό το έργο είναι ευρύτερο, υπερβαίνει την ανίχνευση εξωπλανητών. Οι εικόνες από το TESS θα μας επιτρέψουν να κάνουμε μια σειρά από ανακαλύψεις στην αστροφυσική», πρόσθεσε.
Χαρακτηριστικά και Προδιαγραφές
Το τηλεσκόπιο TESS είναι πιο προηγμένο από τον προκάτοχό του, το Keppler. Έχουν τον ίδιο στόχο, και οι δύο χρησιμοποιούν την τεχνική αναζήτησης «transit», αλλά οι δυνατότητες είναι διαφορετικές.
Έχοντας αναγνωρίσει περισσότερους από δύο χιλιάδες εξωπλανήτες, ο Keppler πέρασε την κύρια αποστολή του παρατηρώντας ένα στενό τμήμα του ουρανού. Το TESS έχει οπτικό πεδίο σχεδόν 20 φορές μεγαλύτερο, επιτρέποντάς του να ανιχνεύει περισσότερα ουράνια αντικείμενα.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα πάρει στη συνέχεια τη σκυτάλη στη μελέτη των εξωπλανητών.
Ο Webb θα σαρώσει αντικείμενα που προσδιορίζονται από την TESS με περισσότερες λεπτομέρειες - για την παρουσία υδρατμών, μεθανίου και άλλων ατμοσφαιρικών αερίων. Σχεδιάζεται να εκτοξευθεί σε τροχιά το 2019. Αυτή η αποστολή πρέπει να είναι η τελική.
Εξοπλισμός
Σύμφωνα με τη NASA, το διαστημόπλοιο με ηλιακή ενέργεια περιέχει τέσσερα ευρυγώνια οπτικά διαθλαστικά τηλεσκόπια. Κάθε μία από τις τέσσερις συσκευές διαθέτει ενσωματωμένες κάμερες ημιαγωγών ανάλυσης 67,2 megapixel, οι οποίες είναι ικανές να λειτουργούν στο φασματικό εύρος από 600 έως 1000 νανόμετρα.
Ο σύγχρονος εξοπλισμός πρέπει να παρέχει ευρεία θέα σε ολόκληρο τον ουρανό. Τα τηλεσκόπια θα παρατηρήσουν μια συγκεκριμένη τοποθεσία για 27 έως 351 ημέρες και στη συνέχεια θα προχωρήσουν στο επόμενο, διασχίζοντας και τα δύο ημισφαίρια διαδοχικά για δύο χρόνια.
Τα δεδομένα παρακολούθησης θα υποβληθούν σε επεξεργασία και θα αποθηκευτούν στον δορυφόρο για τρεις μήνες. Η συσκευή θα μεταδίδει στη Γη μόνο εκείνα τα δεδομένα που ενδέχεται να έχουν επιστημονικό ενδιαφέρον.
Τροχιά και εκτόξευση
Ένα από τα πιο δύσκολα καθήκοντα για την ομάδα ήταν ο υπολογισμός της μοναδικής τροχιάς για το διαστημόπλοιο.
Η συσκευή θα εκτοξευτεί σε μια υψηλή ελλειπτική τροχιά γύρω από τη Γη - θα κάνει κύκλους γύρω από τη Γη δύο φορές κατά τη διάρκεια του χρόνου που χρειάζεται η Σελήνη για να ολοκληρώσει τον κύκλο της. Αυτός ο τύπος τροχιάς είναι ο πιο σταθερός. Δεν υπάρχουν διαστημικά σκουπίδια ή ισχυρή ακτινοβολία που θα μπορούσε να απενεργοποιήσει τον δορυφόρο. Η συσκευή θα ανταλλάσσει εύκολα δεδομένα με επίγειες υπηρεσίες.
Ημερομηνίες έναρξης
Ωστόσο, υπάρχει επίσης ένα μείον - μια τέτοια τροχιά περιορίζει τον χρόνο εκτόξευσης: πρέπει να συγχρονιστεί με την τροχιά της Σελήνης. Το πλοίο έχει ένα μικρό «παράθυρο» - από τον Μάρτιο έως τον Ιούνιο - εάν χάσει αυτήν την προθεσμία, η αποστολή δεν θα μπορέσει να ολοκληρώσει τα προγραμματισμένα καθήκοντά της.
- Σύμφωνα με τον δημοσιευμένο προϋπολογισμό της NASA, η συντήρηση του τηλεσκοπίου εξωπλανήτη το 2018 θα κοστίσει στον οργανισμό σχεδόν 27,5 εκατομμύρια δολάρια, με συνολικό κόστος έργου 321 εκατομμύρια δολάρια.
- Το διαστημόπλοιο θα βρίσκεται σε τροχιά που δεν έχει χρησιμοποιηθεί ποτέ στο παρελθόν. Η ελλειπτική τροχιά, που ονομάζεται P/2, είναι ακριβώς η μισή τροχιακή περίοδος της Σελήνης. Αυτό σημαίνει ότι το TESS θα περιφέρεται γύρω από τη Γη κάθε 13,7 ημέρες.
- Η αεροδιαστημική εταιρεία του Έλον Μασκ άντεξε σε σοβαρό ανταγωνισμό με την Boeng για το δικαίωμα εκτόξευσης δορυφόρου. Στατιστικά στοιχεία και NASA ήταν στο πλευρό
- Η ανάπτυξη οργάνων - από τα ενσωματωμένα τηλεσκόπια έως τους οπτικούς δέκτες - χρηματοδοτήθηκε από την Google.
Το TESS αναμένεται να ανακαλύψει χιλιάδες υποψήφιους εξωπλανήτες. Αυτό θα βοηθήσει τους αστρονόμους να κατανοήσουν καλύτερα τη δομή των πλανητικών συστημάτων και να παρέχουν πληροφορίες για το πώς σχηματίστηκε το ηλιακό μας σύστημα.
Πώς προέκυψαν τα τηλεσκόπια;
Το πρώτο τηλεσκόπιο εμφανίστηκε στις αρχές του 17ου αιώνα: αρκετοί εφευρέτες εφευρέθηκαν ταυτόχρονα τηλεσκόπια. Αυτοί οι σωλήνες βασίστηκαν στις ιδιότητες ενός κυρτού φακού (ή, όπως λέγεται επίσης, κοίλος καθρέφτης),ενεργώντας ως φακός στο σωλήνα: ο φακός φέρνει τις ακτίνες φωτός στην εστίαση και λαμβάνεται μια μεγεθυμένη εικόνα, η οποία μπορεί να προβληθεί μέσω ενός προσοφθάλμιου φακού που βρίσκεται στο άλλο άκρο του σωλήνα. Μια σημαντική ημερομηνία για τα τηλεσκόπια είναι η 7η Ιανουαρίου 1610. τότε ο Ιταλός Galileo Galilei έστρεψε για πρώτη φορά ένα τηλεσκόπιο στον ουρανό - και έτσι το μετέτρεψε σε τηλεσκόπιο. Το τηλεσκόπιο του Galileo ήταν πολύ μικρό, λίγο πάνω από ένα μέτρο σε μήκος και η διάμετρος του φακού ήταν 53 mm. Από τότε, τα τηλεσκόπια αυξάνονται συνεχώς σε μέγεθος. Πραγματικά μεγάλα τηλεσκόπια που βρίσκονται σε παρατηρητήρια άρχισαν να κατασκευάζονται τον 20ο αιώνα. Το μεγαλύτερο οπτικό τηλεσκόπιο σήμερα είναι το Grand Canary Telescope, στο αστεροσκοπείο των Καναρίων Νήσων, του οποίου η διάμετρος του φακού φτάνει τα 10 μέτρα.
Είναι όλα τα τηλεσκόπια ίδια;
Οχι. Ο κύριος τύπος τηλεσκοπίων είναι οπτικά, χρησιμοποιούν είτε φακό, κοίλο κάτοπτρο ή μια σειρά από κάτοπτρα, είτε καθρέφτη και φακό μαζί. Όλα αυτά τα τηλεσκόπια λειτουργούν με ορατό φως - δηλαδή, κοιτάζουν τους πλανήτες, τα αστέρια και τους γαλαξίες με τον ίδιο σχεδόν τρόπο που θα τους κοιτούσε ένα πολύ κοφτερό ανθρώπινο μάτι. Όλα τα αντικείμενα στον κόσμο έχουν ακτινοβολία και το ορατό φως είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα του φάσματος αυτών των ακτινοβολιών. Το να κοιτάς το διάστημα μόνο μέσα από αυτό είναι ακόμη χειρότερο από το να βλέπεις τον κόσμο γύρω σου ασπρόμαυρο. με αυτόν τον τρόπο χάνουμε πολλές πληροφορίες. Επομένως, υπάρχουν τηλεσκόπια που λειτουργούν με διαφορετικές αρχές: για παράδειγμα, ραδιοτηλεσκόπια που πιάνουν ραδιοκύματα ή τηλεσκόπια που πιάνουν ακτίνες γάμμα - χρησιμοποιούνται για την παρατήρηση των πιο καυτών αντικειμένων στο διάστημα. Υπάρχουν επίσης τηλεσκόπια υπεριώδους και υπέρυθρης ακτινοβολίας, είναι κατάλληλα για την ανακάλυψη νέων πλανητών εκτός του ηλιακού συστήματος: στο ορατό φως των λαμπερών αστεριών είναι αδύνατο να δούμε μικροσκοπικούς πλανήτες να περιφέρονται γύρω τους, αλλά στο υπεριώδες και υπέρυθρο φως αυτό είναι πολύ πιο εύκολο.
Γιατί χρειαζόμαστε καθόλου τηλεσκόπια;
Καλή ερώτηση! Έπρεπε να το είχα ρωτήσει νωρίτερα. Στέλνουμε συσκευές στο διάστημα και ακόμη και σε άλλους πλανήτες, συλλέγουμε πληροφορίες για αυτές, αλλά ως επί το πλείστον, η αστρονομία είναι μια μοναδική επιστήμη επειδή μελετά αντικείμενα στα οποία δεν έχει άμεση πρόσβαση. Το τηλεσκόπιο είναι το καλύτερο εργαλείο για τη λήψη πληροφοριών για το διάστημα. Βλέπει κύματα που είναι απρόσιτα στο ανθρώπινο μάτι, τις πιο μικρές λεπτομέρειες, και καταγράφει επίσης τις παρατηρήσεις του - τότε με τη βοήθεια αυτών των αρχείων μπορείτε να παρατηρήσετε αλλαγές στον ουρανό.
Χάρη στα σύγχρονα τηλεσκόπια, κατανοούμε καλά τα αστέρια, τους πλανήτες και τους γαλαξίες και μπορούμε ακόμη και να ανιχνεύσουμε υποθετικά σωματίδια και κύματα που ήταν προηγουμένως άγνωστα στην επιστήμη: για παράδειγμα, τη σκοτεινή ύλη (αυτά είναι τα μυστηριώδη σωματίδια που αποτελούν το 73% του Σύμπαντος)ή βαρυτικά κύματα (προσπαθούν να τους εντοπίσουν χρησιμοποιώντας το παρατηρητήριο LIGO, το οποίο αποτελείται από δύο παρατηρητήρια που βρίσκονται σε απόσταση 3000 km το ένα από το άλλο).Για τους σκοπούς αυτούς, είναι καλύτερο να αντιμετωπίζετε τα τηλεσκόπια όπως και με όλες τις άλλες συσκευές - να τα στείλετε στο διάστημα.
Γιατί να στείλουμε τηλεσκόπια στο διάστημα;
Η επιφάνεια της Γης δεν είναι το καλύτερο μέρος για παρατήρηση του διαστήματος. Ο πλανήτης μας δημιουργεί πολλές παρεμβολές. Πρώτον, ο αέρας στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη λειτουργεί σαν φακός: κάμπτει το φως από ουράνια αντικείμενα με τυχαίους, απρόβλεπτους τρόπους — και παραμορφώνει τον τρόπο που τα βλέπουμε. Επιπλέον, η ατμόσφαιρα απορροφά πολλούς τύπους ακτινοβολίας: για παράδειγμα, υπέρυθρα και υπεριώδη κύματα. Για να ξεπεραστεί αυτή η παρεμβολή, τα τηλεσκόπια αποστέλλονται στο διάστημα. Είναι αλήθεια ότι αυτό είναι πολύ ακριβό, επομένως αυτό γίνεται σπάνια: σε όλη την ιστορία, έχουμε στείλει περίπου 100 τηλεσκόπια διαφορετικών μεγεθών στο διάστημα - στην πραγματικότητα, αυτό δεν αρκεί, ακόμη και τα μεγάλα οπτικά τηλεσκόπια στη Γη είναι αρκετές φορές μεγαλύτερα. Το πιο διάσημο διαστημικό τηλεσκόπιο είναι το Hubble και το τηλεσκόπιο James Webb, που αναμένεται να εκτοξευτεί το 2018, θα είναι κάτι σαν διάδοχος.
Πόσο ακριβό είναι;
Ένα ισχυρό διαστημικό τηλεσκόπιο είναι πολύ ακριβό. Την περασμένη εβδομάδα συμπληρώθηκαν 25 χρόνια από την εκτόξευση του Hubble, του πιο διάσημου διαστημικού τηλεσκοπίου στον κόσμο. Κατά τη διάρκεια ολόκληρης της περιόδου, περίπου 10 δισεκατομμύρια δολάρια διατέθηκαν για αυτό. μέρος αυτών των χρημάτων είναι για επισκευές, γιατί το Hubble έπρεπε να επισκευάζεται τακτικά (σταμάτησαν να το κάνουν αυτό το 2009, αλλά το τηλεσκόπιο εξακολουθεί να λειτουργεί).Λίγο μετά την εκτόξευση του τηλεσκοπίου, συνέβη ένα ανόητο πράγμα: οι πρώτες εικόνες που τράβηξε ήταν πολύ χειρότερης ποιότητας από την αναμενόμενη. Αποδείχθηκε ότι λόγω ενός μικροσκοπικού λάθους στους υπολογισμούς, ο καθρέφτης Hubble δεν ήταν αρκετά οριζόντιος και χρειάστηκε να σταλεί μια ολόκληρη ομάδα αστροναυτών για να το διορθώσει. Κόστισε περίπου 8 εκατομμύρια δολάρια Η τιμή του τηλεσκοπίου James Webb μπορεί να αλλάξει και πιθανότατα θα αυξηθεί πιο κοντά στην εκτόξευση, αλλά μέχρι στιγμής είναι περίπου 8 δισεκατομμύρια δολάρια - και αξίζει κάθε δεκάρα.
Τι το ιδιαίτερο
στο τηλεσκόπιο James Webb;
Θα είναι το πιο εντυπωσιακό τηλεσκόπιο στην ανθρώπινη ιστορία. Το έργο σχεδιάστηκε στα μέσα της δεκαετίας του '90 και τώρα πλησιάζει επιτέλους στο τελικό του στάδιο. Το τηλεσκόπιο θα πετάξει 1,5 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τη Γη και θα μπει σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο, ή μάλλον στο δεύτερο σημείο Lagrange από τον Ήλιο και τη Γη - αυτό είναι το μέρος όπου οι βαρυτικές δυνάμεις δύο αντικειμένων εξισορροπούνται, και επομένως το τρίτο αντικείμενο (στην περίπτωση αυτή, τηλεσκόπιο)μπορεί να παραμείνει ακίνητος. Το τηλεσκόπιο James Webb είναι πολύ μεγάλο για να χωρέσει σε πύραυλο, επομένως θα πετάξει διπλωμένο και θα ανοίξει στο διάστημα σαν ένα λουλούδι που μεταμορφώνεται. κοίτα αυτό βίντεογια να καταλάβουμε πώς θα συμβεί αυτό.
Τότε θα μπορεί να κοιτάξει πιο μακριά από οποιοδήποτε τηλεσκόπιο στην ιστορία: 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Δεδομένου ότι το φως, όπως μπορείτε να μαντέψετε, ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός, τα αντικείμενα που βλέπουμε ανήκουν στο παρελθόν. Σε γενικές γραμμές, όταν κοιτάς ένα αστέρι μέσα από ένα τηλεσκόπιο, το βλέπεις όπως φαινόταν δεκάδες, εκατοντάδες, χιλιάδες και ούτω καθεξής πριν από χρόνια. Επομένως, το τηλεσκόπιο James Webb θα δει τα πρώτα αστέρια και τους γαλαξίες όπως ήταν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό είναι πολύ σημαντικό: θα καταλάβουμε καλύτερα πώς σχηματίστηκαν οι γαλαξίες, εμφανίστηκαν τα αστέρια και τα πλανητικά συστήματα και θα μπορέσουμε να κατανοήσουμε καλύτερα την προέλευση της ζωής. Ίσως το τηλεσκόπιο James Webb να μας βοηθήσει ακόμη και να ανακαλύψουμε εξωγήινη ζωή. Υπάρχει ένα πράγμα: κατά τη διάρκεια της αποστολής, πολλά πράγματα μπορεί να πάνε στραβά, και δεδομένου ότι το τηλεσκόπιο θα είναι πολύ μακριά από τη Γη, θα είναι αδύνατο να το στείλει για να το διορθώσει, όπως συνέβη με το Hubble.
Ποιο είναι το πρακτικό νόημα όλων αυτών;
Αυτή είναι μια ερώτηση που τίθεται συχνά για την αστρονομία, ειδικά αν λάβουμε υπόψη πόσα χρήματα δαπανώνται για αυτήν. Υπάρχουν δύο απαντήσεις σε αυτό: πρώτον, δεν πρέπει όλα, ειδικά η επιστήμη, να έχουν σαφή πρακτική σημασία. Η αστρονομία και τα τηλεσκόπια μας βοηθούν να κατανοήσουμε καλύτερα τη θέση της ανθρωπότητας στο Σύμπαν και τη δομή του κόσμου γενικότερα. Δεύτερον, η αστρονομία εξακολουθεί να έχει πρακτικά οφέλη. Η αστρονομία σχετίζεται άμεσα με τη φυσική: κατανοώντας την αστρονομία, κατανοούμε πολύ καλύτερα τη φυσική, γιατί υπάρχουν φυσικά φαινόμενα που δεν μπορούν να παρατηρηθούν στη Γη. Για παράδειγμα, εάν οι αστρονόμοι αποδείξουν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης, αυτό θα επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό τη φυσική. Επιπλέον, πολλές τεχνολογίες που εφευρέθηκαν για το διάστημα και την αστρονομία χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή: σκεφτείτε τους δορυφόρους, οι οποίοι πλέον χρησιμοποιούνται για τα πάντα, από την τηλεόραση μέχρι την πλοήγηση GPS. Τέλος, η αστρονομία θα είναι πολύ σημαντική στο μέλλον: για να επιβιώσει, η ανθρωπότητα θα χρειαστεί να εξάγει ενέργεια από τον Ήλιο και ορυκτά από αστεροειδείς, να εγκατασταθεί σε άλλους πλανήτες και, ενδεχομένως, να επικοινωνήσει με εξωγήινους πολιτισμούς - όλα αυτά θα είναι αδύνατα αν δεν το κάνουμε αναπτύξτε την αστρονομία και τα τηλεσκόπια τώρα.
Πού να δείτε τα αστέρια;
Ένα απολύτως εύλογο ερώτημα: γιατί να τοποθετήσουμε τηλεσκόπια στο διάστημα; Όλα είναι πολύ απλά - μπορείτε να δείτε καλύτερα από το Διάστημα. Σήμερα, για να μελετήσουμε το Σύμπαν, χρειαζόμαστε τηλεσκόπια με ανάλυση που είναι αδύνατο να αποκτήσουμε στη Γη. Αυτός είναι ο λόγος που τα τηλεσκόπια εκτοξεύονται στο διάστημα.
Διαφορετικοί τύποι όρασης
Όλες αυτές οι συσκευές έχουν διαφορετική «όραση». Μερικοί τύποι τηλεσκοπίων μελετούν διαστημικά αντικείμενα στην υπέρυθρη και υπεριώδη περιοχή, άλλοι στην περιοχή των ακτίνων Χ. Αυτός είναι ο λόγος για τη δημιουργία ολοένα και πιο προηγμένων διαστημικών συστημάτων για τη βαθιά μελέτη του Σύμπαντος.
Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble
Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble (HST)
Το τηλεσκόπιο Hubble είναι ένα ολόκληρο διαστημικό παρατηρητήριο σε χαμηλή τροχιά στη Γη. Η NASA και η Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία εργάστηκαν για τη δημιουργία του. Το τηλεσκόπιο εκτοξεύτηκε σε τροχιά το 1990 και σήμερα είναι η μεγαλύτερη οπτική συσκευή που παρατηρεί στο εγγύς υπέρυθρο και το υπεριώδες φάσμα.
Κατά τη διάρκεια της εργασίας του σε τροχιά, το Hubble έστειλε στη Γη περισσότερες από 700 χιλιάδες εικόνες 22 χιλιάδων διαφορετικών ουράνιων αντικειμένων - πλανήτες, αστέρια, γαλαξίες, νεφελώματα. Χιλιάδες αστρονόμοι το χρησιμοποίησαν για να παρατηρήσουν διεργασίες που συμβαίνουν στο Σύμπαν. Έτσι, με τη βοήθεια του Hubble, ανακαλύφθηκαν πολλοί πρωτοπλανητικοί σχηματισμοί γύρω από αστέρια, λήφθηκαν μοναδικές φωτογραφίες φαινομένων όπως σέλας στον Δία, τον Κρόνο και άλλους πλανήτες και πολλές άλλες ανεκτίμητες πληροφορίες.
Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra
Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Chandra εκτοξεύτηκε στο διάστημα στις 23 Ιουλίου 1999. Το κύριο καθήκον του είναι να παρατηρεί ακτίνες Χ που προέρχονται από περιοχές πολύ υψηλής ενέργειας του διαστήματος. Μια τέτοια έρευνα έχει μεγάλη σημασία για την κατανόηση της εξέλιξης του Σύμπαντος, καθώς και για τη μελέτη της φύσης της σκοτεινής ενέργειας - ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης επιστήμης. Μέχρι σήμερα, δεκάδες συσκευές που διεξάγουν έρευνα στην περιοχή ακτίνων Χ έχουν εκτοξευθεί στο διάστημα, αλλά, ωστόσο, το Chandra παραμένει το πιο ισχυρό και αποτελεσματικό σε αυτόν τον τομέα.
Spitzer Το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer εκτοξεύτηκε από τη NASA στις 25 Αυγούστου 2003. Το καθήκον του είναι να παρατηρεί τον Κόσμο στην υπέρυθρη ακτινοβολία, στην οποία μπορείτε να δείτε αστέρια ψύξης και γιγάντια μοριακά σύννεφα. Η ατμόσφαιρα της Γης απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία, καθιστώντας σχεδόν αδύνατο να παρατηρηθούν τέτοια διαστημικά αντικείμενα από τη Γη.
Kepler Το τηλεσκόπιο Kepler εκτοξεύτηκε από τη NASA στις 6 Μαρτίου 2009. Ο ειδικός σκοπός του είναι η αναζήτηση εξωπλανητών. Η αποστολή του τηλεσκοπίου είναι να παρακολουθεί τη φωτεινότητα περισσότερων από 100 χιλιάδων άστρων για 3,5 χρόνια, κατά τη διάρκεια των οποίων πρέπει να καθορίσει τον αριθμό των πλανητών που μοιάζουν με τη Γη που βρίσκονται σε απόσταση κατάλληλη για την ανάδυση ζωής από τους ήλιους τους. Συνθέστε μια λεπτομερή περιγραφή αυτών των πλανητών και τα σχήματα των τροχιών τους, μελετήστε τις ιδιότητες των αστεριών που έχουν πλανητικά συστήματα και πολλά άλλα. Μέχρι σήμερα, ο Κέπλερ έχει ήδη εντοπίσει συστήματα πέντε αστέρων και εκατοντάδες νέους πλανήτες, 140 από τους οποίους έχουν χαρακτηριστικά παρόμοια με τη Γη.
Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb
Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST)
Υποτίθεται ότι όταν το Hubble φτάσει στο τέλος της ζωής του, το διαστημικό τηλεσκόπιο JWST θα πάρει τη θέση του. Θα είναι εξοπλισμένο με έναν τεράστιο καθρέφτη διαμέτρου 6,5 μ. Στόχος του είναι να ανιχνεύσει τα πρώτα αστέρια και τους γαλαξίες που εμφανίστηκαν ως αποτέλεσμα της Μεγάλης Έκρηξης.
Και είναι ακόμη δύσκολο να φανταστεί κανείς τι θα δει στο Διάστημα και πώς θα επηρεάσει τη ζωή μας.
Μια κανονική φωτογραφία του τηλεσκοπίου που τραβήχτηκε κατά την τελευταία του αποστολή συντήρησης το 2009.
Πριν από 25 χρόνια, στις 24 Απριλίου 1990, το διαστημικό λεωφορείο Discovery ξεκίνησε από το ακρωτήριο Canaveral για τη δέκατη πτήση του, μεταφέροντας στο διαμέρισμα μεταφοράς του ένα ασυνήθιστο φορτίο που θα έφερνε δόξα στη NASA και θα γινόταν καταλύτης για την ανάπτυξη πολλών περιοχών της αστρονομίας . Έτσι ξεκίνησε η 25ετής αποστολή του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, ίσως του πιο διάσημου αστρονομικού οργάνου στον κόσμο.
Την επόμενη μέρα, 25 Απριλίου 1990, οι πόρτες της καταπακτής φορτίου άνοιξαν και ένας ειδικός χειριστής σήκωσε το τηλεσκόπιο από το διαμέρισμα. Το Hubble ξεκίνησε το ταξίδι του σε υψόμετρο 612 km πάνω από τη Γη. Η διαδικασία εκτόξευσης της συσκευής κινηματογραφήθηκε σε πολλές κάμερες IMAX και, μαζί με μια από τις μεταγενέστερες αποστολές επισκευής, συμπεριλήφθηκε στην ταινία Destiny in Space (1994). Το τηλεσκόπιο ήρθε στην προσοχή των κινηματογραφιστών IMAX αρκετές φορές, και έγινε ο ήρωας των ταινιών Hubble: Galaxies Across Space and Time (2004) και Hubble 3D (2010). Ωστόσο, ο λαϊκός επιστημονικός κινηματογράφος είναι ευχάριστος, αλλά εξακολουθεί να αποτελεί υποπροϊόν της δουλειάς του τροχιακού παρατηρητηρίου.
Γιατί χρειάζονται τα διαστημικά τηλεσκόπια;
Το κύριο πρόβλημα της οπτικής αστρονομίας είναι οι παρεμβολές που εισάγονται από την ατμόσφαιρα της Γης. Μεγάλα τηλεσκόπια έχουν κατασκευαστεί από καιρό ψηλά στα βουνά, μακριά από μεγάλες πόλεις και βιομηχανικά κέντρα. Η απόσταση λύνει εν μέρει το πρόβλημα της αιθαλομίχλης, τόσο της πραγματικής όσο και του φωτός (φωτισμός του νυχτερινού ουρανού από τεχνητές πηγές φωτός). Η τοποθεσία σε μεγάλο υψόμετρο καθιστά δυνατή τη μείωση της επίδρασης των ατμοσφαιρικών αναταράξεων, που περιορίζουν την ανάλυση των τηλεσκοπίων, και την αύξηση του αριθμού των νυχτών κατάλληλων για παρατήρηση.
Εκτός από τις ενοχλήσεις που έχουν ήδη αναφερθεί, η διαφάνεια της γήινης ατμόσφαιρας στις περιοχές υπεριώδους, ακτίνων Χ και γάμμα αφήνει πολλά να είναι επιθυμητά. Παρόμοια προβλήματα παρατηρούνται στο υπέρυθρο φάσμα. Ένα άλλο εμπόδιο στο δρόμο των επίγειων παρατηρητών είναι η σκέδαση Rayleigh, το ίδιο πράγμα που εξηγεί το μπλε χρώμα του ουρανού. Εξαιτίας αυτού του φαινομένου, το φάσμα των παρατηρούμενων αντικειμένων παραμορφώνεται, αλλάζει σε κόκκινο.
Το Hubble στο αμπάρι του λεωφορείου Discovery. Άποψη από μία από τις κάμερες IMAX.
Ωστόσο, το κύριο πρόβλημα είναι η ετερογένεια της ατμόσφαιρας της γης, η παρουσία σε αυτήν περιοχών με διαφορετικές πυκνότητες, ταχύτητες αέρα κ.λπ. Αυτά τα φαινόμενα είναι που οδηγούν στη γνωστή λάμψη των αστεριών, ορατή με γυμνό μάτι. Με την οπτική πολλών μέτρων μεγάλων τηλεσκοπίων, το πρόβλημα επιδεινώνεται. Ως αποτέλεσμα, η ανάλυση των επίγειων οπτικών οργάνων, ανεξάρτητα από το μέγεθος του καθρέφτη και το διάφραγμα του τηλεσκοπίου, περιορίζεται σε περίπου 1 δευτερόλεπτο τόξου.
Η μεταφορά του τηλεσκοπίου στο διάστημα σάς επιτρέπει να αποφύγετε όλα αυτά τα προβλήματα και να αυξήσετε την ανάλυση κατά μια τάξη μεγέθους. Για παράδειγμα, η θεωρητική ανάλυση του τηλεσκοπίου Hubble με διάμετρο καθρέφτη 2,4 m είναι 0,05 δευτερόλεπτα τόξου, η πραγματική είναι 0,1 δευτερόλεπτα.
Έργο Hubble. Αρχή
Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες άρχισαν να μιλούν για τη θετική επίδραση της μεταφοράς αστρονομικών οργάνων πέρα από την ατμόσφαιρα της Γης πολύ πριν από την έλευση της διαστημικής εποχής, στη δεκαετία του '30 του περασμένου αιώνα. Ένας από τους λάτρεις της δημιουργίας εξωγήινων παρατηρητηρίων ήταν ο αστροφυσικός Lyman Spitzer. Έτσι, σε ένα άρθρο του το 1946, τεκμηρίωσε τα κύρια πλεονεκτήματα των διαστημικών τηλεσκοπίων και το 1962 δημοσίευσε μια έκθεση που συνιστούσε στην Εθνική Ακαδημία Επιστημών των ΗΠΑ να συμπεριλάβει την ανάπτυξη μιας τέτοιας συσκευής στο διαστημικό πρόγραμμα. Πολύ αναμενόμενο, το 1965, ο Spitzer έγινε ο επικεφαλής της επιτροπής που καθόρισε το εύρος των επιστημονικών εργασιών για ένα τόσο μεγάλο διαστημικό τηλεσκόπιο. Αργότερα, το υπέρυθρο διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer Space Telescope (SIRTF), που εκτοξεύτηκε το 2003, με κύριο καθρέφτη 85 εκατοστών, πήρε το όνομά του από τον επιστήμονα.
Υπέρυθρο τηλεσκόπιο Spitzer.
Το πρώτο εξωγήινο παρατηρητήριο ήταν το Orbiting Solar Observatory 1 (OSO 1), που εκτοξεύτηκε το 1962, μόλις 5 χρόνια μετά την έναρξη της διαστημικής εποχής, για να μελετήσει τον ήλιο. Συνολικά, στο πλαίσιο του προγράμματος OSO από το 1962 έως το 1975. Δημιουργήθηκαν 8 συσκευές. Και το 1966, παράλληλα με αυτό, ξεκίνησε ένα άλλο πρόγραμμα - το Περιστρεφόμενο Αστρονομικό Παρατηρητήριο (OAO), στο πλαίσιο του οποίου το 1966-1972. Εκτοξεύτηκαν τέσσερα τηλεσκόπια υπεριώδους και ακτίνων Χ σε τροχιά. Ήταν η επιτυχία των αποστολών του ΟΑΟ που έγινε το σημείο εκκίνησης για τη δημιουργία ενός μεγάλου διαστημικού τηλεσκοπίου, το οποίο αρχικά ονομαζόταν απλώς Μεγάλο Διαστημικό Τηλεσκόπιο ή Μεγάλο Διαστημικό Τηλεσκόπιο. Η συσκευή έλαβε το όνομα Hubble προς τιμήν του Αμερικανού αστρονόμου και κοσμολόγου Edwin Hubble μόλις το 1983.
Αρχικά, σχεδιάστηκε να κατασκευαστεί ένα τηλεσκόπιο με κύριο κάτοπτρο 3 μέτρων και να το παραδώσει σε τροχιά ήδη το 1979. Επιπλέον, το παρατηρητήριο αναπτύχθηκε αμέσως έτσι ώστε το τηλεσκόπιο να μπορεί να εξυπηρετηθεί απευθείας στο διάστημα, και εδώ το πρόγραμμα Space Shuttle, που αναπτύχθηκε παράλληλα, ήταν πολύ χρήσιμο, η πρώτη πτήση της οποίας πραγματοποιήθηκε στις 12 Απριλίου 1981 Ας το παραδεχτούμε, ο αρθρωτός σχεδιασμός ήταν μια εξαιρετική λύση - τα λεωφορεία πέταξαν στο τηλεσκόπιο πέντε φορές για να επισκευάσουν και να αναβαθμίσουν τον εξοπλισμό.
Και τότε άρχισε η αναζήτηση χρημάτων. Το Κογκρέσο είτε αρνήθηκε τη χρηματοδότηση είτε διέθεσε ξανά κεφάλαια. Η NASA και η επιστημονική κοινότητα ξεκίνησαν ένα άνευ προηγουμένου πρόγραμμα λόμπι σε εθνικό επίπεδο για το έργο Large Space Telescope, το οποίο περιλάμβανε μαζική αποστολή επιστολών (τότε χαρτί) σε νομοθέτες, προσωπικές συναντήσεις επιστημόνων με βουλευτές και γερουσιαστές κ.λπ. Τελικά, το 1978, το Κογκρέσο διέθεσε τα πρώτα 36 εκατομμύρια δολάρια, συν η Ευρωπαϊκή Διαστημική Κοινότητα (ESA) συμφώνησε να αναλάβει μέρος των δαπανών. Ο σχεδιασμός του παρατηρητηρίου ξεκίνησε και το 1983 ορίστηκε ως η νέα ημερομηνία εκτόξευσης.
Καθρέφτης για τον ήρωα
Το πιο σημαντικό μέρος ενός οπτικού τηλεσκοπίου είναι ο καθρέφτης. Ο καθρέφτης ενός διαστημικού τηλεσκοπίου είχε ειδικές απαιτήσεις λόγω της υψηλότερης ανάλυσής του από τα επίγεια αντίστοιχά του. Οι εργασίες για τον κύριο καθρέφτη Hubble με διάμετρο 2,4 m ξεκίνησαν το 1979 και ο Perkin-Elmer επιλέχθηκε ως ανάδοχος. Όπως έδειξαν τα επόμενα γεγονότα, αυτό ήταν ένα μοιραίο λάθος.
Ως προφόρμα χρησιμοποιήθηκε εξαιρετικά χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής γυαλιού από την Corning. Ναι, το ίδιο που γνωρίζετε από το Gorilla Glass που προστατεύει τις οθόνες των smartphone σας. Η ακρίβεια στίλβωσης, για την οποία χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά οι μηχανές CNC, έπρεπε να είναι το 1/65 του μήκους κύματος του κόκκινου φωτός, ή 10 nm. Στη συνέχεια, ο καθρέφτης έπρεπε να επικαλυφθεί με ένα στρώμα αλουμινίου 65 nm και ένα προστατευτικό στρώμα φθοριούχου μαγνησίου πάχους 25 nm. Η NASA, αμφιβάλλοντας για την ικανότητα του Perkin-Elmer και φοβούμενη προβλήματα με τη χρήση της νέας τεχνολογίας, παρήγγειλε ταυτόχρονα στην Kodak έναν εφεδρικό καθρέφτη κατασκευασμένο με τον παραδοσιακό τρόπο.
Γυάλισμα του πρωτεύοντος καθρέφτη Hubble στο εργοστάσιο Perkin-Elmer, 1979.
Οι φόβοι της NASA αποδείχθηκαν αβάσιμοι. Το γυάλισμα του κύριου καθρέφτη συνεχίστηκε μέχρι το τέλος του 1981, οπότε η εκτόξευση αναβλήθηκε πρώτα για το 1984 και μετά, λόγω καθυστερήσεων στην παραγωγή άλλων εξαρτημάτων του οπτικού συστήματος, τον Απρίλιο του 1985. Οι καθυστερήσεις στο Perkin-Elmer έλαβαν καταστροφικές διαστάσεις. Η εκτόξευση αναβλήθηκε άλλες δύο φορές, πρώτα για τον Μάρτιο και μετά για τον Σεπτέμβριο του 1986. Ταυτόχρονα, ο συνολικός προϋπολογισμός του έργου ήταν ήδη 1,175 δισεκατομμύρια δολάρια.
Καταστροφή και προσμονή
Στις 28 Ιανουαρίου 1986, 73 δευτερόλεπτα μετά την πτήση του πάνω από το ακρωτήριο Κανάβερελ, το διαστημικό λεωφορείο Challenger εξερράγη με επτά αστροναύτες επί του σκάφους. Για δυόμισι χρόνια, οι Ηνωμένες Πολιτείες σταμάτησαν τις επανδρωμένες πτήσεις και η εκτόξευση του Hubble αναβλήθηκε επ' αόριστον.
Οι πτήσεις του διαστημικού λεωφορείου ξεκίνησαν ξανά το 1988 και η εκτόξευση του οχήματος ήταν πλέον προγραμματισμένη για το 1990, 11 χρόνια μετά την αρχική ημερομηνία. Για τέσσερα χρόνια, το τηλεσκόπιο με τα ενσωματωμένα του συστήματα μερικώς ενεργοποιημένα αποθηκεύτηκε σε ειδικό δωμάτιο με τεχνητή ατμόσφαιρα. Μόνο το κόστος αποθήκευσης της μοναδικής συσκευής ανήλθε σε περίπου 6 εκατομμύρια δολάρια το μήνα! Μέχρι την εκτόξευση, το συνολικό κόστος της δημιουργίας ενός διαστημικού εργαστηρίου υπολογιζόταν σε 2,5 δισεκατομμύρια δολάρια αντί για τα προγραμματισμένα 400 εκατομμύρια. Σήμερα, λαμβάνοντας υπόψη τον πληθωρισμό, αυτό είναι πάνω από 10 δισεκατομμύρια δολάρια!
Υπήρχαν επίσης θετικές πτυχές σε αυτή την αναγκαστική καθυστέρηση - οι προγραμματιστές έλαβαν επιπλέον χρόνο για να ολοκληρώσουν τον δορυφόρο. Έτσι, τα ηλιακά πάνελ αντικαταστάθηκαν με πιο αποδοτικά (αυτό θα γινόταν άλλες δύο φορές στο μέλλον, αλλά αυτή τη φορά στο διάστημα), εκσυγχρονίστηκε ο ενσωματωμένος υπολογιστής και βελτιώθηκε το επίγειο λογισμικό, το οποίο, αποδεικνύεται ότι ήταν εντελώς απροετοίμαστο μέχρι το 1986. Εάν το τηλεσκόπιο έβγαινε ξαφνικά στο διάστημα εγκαίρως, οι επίγειες υπηρεσίες απλώς δεν θα μπορούσαν να λειτουργήσουν με αυτό. Προχειρότητα και υπερβάσεις κόστους συμβαίνουν ακόμη και στη NASA.
Και τελικά, στις 24 Απριλίου 1990, το Discovery εκτόξευσε το Hubble στο διάστημα. Ένα νέο στάδιο στην ιστορία των αστρονομικών παρατηρήσεων ξεκίνησε.
Τηλεσκόπιο Unlucky Lucky
Αν νομίζετε ότι αυτό είναι το τέλος της περιπέτειας του Hubble, κάνετε βαθύτατο λάθος. Τα προβλήματα ξεκίνησαν ακριβώς κατά την εκτόξευση - ένα από τα ηλιακά πάνελ αρνήθηκε να ξεδιπλωθεί. Οι αστροναύτες φορούσαν ήδη τις διαστημικές στολές τους, προετοιμαζόμενοι να πάνε στο διάστημα για να λύσουν το πρόβλημα, όταν το πάνελ απελευθερώθηκε και πήρε τη θέση του. Ωστόσο, αυτό ήταν μόνο η αρχή.
Ο χειριστής Canadarm απελευθερώνει το Hubble σε ελεύθερη πτήση.
Κυριολεκτικά τις πρώτες μέρες της εργασίας με το τηλεσκόπιο, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το Hubble δεν μπορούσε να παράγει ευκρινή εικόνα και η ανάλυσή του δεν ήταν πολύ ανώτερη από τα τηλεσκόπια με βάση τη γη. Το έργο των πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων αποδείχθηκε βλακώδες. Γρήγορα έγινε σαφές ότι ο Perkin-Elmer όχι μόνο καθυστέρησε απρεπώς την παραγωγή του οπτικού συστήματος του τηλεσκοπίου, αλλά έκανε επίσης ένα σοβαρό λάθος κατά το γυάλισμα και την εγκατάσταση του κύριου καθρέφτη. Η απόκλιση από το καθορισμένο σχήμα στις άκρες του καθρέφτη ήταν 2 μικρά, γεγονός που οδήγησε στην εμφάνιση ισχυρής σφαιρικής εκτροπής και μείωση της ανάλυσης σε 1 τόξο δευτερόλεπτο, αντί για το προγραμματισμένο 0,1.
Ο λόγος του λάθους ήταν απλώς ντροπιαστικός για τον Perkin-Elmer και θα έπρεπε να είχε βάλει τέλος στην ύπαρξη της εταιρείας. Ο κύριος διορθωτής μηδενισμού, μια ειδική οπτική συσκευή για τον έλεγχο μεγάλων ασφαιρικών καθρεφτών, τοποθετήθηκε λανθασμένα - ο φακός του μετατοπίστηκε 1,3 mm από τη σωστή θέση. Ο τεχνικός που συναρμολόγησε τη συσκευή απλώς έκανε ένα λάθος όταν εργαζόταν με μετρητή λέιζερ και όταν ανακάλυψε ένα απροσδόκητο κενό μεταξύ του φακού και της δομής στήριξης του, το αντιστάθμισε χρησιμοποιώντας μια κανονική μεταλλική ροδέλα.
Ωστόσο, το πρόβλημα θα μπορούσε να είχε αποφευχθεί εάν η Perkin-Elmer, κατά παράβαση των αυστηρών οδηγιών ποιοτικού ελέγχου, δεν είχε απλώς αγνοήσει τις μετρήσεις πρόσθετων διορθωτών μηδενισμού που υποδεικνύουν την παρουσία σφαιρικής εκτροπής. Έτσι, λόγω του λάθους ενός ατόμου και της απροσεξίας των διευθυντών Perkin-Elmer, ένα έργο πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων κρέμεται στην ισορροπία.
Αν και η NASA είχε έναν εφεδρικό καθρέφτη κατασκευασμένο από την Kodak και το τηλεσκόπιο σχεδιάστηκε για να εξυπηρετείται σε τροχιά, η αντικατάσταση του κύριου στοιχείου στο διάστημα δεν ήταν δυνατή. Ως αποτέλεσμα, μετά τον προσδιορισμό του ακριβούς μεγέθους των οπτικών παραμορφώσεων, αναπτύχθηκε μια ειδική συσκευή για την αντιστάθμιση τους - Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR). Με απλά λόγια, είναι ένα μηχανικό έμπλαστρο για το οπτικό σύστημα. Για να το εγκαταστήσετε, μια από τις επιστημονικές συσκευές στο Hubble έπρεπε να αποσυναρμολογηθεί. Μετά από διαβούλευση, οι επιστήμονες αποφάσισαν να θυσιάσουν το φωτόμετρο υψηλής ταχύτητας.
Οι αστροναύτες συντηρούν το Hubble κατά την πρώτη του αποστολή επισκευής.
Η αποστολή επισκευής στο λεωφορείο Endeavor ξεκίνησε μόλις στις 2 Δεκεμβρίου 1993. Όλο αυτό το διάστημα, το Hubble πραγματοποίησε μετρήσεις και έρευνες ανεξάρτητα από το μέγεθος της σφαιρικής εκτροπής· επιπλέον, οι αστρονόμοι κατάφεραν να αναπτύξουν έναν αρκετά αποτελεσματικό αλγόριθμο μετα-επεξεργασίας που αντισταθμίζει ορισμένες από τις παραμορφώσεις. Για να αποσυναρμολογηθεί μία συσκευή και να εγκατασταθεί το COSTAR χρειάστηκαν 5 ημέρες εργασίας και 5 διαστημικοί περίπατοι, συνολικής διάρκειας 35 ωρών! Και πριν από την αποστολή, οι αστροναύτες έμαθαν να χρησιμοποιούν περίπου εκατό μοναδικά όργανα που δημιουργήθηκαν για την εξυπηρέτηση του Hubble. Εκτός από την εγκατάσταση του COSTAR, αντικαταστάθηκε η κύρια κάμερα του τηλεσκοπίου. Αξίζει να γίνει κατανοητό ότι τόσο η συσκευή διόρθωσης όσο και η νέα κάμερα είναι συσκευές στο μέγεθος ενός μεγάλου ψυγείου με την αντίστοιχη μάζα. Αντί για την Wide Field/Planetary Camera, η οποία διαθέτει 4 αισθητήρες CCD Texas Instruments με ανάλυση 800x800 pixels, εγκαταστάθηκε η Wide Field και Planetary Camera 2, με νέους αισθητήρες που σχεδιάστηκαν από το NASA Jet Propulsion Laboratory. Παρά το γεγονός ότι η ανάλυση των τεσσάρων πινάκων είναι παρόμοια με την προηγούμενη, λόγω της ειδικής διάταξης τους, επιτεύχθηκε μεγαλύτερη ανάλυση σε μικρότερη γωνία θέασης. Ταυτόχρονα, το Hubble αντικαταστάθηκε με ηλιακούς συλλέκτες και τα ηλεκτρονικά που τα ελέγχουν, τέσσερα γυροσκόπια για το σύστημα ελέγχου στάσης, αρκετές επιπλέον μονάδες κ.λπ. Ήδη στις 13 Ιανουαρίου 1994, η NASA έδειξε στο κοινό πολύ πιο καθαρές εικόνες διαστημικών αντικειμένων.
Εικόνα του γαλαξία M100 πριν και μετά την εγκατάσταση του COSTAR.
Το θέμα δεν περιορίστηκε σε μία αποστολή επισκευής· τα λεωφορεία πέταξαν στο Hubble πέντε φορές (!), γεγονός που καθιστά το αστεροσκοπείο το πιο επισκέψιμο τεχνητό εξωγήινο αντικείμενο εκτός από τον ISS και τους σοβιετικούς τροχιακούς σταθμούς.
Η δεύτερη αποστολή υπηρεσίας, κατά την οποία αντικαταστάθηκαν ορισμένα επιστημονικά όργανα και συστήματα επί του σκάφους, πραγματοποιήθηκε τον Φεβρουάριο του 1997. Οι αστροναύτες πήγαν ξανά στο διάστημα πέντε φορές και πέρασαν συνολικά 33 ώρες.
Η τρίτη αποστολή επισκευής χωρίστηκε σε δύο μέρη, με το πρώτο να πρέπει να ολοκληρωθεί με καθυστέρηση. Το γεγονός είναι ότι τρία από τα έξι γυροσκόπια του συστήματος ελέγχου στάσης του Hubble απέτυχαν, γεγονός που καθιστούσε δύσκολη την κατεύθυνση του τηλεσκοπίου προς έναν στόχο. Το τέταρτο γυροσκόπιο «πέθανε» μια εβδομάδα πριν από την έναρξη της ομάδας επισκευής, καθιστώντας το διαστημικό παρατηρητήριο ανεξέλεγκτο. Η αποστολή απογειώθηκε για να σώσει το τηλεσκόπιο στις 19 Δεκεμβρίου 1999. Οι αστροναύτες αντικατέστησαν και τα έξι γυροσκόπια και αναβάθμισαν τον ενσωματωμένο υπολογιστή.
Ο πρώτος ενσωματωμένος υπολογιστής του Hubble ήταν ο DF-224.
Το 1990, το Hubble εκτοξεύτηκε με τον ενσωματωμένο υπολογιστή DF-224, που χρησιμοποιήθηκε ευρέως από τη NASA στη δεκαετία του '80 (θυμηθείτε, ο σχεδιασμός του παρατηρητηρίου δημιουργήθηκε στη δεκαετία του '70). Αυτό το σύστημα, που κατασκευάστηκε από την Rockwell Autonetics, ζυγίζει 50 κιλά και διαστάσεις 45x45x30 cm, ήταν εξοπλισμένο με τρεις επεξεργαστές με συχνότητα 1,25 MHz, δύο από αυτούς θεωρούνταν εφεδρικοί και ενεργοποιούνταν εναλλάξ σε περίπτωση αποτυχίας του κύριου και του πρώτου εφεδρικού. CPU. Το σύστημα ήταν εξοπλισμένο με χωρητικότητα μνήμης 48K kilowords (μία λέξη ισούται με 32 byte) και μόνο 32 kilowords ήταν διαθέσιμες κάθε φορά.
Φυσικά, στα μέσα της δεκαετίας του '90, μια τέτοια αρχιτεκτονική ήταν ήδη απελπιστικά ξεπερασμένη, έτσι κατά τη διάρκεια μιας αποστολής υπηρεσίας το DF-224 αντικαταστάθηκε με ένα σύστημα που βασίζεται σε ένα ειδικό, προστατευμένο από ακτινοβολία τσιπ Intel i486 με συχνότητα ρολογιού 25 MHz. Ο νέος υπολογιστής ήταν 20 φορές πιο γρήγορος από τον DF-224 και είχε 6 φορές περισσότερη μνήμη RAM, γεγονός που επέτρεψε την επιτάχυνση της επεξεργασίας πολλών εργασιών και τη χρήση σύγχρονων γλωσσών προγραμματισμού. Παρεμπιπτόντως, τα τσιπ Intel i486 για ενσωματωμένα συστήματα, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης στη διαστημική τεχνολογία, παράγονταν μέχρι τον Σεπτέμβριο του 2007!
Ένας αστροναύτης αφαιρεί τη μονάδα ταινίας από το Hubble για να επιστρέψει στη Γη.
Αντικαταστάθηκε επίσης το ενσωματωμένο σύστημα αποθήκευσης δεδομένων. Στην αρχική σχεδίαση του Hubble, ήταν ένα καρούλι σε καρούλι από τη δεκαετία του '70, ικανό να αποθηκεύσει 1,2 GB δεδομένων back-to-back. Κατά τη διάρκεια της δεύτερης αποστολής επισκευής, ένα από αυτά τα «κασετόφωνα με ρολό σε κύλινδρο» αντικαταστάθηκε με μονάδα SSD. Κατά τη διάρκεια της τρίτης αποστολής, άλλαξε και η δεύτερη «μπομπίνα». Ο SSD σάς επιτρέπει να αποθηκεύετε 10 φορές περισσότερες πληροφορίες - 12 GB. Ωστόσο, δεν πρέπει να το συγκρίνετε με τον SSD του φορητού υπολογιστή σας. Η κύρια μονάδα δίσκου του Hubble έχει διαστάσεις 30 x 23 x 18 cm και ζυγίζει 11,3 κιλά!
Η τέταρτη αποστολή, που ονομάζεται επίσημα 3Β, αναχώρησε για το αστεροσκοπείο τον Μάρτιο του 2002. Το κύριο καθήκον είναι η εγκατάσταση της νέας Advanced Camera for Surveys. Η εγκατάσταση αυτής της συσκευής κατέστησε δυνατή την εγκατάλειψη της χρήσης μιας συσκευής διόρθωσης που λειτουργούσε από το 1993. Η νέα κάμερα είχε δύο συνδεδεμένους ανιχνευτές CCD διαστάσεων 2048 × 4096 pixel, οι οποίοι έδιναν συνολική ανάλυση 16 megapixel, έναντι 2,5 megapixel για την προηγούμενη κάμερα. Ορισμένα από τα επιστημονικά όργανα αντικαταστάθηκαν, έτσι ώστε κανένα από τα όργανα από το αρχικό σύνολο που πήγε στο διάστημα το 1991 να παρέμεινε στο Hubble. Επιπλέον, οι αστροναύτες αντικατέστησαν για δεύτερη φορά τα ηλιακά πάνελ του δορυφόρου με πιο αποδοτικά, παράγοντας 30% περισσότερη ενέργεια.
Προηγμένη κάμερα για έρευνες στο καθαρό δωμάτιο πριν φορτωθεί στο λεωφορείο.
Η πέμπτη πτήση προς το Hubble έγινε πριν από έξι χρόνια, το 2009, στο τέλος του προγράμματος Space Shuttle. Επειδή Ήταν γνωστό ότι αυτή ήταν η τελική αποστολή επισκευής, και το τηλεσκόπιο υποβλήθηκε σε μια μεγάλη επισκευή. Και πάλι, αντικαταστάθηκαν και τα έξι γυροσκόπια του συστήματος ελέγχου στάσης, ένας από τους αισθητήρες καθοδήγησης ακριβείας, τοποθετήθηκαν νέες μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου αντί για τις παλιές που λειτουργούσαν σε τροχιά για 18 χρόνια, επισκευάστηκε το κατεστραμμένο περίβλημα κ.λπ.
Ένας αστροναύτης εξασκείται στην αντικατάσταση των μπαταριών Hubble στη Γη. Βάρος μπαταρίας – 181 kg.
Συνολικά, κατά τη διάρκεια πέντε αποστολών υπηρεσίας, οι αστροναύτες πέρασαν 23 ημέρες επισκευάζοντας το τηλεσκόπιο, περνώντας 164 ώρες σε χώρο χωρίς αέρα! Ένα μοναδικό επίτευγμα.
Instagram για τηλεσκόπιο
Κάθε εβδομάδα, το Hubble στέλνει περίπου 140 GB δεδομένων στη Γη, τα οποία συλλέγονται στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου, που δημιουργήθηκε ειδικά για τη διαχείριση όλων των τροχιακών τηλεσκοπίων. Ο όγκος του αρχείου σήμερα είναι περίπου 60 TB δεδομένων (1,5 εκατομμύριο εγγραφές), η πρόσβαση στα οποία είναι ανοιχτή σε όλους, όπως και το ίδιο το τηλεσκόπιο. Οποιοσδήποτε μπορεί να κάνει αίτηση για χρήση του Hubble, το ερώτημα είναι αν θα χορηγηθεί. Ωστόσο, αν δεν έχετε πτυχίο αστρονομίας, μην προσπαθήσετε καν, πιθανότατα δεν θα περάσετε καν από τη φόρμα αίτησης για να λάβετε πληροφορίες σχετικά με την εικόνα.
Παρεμπιπτόντως, όλες οι φωτογραφίες που μεταδίδονται από το Hubble στη Γη είναι μονόχρωμες. Η συναρμολόγηση έγχρωμων φωτογραφιών σε πραγματικά ή τεχνητά χρώματα συμβαίνει ήδη στη Γη, με την υπέρθεση μιας σειράς μονόχρωμων φωτογραφιών που έχουν ληφθεί με διαφορετικά φίλτρα.
Το "Pillars of Creation" είναι μια από τις πιο εντυπωσιακές φωτογραφίες του Hubble για το 2015. Νεφέλωμα Αετού, απόσταση 4000 έτη φωτός.
Οι πιο εντυπωσιακές φωτογραφίες που τραβήχτηκαν με το Hubble, που έχουν ήδη υποστεί επεξεργασία, βρίσκονται στο HubbleSite, τον επίσημο υποδικτυακό τόπο της NASA ή της ESA, έναν ιστότοπο αφιερωμένο στην 25η επέτειο του τηλεσκοπίου.
Φυσικά, το Hubble έχει δικό του λογαριασμό στο Twitter, ακόμη και δύο -
- Μετάφραση
Παραδείγματα τηλεσκοπίων (που λειτουργούν από τον Φεβρουάριο του 2013) που λειτουργούν σε μήκη κύματος σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Τα παρατηρητήρια βρίσκονται πάνω ή κάτω από το τμήμα του φάσματος που συνήθως παρατηρούν.
Όταν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble εκτοξεύτηκε το 1990, επρόκειτο να το χρησιμοποιήσουμε για να πραγματοποιήσουμε ένα ολόκληρο φορτίο μετρήσεων. Θα βλέπαμε μεμονωμένα αστέρια σε μακρινούς γαλαξίες που δεν είχαμε δει ποτέ πριν. Μετρήστε το βαθύ Σύμπαν με τρόπο που δεν ήταν ποτέ δυνατός στο παρελθόν. κοιτάξτε σε περιοχές σχηματισμού αστεριών και δείτε νεφελώματα σε πρωτοφανή ανάλυση. καταγράψτε εκρήξεις στα φεγγάρια του Δία και του Κρόνου με λεπτομέρεια που δεν ήταν ποτέ δυνατή στο παρελθόν. Αλλά οι μεγαλύτερες ανακαλύψεις - σκοτεινή ενέργεια, υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, εξωπλανήτες, πρωτοπλανητικοί δίσκοι - ήταν απροσδόκητες. Θα συνεχιστεί αυτή η τάση με τα τηλεσκόπια James Webb και WFIRST; Ο αναγνώστης μας ρωτά:
Χωρίς να φανταστείτε κάποια ριζοσπαστική νέα φυσική, ποια αποτελέσματα από το Webb και το WFIRST θα μπορούσαν να σας εκπλήξουν περισσότερο;
Για να κάνουμε μια τέτοια πρόβλεψη, πρέπει να γνωρίζουμε ποιες μετρήσεις είναι ικανά αυτά τα τηλεσκόπια.
Η εντύπωση ενός καλλιτέχνη από το ολοκληρωμένο και εκτοξευμένο τηλεσκόπιο James Webb. Προσοχή στην προστασία πέντε επιπέδων του τηλεσκοπίου από την ηλιακή θερμότητα
Το James Webb είναι ένα διαστημικό τηλεσκόπιο νέας γενιάς, το οποίο θα εκτοξευτεί τον Οκτώβριο του 2018 [Από τότε που γράφτηκε το αρχικό άρθρο, η ημερομηνία εκτόξευσης μεταφέρθηκε για Μάρτιο-Ιούνιο 2019 - περίπου. μετάφρ.]. Μόλις λειτουργήσει πλήρως και ψυχθεί, θα γίνει το πιο ισχυρό παρατηρητήριο στην ανθρώπινη ιστορία. Η διάμετρός του θα είναι 6,5 μέτρα, το διάφραγμά του θα ξεπεράσει το Hubble κατά επτά φορές και η ανάλυσή του θα είναι σχεδόν τριπλάσια. Θα καλύπτει μήκη κύματος από 550 έως 30.000 nm - από ορατό φως έως υπέρυθρο. Θα μπορεί να μετρήσει τα χρώματα και τα φάσματα όλων των παρατηρήσιμων αντικειμένων, μεγιστοποιώντας το όφελος σχεδόν κάθε φωτονίου που λαμβάνει. Η θέση του στο διάστημα θα μας επιτρέψει να δούμε τα πάντα εντός του φάσματος που αντιλαμβάνεται, και όχι μόνο εκείνα τα κύματα για τα οποία η ατμόσφαιρα είναι μερικώς διαφανής.
Ιδέα για τον δορυφόρο WFIRST, που έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί το 2024. Θα πρέπει να μας παρέχει τις πιο ακριβείς μετρήσεις της σκοτεινής ενέργειας και άλλων απίστευτων κοσμικών ανακαλύψεων.
Το WFIRST είναι η ναυαρχίδα της NASA για τη δεκαετία του 2020 και επί του παρόντος έχει προγραμματιστεί να εκτοξευθεί το 2024. Το τηλεσκόπιο δεν θα είναι μεγάλο, δεν θα είναι υπέρυθρο, δεν θα καλύπτει τίποτα άλλο από αυτό που δεν μπορεί να κάνει το Hubble. Απλώς θα το κάνει καλύτερα και πιο γρήγορα. Πόσο καλύτερα; Το Hubble, μελετώντας μια συγκεκριμένη περιοχή του ουρανού, συλλέγει φως από ολόκληρο το οπτικό πεδίο και είναι σε θέση να φωτογραφίσει νεφελώματα, πλανητικά συστήματα, γαλαξίες, σμήνη γαλαξιών, απλά συλλέγοντας πολλές εικόνες και συρράπτοντάς τα μεταξύ τους. Το WFIRST θα κάνει το ίδιο, αλλά με οπτικό πεδίο 100 φορές μεγαλύτερο. Με άλλα λόγια, ό,τι μπορεί να κάνει το Hubble, το WFIRST μπορεί να κάνει 100 φορές πιο γρήγορα. Αν πάρουμε τις ίδιες παρατηρήσεις με αυτές που έγιναν κατά το πείραμα Hubble eXtreme Deep Field, όταν το Hubble παρατήρησε το ίδιο κομμάτι του ουρανού για 23 ημέρες και βρήκε 5.500 γαλαξίες εκεί, τότε το WFIRST θα είχε βρει περισσότερο από μισό εκατομμύριο σε αυτό το διάστημα.
Εικόνα από το πείραμα Hubble eXtreme Deep Field, τη βαθύτερη παρατήρηση του Σύμπαντος μέχρι σήμερα
Αλλά μας ενδιαφέρουν περισσότερο όχι εκείνα τα πράγματα που γνωρίζουμε ότι θα ανακαλύψουμε με τη βοήθεια αυτών των δύο υπέροχων παρατηρητηρίων, αλλά για εκείνα για τα οποία δεν γνωρίζουμε τίποτα ακόμα! Το κύριο πράγμα που χρειαζόμαστε για να προβλέψουμε αυτές τις ανακαλύψεις είναι μια καλή φαντασία, μια ιδέα για το τι θα μπορούσαμε να βρούμε ακόμα και μια κατανόηση της τεχνικής ευαισθησίας αυτών των τηλεσκοπίων. Προκειμένου το Σύμπαν να φέρει επανάσταση στη σκέψη μας, δεν είναι καθόλου απαραίτητο οι πληροφορίες που ανακαλύπτουμε να είναι ριζικά διαφορετικές από αυτές που γνωρίζουμε. Εδώ είναι επτά υποψήφιοι για το τι μπορεί να ανακαλύψουν οι James Webb και WFIRST!
Σύγκριση των μεγεθών των πλανητών που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα σε τροχιά γύρω από το αμυδρό κόκκινο αστέρι TRAPPIST-1 με τα φεγγάρια του Γαλιλαίου του Δία και το εσωτερικό Ηλιακό Σύστημα. Όλοι οι πλανήτες που βρίσκονται γύρω από το TRAPPIST-1 είναι παρόμοιοι σε μέγεθος με τη Γη, αλλά το αστέρι είναι πολύ κοντά σε μέγεθος με τον Δία.
1) Μια ατμόσφαιρα πλούσια σε οξυγόνο σε έναν δυνητικά κατοικήσιμο κόσμο στο μέγεθος της Γης. Πριν από ένα χρόνο, η αναζήτηση για κόσμους στο μέγεθος της Γης στις κατοικήσιμες ζώνες αστεριών που μοιάζουν με τον Ήλιο ήταν στο αποκορύφωμά της. Αλλά η ανακάλυψη του Proxima b, και των επτά κόσμων μεγέθους Γης γύρω από το TRAPPIST-1, κόσμους μεγέθους Γης που περιφέρονται γύρω από μικρούς κόκκινους νάνους, έχει δημιουργήσει μια θύελλα έντονης διαμάχης. Εάν αυτοί οι κόσμοι είναι κατοικήσιμοι και αν έχουν ατμόσφαιρες, τότε το σχετικά μεγάλο μέγεθος της Γης σε σύγκριση με το μέγεθος των αστεριών τους υποδηλώνει ότι θα είμαστε σε θέση να μετρήσουμε το περιεχόμενο της ατμόσφαιράς τους κατά τη διάρκεια της διέλευσης! Η απορροφητική επίδραση των μορίων - διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο και οξυγόνο - μπορεί να παρέχει τις πρώτες έμμεσες ενδείξεις ζωής. Ο Τζέιμς Γουέμπ θα μπορεί να το δει και τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να σοκάρουν τον κόσμο!
Το σενάριο του Big Rip θα παίξει εάν εντοπίσουμε μια αύξηση της δύναμης της σκοτεινής ενέργειας με την πάροδο του χρόνου
2) Στοιχεία της αστάθειας της σκοτεινής ενέργειας και της πιθανής έναρξης του Big Rip. Ένας από τους κύριους επιστημονικούς στόχους του WFIRST είναι να παρατηρεί αστέρια σε πολύ μεγάλες αποστάσεις αναζητώντας σουπερνόβα τύπου Ia. Αυτά τα ίδια γεγονότα μας επέτρεψαν να ανακαλύψουμε τη σκοτεινή ενέργεια, αλλά αντί για δεκάδες ή εκατοντάδες, θα συλλέξει πληροφορίες για χιλιάδες γεγονότα που βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις. Και θα μας επιτρέψει να μετρήσουμε όχι μόνο τον ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος, αλλά και την αλλαγή αυτού του ρυθμού με την πάροδο του χρόνου, με ακρίβεια δέκα φορές μεγαλύτερη από τη σημερινή. Εάν η σκοτεινή ενέργεια διαφέρει από την κοσμολογική σταθερά κατά τουλάχιστον 1%, θα τη βρούμε. Και αν είναι μόνο 1% μεγαλύτερο σε μέγεθος από την αρνητική πίεση της κοσμολογικής σταθεράς, το Σύμπαν μας θα τελειώσει με ένα Big Rip. Αυτό σίγουρα θα αποτελεί έκπληξη, αλλά έχουμε μόνο ένα Σύμπαν, και μας αρμόζει να ακούσουμε τι είναι έτοιμο να επικοινωνήσει για τον εαυτό του.
Ο πιο μακρινός γαλαξίας που είναι γνωστός σήμερα, που επιβεβαιώθηκε από το Hubble μέσω φασματοσκοπίας, είναι ορατός σε εμάς όπως ήταν όταν το Σύμπαν ήταν μόλις 407 εκατομμυρίων ετών
3) Αστέρια και γαλαξίες από παλαιότερες εποχές από ό,τι προβλέπουν οι θεωρίες μας. Ο James Webb, με τα υπέρυθρα μάτια του, θα μπορεί να κοιτάξει στο παρελθόν όταν το Σύμπαν ήταν 200-275 εκατομμυρίων ετών - μόνο το 2% της τρέχουσας ηλικίας του. Αυτό θα πρέπει να καλύπτει τους περισσότερους από τους πρώτους γαλαξίες και τον όψιμο σχηματισμό των πρώτων άστρων, αλλά μπορεί επίσης να βρούμε στοιχεία ότι προηγούμενες γενιές αστέρων και γαλαξιών υπήρχαν ακόμη νωρίτερα. Αν αποδειχθεί έτσι, θα σημαίνει ότι η βαρυτική ανάπτυξη από την εποχή της εμφάνισης της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων (380.000 χρόνια) μέχρι τον σχηματισμό των πρώτων άστρων πήγε κάτι λάθος. Αυτό θα είναι σίγουρα ένα ενδιαφέρον πρόβλημα!
Ο πυρήνας του γαλαξία NGC 4261, όπως και οι πυρήνες ενός τεράστιου αριθμού γαλαξιών, δείχνει σημάδια της παρουσίας μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας, τόσο στο υπέρυθρο όσο και στην περιοχή των ακτίνων Χ
4) Υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που εμφανίστηκαν πριν από τους πρώτους γαλαξίες. Από όσο μπορούμε να μετρήσουμε, μέχρι την εποχή που το σύμπαν ήταν περίπου ένα δισεκατομμύριο ετών, οι γαλαξίες περιείχαν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Η τυπική θεωρία προτείνει ότι αυτές οι μαύρες τρύπες προέκυψαν από τις πρώτες γενιές άστρων που συγχωνεύτηκαν και έπεσαν στο κέντρο των σμηνών και στη συνέχεια συσσώρευσαν ύλη και μετατράπηκαν σε υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Η τυπική ελπίδα είναι να βρούμε την επιβεβαίωση αυτού του σχεδίου και τις μαύρες τρύπες στα πρώτα στάδια ανάπτυξης, αλλά θα είναι έκπληξη αν τις βρούμε ήδη πλήρως σχηματισμένες σε αυτούς τους πολύ πρώιμους γαλαξίες. Ο James Webb και ο WFIRST θα μπορέσουν να ρίξουν φως σε αυτά τα αντικείμενα και η εύρεση τους σε οποιαδήποτε μορφή θα είναι μια σημαντική επιστημονική ανακάλυψη!
Πλανήτες που ανακαλύφθηκαν από τον Kepler, ταξινομημένοι κατά μέγεθος, από τον Μάιο του 2016, όταν κυκλοφόρησαν το μεγαλύτερο δείγμα νέων εξωπλανητών. Οι πιο συνηθισμένοι κόσμοι είναι ελαφρώς μεγαλύτεροι από τη Γη και ελαφρώς μικρότεροι από τον Ποσειδώνα, αλλά οι κόσμοι χαμηλής μάζας μπορεί απλώς να μην είναι ορατοί στον Κέπλερ
5) Οι εξωπλανήτες χαμηλής μάζας, μόνο το 10% της Γης, μπορεί να είναι οι πιο συνηθισμένοι. Αυτή είναι η ειδικότητα του WFIRST: αναζήτηση μικροφακών σε μεγάλες περιοχές του ουρανού. Όταν ένα αστέρι περνά μπροστά από ένα άλλο αστέρι, από την άποψή μας, η καμπυλότητα του χώρου παράγει ένα μεγεθυντικό αποτέλεσμα, με προβλέψιμη αύξηση και επακόλουθη μείωση της φωτεινότητας. Η παρουσία πλανητών στο σύστημα του πρώτου πλάνου θα αλλάξει το φωτεινό σήμα και θα μας επιτρέψει να τους αναγνωρίσουμε με βελτιωμένη ακρίβεια, αναγνωρίζοντας μικρότερες μάζες από οποιαδήποτε άλλη μέθοδος. Με το WFIRST, θα διερευνήσουμε όλους τους πλανήτες μέχρι το 10% της μάζας της Γης—έναν πλανήτη στο μέγεθος του Άρη. Είναι οι κόσμοι που μοιάζουν με τον Άρη πιο συνηθισμένοι από εκείνους που μοιάζουν με τη Γη; Το WFIRST μπορεί να μας βοηθήσει να μάθουμε!
Μια απεικόνιση του CR7, του πρώτου γαλαξία που ανακαλύφθηκε ότι περιέχει αστέρια Πληθυσμού III, τα πρώτα αστέρια στο Σύμπαν. Ο James Webb μπορεί να τραβήξει μια πραγματική φωτογραφία αυτού και άλλων παρόμοιων γαλαξιών
6) Τα πρώτα αστέρια μπορεί να είναι πιο ογκώδη από αυτά που υπάρχουν τώρα. Μελετώντας τα πρώτα αστέρια, γνωρίζουμε ήδη ότι είναι πολύ διαφορετικά από τα σημερινά: αποτελούνταν σχεδόν 100% από καθαρό υδρογόνο και ήλιο, χωρίς άλλα στοιχεία. Αλλά άλλα στοιχεία παίζουν σημαντικό ρόλο στην ψύξη, την ακτινοβολία και την αποτροπή του να γίνουν πολύ μεγάλα τα αστέρια στα αρχικά στάδια. Το μεγαλύτερο αστέρι που είναι γνωστό σήμερα βρίσκεται στο νεφέλωμα του Ταραντούλα και έχει 260 φορές μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο. Αλλά στο πρώιμο Σύμπαν θα μπορούσαν να υπάρχουν αστέρια 300, 500 και ακόμη και 1000 φορές βαρύτερα από τον Ήλιο! Ο James Webb θα πρέπει να μας δώσει την ευκαιρία να μάθουμε και μπορεί να μας πει κάτι εκπληκτικό για τα πρώτα αστέρια στο Σύμπαν.
Η εκροή αερίου στους νάνους γαλαξίες συμβαίνει κατά τη διάρκεια του ενεργού σχηματισμού αστεριών, λόγω του οποίου η συνηθισμένη ύλη πετά μακριά, ενώ η σκοτεινή ύλη παραμένει.
7) Η σκοτεινή ύλη μπορεί να μην είναι τόσο κυρίαρχη στους πρώιμους γαλαξίες όσο στους σημερινούς γαλαξίες. Ίσως τελικά να είμαστε σε θέση να μετρήσουμε γαλαξίες σε απομακρυσμένα μέρη του Σύμπαντος και να προσδιορίσουμε εάν η αναλογία της συνηθισμένης ύλης προς τη σκοτεινή ύλη αλλάζει. Με τον έντονο σχηματισμό νέων άστρων, η κανονική ύλη ρέει έξω από τον γαλαξία, εκτός εάν ο γαλαξίας είναι πολύ μεγάλος - πράγμα που σημαίνει ότι στους πρώιμους, αμυδρά γαλαξίες, θα πρέπει να υπάρχει περισσότερη κανονική ύλη σε σχέση με τη σκοτεινή ύλη από ό,τι σε αμυδρά γαλαξίες που βρίσκονται όχι μακριά από μας. Μια τέτοια παρατήρηση θα επιβεβαίωνε την τρέχουσα κατανόηση της σκοτεινής ύλης και θα αμφισβητούσε τις θεωρίες της τροποποιημένης βαρύτητας. η αντίθετη παρατήρηση θα μπορούσε να διαψεύσει τη θεωρία της σκοτεινής ύλης. Ο James Webb θα είναι σε θέση να το χειριστεί αυτό, αλλά τα συσσωρευμένα στατιστικά στοιχεία των παρατηρήσεων του WFIRST θα ξεκαθαρίσουν πραγματικά τα πάντα.
Η ιδέα ενός καλλιτέχνη για το πώς μπορεί να μοιάζει το σύμπαν καθώς σχηματίζονται τα πρώτα αστέρια
Αυτές είναι όλες απλώς πιθανότητες, και υπάρχουν πάρα πολλές από αυτές για να τις παραθέσουμε εδώ. Το όλο θέμα της παρατήρησης, της συσσώρευσης δεδομένων και της διεξαγωγής επιστημονικής έρευνας είναι ότι δεν ξέρουμε πώς λειτουργεί το σύμπαν μέχρι να κάνουμε τις σωστές ερωτήσεις που θα μας βοηθήσουν να μάθουμε. Ο Τζέιμς Γουέμπ θα επικεντρωθεί σε τέσσερα κύρια θέματα: το πρώτο φως και ο επαναιονισμός, η συναρμολόγηση και η ανάπτυξη των γαλαξιών, η γέννηση των αστεριών και ο σχηματισμός πλανητών και η αναζήτηση πλανητών και η προέλευση της ζωής. Το WFIRST θα επικεντρωθεί στη σκοτεινή ενέργεια, τις σουπερνόβα, τις βαρυονικές ακουστικές ταλαντώσεις, τους εξωπλανήτες - τόσο με μικροφακούς όσο και άμεσες παρατηρήσεις - και παρατηρήσεις κοντά στο υπέρυθρο μεγάλων τμημάτων του ουρανού, πολύ πέρα από τις δυνατότητες προηγούμενων παρατηρητηρίων όπως το 2MASS και το WISE.
Ένας υπέρυθρος χάρτης ολόκληρου του ουρανού που ελήφθη από το διαστημόπλοιο WISE. Το WFIRST θα υπερβεί κατά πολύ τη χωρική ανάλυση και το βάθος πεδίου που είναι διαθέσιμα με το WISE, επιτρέποντάς μας να κοιτάξουμε βαθύτερα και πιο μακριά
Έχουμε μια καταπληκτική κατανόηση του σημερινού Σύμπαντος, αλλά οι ερωτήσεις που θα απαντήσουν οι James Webb και WFIRST γίνονται μόνο σήμερα, με βάση όσα έχουμε ήδη μάθει. Μπορεί να αποδειχθεί ότι δεν θα υπάρξουν εκπλήξεις σε όλα αυτά τα μέτωπα, αλλά το πιο πιθανό είναι ότι όχι μόνο θα βρούμε εκπλήξεις, αλλά και ότι οι εικασίες μας για τη φύση τους θα είναι εντελώς λανθασμένες. Μέρος της διασκέδασης της επιστήμης είναι ότι ποτέ δεν ξέρεις πότε ή πώς το Σύμπαν θα σε εκπλήξει με κάτι νέο. Και όταν το κάνει αυτό, έρχεται η μεγαλύτερη ευκαιρία όλης της προηγμένης ανθρωπότητας: μας επιτρέπει να μάθουμε κάτι εντελώς νέο και αλλάζει τον τρόπο που κατανοούμε τη φυσική μας πραγματικότητα.