Didžiausi teleskopai pasaulyje. Rusijos branduoliniame centre buvo pagamintas rentgeno teleskopas astrofizinei observatorijai.Kam reikalingi kosminiai teleskopai?
Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) yra būsima NASA misija, kurios metu bus tiriama apie 200 000 žvaigždžių, siekiant ieškoti egzoplanetų ženklų.
Į pastabą! Egzoplanetos arba ekstrasoliarinės planetos yra planetos, esančios už Saulės sistemos ribų. Šių dangaus objektų tyrimas tyrėjams ilgą laiką buvo neprieinamas – skirtingai nei žvaigždės, jie yra per maži ir blankūs.
NASA paskyrė visą programą egzoplanetų, kurių sąlygos panašios į Žemę, paieškai. Jį sudaro trys etapai. Pagrindinis tyrėjas George'as Rickeris iš Astrofizikos ir kosmoso tyrimų instituto. Kavli projektą pavadino „amžiaus misija“.
Palydovas buvo pasiūlytas kaip misija 2006 m. Startuolį rėmė tokios žinomos įmonės kaip „Kavli Foundation“, „Google“, taip pat iniciatyvą palaikė Masačusetso technologijos institutas.
2013 m. TESS buvo įtrauktas į NASA Explorer programą. TESS skirtas 2 metams. Tikimasi, kad pirmaisiais metais erdvėlaivis tyrinės Pietų pusrutulį, o antraisiais – Šiaurės pusrutulį.
„TESS numato, kad bus atrasta tūkstančiai įvairaus dydžio egzoplanetų, įskaitant dešimtis dydžiu prilygstančių Žemei“, – sakoma Masačusetso technologijos instituto (MIT), vadovaujančio misijai, pranešime.
Teleskopo tikslai ir uždaviniai
Palydovas yra sėkmingos NASA Keplerio kosminio teleskopo, paleisto 2009 m., misijos tęsinys.
Kaip ir Kepleris, TESS ieškos pagal žvaigždžių ryškumo pokyčius. Kai egzoplaneta praeina priešais žvaigždę (vadinama tranzitu), ji iš dalies užstoja žvaigždės skleidžiamą šviesą.
Šie ryškumo kritimai gali reikšti, kad viena ar daugiau planetų skrieja aplink žvaigždę.
Tačiau, skirtingai nei Keppler, naujoji misija sutelks dėmesį į 100 kartų ryškesnes žvaigždes, atrinks tinkamiausias detaliam tyrimui ir nustatys būsimų misijų taikinius.
TESS nuskaitys dangų, padalintą į 26 sektorius, kurių plotas yra 24 x 96 laipsniai. Galingos erdvėlaivio kameros fiksuos menkiausius žvaigždžių šviesos pokyčius kiekviename sektoriuje.
Projekto vadovas Riceris pažymėjo, kad komanda tikisi per misiją atrasti kelis tūkstančius planetų. „Ši užduotis yra platesnė, ji neapsiriboja egzoplanetų aptikimu. Vaizdai iš TESS leis mums padaryti daugybę astrofizikos atradimų“, – pridūrė jis.
Savybės ir specifikacijos
TESS teleskopas yra pažangesnis nei jo pirmtakas Keppler. Jie turi tą patį tikslą, abu naudoja „tranzito“ paieškos techniką, tačiau galimybės skiriasi.
Atpažinęs daugiau nei du tūkstančius egzoplanetų, Kepleris savo pagrindinę misiją praleido stebėdamas siaurą dangaus atkarpą. TESS matymo laukas yra beveik 20 kartų didesnis, todėl gali aptikti daugiau dangaus objektų.
Toliau tiriant egzoplanetas estafetę perims Jameso Webbo kosminis teleskopas.
Webb išsamiau nuskaitys TESS identifikuotus objektus – ar nėra vandens garų, metano ir kitų atmosferos dujų. Jį į orbitą planuojama iškelti 2019 m. Ši misija turėtų būti paskutinė.
Įranga
NASA teigimu, saulės energija varomame erdvėlaivyje yra keturi plačiakampiai optiniai refraktoriniai teleskopai. Kiekvienas iš keturių įrenginių turi įmontuotas 67,2 megapikselių raiškos puslaidininkines kameras, kurios gali veikti spektriniame diapazone nuo 600 iki 1000 nanometrų.
Šiuolaikinė įranga turėtų užtikrinti platų viso dangaus vaizdą. Teleskopai stebės konkrečią vietą nuo 27 iki 351 dienos, o po to pereis į kitą, per dvejus metus iš eilės perkeldami abu pusrutulius.
Stebėjimo duomenys bus apdorojami ir saugomi palydove tris mėnesius. Prietaisas į Žemę perduos tik tuos duomenis, kurie gali būti moksliniai įdomūs.
Orbita ir paleidimas
Viena iš sunkiausių užduočių komandai buvo unikalios erdvėlaivio orbitos apskaičiavimas.
Įrenginys bus paleistas į aukštą elipsinę orbitą aplink Žemę – jis du kartus apskris Žemę per tą laiką, per kurį Mėnulis užbaigs savo ratą. Šio tipo orbita yra stabiliausia. Nėra kosminių šiukšlių ar stiprios spinduliuotės, kuri galėtų išjungti palydovą. Prietaisas lengvai keisis duomenimis su antžeminėmis tarnybomis.
Paleidimo datos
Tačiau yra ir minusas – tokia trajektorija riboja paleidimo laiką: jis turi būti sinchronizuotas su Mėnulio orbita. Laivui liko mažas „langas“ - nuo kovo iki birželio - jei jis praleis šį terminą, misija negalės atlikti suplanuotų užduočių.
- Remiantis NASA paskelbtu biudžetu, egzoplanetos teleskopo priežiūra 2018 m. agentūrai kainuos beveik 27,5 mln. USD, o bendra projekto kaina – 321 mln.
- Erdvėlaivis skris dar niekada nenaudotoje orbitoje. Elipsinė orbita, vadinama P/2, yra lygiai pusė Mėnulio orbitos periodo. Tai reiškia, kad TESS aplink Žemę skris kas 13,7 dienos.
- Elono Musko aviacijos ir kosmoso korporacija atlaikė rimtą konkurenciją su Boengu dėl teisės paleisti palydovą. Statistika ir NASA buvo šalia
- Prietaisų kūrimą – nuo įmontuotų teleskopų iki optinių imtuvų – finansavo Google.
Tikimasi, kad TESS atras tūkstančius egzoplanetų kandidatų. Tai padės astronomams geriau suprasti planetų sistemų struktūrą ir suteiks informacijos apie tai, kaip formavosi mūsų saulės sistema.
Kaip atsirado teleskopai?
Pirmasis teleskopas pasirodė XVII amžiaus pradžioje: keli išradėjai vienu metu išrado teleskopus. Šie vamzdeliai buvo pagrįsti išgaubto lęšio savybėmis (arba, kaip dar vadinama, įgaubtas veidrodis), veikiantis kaip lęšis vamzdyje: objektyvas sufokusuoja šviesos spindulius ir gaunamas padidintas vaizdas, kurį galima žiūrėti per kitame vamzdelio gale esantį okuliarą. Teleskopams svarbi data – 1610 m. sausio 7 d.; tada italas Galilėjus Galilėjus pirmiausia nukreipė teleskopą į dangų – taip jis pavertė jį teleskopu. Galilėjaus teleskopas buvo labai mažas, šiek tiek daugiau nei metro ilgio, o objektyvo skersmuo siekė 53 mm. Nuo to laiko teleskopai nuolat didėjo. Tikrai dideli teleskopai, esantys observatorijose, pradėti statyti XX a. Didžiausias optinis teleskopas šiandien yra Kanarų salų observatorijoje esantis Grand Canary teleskopas, kurio objektyvo skersmuo siekia net 10 m.
Ar visi teleskopai vienodi?
Nr. Pagrindinis teleskopų tipas yra optinis, juose naudojamas arba objektyvas, arba įgaubtas veidrodis, arba veidrodžių serija, arba veidrodis ir objektyvas kartu. Visi šie teleskopai veikia su matoma šviesa – tai yra, jie žiūri į planetas, žvaigždes ir galaktikas panašiai, kaip į jas žiūrėtų labai aštri žmogaus akis. Visi pasaulio objektai turi spinduliuotę, o matoma šviesa yra tik nedidelė šių spindulių spektro dalis. Žiūrėti į erdvę tik per ją yra dar blogiau, nei matyti pasaulį nespalvotą; taip prarandame daug informacijos. Todėl yra teleskopų, kurie veikia skirtingais principais: pavyzdžiui, radijo teleskopai, kurie gaudo radijo bangas, arba teleskopai, kurie gaudo gama spindulius – jais stebimi karščiausi objektai erdvėje. Taip pat yra ultravioletinių ir infraraudonųjų spindulių teleskopų, jie puikiai tinka atrasti naujas planetas už Saulės sistemos ribų: matomoje ryškių žvaigždžių šviesoje neįmanoma įžvelgti aplink jas besisukančių mažyčių planetų, tačiau ultravioletinėje ir infraraudonojoje šviesoje tai padaryti daug lengviau.
Kam mums apskritai reikalingi teleskopai?
Geras klausimas! Turėjau to paklausti anksčiau. Mes siunčiame prietaisus į kosmosą ir net į kitas planetas, renkame informaciją apie juos, tačiau didžiąja dalimi astronomija yra unikalus mokslas, nes tiria objektus, prie kurių neturi tiesioginės prieigos. Teleskopas yra geriausias įrankis informacijai apie kosmosą gauti. Jis mato žmogaus akiai nepasiekiamas bangas, smulkiausias smulkmenas, taip pat fiksuoja savo stebėjimus – tuomet šių įrašų pagalba galima pastebėti pokyčius danguje.
Šiuolaikinių teleskopų dėka mes puikiai suprantame žvaigždes, planetas ir galaktikas ir netgi galime aptikti hipotetines daleles ir bangas, kurios anksčiau mokslui nebuvo žinomos: pavyzdžiui, tamsiąją materiją. (tai yra paslaptingos dalelės, kurios sudaro 73% Visatos) arba gravitacines bangas (jie bando juos aptikti naudodami LIGO observatoriją, kurią sudaro dvi observatorijos, esančios 3000 km atstumu viena nuo kitos).Šiems tikslams geriausia elgtis su teleskopais kaip ir su visais kitais prietaisais – siųsti juos į kosmosą.
Kam siųsti teleskopus į kosmosą?
Žemės paviršius nėra pati geriausia vieta kosmosui stebėti. Mūsų planeta sukuria daug trukdžių. Pirma, oras planetos atmosferoje veikia kaip lęšis: atsitiktiniais, nenuspėjamais būdais išlenkia šviesą iš dangaus objektų ir iškraipo tai, kaip mes juos matome. Be to, atmosfera sugeria daugelio rūšių spinduliuotę: pavyzdžiui, infraraudonąsias ir ultravioletines bangas. Norint išvengti šių trukdžių, į kosmosą siunčiami teleskopai. Tiesa, tai labai brangu, todėl tai daroma retai: per visą istoriją į kosmosą išsiuntėme apie 100 įvairaus dydžio teleskopų – tiesą sakant, to nepakanka, net dideli optiniai teleskopai Žemėje yra kelis kartus didesni. Garsiausias kosminis teleskopas yra Hablo, o James Webb teleskopas, kuris turėtų būti paleistas 2018 m., bus kažkoks įpėdinis.
Kiek kainuoja?
Galingas kosminis teleskopas yra labai brangus. Praėjusią savaitę buvo minimos 25-osios žymiausio pasaulyje kosminio teleskopo Hablo paleidimo metinės. Per visą laikotarpį tam buvo skirta apie 10 mlrd. dalis šių pinigų skirta remontui, nes Hablas turėjo būti reguliariai remontuojamas (jie nustojo tai daryti 2009 m., bet teleskopas vis dar veikia). Netrukus po to, kai teleskopas buvo paleistas, atsitiko kvailas dalykas: pirmieji jo padaryti vaizdai buvo daug prastesnės kokybės nei tikėtasi. Paaiškėjo, kad dėl mažytės skaičiavimų klaidos Hablo veidrodis nebuvo pakankamai lygus, todėl jo sutvarkyti teko išsiųsti visą astronautų komandą. Tai kainavo apie 8 mln.. James Webb teleskopo kaina gali pasikeisti ir greičiausiai didės arčiau paleidimo, tačiau kol kas ji siekia apie 8 mlrd.$ – ir verta kiekvieno cento.
Kuo ypatinga
prie Jameso Webbo teleskopo?
Tai bus įspūdingiausias teleskopas žmonijos istorijoje. Projektas buvo sumanytas dar 90-ųjų viduryje, o dabar pagaliau artėja prie paskutinio etapo. Teleskopas nuskris 1,5 milijono km nuo Žemės ir skris į orbitą aplink Saulę, tiksliau į antrąjį Lagranžo tašką nuo Saulės ir Žemės – tai vieta, kur subalansuotos dviejų objektų gravitacinės jėgos, taigi ir trečiasis objektas. (šiuo atveju teleskopas) gali likti nejudantis. James Webb teleskopas yra per didelis, kad tilptų į raketą, todėl jis skris sulankstytas ir atsivers erdvėje kaip besikeičianti gėlė; pažiūrėk į tai vaizdo įrašą suprasti, kaip tai atsitiks.
Tada jis galės žvelgti toliau nei bet kuris istorijoje esantis teleskopas: 13 milijardų šviesmečių nuo Žemės. Kadangi šviesa, kaip galima spėti, sklinda šviesos greičiu, objektai, kuriuos matome, yra praeityje. Grubiai tariant, kai žiūri į žvaigždę pro teleskopą, matai ją tokią, kokia ji atrodė prieš dešimtis, šimtus, tūkstančius ir pan. Todėl James Webb teleskopas matys pirmąsias žvaigždes ir galaktikas tokias, kokios buvo po Didžiojo sprogimo. Tai labai svarbu: geriau suprasime, kaip formavosi galaktikos, atsirado žvaigždės ir planetų sistemos, taip pat galėsime geriau suprasti gyvybės kilmę. Galbūt Jameso Webbo teleskopas netgi padės mums atrasti nežemišką gyvybę. Yra vienas dalykas: misijos metu daug kas gali suklysti, o kadangi teleskopas bus labai toli nuo Žemės, nusiųsti jo taisyti bus neįmanoma, kaip buvo su Hablo.
Kokia viso to praktinė prasmė?
Tai dažnai užduodamas klausimas apie astronomiją, ypač atsižvelgiant į tai, kiek pinigų jai išleidžiama. Yra du atsakymai: pirma, ne viskas, ypač mokslas, turėtų turėti aiškią praktinę reikšmę. Astronomija ir teleskopai padeda geriau suprasti žmonijos vietą Visatoje ir pasaulio sandarą apskritai. Antra, astronomija vis dar turi praktinės naudos. Astronomija yra tiesiogiai susijusi su fizika: suprasdami astronomiją, mes daug geriau suprantame fiziką, nes yra fizinių reiškinių, kurių Žemėje neįmanoma stebėti. Pavyzdžiui, jei astronomai įrodys tamsiosios materijos egzistavimą, tai labai paveiks fiziką. Be to, kasdieniame gyvenime naudojama daugybė kosmosui ir astronomijai išrastų technologijų: pasvarstykime apie palydovus, kurie dabar naudojami viskam – nuo televizijos iki GPS navigacijos. Galiausiai astronomija ateityje bus labai svarbi: kad išgyventų, žmonijai reikės išgauti energiją iš Saulės, o mineralus iš asteroidų, įsikurti kitose planetose ir, galbūt, bendrauti su ateivių civilizacijomis – visa tai bus neįmanoma, jei to nepadarysime. dabar kurti astronomiją ir teleskopus.
Kur pamatyti žvaigždes?
Visiškai pagrįstas klausimas: kam dėti teleskopus erdvėje? Viskas labai paprasta – iš Kosmoso matosi geriau. Šiandien, norint ištirti Visatą, mums reikia teleskopų, kurių skiriamoji geba Žemėje neįmanoma. Dėl šios priežasties į kosmosą paleidžiami teleskopai.
Įvairūs regėjimo tipai
Visi šie įrenginiai turi skirtingą „viziją“. Kai kurių tipų teleskopai tyrinėja kosminius objektus infraraudonųjų ir ultravioletinių spindulių diapazone, kiti – rentgeno spindulių diapazone. Tai yra priežastis sukurti vis pažangesnes kosmoso sistemas, skirtas giliai tyrinėti Visatą.
Hablo kosminis teleskopas
Hablo kosminis teleskopas (HST)
Hablo teleskopas yra visa kosminė observatorija žemoje Žemės orbitoje. NASA ir Europos kosmoso agentūra dirbo prie jos kūrimo. Teleskopas buvo paleistas į orbitą 1990 m. ir šiuo metu yra didžiausias optinis įrenginys, stebintis artimojo infraraudonųjų spindulių ir ultravioletinių spindulių diapazoną.
Per savo darbą orbitoje Hablas išsiuntė į Žemę daugiau nei 700 tūkstančių vaizdų iš 22 tūkstančių skirtingų dangaus objektų – planetų, žvaigždžių, galaktikų, ūkų. Tūkstančiai astronomų jį naudojo stebėdami Visatoje vykstančius procesus. Taip su Hablo pagalba buvo atrasta daug protoplanetinių darinių aplink žvaigždes, gautos unikalios reiškinių, tokių kaip auroros Jupiterio, Saturno ir kitose planetose, nuotraukos bei daug kitos neįkainojamos informacijos.
Chandra rentgeno observatorija
Chandra rentgeno observatorija
Kosminis teleskopas Chandra buvo paleistas į kosmosą 1999 m. liepos 23 d. Pagrindinė jo užduotis yra stebėti rentgeno spindulius, sklindančius iš labai daug energijos turinčių kosmoso regionų. Tokie tyrimai yra labai svarbūs norint suprasti Visatos evoliuciją, taip pat tiriant tamsiosios energijos prigimtį – vieną didžiausių šiuolaikinio mokslo paslapčių. Iki šiol į kosmosą buvo paleista dešimtys prietaisų, atliekančių tyrimus rentgeno spindulių diapazone, tačiau, nepaisant to, Chandra išlieka galingiausia ir efektyviausia šioje srityje.
Spitzer NASA kosminį teleskopą Spitzer paleido 2003 m. rugpjūčio 25 d. Jo užduotis – stebėti Kosmosą infraraudonųjų spindulių diapazone, kuriame galima pamatyti vėstančias žvaigždes ir milžiniškus molekulinius debesis. Žemės atmosfera sugeria infraraudonąją spinduliuotę, todėl tokių kosminių objektų beveik neįmanoma stebėti iš Žemės.
Kepleris Keplerio teleskopą NASA paleido 2009 m. kovo 6 d. Jo ypatingas tikslas – egzoplanetų paieška. Teleskopo misija – stebėti daugiau nei 100 tūkstančių žvaigždžių ryškumą 3,5 metų, per kuriuos jis turi nustatyti į Žemę panašių planetų, išsidėsčiusių tinkamu atstumu nuo jų saulių gyvybei atsirasti. Sudarykite išsamų šių planetų ir jų orbitų formų aprašymą, tyrinėkite žvaigždžių, turinčių planetų sistemas, savybes ir dar daugiau. Iki šiol Kepleris jau nustatė penkias žvaigždžių sistemas ir šimtus naujų planetų, iš kurių 140 pasižymi panašiomis į Žemę savybėmis.
James Webb kosminis teleskopas
Jameso Webbo kosminis teleskopas (JWST)
Daroma prielaida, kad kai Hablas pasieks savo gyvavimo pabaigą, jo vietą užims JWST kosminis teleskopas. Jame bus įrengtas didžiulis 6,5 m skersmens veidrodis, kurio tikslas – aptikti pirmąsias žvaigždes ir galaktikas, atsiradusias po Didžiojo sprogimo.
Ir net sunku įsivaizduoti, ką jis pamatys Kosmose ir kaip tai paveiks mūsų gyvenimus.
Kanoninė teleskopo nuotrauka, daryta per paskutinę jo techninės priežiūros misiją 2009 m.
Prieš 25 metus, 1990 m. balandžio 24 d., erdvėlaivis Discovery iš Kanaveralo kyšulio išskrido dešimtuoju skrydžiu, savo transporto skyriuje gabendamas neįprastą krovinį, kuris atneštų šlovę NASA ir taptų daugelio astronomijos sričių vystymosi katalizatoriumi. . Taip prasidėjo 25 metus trukusi Hablo kosminio teleskopo – bene garsiausio pasaulyje astronominio instrumento – misija.
Kitą dieną, 1990 m. balandžio 25 d., atsidarė krovininio liuko durys ir specialus manipuliatorius iškėlė teleskopą iš skyriaus. Hablas savo kelionę pradėjo 612 km aukštyje virš Žemės. Įrenginio paleidimo procesas buvo nufilmuotas keliomis IMAX kameromis, o kartu su viena iš vėlesnių remonto misijų buvo įtrauktas į filmą „Destiny in Space“ (1994). Teleskopas dar kelis kartus pateko į IMAX filmų kūrėjų akiratį, tapęs filmų „Hablas: galaktikos erdvėje ir laike“ (2004) ir Hablo 3D (2010) herojumi. Tačiau mokslo populiarinimo kinas – malonus, bet vis tiek šalutinis orbitinės observatorijos darbo produktas.
Kodėl reikalingi kosminiai teleskopai?
Pagrindinė optinės astronomijos problema yra Žemės atmosferos keliami trukdžiai. Dideli teleskopai jau seniai buvo statomi aukštai kalnuose, toli nuo didžiųjų miestų ir pramonės centrų. Atokumas iš dalies išsprendžia tiek tikrojo, tiek šviesaus smogo problemą (naktinio dangaus apšvietimas dirbtiniais šviesos šaltiniais). Vieta dideliame aukštyje leidžia sumažinti atmosferos turbulencijos įtaką, ribojančią teleskopų skiriamąją gebą, ir padidinti stebėjimui tinkamų naktų skaičių.
Be jau minėtų nepatogumų, žemės atmosferos skaidrumas ultravioletinių, rentgeno ir gama diapazonuose palieka daug norimų rezultatų. Panašios problemos pastebimos infraraudonųjų spindulių spektre. Kita kliūtis antžeminiams stebėtojams yra Rayleigh sklaida, ta pati, kuri paaiškina mėlyną dangaus spalvą. Dėl šio reiškinio stebimų objektų spektras iškraipomas, pereina į raudoną.
Hablas lėktuvo „Discovery“ krovinių skyriuje. Vaizdas iš vienos iš IMAX kamerų.
Tačiau vis tiek pagrindinė problema yra žemės atmosferos nevienalytiškumas, skirtingo tankio, oro greičio ir tt sričių buvimas joje. Būtent šie reiškiniai lemia gerai žinomą žvaigždžių mirksėjimą, matomą plika akimi. Naudojant didelių teleskopų kelių metrų optiką, problema tik blogėja. Dėl to antžeminių optinių instrumentų skiriamoji geba, neatsižvelgiant į veidrodžio dydį ir teleskopo diafragmą, yra apribota iki maždaug 1 lanko sekundės.
Teleskopo paėmimas į kosmosą leidžia išvengti visų šių problemų ir padidinti skiriamąją gebą dydžiu. Pavyzdžiui, 2,4 m veidrodžio skersmens Hablo teleskopo teorinė skiriamoji geba yra 0,05 lanko sekundės, tikroji – 0,1 sekundės.
Hablo projektas. Pradėti
Pirmą kartą mokslininkai pradėjo kalbėti apie teigiamą astronominių instrumentų perkėlimo už Žemės atmosferos ribų dar gerokai prieš kosmoso amžiaus atsiradimą, praėjusio amžiaus 30-aisiais. Vienas iš nežemiškų observatorijų kūrimo entuziastų buvo astrofizikas Lymanas Spitzeris. Taigi 1946 metais straipsnyje jis pagrindė pagrindinius kosminių teleskopų privalumus, o 1962 metais paskelbė ataskaitą, kurioje JAV Nacionalinei mokslų akademijai rekomendavo įtraukti tokio prietaiso kūrimą į kosmoso programą. Tikėtina, kad 1965 m. Spitzeris tapo komiteto, kuris nustatė tokio didelio kosminio teleskopo mokslinių užduočių spektrą, vadovu. Vėliau mokslininko vardu buvo pavadintas 2003 metais paleistas Spitzerio kosminio teleskopo (SIRTF) infraraudonųjų spindulių kosminis teleskopas su 85 centimetrų pagrindiniu veidrodžiu.
Spitzer infraraudonųjų spindulių teleskopas.
Pirmoji nežemiška observatorija buvo „Orbiting Solar Observatory 1“ (OSO 1), kuri buvo paleista 1962 m., praėjus vos 5 metams nuo kosminio amžiaus pradžios, siekiant ištirti saulę. Iš viso pagal OSO programą 1962–1975 m. Sukurti 8 įrenginiai. O 1966 m., lygiagrečiai su ja, buvo pradėta dar viena programa - Orbiting Astronomical Observatory (OAO), kurios rėmuose 1966-1972 m. Buvo paleisti keturi orbitiniai ultravioletinių ir rentgeno spindulių teleskopai. Būtent OAO misijų sėkmė tapo atspirties tašku kuriant didelį kosminį teleskopą, kuris iš pradžių buvo tiesiog vadinamas dideliu orbitiniu teleskopu arba dideliu kosminiu teleskopu. Įrenginys gavo Hablo pavadinimą amerikiečių astronomo ir kosmologo Edvino Hablo garbei tik 1983 m.
Iš pradžių buvo planuota pastatyti teleskopą su 3 metrų pagrindiniu veidrodžiu ir pristatyti į orbitą jau 1979 m., Negana to, observatorija iš karto buvo sukurta taip, kad teleskopą būtų galima aptarnauti tiesiogiai kosmose, o čia Space Shuttle programa, kuri kūrėsi lygiagrečiai, labai pravertė, kurio pirmasis skrydis įvyko 1981 m. balandžio 12 d. Pripažinkime, modulinė konstrukcija buvo genialus sprendimas – šaudykla penkis kartus skrido į teleskopą remontuoti ir atnaujinti įrangą.
Ir tada prasidėjo pinigų paieškos. Kongresas arba atsisakė finansuoti, arba vėl skyrė lėšų. NASA ir mokslo bendruomenė pradėjo precedento neturinčią visos šalies lobizmo programą, skirtą Didžiojo kosminio teleskopo projektui, kuri apėmė masinį laiškų (tuomet popierinių) siuntimą įstatymų leidėjams, asmeninius mokslininkų susitikimus su kongresmenais ir senatoriais ir kt. Galiausiai 1978 m. Kongresas skyrė pirmuosius 36 milijonus dolerių, o Europos kosmoso bendrija (ESA) sutiko padengti dalį išlaidų. Prasidėjo observatorijos projektavimas, o 1983 m. buvo nustatyta nauja paleidimo data.
Veidrodis herojui
Svarbiausia optinio teleskopo dalis yra veidrodis. Kosminio teleskopo veidrodžiui buvo keliami ypatingi reikalavimai dėl didesnės skiriamosios gebos nei antžeminiai analogai. Pagrindinio 2,4 m skersmens Hablo veidrodžio darbai buvo pradėti 1979 m., o rangovu buvo pasirinktas Perkinas-Elmeris. Kaip parodė vėlesni įvykiai, tai buvo lemtinga klaida.
Kaip ruošinys buvo naudojamas itin mažas šilumos plėtimosi koeficientas iš Corning stiklo. Taip, tą patį, kurį žinote iš „Gorilla Glass“, saugančio jūsų išmaniųjų telefonų ekranus. Poliravimo tikslumas, kuriam pirmą kartą buvo panaudotos naujos CNC staklės, turėjo būti 1/65 raudonos šviesos bangos ilgio arba 10 nm. Tada veidrodis turėjo būti padengtas 65 nm aliuminio sluoksniu ir 25 nm storio apsauginiu magnio fluorido sluoksniu. NASA, abejodama Perkin-Elmer kompetencija ir bijodama problemų naudojant naujas technologijas, kartu užsakė „Kodak“ atsarginį veidrodį, pagamintą tradiciniu būdu.
Pirminio Hablo veidrodžio poliravimas Perkin-Elmer gamykloje, 1979 m.
NASA nuogąstavimai pasirodė nepagrįsti. Pagrindinio veidrodžio poliravimas tęsėsi iki 1981 m. pabaigos, todėl paleidimas pirmiausia buvo nukeltas į 1984 m., o vėliau, dėl kitų optinės sistemos komponentų gamybos vėlavimo, iki 1985 m. balandžio mėn. Vėlavimai Perkin-Elmer pasiekė katastrofišką mastą. Paleidimas buvo atidėtas dar du kartus – iš pradžių į 1986 m. kovo mėnesį, o paskui į rugsėjį. Tuo pačiu metu bendras projekto biudžetas jau buvo 1,175 mlrd.
Nelaimė ir laukimas
1986 m. sausio 28 d., praėjus 73 sekundėms po skrydžio virš Kanaverelio kyšulio, erdvėlaivis „Challenger“ sprogo su septyniais astronautais. Dvejus su puse metų JAV sustabdė pilotuojamus skrydžius, o Hablo paleidimas buvo atidėtas neribotam laikui.
„Space Shuttle“ skrydžiai buvo atnaujinti 1988 m., o transporto priemonės paleidimas dabar buvo numatytas 1990 m., praėjus 11 metų nuo pradinės datos. Ketverius metus teleskopas su iš dalies įjungtomis borto sistemomis buvo laikomas specialioje patalpoje su dirbtine atmosfera. Vien unikalaus įrenginio saugojimo kaina siekė apie 6 milijonus dolerių per mėnesį! Iki paleidimo bendros kosminės laboratorijos sukūrimo išlaidos buvo apskaičiuotos 2,5 milijardo dolerių vietoj planuotų 400 milijonų. Šiandien, atsižvelgiant į infliaciją, tai yra daugiau nei 10 milijardų dolerių!
Šis priverstinis vėlavimas turėjo ir teigiamų aspektų – kūrėjai gavo papildomo laiko užbaigti palydovą. Taip saulės baterijos buvo pakeistos efektyvesnėmis (ateityje tai būtų daroma dar du kartus, bet šį kartą kosmose), modernizuotas borto kompiuteris, patobulinta antžeminė programinė įranga, kuri, Pasirodo, buvo visiškai neparengtas iki 1986 m. Jei teleskopas staiga būtų laiku iškeltas į kosmosą, antžeminės tarnybos tiesiog negalėtų su juo dirbti. Neatsargumo ir išlaidų viršijimo pasitaiko net NASA.
Ir galiausiai, 1990 m. balandžio 24 d., „Discovery“ paleido Hablą į kosmosą. Prasidėjo naujas etapas astronominių stebėjimų istorijoje.
Nelaimingas Lucky teleskopas
Jei manote, kad tai Hablo nelaimės pabaiga, jūs labai klystate. Bėdos prasidėjo jau paleidimo metu – viena iš saulės baterijų atsiskleidė. Astronautai jau apsivilko skafandrus, ruošėsi išeiti į kosmosą spręsti problemos, kai skydas atsilaisvino ir užėmė tinkamą vietą. Tačiau tai buvo tik pradžia.
Manipuliatorius Canadarm paleidžia Hablą į laisvą skrydį.
Žodžiu, pirmosiomis darbo su teleskopu dienomis mokslininkai išsiaiškino, kad Hablas negali sukurti ryškaus vaizdo, o jo skiriamoji geba nebuvo daug pranašesnė už antžeminius teleskopus. Kelių milijardų dolerių vertės projektas pasirodė esąs kvailas. Greitai paaiškėjo, kad Perkin-Elmer ne tik nepadoriai vilkino teleskopo optinės sistemos gamybą, bet ir padarė rimtą klaidą poliruodamas bei montuodamas pagrindinį veidrodį. Nukrypimas nuo nurodytos formos veidrodžio kraštuose buvo 2 mikronai, todėl atsirado stipri sferinė aberacija ir skyra sumažėjo iki 1 lanko sekundės, o ne planuota 0,1.
Klaidos priežastis Perkin-Elmer buvo tiesiog gėdinga ir turėjo nutraukti įmonės egzistavimą. Pagrindinis nulinis korektorius, specialus optinis prietaisas, skirtas dideliems asferiniams veidrodžiams tikrinti, buvo sumontuotas neteisingai – jo objektyvas pasislinkęs 1,3 mm nuo teisingos padėties. Prietaisą surinkęs technikas dirbdamas su lazeriniu matuokliu tiesiog suklydo, o atradęs netikėtą tarpą tarp objektyvo ir jį laikančios konstrukcijos, jį kompensavo naudodamas įprastą metalinę poveržlę.
Tačiau problemos būtų buvę galima išvengti, jei Perkin-Elmer, pažeisdamas griežtas kokybės kontrolės taisykles, nebūtų tiesiog ignoravęs papildomų nulinių korektorių rodmenų, rodančių sferinę aberaciją. Taigi dėl vieno žmogaus klaidos ir „Perkin-Elmer“ vadovų neatsargumo ant plauko pakibo milijardinis projektas.
Nors NASA turėjo atsarginį „Kodak“ pagamintą veidrodį, o teleskopas buvo skirtas aptarnauti orbitoje, pakeisti pagrindinio komponento erdvėje nebuvo įmanoma. Dėl to, nustačius tikslų optinių iškraipymų dydį, jiems kompensuoti buvo sukurtas specialus prietaisas – Korekcinis optinis kosminis teleskopas Axial Replacement (COSTAR). Paprasčiau tariant, tai mechaninis optinės sistemos pleistras. Norint jį įdiegti, reikėjo išmontuoti vieną iš Hablo mokslinių įrenginių; Pasitarę mokslininkai nusprendė paaukoti greitaeigį fotometrą.
Astronautai prižiūri Hablo pirmąją remonto misiją.
„Endeavour“ taisymo misija buvo paleista tik 1993 m. gruodžio 2 d. Visą šį laiką Hablas atliko matavimus ir tyrimus nepriklausomai nuo sferinės aberacijos dydžio; be to, astronomams pavyko sukurti gana veiksmingą papildomo apdorojimo algoritmą, kompensuojantį kai kuriuos iškraipymus. Norint išmontuoti vieną įrenginį ir įdiegti COSTAR, prireikė 5 darbo dienų ir 5 kosminių išėjimų, kurių bendra trukmė – 35 valandos! O prieš misiją astronautai išmoko naudotis maždaug šimtu unikalių instrumentų, sukurtų Hablo aptarnavimui. Be COSTAR įdiegimo, buvo pakeista pagrindinė teleskopo kamera. Verta suprasti, kad ir korekcijos įtaisas, ir naujasis fotoaparatas yra didelio šaldytuvo dydžio įrenginiai su atitinkama masė. Vietoj plataus lauko / planetinės kameros, kurioje yra 4 Texas Instruments CCD jutikliai, kurių skiriamoji geba yra 800x800 pikselių, buvo įdiegta plataus lauko ir planetinė kamera 2 su naujais NASA Jet Propulsion Laboratory sukurtais jutikliais. Nepaisant to, kad keturių matricų skiriamoji geba buvo panaši į ankstesnę, dėl specialaus jų išdėstymo buvo pasiekta didesnė skiriamoji geba esant mažesniam žiūrėjimo kampui. Tuo pačiu metu Hablas buvo pakeistas saulės kolektoriais ir juos valdančia elektronika, keturiais giroskopais, skirtais padėties valdymo sistemai, keliais papildomais moduliais ir kt. Jau 1994 metų sausio 13 dieną NASA rodė visuomenei kur kas aiškesnius kosminių objektų vaizdus.
M100 galaktikos vaizdas prieš ir po COSTAR įdiegimo.
Reikalas neapsiribojo viena remonto misija – šaudyklės į Hablą skrido penkis kartus (!), todėl observatorija be TKS ir sovietų orbitinių stočių yra labiausiai lankomas dirbtinis nežemiškas objektas.
Antroji tarnybinė misija, kurios metu buvo pakeista nemažai mokslinių instrumentų ir borto sistemų, įvyko 1997 m. vasario mėn. Astronautai vėl išėjo į kosmosą penkis kartus ir iš viso laive praleido 33 valandas.
Trečioji remonto misija buvo padalinta į dvi dalis, o pirmoji turėjo būti atlikta vėluojant. Faktas yra tas, kad trys iš šešių Hablo padėties valdymo sistemos giroskopų sugedo, todėl buvo sunku nukreipti teleskopą į taikinį. Ketvirtasis giroskopas „numirė“ likus savaitei iki remonto komandos pradžios, todėl kosminė observatorija tapo nevaldoma. 1999 m. gruodžio 19 d. ekspedicija pakilo gelbėti teleskopo. Astronautai pakeitė visus šešis giroskopus ir atnaujino borto kompiuterį.
Pirmasis Hablo borto kompiuteris buvo DF-224.
1990 m. Hablas buvo paleistas su borto kompiuteriu DF-224, kurį NASA plačiai naudojo 80-aisiais (atminkite, kad observatorijos dizainas buvo sukurtas aštuntajame dešimtmetyje). Ši „Rockwell Autonetics“ pagaminta 50 kg sverianti ir 45x45x30 cm matmenų sistema buvo aprūpinta trimis 1,25 MHz dažnio procesoriais, du iš jų buvo laikomi atsarginiais ir buvo įjungiami pakaitomis sugedus pagrindinei ir pirmajai atsarginei kopijai. CPU. Sistema buvo aprūpinta 48 000 kiložodžių atminties talpa (vienas žodis yra lygus 32 baitams), o vienu metu buvo prieinami tik 32 kiložodžiai.
Natūralu, kad 90-ųjų viduryje tokia architektūra jau buvo beviltiškai pasenusi, todėl aptarnavimo misijos metu DF-224 buvo pakeistas sistema, pagrįsta specialiu, nuo radiacijos apsaugotu Intel i486 lustu, kurio taktinis dažnis yra 25 MHz. Naujasis kompiuteris buvo 20 kartų greitesnis už DF-224 ir turėjo 6 kartus daugiau RAM, o tai leido pagreitinti daugelio užduočių apdorojimą ir naudoti šiuolaikines programavimo kalbas. Beje, „Intel i486“ lustai, skirti įterptinėms sistemoms, taip pat ir skirti naudoti kosmoso technologijose, buvo gaminami iki 2007 m. rugsėjo mėn.!
Astronautas iš Hablo išima juostos įrenginį, kad grįžtų į Žemę.
Taip pat buvo pakeista borto duomenų saugojimo sistema. Pagal originalų „Hubble“ dizainą tai buvo aštuntojo dešimtmečio diskas nuo ritės iki ritės, galintis saugoti 1,2 GB duomenų. Per antrąją taisymo misiją vienas iš šių „reel-to-rite“ magnetofonų buvo pakeistas SSD disku. Trečiosios misijos metu buvo pakeista ir antroji „ritė“. SSD leidžia saugoti 10 kartų daugiau informacijos – 12 GB. Tačiau neturėtumėte jo lyginti su nešiojamojo kompiuterio SSD. Pagrindinė Hablo pavara yra 30 x 23 x 18 cm ir sveria 11,3 kg!
Ketvirtoji misija, oficialiai vadinama 3B, į observatoriją išvyko 2002 m. kovo mėn. Pagrindinė užduotis – įdiegti naują „Advanced Camera for Surveys“. Įdiegus šį įrenginį, buvo galima atsisakyti nuo 1993 m. veikiančio korekcijos įrenginio. Naujoji kamera turėjo du prijungtus 2048 × 4096 pikselių CCD detektorius, kurių bendra skiriamoji geba buvo 16 megapikselių, palyginti su 2,5 megapikselio. ankstesnei kamerai. Kai kurie moksliniai instrumentai buvo pakeisti, todėl Hablo laive neliko nė vieno instrumento iš pirminio rinkinio, kuris 1991 m. iškeliavo į kosmosą. Be to, astronautai antrą kartą pakeitė palydovo saulės baterijas efektyvesnėmis, generuojančiomis 30% daugiau energijos.
Pažangi kamera tyrimams švarioje patalpoje prieš pakraunant į maršrutinį autobusą.
Penktasis skrydis į Hablą įvyko prieš šešerius metus, 2009 m., pasibaigus „Space Shuttle“ programai. Nes Buvo žinoma, kad tai buvo paskutinė remonto misija, todėl teleskopui buvo atliktas kapitalinis remontas. Vėl pakeisti visi šeši pozicijos valdymo sistemos giroskopai, vienas iš precizinio valdymo daviklių, vietoj senų, 18 metų orbitoje dirbusių, sumontuoti nauji nikelio-vandenilio akumuliatoriai, suremontuotas pažeistas korpusas ir kt.
Astronautas Žemėje keičia Hablo baterijas. Akumuliatoriaus svoris – 181 kg.
Iš viso per penkias aptarnavimo misijas astronautai teleskopą taisydami praleido 23 dienas ir beorėje erdvėje praleido 164 valandas! Unikalus pasiekimas.
Instagram teleskopui
Kiekvieną savaitę Hablas į Žemę siunčia apie 140 GB duomenų, kurie surenkami Kosminio teleskopo mokslo institute, specialiai sukurtame valdyti visus orbitinius teleskopus. Archyvo apimtis šiandien yra apie 60 TB duomenų (1,5 mln. įrašų), prie kurių gali naudotis visi, kaip ir pats teleskopas. Kiekvienas gali kreiptis dėl naudojimosi Hablo, klausimas, ar tai bus suteikta. Tačiau jei neturite astronomijos išsilavinimo, net nemėginkite, greičiausiai net nepradėsite anketos gauti informaciją apie vaizdą.
Beje, visos Hablo į Žemę perduodamos nuotraukos yra vienspalvės. Spalvotų nuotraukų surinkimas tikromis arba dirbtinėmis spalvomis vyksta jau Žemėje, dedant vienspalvių nuotraukų seriją, darytų skirtingais filtrais.
„Kūrybos stulpai“ – viena įspūdingiausių 2015 m. Hablo fotografijų. Erelio ūkas, atstumas 4000 šviesmečių.
Įspūdingiausias Hablo nuotraukas, jau apdorotas, galite rasti oficialioje NASA arba ESA antrinėje svetainėje HubbleSite, svetainėje, skirtoje 25-osioms teleskopo metinėms.
Natūralu, kad Hablas turi savo Twitter paskyrą, net dvi -
- Vertimas
Teleskopų (veikiančių 2013 m. vasario mėn.), veikiančių elektromagnetinio spektro bangos ilgiais, pavyzdžiai. Observatorijos yra virš arba žemiau spektro dalies, kurią jos paprastai stebi.
Kai 1990 m. buvo paleistas Hablo kosminis teleskopas, ketinome juo atlikti daugybę matavimų. Mes ketinome pamatyti atskiras žvaigždes tolimose galaktikose, kurių niekada anksčiau nematėme; išmatuoti giliąją Visatą taip, kaip dar niekada nebuvo įmanoma; pažvelgti į žvaigždžių formavimosi regionus ir pamatyti neregėtos skiriamosios gebos ūkus; detaliai užfiksuoti Jupiterio ir Saturno palydovų išsiveržimus, kurių anksčiau nebuvo įmanoma. Tačiau didžiausi atradimai – tamsioji energija, supermasyvios juodosios skylės, egzoplanetos, protoplanetiniai diskai – buvo netikėti. Ar ši tendencija tęsis su James Webb ir WFIRST teleskopais? Mūsų skaitytojas klausia:
Nefantazuojant apie kažkokią radikalią naują fiziką, kokie Webb ir WFIRST rezultatai gali jus nustebinti labiausiai?
Norėdami atlikti tokią prognozę, turime žinoti, kokius matavimus gali atlikti šie teleskopai.
Menininko įspūdis apie užbaigtą ir paleistą James Webb teleskopą. Atkreipkite dėmesį į penkių sluoksnių teleskopo apsaugą nuo saulės šilumos
James Webb yra naujos kartos kosminis teleskopas, kuris bus paleistas 2018 m. spalio mėn. vertimas]. Kai visiškai pradės veikti ir atvės, ji taps galingiausia observatorija žmonijos istorijoje. Jo skersmuo sieks 6,5 m, diafragma septynis kartus viršys Hablo, o skiriamoji geba – beveik tris kartus. Jis apims bangų ilgius nuo 550 iki 30 000 nm – nuo matomos šviesos iki infraraudonųjų spindulių. Jis galės išmatuoti visų stebimų objektų spalvas ir spektrus, maksimaliai padidindamas beveik kiekvieno gaunamo fotono naudą. Jo vieta erdvėje leis mums matyti viską, ką ji suvokia, o ne tik tas bangas, kurioms atmosfera yra iš dalies skaidri.
WFIRST palydovo koncepcija, kurią planuojama paleisti 2024 m. Tai turėtų suteikti mums tiksliausius tamsiosios energijos matavimus ir kitus neįtikėtinus kosminius atradimus.
WFIRST yra NASA pavyzdinė 2020-ųjų misija, kurią šiuo metu planuojama pradėti 2024 m. Teleskopas nebus didelis, jis nebus infraraudonųjų spindulių, jis neuždengs nieko kito, išskyrus tai, ko negali padaryti Hablas. Jis tiesiog tai padarys geriau ir greičiau. Kiek geriau? Hablas, tyrinėjantis tam tikrą dangaus sritį, renka šviesą iš viso regėjimo lauko ir gali fotografuoti ūkus, planetų sistemas, galaktikas, galaktikų spiečius, tiesiog surinkdamas daugybę vaizdų ir juos sujungdamas. WFIRST darys tą patį, bet su 100 kartų didesniu matymo lauku. Kitaip tariant, viską, ką gali Hablas, WFIRST gali padaryti 100 kartų greičiau. Jei imtume tuos pačius stebėjimus, kaip ir Hablo eXtreme Deep Field eksperimento metu, kai Hablas 23 dienas stebėjo tą patį dangaus lopinėlį ir ten rado 5500 galaktikų, WFIRST per tą laiką būtų radęs daugiau nei pusę milijono.
Vaizdas iš Hablo eXtreme Deep Field eksperimento, iki šiol mūsų giliausio Visatos stebėjimo
Tačiau mus labiausiai domina ne tie dalykai, kuriuos žinome, kuriuos atrasime šių dviejų nuostabių observatorijų pagalba, o tie, apie kuriuos dar nieko nežinome! Svarbiausias dalykas, kurio mums reikia norint numatyti šiuos atradimus, yra gera vaizduotė, idėja, ką dar galime rasti, ir supratimas apie šių teleskopų techninį jautrumą. Tam, kad Visata pakeistų mūsų mąstymą, visai nebūtina, kad mūsų atrandama informacija kardinaliai skirtųsi nuo to, ką mes žinome. Štai septyni kandidatai, ką gali atrasti Jamesas Webbas ir WFIRST!
Naujai atrastų planetų, skriejančių aplink blankiai raudoną žvaigždę TRAPPIST-1, dydžių palyginimas su Galilėjos Jupiterio palydovais ir vidine Saulės sistema. Visos aplink TRAPPIST-1 rastos planetos savo dydžiu yra panašaus į Žemę, tačiau žvaigždė savo dydžiu yra tik artima Jupiteriui.
1) Deguonies turtinga atmosfera potencialiai tinkamame gyventi Žemės dydžio pasaulyje. Prieš metus Žemės dydžio pasaulių paieškos į Saulę panašių žvaigždžių gyvenamosiose zonose buvo didžiausias. Tačiau Proxima b atradimas ir septyni Žemės dydžio pasauliai aplink TRAPPIST-1, Žemės dydžio pasauliai, besisukantys aplink mažus raudonuosius nykštukus, sukėlė intensyvių ginčų audrą. Jei šie pasauliai yra tinkami gyventi ir jei juose yra atmosfera, tai palyginti didelis Žemės dydis, palyginti su jų žvaigždžių dydžiu, rodo, kad tranzito metu galėsime išmatuoti jų atmosferų turinį! Molekulių – anglies dioksido, metano ir deguonies – sugeriantis poveikis gali būti pirmasis netiesioginis gyvybės įrodymas. Jamesas Webbas galės tai pamatyti, o rezultatai gali šokiruoti pasaulį!
„Big Rip“ scenarijus išsipildys, jei laikui bėgant aptiksime tamsiosios energijos stiprumo padidėjimą
2) Tamsiosios energijos nestabilumo ir galimo Didžiojo plyšimo pradžios įrodymai. Vienas iš pagrindinių WFIRST mokslinių tikslų yra stebėti žvaigždes labai dideliais atstumais ieškant Ia tipo supernovų. Tie patys įvykiai leido mums atrasti tamsiąją energiją, tačiau vietoj dešimčių ar šimtų ji rinks informaciją apie tūkstančius įvykių, vykstančių dideliais atstumais. Ir tai leis dešimt kartų didesniu nei šiandien tikslumu išmatuoti ne tik Visatos plėtimosi greitį, bet ir šio greičio kitimą laikui bėgant. Jei tamsioji energija nuo kosmologinės konstantos skirsis bent 1%, ją rasime. Ir jei jis yra tik 1% didesnis už neigiamą kosmologinės konstantos slėgį, mūsų Visata baigsis dideliu plyšimu. Tai tikrai bus staigmena, bet mes turime tik vieną Visatą, ir mums dera klausytis, ką ji yra pasirengusi pranešti apie save.
Tolimiausia šiandien žinoma galaktika, kurią Hablo patvirtino spektroskopijos būdu, mums matoma tokia, kokia buvo, kai Visatai tebuvo 407 mln.
3) Žvaigždės ir galaktikos iš ankstesnių laikų, nei prognozuoja mūsų teorijos. Jamesas Webbas savo infraraudonųjų spindulių akimis galės pažvelgti į praeitį, kai Visatai buvo 200–275 milijonai metų – tai tik 2% jos dabartinio amžiaus. Tai turėtų apimti daugumą pirmųjų galaktikų ir vėlyvą pirmųjų žvaigždžių formavimąsi, tačiau taip pat galime rasti įrodymų, kad ankstesnės žvaigždžių ir galaktikų kartos egzistavo dar anksčiau. Jei taip pasisuks, tai reikš, kad gravitacinis augimas nuo kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės atsiradimo (380 000 metų) iki pirmųjų žvaigždžių susidarymo įvyko ne taip. Tai tikrai bus įdomi problema!
Galaktikos NGC 4261 šerdis, kaip ir daugybės galaktikų šerdys, rodo supermasyvios juodosios skylės buvimo ženklus tiek infraraudonųjų spindulių, tiek rentgeno spindulių diapazone.
4) Supermasyvios juodosios skylės, atsiradusios prieš pirmąsias galaktikas. Galaktikose buvo supermasyvių juodųjų skylių. Standartinė teorija teigia, kad šios juodosios skylės atsirado iš pirmųjų žvaigždžių kartų, kurios susijungė ir pateko į spiečių centrą, o vėliau kaupė materiją ir virto supermasyviomis juodosiomis skylėmis. Standartinė viltis yra rasti šio modelio patvirtinimą ir juodąsias skyles ankstyvose augimo stadijose, tačiau bus staigmena, jei rasime jas jau visiškai susiformavusias šiose labai ankstyvose galaktikose. Jamesas Webbas ir WFIRST galės atskleisti šiuos objektus, o jų radimas bet kokia forma bus didelis mokslo laimėjimas!
Keplerio atrastos planetos, surūšiuotos pagal dydį, 2016 m. gegužės mėn., kai išleido didžiausią naujų egzoplanetų pavyzdį. Labiausiai paplitę pasauliai yra šiek tiek didesni už Žemę ir šiek tiek mažesni už Neptūną, tačiau mažos masės pasauliai Kepleriui gali būti tiesiog nematomi.
5) Mažos masės egzoplanetos, kurios sudaro tik 10% Žemės, gali būti labiausiai paplitusios. Tai WFIRST specialybė: mikrolęšių paieška dideliuose dangaus plotuose. Kai žvaigždė praeina priešais kitą žvaigždę, mūsų požiūriu, erdvės kreivumas sukuria didinamąjį efektą, nuspėjamai didėjant ir vėliau mažėjant ryškumui. Planetų buvimas priekinio plano sistemoje pakeis šviesos signalą ir leis mums jas atpažinti tiksliau, atpažindami mažesnes mases nei bet kuris kitas metodas. Naudodami WFIRST mes ištirsime visas planetas iki 10% Žemės masės – Marso dydžio planetos. Ar į Marsą panašūs pasauliai yra labiau paplitę nei į Žemę? WFIRST gali padėti mums tai išsiaiškinti!
CR7, pirmosios atrastos galaktikos, kurioje yra III populiacijos žvaigždžių, pirmųjų žvaigždžių Visatoje, iliustracija. Jamesas Webbas gali padaryti tikrą šios ir kitų panašių galaktikų nuotrauką
6) Pirmosios žvaigždės gali būti masyvesnės nei esamos dabar. Tyrinėdami pirmąsias žvaigždes jau žinome, kad jos labai skiriasi nuo dabartinių: beveik 100% buvo sudarytos iš gryno vandenilio ir helio, be kitų elementų. Tačiau kiti elementai atlieka svarbų vaidmenį aušinant, spinduliuojant ir neleidžiant žvaigždėms tapti per didelėmis ankstyvosiose stadijose. Didžiausia šiandien žinoma žvaigždė yra Tarantulos ūke ir yra 260 kartų masyvesnė už Saulę. Tačiau ankstyvojoje Visatoje galėjo būti 300, 500 ir net 1000 kartų sunkesnių už Saulę žvaigždžių! Jamesas Webbas turėtų suteikti mums galimybę tai sužinoti ir gali pasakyti ką nors nuostabaus apie ankstyviausias Visatos žvaigždes.
Dujų nutekėjimas nykštukinėse galaktikose vyksta aktyvaus žvaigždžių formavimosi metu, dėl to įprastinė medžiaga nuskrenda, o tamsioji išlieka.
7) Ankstyvosiose galaktikose tamsioji medžiaga gali būti ne tokia dominuojanti, kaip šiandieninėse galaktikose. Galbūt pagaliau galėsime išmatuoti galaktikas tolimose Visatos dalyse ir nustatyti, ar keičiasi įprastos ir tamsiosios materijos santykis. Intensyviai formuojantis naujoms žvaigždėms, normali materija išteka iš galaktikos, nebent galaktika būtų labai didelė – tai reiškia, kad ankstyvosiose, blankiose galaktikose normalios materijos turėtų būti daugiau, palyginti su tamsiąja medžiaga, nei blankiose galaktikose, esančiose netoli nuo mus. Toks stebėjimas patvirtintų dabartinį tamsiosios materijos supratimą ir mestų iššūkį modifikuotos gravitacijos teorijoms; priešingas pastebėjimas galėtų paneigti tamsiosios materijos teoriją. Jamesas Webbas sugebės su tuo susitvarkyti, tačiau sukaupta WFIRST stebėjimų statistika tikrai viską paaiškins.
Menininko idėja apie tai, kaip gali atrodyti visata, kai susiformuoja pirmosios žvaigždės
Tai tik galimybės, ir jų yra per daug, kad būtų galima čia išvardyti. Visa stebėjimo, duomenų kaupimo ir mokslinių tyrimų esmė ta, kad mes nežinome, kaip veikia visata, kol neužduodame teisingų klausimų, kurie padėtų mums tai išsiaiškinti. Jamesas Webbas daugiausia dėmesio skirs keturioms pagrindinėms temoms: pirmoji šviesa ir rejonizacija, galaktikų surinkimas ir augimas, žvaigždžių gimimas ir planetų formavimasis bei planetų paieška ir gyvybės atsiradimas. WFIRST daugiausia dėmesio skirs tamsiajai energijai, supernovoms, barioniniams akustiniams virpesiams, egzoplanetoms – tiek mikroobjektyvams, tiek tiesioginiams stebėjimams – ir beveik infraraudonųjų spindulių didelių dangaus plotų stebėjimams, kurie gerokai viršija ankstesnių observatorijų, tokių kaip 2MASS ir WISE, galimybes.
Viso dangaus infraraudonųjų spindulių žemėlapis, gautas WISE erdvėlaiviu. WFIRST gerokai viršys erdvinę skiriamąją gebą ir lauko gylį, pasiekiamą naudojant WISE, todėl galėsime žvelgti giliau ir toliau.
Mes puikiai suprantame šiandieninę Visatą, tačiau klausimai, į kuriuos atsakys Jamesas Webbas ir WFIRST, yra užduodami tik šiandien, remiantis tuo, ką jau išmokome. Gali pasirodyti, kad visuose šiuose frontuose netikėtumų nebus, bet labiau tikėtina, kad ne tik rasime netikėtumų, bet ir mūsų spėjimai apie jų prigimtį bus visiškai klaidingi. Dalis mokslo smagumo yra tai, kad niekada nežinai, kada ir kaip Visata tave nustebins kažkuo nauju. Ir kai tai daroma, atsiranda didžiausia visos pažengusios žmonijos galimybė: tai leidžia mums išmokti kažko visiškai naujo ir pakeičia mūsų fizinės tikrovės supratimą.