Największe teleskopy na świecie. W rosyjskim centrum nuklearnym wyprodukowano teleskop rentgenowski dla obserwatorium astrofizycznego.Po co potrzebne są teleskopy kosmiczne?

Satelita Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) to nadchodząca misja NASA, która ma zbadać około 200 000 gwiazd w poszukiwaniu oznak obecności egzoplanet.

Notatka! Egzoplanety, czyli planety pozasłoneczne, to planety znajdujące się poza Układem Słonecznym. Badanie tych ciał niebieskich było przez długi czas niedostępne dla badaczy - w przeciwieństwie do gwiazd są one zbyt małe i słabe.

NASA poświęciła cały program poszukiwaniu egzoplanet, w których panują warunki podobne do ziemskich. Składa się z trzech etapów. Główny badacz, George Ricker z Instytutu Astrofizyki i Badań Kosmicznych. Kavli nazwał projekt „misją stulecia”.

Satelita został zaproponowany jako misja w 2006 roku. Startup był sponsorowany przez tak znane firmy jak Fundacja Kavli, Google, a inicjatywę wsparł także Massachusetts Institute of Technology.

W 2013 roku TESS został włączony do programu NASA Explorer. TESS jest przeznaczony na 2 lata. Oczekuje się, że statek kosmiczny będzie badał półkulę południową w pierwszym roku, a półkulę północną w drugim.

„TESS przewiduje odkrycie tysięcy egzoplanet różnej wielkości, w tym kilkudziesięciu porównywalnych wielkością do Ziemi” – oznajmił w oświadczeniu Massachusetts Institute of Technology (MIT), który kieruje misją.

Cele i zadania teleskopu

Satelita jest kontynuacją udanej misji należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Kepplera, wystrzelonej w 2009 roku.
Podobnie jak Kepler, TESS będzie wyszukiwać w oparciu o zmiany jasności gwiazd. Kiedy egzoplaneta przechodzi przed gwiazdą (tzw. tranzyt), częściowo przesłania światło emitowane przez gwiazdę.

Te spadki jasności mogą wskazywać, że wokół gwiazdy krąży jedna lub więcej planet.

Jednak w przeciwieństwie do Kepplera, nowa misja skupi się na gwiazdach 100 razy jaśniejszych, wybierze te, które najbardziej nadają się do szczegółowych badań i określi cele dla przyszłych misji.

TESS przeskanuje niebo podzielone na 26 sektorów o powierzchni 24 na 96 stopni. Potężne kamery na statku kosmicznym będą rejestrować najmniejsze zmiany w świetle gwiazd w każdym sektorze.

Lider projektu Ricker zauważył, że zespół spodziewa się w trakcie misji odkryć kilka tysięcy planet. „To zadanie jest szersze, wykracza poza wykrywanie egzoplanet. Obrazy z TESS pozwolą nam dokonać szeregu odkryć w astrofizyce” – dodał.

Funkcje i specyfikacje

Teleskop TESS jest bardziej zaawansowany niż jego poprzednik, Keppler. Mają ten sam cel, obaj wykorzystują technikę wyszukiwania „tranzytowego”, ale możliwości są różne.

Po rozpoznaniu ponad dwóch tysięcy egzoplanet Keppler spędził swoją główną misję obserwując wąski fragment nieba. TESS ma prawie 20 razy większe pole widzenia, co pozwala mu wykryć więcej ciał niebieskich.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jako następny przejmie pałeczkę w badaniach egzoplanet.

Webb będzie skanował dokładniej obiekty zidentyfikowane przez TESS – pod kątem obecności pary wodnej, metanu i innych gazów atmosferycznych. Wyniesienie na orbitę planowane jest na rok 2019. Ta misja powinna być ostatnią.

Sprzęt

Według NASA statek kosmiczny zasilany energią słoneczną zawiera cztery szerokokątne optyczne teleskopy refraktorowe. Każde z czterech urządzeń ma wbudowane kamery półprzewodnikowe o rozdzielczości 67,2 megapiksela, które mogą pracować w zakresie widma od 600 do 1000 nanometrów.

Nowoczesny sprzęt powinien zapewniać szeroki widok na całe niebo. Teleskopy będą obserwować określone miejsce przez od 27 do 351 dni, a następnie przejść do następnego, przemierzając kolejno obie półkule przez dwa lata.

Dane z monitoringu będą przetwarzane i przechowywane na pokładzie satelity przez trzy miesiące. Urządzenie będzie przesyłać na Ziemię tylko te dane, które mogą mieć znaczenie naukowe.

Orbituj i wystrzel

Jednym z najtrudniejszych zadań dla zespołu było obliczenie unikalnej orbity statku kosmicznego.

Urządzenie zostanie wystrzelone na wysoką eliptyczną orbitę wokół Ziemi – okrąży Ziemię dwukrotnie w czasie, jaki zajmuje Księżycowi pełne okrążenie. Ten typ orbity jest najbardziej stabilny. Nie ma żadnych śmieci kosmicznych ani silnego promieniowania, które mogłyby unieruchomić satelitę. Urządzenie z łatwością będzie wymieniać dane z służbami naziemnymi.

Daty premiery

Jest jednak też minus - taka trajektoria ogranicza czas startu: musi być zsynchronizowana z orbitą Księżyca. Statkowi pozostało małe „okno” – od marca do czerwca – jeśli nie dotrzyma tego terminu, misja nie będzie w stanie zrealizować zaplanowanych zadań.

1. Według opublikowanego budżetu NASA utrzymanie teleskopu do egzoplanet w 2018 roku będzie kosztować agencję prawie 27,5 mln dolarów, a całkowity koszt projektu wyniesie 321 mln dolarów.
2. Statek kosmiczny znajdzie się na orbicie, która nigdy wcześniej nie była używana. Orbita eliptyczna, zwana P/2, to dokładnie połowa okresu obiegu Księżyca. Oznacza to, że TESS będzie okrążał Ziemię co 13,7 dnia.
3. Korporacja lotnicza Elona Muska stawiła czoła poważnej konkurencji z Boengiem o prawo do wystrzelenia satelity. Statystyki i NASA były po stronie
4. Rozwój instrumentów – od teleskopów pokładowych po odbiorniki optyczne – sfinansował Google.

Oczekuje się, że TESS odkryje tysiące kandydatów na egzoplanety. Pomoże to astronomom lepiej zrozumieć strukturę układów planetarnych i zapewni wgląd w to, jak powstał nasz Układ Słoneczny.

Jak powstały teleskopy?

Pierwszy teleskop pojawił się na początku XVII wieku: teleskopy wynalazło jednocześnie kilku wynalazców. Tubusy te bazowały na właściwościach soczewki wypukłej (lub, jak to się nazywa, lustro wklęsłe), spełniając rolę soczewki w tubusie: soczewka skupia promienie świetlne i uzyskuje się powiększony obraz, który można oglądać przez okular umieszczony na drugim końcu tubusu. Ważną datą dla teleskopów jest 7 stycznia 1610 r.; wtedy Włoch Galileo Galilei jako pierwszy skierował teleskop w niebo – i w ten sposób zamienił go w teleskop. Teleskop Galileusza był bardzo mały, miał nieco ponad metr długości, a średnica obiektywu wynosiła 53 mm. Od tego czasu rozmiary teleskopów stale się powiększają. Naprawdę duże teleskopy znajdujące się w obserwatoriach zaczęto budować w XX wieku. Największym obecnie teleskopem optycznym jest Teleskop Grand Canary, znajdujący się w obserwatorium na Wyspach Kanaryjskich, którego średnica obiektywu wynosi aż 10 m.

Czy wszystkie teleskopy są takie same?

NIE. Głównym typem teleskopów są teleskopy optyczne. Wykorzystują one soczewkę, zwierciadło wklęsłe lub serię zwierciadeł, albo razem zwierciadło i soczewkę. Wszystkie te teleskopy wykorzystują światło widzialne – to znaczy patrzą na planety, gwiazdy i galaktyki w podobny sposób, w jaki patrzyłoby na nie bardzo bystre ludzkie oko. Wszystkie obiekty na świecie emitują promieniowanie, a światło widzialne stanowi tylko niewielką część widma tego promieniowania. Patrzenie na przestrzeń tylko przez nią jest jeszcze gorsze niż widzenie otaczającego świata w czerni i bieli; w ten sposób tracimy wiele informacji. Istnieją zatem teleskopy działające na różnych zasadach: np. radioteleskopy wychwytujące fale radiowe, czy teleskopy wychwytujące promienie gamma – służą one do obserwacji najgorętszych obiektów w kosmosie. Istnieją również teleskopy ultrafioletowe i podczerwone, doskonale nadają się do odkrywania nowych planet poza Układem Słonecznym: w świetle widzialnym jasnych gwiazd nie można zobaczyć maleńkich planet krążących wokół nich, ale w świetle ultrafioletowym i podczerwonym jest to znacznie łatwiejsze.

Po co nam w ogóle teleskopy?

Dobre pytanie! Powinienem był o to zapytać wcześniej. Wysyłamy urządzenia w kosmos, a nawet na inne planety, zbieramy o nich informacje, ale w przeważającej części astronomia jest nauką wyjątkową, ponieważ bada obiekty, do których nie ma bezpośredniego dostępu. Teleskop jest najlepszym narzędziem do zdobywania informacji o kosmosie. Widzi fale niedostępne dla ludzkiego oka, najdrobniejsze szczegóły, a także zapisuje swoje obserwacje - wtedy za pomocą tych zapisów można dostrzec zmiany na niebie.

Dzięki nowoczesnym teleskopom dobrze rozumiemy gwiazdy, planety i galaktyki, a nawet potrafimy wykryć hipotetyczne cząstki i fale nieznane wcześniej nauce: na przykład ciemną materię (są to tajemnicze cząstki, które stanowią 73% Wszechświata) lub fale grawitacyjne (próbują je wykryć za pomocą obserwatorium LIGO, które składa się z dwóch obserwatoriów znajdujących się w odległości 3000 km od siebie). W tym celu najlepiej teleskopy traktować jak wszystkie inne urządzenia - wysyłać je w kosmos.

Po co wysyłać teleskopy w kosmos?

Powierzchnia Ziemi nie jest najlepszym miejscem do obserwacji kosmosu. Nasza planeta wytwarza wiele zakłóceń. Po pierwsze, powietrze w atmosferze planety działa jak soczewka: załamuje światło ciał niebieskich w przypadkowy i nieprzewidywalny sposób i zniekształca sposób, w jaki je widzimy. Ponadto atmosfera pochłania wiele rodzajów promieniowania: na przykład fale podczerwone i ultrafioletowe. Aby ominąć te zakłócenia, teleskopy wysyłane są w przestrzeń kosmiczną. To prawda, że ​​​​jest to bardzo drogie, więc rzadko się to robi: w historii wysłaliśmy w kosmos około 100 teleskopów o różnych rozmiarach - w rzeczywistości to nie wystarczy, nawet duże teleskopy optyczne na Ziemi są kilka razy większe. Najsłynniejszym teleskopem kosmicznym jest Hubble, a Teleskop Jamesa Webba, który ma zostać wystrzelony w 2018 roku, będzie czymś w rodzaju następcy.

Jak drogie to jest?

Potężny teleskop kosmiczny jest bardzo drogi. W zeszłym tygodniu minęła 25. rocznica wystrzelenia Hubble'a, najsłynniejszego teleskopu kosmicznego na świecie. Przez cały okres przeznaczono na to około 10 miliardów dolarów; część tych pieniędzy przeznaczona jest na naprawy, ponieważ Hubble musiał być regularnie naprawiany (przestali to robić w 2009 roku, ale teleskop nadal działa). Krótko po wystrzeleniu teleskopu wydarzyła się głupia rzecz: pierwsze wykonane zdjęcia były znacznie gorszej jakości, niż oczekiwano. Okazało się, że przez drobny błąd w obliczeniach zwierciadło Hubble'a nie było wystarczająco wypoziomowane i do jego naprawy trzeba było wysłać cały zespół astronautów. Kosztował około 8 milionów dolarów. Cena teleskopu Jamesa Webba może się zmienić i prawdopodobnie wzrośnie bliżej startu, ale na razie wynosi około 8 miliardów dolarów – i jest warta każdego grosza.

Co jest wyjątkowego?
w Teleskopie Jamesa Webba?

Będzie to najbardziej imponujący teleskop w historii ludzkości. Projekt zrodził się jeszcze w połowie lat 90., a obecnie wkracza w końcową fazę. Teleskop odleci 1,5 miliona km od Ziemi i wejdzie na orbitę wokół Słońca, a raczej do drugiego punktu Lagrange'a od Słońca i Ziemi - jest to miejsce, w którym równoważą się siły grawitacyjne dwóch obiektów, a zatem i trzeciego obiektu (w tym przypadku teleskop) może pozostać w bezruchu. Teleskop Jamesa Webba jest zbyt duży, aby zmieścić się w rakiecie, więc będzie latał złożony i otwierał się w przestrzeni niczym przekształcający się kwiat; Spójrz na to wideo aby zrozumieć, jak to się stanie.

Będzie wtedy w stanie spojrzeć dalej niż jakikolwiek teleskop w historii: 13 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Ponieważ światło, jak można się domyślić, porusza się z prędkością światła, obiekty, które widzimy, należą do przeszłości. Z grubsza mówiąc, kiedy patrzysz na gwiazdę przez teleskop, widzisz ją tak, jak wyglądała dziesiątki, setki, tysiące i tak dalej lat temu. Dlatego Teleskop Jamesa Webba zobaczy pierwsze gwiazdy i galaktyki takimi, jakie były po Wielkim Wybuchu. To bardzo ważne: lepiej zrozumiemy, jak powstały galaktyki, pojawiły się gwiazdy i układy planetarne, będziemy mogli lepiej zrozumieć pochodzenie życia. Być może Teleskop Jamesa Webba pomoże nam nawet odkryć życie pozaziemskie. Jest jedno: podczas misji wiele rzeczy może pójść nie tak, a ponieważ teleskop będzie bardzo daleko od Ziemi, nie będzie możliwości wysłania go w celu naprawy, tak jak to miało miejsce w przypadku Hubble'a.

Jakie jest praktyczne znaczenie tego wszystkiego?

To pytanie często zadaje się w kontekście astronomii, zwłaszcza biorąc pod uwagę, ile pieniędzy na nią wydaje się. Odpowiedzi są na to dwie odpowiedzi: po pierwsze, nie wszystko, zwłaszcza nauka, powinno mieć jasne znaczenie praktyczne. Astronomia i teleskopy pomagają nam lepiej zrozumieć miejsce ludzkości we Wszechświecie i ogólnie strukturę świata. Po drugie, astronomia nadal ma praktyczne zalety. Astronomia jest bezpośrednio powiązana z fizyką: rozumiejąc astronomię, znacznie lepiej rozumiemy fizykę, ponieważ istnieją zjawiska fizyczne, których nie można zaobserwować na Ziemi. Na przykład, jeśli astronomowie udowodnią istnienie ciemnej materii, będzie to miało ogromny wpływ na fizykę. Ponadto wiele technologii wymyślonych dla kosmosu i astronomii jest stosowanych w życiu codziennym: rozważ satelity, które są obecnie wykorzystywane do wszystkiego, od telewizji po nawigację GPS. Wreszcie astronomia będzie bardzo ważna w przyszłości: aby przetrwać, ludzkość będzie musiała wydobywać energię ze Słońca i minerały z asteroid, osiedlać się na innych planetach i być może komunikować się z obcymi cywilizacjami – to wszystko nie będzie możliwe, jeśli tego nie zrobimy rozwijaj teraz astronomię i teleskopy.

Gdzie zobaczyć gwiazdy?

Całkowicie rozsądne pytanie: po co umieszczać teleskopy w kosmosie? Wszystko jest bardzo proste – z kosmosu widać lepiej. Dziś do badania Wszechświata potrzebne są teleskopy o rozdzielczości niemożliwej do uzyskania na Ziemi. Dlatego właśnie w kosmos wysyłane są teleskopy.

Różne typy widzenia

Wszystkie te urządzenia mają inną „wizję”. Niektóre typy teleskopów badają obiekty kosmiczne w zakresie podczerwieni i ultrafioletu, inne w zakresie rentgenowskim. To jest powód tworzenia coraz bardziej zaawansowanych systemów kosmicznych do głębokiego badania Wszechświata.

Kosmiczny teleskop Hubble

Kosmiczny Teleskop Hubble'a (HST)
Teleskop Hubble'a to całe obserwatorium kosmiczne znajdujące się na niskiej orbicie okołoziemskiej. Nad jego stworzeniem pracowała NASA i Europejska Agencja Kosmiczna. Teleskop został wystrzelony na orbitę w 1990 roku i jest obecnie największym urządzeniem optycznym prowadzącym obserwacje w zakresie bliskiej podczerwieni i ultrafioletu.

Podczas swojej pracy na orbicie Hubble wysłał na Ziemię ponad 700 tysięcy zdjęć 22 tysięcy różnych obiektów niebieskich - planet, gwiazd, galaktyk, mgławic. Tysiące astronomów wykorzystywało go do obserwacji procesów zachodzących we Wszechświecie. W ten sposób za pomocą Hubble'a odkryto wiele formacji protoplanetarnych wokół gwiazd, uzyskano unikalne zdjęcia zjawisk takich jak zorze na Jowiszu, Saturnie i innych planetach oraz wiele innych bezcennych informacji.

Obserwatorium rentgenowskie Chandra

Obserwatorium rentgenowskie Chandra
Kosmiczny Teleskop Chandra został wystrzelony w przestrzeń kosmiczną 23 lipca 1999 r. Jego głównym zadaniem jest obserwacja promieni rentgenowskich pochodzących z bardzo wysokoenergetycznych obszarów kosmosu. Badania takie mają ogromne znaczenie dla zrozumienia ewolucji Wszechświata, a także poznania natury ciemnej energii – jednej z największych zagadek współczesnej nauki. Do chwili obecnej w przestrzeń kosmiczną wystrzelono dziesiątki urządzeń prowadzących badania w zakresie promieniowania rentgenowskiego, niemniej jednak Chandra pozostaje najpotężniejszą i najskuteczniejszą w tej dziedzinie.

Spitzer Kosmiczny Teleskop Spitzera został wystrzelony przez NASA 25 sierpnia 2003 roku. Jego zadaniem jest obserwacja Kosmosu w zakresie podczerwieni, w którym widać stygnące gwiazdy i gigantyczne obłoki molekularne. Atmosfera ziemska pochłania promieniowanie podczerwone, przez co obserwacja takich obiektów kosmicznych z Ziemi jest prawie niemożliwa.

Kepler Teleskop Keplera został wystrzelony przez NASA 6 marca 2009 roku. Jego specjalnym celem jest poszukiwanie egzoplanet. Misją teleskopu jest monitorowanie jasności ponad 100 tysięcy gwiazd przez 3,5 roku, podczas których musi określić liczbę planet podobnych do Ziemi znajdujących się w odległości odpowiedniej do pojawienia się życia z ich słońc. Utwórz szczegółowy opis tych planet i kształtów ich orbit, zbadaj właściwości gwiazd mających układy planetarne i wiele więcej. Do tej pory Kepler zidentyfikował już pięć układów gwiazdowych i setki nowych planet, z których 140 ma cechy podobne do Ziemi.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST)
Zakłada się, że gdy Hubble dobiegnie końca, jego miejsce zajmie teleskop kosmiczny JWST. Wyposażony będzie w ogromne zwierciadło o średnicy 6,5 m. Jego celem jest wykrycie pierwszych gwiazd i galaktyk, które pojawiły się w wyniku Wielkiego Wybuchu.
I nawet trudno sobie wyobrazić, co zobaczy w kosmosie i jak wpłynie to na nasze życie.

Kanoniczne zdjęcie teleskopu wykonane podczas jego ostatniej misji konserwacyjnej w 2009 roku.

25 lat temu, 24 kwietnia 1990 roku, prom kosmiczny Discovery wyruszył z Przylądka Canaveral w swój dziesiąty lot, niosąc w swoim przedziale transportowym niezwykły ładunek, który przyniósł chwałę NASA i stał się katalizatorem rozwoju wielu dziedzin astronomii . W ten sposób rozpoczęła się 25-letnia misja Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, być może najsłynniejszego instrumentu astronomicznego na świecie.

Następnego dnia, 25 kwietnia 1990 r., drzwi luku ładunkowego otworzyły się i specjalny manipulator uniósł teleskop z przedziału. Hubble rozpoczął swoją podróż na wysokości 612 km nad Ziemią. Proces wystrzelenia urządzenia został sfilmowany na kilku kamerach IMAX i wraz z jedną z późniejszych misji naprawczych został uwieczniony w filmie Przeznaczenie w kosmosie (1994). Teleskop jeszcze kilkukrotnie zwrócił na siebie uwagę twórców filmów IMAX, stając się bohaterem filmów Hubble: Galaktyki w przestrzeni i czasie (2004) oraz Hubble 3D (2010). Kino popularno-naukowe jest jednak przyjemne, choć wciąż jest produktem ubocznym pracy obserwatorium orbitalnego.

Dlaczego potrzebne są teleskopy kosmiczne?

Głównym problemem astronomii optycznej są zakłócenia wprowadzane przez atmosferę ziemską. Duże teleskopy od dawna budowane są wysoko w górach, z dala od dużych miast i ośrodków przemysłowych. Oddalenie częściowo rozwiązuje problem smogu, zarówno rzeczywistego, jak i świetlnego (oświetlenie nocnego nieba sztucznymi źródłami światła). Położenie na dużej wysokości pozwala na ograniczenie wpływu turbulencji atmosferycznych ograniczających rozdzielczość teleskopów i zwiększenie liczby nocy odpowiednich do obserwacji.

Oprócz wspomnianych już niedogodności, przezroczystość atmosfery ziemskiej w zakresie ultrafioletu, promieniowania rentgenowskiego i gamma pozostawia wiele do życzenia. Podobne problemy obserwuje się w widmie podczerwonym. Kolejną przeszkodą na drodze obserwatorów naziemnych jest rozpraszanie Rayleigha, to samo, które wyjaśnia niebieski kolor nieba. Z powodu tego zjawiska widmo obserwowanych obiektów jest zniekształcone i przechodzi w kolor czerwony.

Hubble w ładowni wahadłowca Discovery. Widok z jednej z kamer IMAX.

Jednak głównym problemem jest niejednorodność atmosfery ziemskiej, obecność w niej obszarów o różnej gęstości, prędkościach powietrza itp. To właśnie te zjawiska prowadzą do dobrze znanego migotania gwiazd, widocznego gołym okiem. W przypadku wielometrowej optyki dużych teleskopów problem tylko się pogłębia. W rezultacie rozdzielczość naziemnych instrumentów optycznych, niezależnie od wielkości zwierciadła i apertury teleskopu, jest ograniczona do około 1 sekundy łukowej.

Zabranie teleskopu w kosmos pozwala uniknąć tych wszystkich problemów i zwiększyć rozdzielczość o rząd wielkości. Przykładowo teoretyczna rozdzielczość teleskopu Hubble'a o średnicy zwierciadła 2,4 m wynosi 0,05 sekundy łukowej, a rzeczywista 0,1 sekundy.

Projekt Hubble’a. Początek

Po raz pierwszy naukowcy zaczęli mówić o pozytywnym wpływie przeniesienia instrumentów astronomicznych poza atmosferę ziemską na długo przed nastaniem ery kosmicznej, czyli już w latach 30. ubiegłego wieku. Jednym z entuzjastów tworzenia obserwatoriów pozaziemskich był astrofizyk Lyman Spitzer. I tak w artykule z 1946 r. uzasadnił główne zalety teleskopów kosmicznych, a w 1962 r. opublikował raport zalecający, aby Narodowa Akademia Nauk USA włączyła rozwój takiego urządzenia do programu kosmicznego. Całkiem nieoczekiwanie, w 1965 roku, Spitzer został szefem komisji, która ustaliła zakres zadań naukowych tak dużego teleskopu kosmicznego. Później na cześć naukowca nazwano kosmiczny teleskop na podczerwień Teleskop Kosmiczny Spitzera (SIRTF), wystrzelony w 2003 roku, z 85-centymetrowym zwierciadłem głównym.

Teleskop na podczerwień Spitzera.

Pierwszym obserwatorium pozaziemskim było Orbiting Solar Observatory 1 (OSO 1), wystrzelone w 1962 roku, zaledwie 5 lat po rozpoczęciu ery kosmicznej, w celu badania Słońca. W sumie w ramach programu OSO od 1962 do 1975 r. Powstało 8 urządzeń. Równolegle z nim w 1966 r. Uruchomiono kolejny program - Orbitujące Obserwatorium Astronomiczne (OAO), w ramach którego w latach 1966–1972. Wystrzelono cztery orbitujące teleskopy ultrafioletowe i rentgenowskie. To właśnie sukcesy misji OAO stały się punktem wyjścia do stworzenia dużego teleskopu kosmicznego, który początkowo nazywał się po prostu Large Orbiting Telescope lub Large Space Telescope. Urządzenie otrzymało nazwę Hubble na cześć amerykańskiego astronoma i kosmologa Edwina Hubble'a dopiero w 1983 roku.

Początkowo planowano zbudowanie teleskopu z 3-metrowym zwierciadłem głównym i wyniesienie go na orbitę już w 1979 roku. Co więcej, obserwatorium od razu zostało rozbudowane tak, aby teleskop mógł być serwisowany bezpośrednio w kosmosie, i tu program Space Shuttle, rozwijający się równolegle, bardzo się przydał, którego pierwszy lot odbył się 12 kwietnia 1981. Nie oszukujmy się, modułowa konstrukcja była genialnym rozwiązaniem – promy latały do ​​teleskopu pięć razy w celu naprawy i modernizacji sprzętu.

A potem zaczęło się poszukiwanie pieniędzy. Kongres albo odmówił finansowania, albo ponownie przyznał fundusze. NASA i środowisko naukowe uruchomiły bezprecedensowy ogólnokrajowy program lobbingu na rzecz projektu Wielkiego Teleskopu Kosmicznego, który obejmował masową wysyłkę listów (wówczas w wersji papierowej) do ustawodawców, osobiste spotkania naukowców z kongresmenami i senatorami itp. Wreszcie w 1978 roku Kongres przeznaczył pierwsze 36 milionów dolarów, a Europejska Wspólnota Kosmiczna (ESA) zgodziła się ponieść część kosztów. Rozpoczęto projektowanie obserwatorium, a nową datę uruchomienia ustalono na rok 1983.

Lustro dla bohatera

Najważniejszą częścią teleskopu optycznego jest zwierciadło. Zwierciadło teleskopu kosmicznego miało specjalne wymagania ze względu na wyższą rozdzielczość niż jego naziemne odpowiedniki. Prace nad głównym zwierciadłem Hubble'a o średnicy 2,4 m rozpoczęły się w 1979 roku, a wykonawcą została firma Perkin-Elmer. Jak pokazały późniejsze wydarzenia, był to fatalny błąd.

Jako preformę zastosowano szkło o bardzo niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej firmy Corning. Tak, tego samego, który znasz ze szkła Gorilla Glass chroniącego ekrany Twoich smartfonów. Precyzja polerowania, do której po raz pierwszy zastosowano nowomodne maszyny CNC, musiała wynosić 1/65 długości fali światła czerwonego, czyli 10 nm. Następnie lustro należało pokryć warstwą aluminium o grubości 65 nm i warstwą ochronną z fluorku magnezu o grubości 25 nm. NASA wątpiąc w kompetencje Perkina-Elmera i obawiając się problemów z wykorzystaniem nowej technologii, jednocześnie zamówiła u Kodaka lusterko zapasowe wykonane metodą tradycyjną.

Polerowanie zwierciadła głównego Hubble'a w fabryce Perkin-Elmer, 1979.

Obawy NASA okazały się bezpodstawne. Polerowanie zwierciadła głównego trwało do końca 1981 roku, dlatego premierę przesunięto najpierw na rok 1984, a następnie z powodu opóźnień w produkcji pozostałych elementów układu optycznego na kwiecień 1985. Opóźnienia w Perkin-Elmer osiągnęły katastrofalne rozmiary. Start przekładano jeszcze dwukrotnie, najpierw na marzec, a następnie na wrzesień 1986 roku. Jednocześnie całkowity budżet projektu w tym czasie wynosił już 1,175 miliarda dolarów.

Katastrofa i oczekiwanie

28 stycznia 1986 roku, po 73 sekundach lotu nad przylądkiem Canaverel, prom kosmiczny Challenger eksplodował z siedmioma astronautami na pokładzie. Na dwa i pół roku Stany Zjednoczone wstrzymały loty załogowe, a wystrzelenie Hubble'a przełożono na czas nieokreślony.

Loty wahadłowców kosmicznych wznowiono w 1988 r., a wystrzelenie pojazdu zaplanowano na 1990 r., 11 lat po pierwotnej dacie. Przez cztery lata teleskop z częściowo włączonymi systemami pokładowymi przechowywany był w specjalnym pomieszczeniu ze sztuczną atmosferą. Sam koszt przechowywania unikalnego urządzenia wyniósł około 6 milionów dolarów miesięcznie! Do chwili startu całkowity koszt stworzenia kosmicznego laboratorium szacowano na 2,5 miliarda dolarów zamiast planowanych 400 milionów dolarów, dziś, biorąc pod uwagę inflację, jest to ponad 10 miliardów dolarów!

To wymuszone opóźnienie miało też pozytywne strony – programiści otrzymali dodatkowy czas na ukończenie satelity. Wymieniono zatem panele fotowoltaiczne na wydajniejsze (w przyszłości miałoby to nastąpić jeszcze dwukrotnie, ale tym razem w przestrzeni kosmicznej), zmodernizowano komputer pokładowy i udoskonalono oprogramowanie naziemne, które – jak się okazuje – do 1986 r. był zupełnie nieprzygotowany. Gdyby teleskop został nagle i na czas wyniesiony w przestrzeń kosmiczną, służby naziemne po prostu nie byłyby w stanie z nim pracować. Niedbałość i przekroczenia kosztów zdarzają się nawet w NASA.

I wreszcie 24 kwietnia 1990 roku Discovery wystrzelił Hubble'a w przestrzeń kosmiczną. Rozpoczął się nowy etap w historii obserwacji astronomicznych.

Pechowy i szczęśliwy teleskop

Jeśli myślisz, że to koniec nieszczęścia Hubble'a, głęboko się mylisz. Problemy zaczęły się już podczas startu – jeden z paneli słonecznych odmówił rozłożenia. Astronauci zakładali już skafandry, przygotowując się do wypłynięcia w przestrzeń kosmiczną w celu rozwiązania problemu, gdy panel uwolnił się i zajął swoje właściwe miejsce. Jednak to był dopiero początek.

Manipulator Canadarm wypuszcza Hubble'a na swobodny lot.

Dosłownie już w pierwszych dniach pracy z teleskopem naukowcy odkryli, że Hubble nie jest w stanie uzyskać ostrego obrazu, a jego rozdzielczość nie jest dużo lepsza od teleskopów naziemnych. Wielomiliardowy projekt okazał się niewypałem. Szybko stało się jasne, że Perkin-Elmer nie tylko nieprzyzwoicie opóźnił produkcję układu optycznego teleskopu, ale także popełnił poważny błąd przy polerowaniu i montażu zwierciadła głównego. Odchylenie od zadanego kształtu na krawędziach zwierciadła wyniosło 2 mikrony, co spowodowało pojawienie się silnej aberracji sferycznej i spadek rozdzielczości do 1 sekundy łukowej zamiast planowanych 0,1.

Przyczyna błędu była dla Perkina-Elmera po prostu wstydliwa i powinna była położyć kres istnieniu firmy. Główny korektor zerowy, czyli specjalne urządzenie optyczne do sprawdzania dużych zwierciadeł asferycznych, został nieprawidłowo zamontowany – jego soczewka została przesunięta o 1,3 mm od prawidłowego położenia. Technik montujący urządzenie po prostu popełnił błąd pracując z miernikiem laserowym, a kiedy odkrył nieoczekiwaną szczelinę pomiędzy soczewką a konstrukcją ją podtrzymującą, skompensował ją zwykłą metalową podkładką.

Problemu można było jednak uniknąć, gdyby Perkin-Elmer, wbrew rygorystycznym przepisom dotyczącym kontroli jakości, nie zignorował po prostu odczytów dodatkowych korektorów zerowych wskazujących na obecność aberracji sferycznej. Tak więc z powodu błędu jednej osoby i nieostrożności menedżerów Perkin-Elmer wielomiliardowy projekt wisiał na włosku.

Chociaż NASA posiadała zapasowe zwierciadło firmy Kodak, a teleskop zaprojektowano do serwisowania na orbicie, wymiana głównego elementu w przestrzeni kosmicznej nie była możliwa. W rezultacie, po określeniu dokładnej wielkości zniekształceń optycznych, opracowano specjalne urządzenie do ich kompensacji - Corrective Optics Space Telescope Axial Wymiana (COSTAR). Mówiąc najprościej, jest to mechaniczna łatka do układu optycznego. Aby go zainstalować, trzeba było zdemontować jedno z urządzeń naukowych na Hubble'u; Po konsultacjach naukowcy postanowili poświęcić szybki fotometr.

Astronauci konserwują Hubble'a podczas jego pierwszej misji naprawczej.

Misja naprawcza promu Endeavour rozpoczęła się dopiero 2 grudnia 1993 roku. Przez cały ten czas Hubble przeprowadzał pomiary i badania niezależne od wielkości aberracji sferycznej, ponadto astronomom udało się opracować w miarę skuteczny algorytm przetwarzania końcowego, który kompensuje część zniekształceń. Aby zdemontować jedno urządzenie i zainstalować COSTAR, potrzeba było 5 dni pracy i 5 spacerów kosmicznych, co łącznie trwało 35 godzin! A przed misją astronauci nauczyli się korzystać z około stu unikalnych instrumentów stworzonych do obsługi Hubble'a. Oprócz montażu COSTAR-a wymieniona została główna kamera teleskopu. Warto zrozumieć, że zarówno urządzenie korekcyjne, jak i nowy aparat to urządzenia wielkości dużej lodówki i odpowiedniej masy. Zamiast kamery szerokokątnej/planetarnej, która posiada 4 czujniki CCD firmy Texas Instruments o rozdzielczości 800x800 pikseli, zainstalowano kamerę szerokokątną i planetarną 2 z nowymi czujnikami zaprojektowanymi przez NASA Jet Propulsion Laboratory. Pomimo, że rozdzielczość czterech matryc jest podobna do poprzedniej, dzięki specjalnemu rozmieszczeniu, większą rozdzielczość uzyskano przy mniejszym kącie widzenia. W tym samym czasie Hubble'a zastąpiono panelami słonecznymi i elektroniką je sterującą, czterema żyroskopami do systemu kontroli położenia, kilkoma dodatkowymi modułami itp. Już 13 stycznia 1994 roku NASA pokazała społeczeństwu znacznie wyraźniejsze zdjęcia obiektów kosmicznych.

Zdjęcie galaktyki M100 przed i po instalacji COSTAR.

Sprawa nie ograniczała się do jednej misji naprawczej, wahadłowce poleciały do ​​Hubble'a aż pięciokrotnie (!), co czyni obserwatorium najczęściej odwiedzanym sztucznym obiektem pozaziemskim obok ISS i radzieckich stacji orbitalnych.

Druga misja serwisowa, podczas której wymieniono szereg instrumentów naukowych i systemów pokładowych, odbyła się w lutym 1997 roku. Astronauci ponownie pięciokrotnie udali się w przestrzeń kosmiczną i spędzili na pokładzie łącznie 33 godziny.

Trzecia misja naprawcza została podzielona na dwie części, przy czym pierwsza musiała zostać ukończona z opóźnieniem. Faktem jest, że trzy z sześciu żyroskopów systemu kontroli położenia Hubble'a zawiodły, co utrudniło nakierowanie teleskopu na cel. Czwarty żyroskop „umarł” na tydzień przed rozpoczęciem prac ekipy naprawczej, przez co obserwatorium kosmiczne wymknęło się spod kontroli. Ekspedycja wystartowała na ratunek teleskopowi 19 grudnia 1999 r. Astronauci wymienili wszystkie sześć żyroskopów i zmodernizowali komputer pokładowy.

Pierwszym komputerem pokładowym Hubble'a był DF-224.

W 1990 roku Hubble wystartował z komputerem pokładowym DF-224, powszechnie używanym przez NASA w latach 80. (pamiętajcie, że projekt obserwatorium powstał jeszcze w latach 70.). Układ ten produkcji firmy Rockwell Autonetics, o wadze 50 kg i wymiarach 45x45x30 cm, został wyposażony w trzy procesory o częstotliwości 1,25 MHz, dwa z nich traktowane były jako rezerwowe i włączane były naprzemiennie w przypadku awarii głównego i pierwszego zapasowego Procesory. System wyposażony był w pamięć o pojemności 48 tys. kilosłów (jedno słowo to 32 bajty), a jednorazowo dostępnych było jedynie 32 kilosłów.

Naturalnie w połowie lat 90. taka architektura była już beznadziejnie przestarzała, dlatego podczas misji serwisowej DF-224 został zastąpiony systemem opartym na specjalnym, chronionym przed promieniowaniem chipie Intel i486 o częstotliwości taktowania 25 MHz. Nowy komputer był 20 razy szybszy od DF-224 i miał 6 razy więcej pamięci RAM, co umożliwiało przyspieszenie przetwarzania wielu zadań i wykorzystanie nowoczesnych języków programowania. Nawiasem mówiąc, chipy Intel i486 dla systemów wbudowanych, w tym do użytku w technologii kosmicznej, były produkowane do września 2007 roku!

Astronauta usuwa napęd taśmowy z Hubble'a, aby powrócić na Ziemię.

Wymieniono także pokładowy system przechowywania danych. W pierwotnym projekcie Hubble'a był to napęd szpulowy z lat 70., zdolny do przechowywania 1,2 GB danych metodą back-to-back. Podczas drugiej misji naprawczej jeden z tych „magnetofonów szpulowych” został zastąpiony dyskiem SSD. Podczas trzeciej misji zmieniono także drugą „szpulkę”. Dysk SSD pozwala na przechowywanie 10 razy więcej informacji - 12 GB. Nie należy go jednak porównywać z dyskiem SSD w laptopie. Główny napęd Hubble'a ma wymiary 30 x 23 x 18 cm i waży aż 11,3 kg!

Czwarta misja, oficjalnie nazwana 3B, wyruszyła do obserwatorium w marcu 2002 roku. Głównym zadaniem jest instalacja nowej Zaawansowanej Kamery do Ankiet. Instalacja tego urządzenia umożliwiła rezygnację ze stosowania urządzenia korekcyjnego działającego od 1993 roku. Nowa kamera posiadała dwa zadokowane detektory CCD o wymiarach 2048 × 4096 pikseli, co dawało łączną rozdzielczość 16 megapikseli w porównaniu do 2,5 megapiksela dla poprzedniego aparatu. Część instrumentów naukowych wymieniono, tak że żaden z instrumentów z pierwotnego zestawu, który wyleciał w kosmos w 1991 roku, nie pozostał na pokładzie Hubble'a. Ponadto astronauci po raz drugi wymienili panele słoneczne satelity na bardziej wydajne, generując o 30% więcej energii.

Zaawansowana kamera do badań w pomieszczeniu czystym przed załadowaniem na prom.

Piąty lot do Hubble'a odbył się sześć lat temu, w 2009 roku, pod koniec programu promu kosmicznego. Ponieważ Wiadomo było, że jest to ostatnia misja naprawcza, a teleskop przeszedł generalny remont. Ponownie wymieniono wszystkie sześć żyroskopów systemu kontroli położenia przestrzennego, jeden z czujników precyzyjnego naprowadzania, zainstalowano nowe akumulatory niklowo-wodorowe zamiast starych, które pracowały na orbicie przez 18 lat, naprawiono uszkodzoną obudowę itp.

Astronauta ćwiczy wymianę baterii Hubble'a na Ziemi. Masa pakietu akumulatorów – 181 kg.

W sumie w ciągu pięciu misji serwisowych astronauci spędzili 23 dni na naprawie teleskopu, spędzając 164 godziny w przestrzeni pozbawionej powietrza! Wyjątkowe osiągnięcie.

Instagram dla teleskopu

Co tydzień Hubble wysyła na Ziemię około 140 GB danych, które gromadzone są w Instytucie Naukowym Teleskopów Kosmicznych, specjalnie stworzonym do zarządzania wszystkimi teleskopami orbitalnymi. Objętość archiwum wynosi dziś około 60 TB danych (1,5 miliona rekordów), do których dostęp jest otwarty dla każdego, podobnie jak sam teleskop. O możliwość korzystania z Hubble'a może ubiegać się każdy, pytanie czy zostanie to przyznane. Jeśli jednak nie masz dyplomu z astronomii, nawet nie próbuj, najprawdopodobniej nie przejdziesz nawet przez formularz zgłoszeniowy w celu uzyskania informacji o obrazie.

Nawiasem mówiąc, wszystkie zdjęcia przesłane przez Hubble'a na Ziemię są monochromatyczne. Montaż zdjęć kolorowych w kolorach rzeczywistych lub sztucznych następuje już na Ziemi, poprzez nałożenie na siebie serii fotografii monochromatycznych wykonanych przy użyciu różnych filtrów.

„Filary stworzenia” to jedno z najbardziej imponujących zdjęć Hubble'a z 2015 roku. Mgławica Orzeł, odległość 4000 lat świetlnych.

Najbardziej imponujące zdjęcia wykonane za pomocą Hubble'a, już przetworzone, można znaleźć na HubbleSite, oficjalnej podstronie NASA lub ESA, stronie poświęconej 25. rocznicy powstania teleskopu.

Naturalnie Hubble ma własne konto na Twitterze, a nawet dwa -

• Tłumaczenie

Przykłady teleskopów (działających od lutego 2013 r.) działających na długościach fal w całym widmie elektromagnetycznym. Obserwatoria znajdują się powyżej lub poniżej części widma, którą zwykle obserwują.

Kiedy w 1990 roku wystrzelono Kosmiczny Teleskop Hubble'a, zamierzaliśmy go użyć do przeprowadzenia pomiarów całego ładunku samochodu. Mieliśmy zobaczyć pojedyncze gwiazdy w odległych galaktykach, których nigdy wcześniej nie widzieliśmy; zmierzyć głęboki Wszechświat w sposób, który nigdy wcześniej nie był możliwy; zaglądaj w obszary powstawania gwiazd i oglądaj mgławice w niespotykanej rozdzielczości; uchwyć szczegółowo erupcje na księżycach Jowisza i Saturna, co nigdy wcześniej nie było możliwe. Ale największe odkrycia – ciemna energia, supermasywne czarne dziury, egzoplanety, dyski protoplanetarne – były nieoczekiwane. Czy ten trend będzie kontynuowany w przypadku teleskopów Jamesa Webba i WFIRST? Nasz czytelnik pyta:

Bez fantazjowania o jakiejś radykalnie nowej fizyce, jakie wyniki Webba i WFIRST mogą cię najbardziej zaskoczyć?

Aby dokonać takiej prognozy, musimy wiedzieć, do jakich pomiarów są zdolne te teleskopy.



Artystyczna wizja ukończonego i uruchomionego teleskopu Jamesa Webba. Zwróć uwagę na pięciowarstwową ochronę teleskopu przed ciepłem słonecznym

James Webb to teleskop kosmiczny nowej generacji, którego wystrzelenie nastąpi w październiku 2018 r. [W związku z napisaniem oryginalnego artykułu datę startu przesunięto na marzec-czerwiec 2019 r. – ok. przeł.]. Po całkowitym uruchomieniu i schłodzeniu stanie się najpotężniejszym obserwatorium w historii ludzkości. Jego średnica wyniesie 6,5 m, apertura będzie siedmiokrotnie większa od apertury Hubble'a, a rozdzielczość będzie prawie trzykrotnie większa. Będzie obejmował długości fal od 550 do 30 000 nm – od światła widzialnego po podczerwień. Będzie w stanie mierzyć kolory i widma wszystkich obserwowalnych obiektów, maksymalizując korzyści z niemal każdego otrzymanego fotonu. Jego położenie w przestrzeni pozwoli nam zobaczyć wszystko w zakresie odbieranego przez niego widma, a nie tylko te fale, dla których atmosfera jest częściowo przezroczysta.

Koncepcja satelity WFIRST, którego wystrzelenie zaplanowano na rok 2024. Powinien dostarczyć nam najdokładniejszych pomiarów ciemnej energii i innych niesamowitych odkryć kosmicznych.

WFIRST to flagowa misja NASA na lata 20. XXI wieku, której start zaplanowano na 2024 r. Teleskop nie będzie duży, nie będzie podczerwieni, nie obejmie niczego poza tym, czego Hubble nie potrafi. Po prostu zrobi to lepiej i szybciej. O ile lepiej? Hubble badając określony obszar nieba, zbiera światło z całego pola widzenia i jest w stanie sfotografować mgławice, układy planetarne, galaktyki, gromady galaktyk, po prostu zbierając wiele zdjęć i łącząc je ze sobą. WFIRST zrobi to samo, ale z polem widzenia 100 razy większym. Innymi słowy, wszystko, co potrafi Hubble, WFIRST może zrobić 100 razy szybciej. Jeśli przyjmiemy te same obserwacje, co podczas eksperymentu Hubble eXtreme Deep Field, kiedy Hubble obserwował ten sam fragment nieba przez 23 dni i odkrył tam 5500 galaktyk, wówczas WFIRST odkryłby w tym czasie ponad pół miliona.

Zdjęcie z eksperymentu Hubble eXtreme Deep Field, naszej najgłębszej jak dotąd obserwacji Wszechświata

Ale najbardziej interesują nas nie te rzeczy, które wiemy, że odkryjemy przy pomocy tych dwóch wspaniałych obserwatoriów, ale te, o których jeszcze nic nie wiemy! Najważniejsze, czego potrzebujemy, aby przewidzieć te odkrycia, to dobra wyobraźnia, wyobrażenie o tym, co możemy jeszcze znaleźć, oraz zrozumienie wrażliwości technicznej tych teleskopów. Aby Wszechświat zrewolucjonizował nasze myślenie, wcale nie jest konieczne, aby informacje, które odkrywamy, radykalnie różniły się od tego, co wiemy. Oto siedmiu kandydatów na to, co mogą odkryć James Webb i WFIRST!

Porównanie rozmiarów nowo odkrytych planet krążących wokół słabej czerwonej gwiazdy TRAPPIST-1 z galileuszowymi księżycami Jowisza i wewnętrznym Układem Słonecznym. Wszystkie planety znalezione wokół TRAPPIST-1 mają rozmiary podobne do Ziemi, ale wielkość gwiazdy jest jedynie zbliżona do Jowisza.

1) Atmosfera bogata w tlen na potencjalnie nadającym się do zamieszkania świecie wielkości Ziemi. Rok temu poszukiwania światów wielkości Ziemi w zamieszkałych strefach gwiazd podobnych do Słońca osiągnęły szczyt. Jednak odkrycie Proximy b i siedmiu światów wielkości Ziemi wokół TRAPPIST-1, światów wielkości Ziemi krążących wokół małych czerwonych karłów, wywołało burzę intensywnych kontrowersji. Jeśli te światy nadają się do zamieszkania i jeśli mają atmosferę, to stosunkowo duży rozmiar Ziemi w porównaniu z rozmiarem jej gwiazd sugeruje, że będziemy w stanie zmierzyć zawartość ich atmosfer podczas tranzytu! Absorpcyjne działanie cząsteczek – dwutlenku węgla, metanu i tlenu – może dostarczyć pierwszych pośrednich dowodów na istnienie życia. James Webb będzie mógł to zobaczyć, a wyniki mogą zaszokować świat!

Scenariusz Wielkiego Rozdarcia rozegra się, jeśli z czasem wykryjemy wzrost siły ciemnej energii

2) Dowody na niestabilność ciemnej energii i możliwy początek Wielkiego Rozdarcia. Jednym z głównych celów naukowych WFIRST jest obserwacja gwiazd z bardzo dużych odległości w poszukiwaniu supernowych typu Ia. Te same zdarzenia pozwoliły nam odkryć ciemną energię, ale zamiast dziesiątek czy setek, zbierze informacje o tysiącach zdarzeń zlokalizowanych na ogromnych dystansach. A pozwoli nam zmierzyć nie tylko tempo ekspansji Wszechświata, ale także zmianę tego tempa w czasie, z dziesięciokrotnie większą niż obecnie dokładnością. Jeżeli ciemna energia różni się od stałej kosmologicznej chociaż o 1%, to ją znajdziemy. A jeśli będzie ono tylko o 1% większe niż podciśnienie stałej kosmologicznej, nasz Wszechświat zakończy się Wielkim Rozdarciem. To na pewno będzie zaskoczeniem, ale mamy tylko jeden Wszechświat i wypada nam słuchać, co jest on gotowy do przekazania o sobie.

Najodleglejsza znana dzisiaj galaktyka, potwierdzona przez Hubble'a za pomocą spektroskopii, jest dla nas widoczna taką, jaką była, gdy Wszechświat miał zaledwie 407 milionów lat

3) Gwiazdy i galaktyki z czasów wcześniejszych niż przewidują nasze teorie. James Webb swoimi podczerwonymi oczami będzie mógł zajrzeć w przeszłość, gdy Wszechświat miał 200–275 milionów lat – czyli zaledwie 2% jego obecnego wieku. Powinno to obejmować większość pierwszych galaktyk i późne powstawanie pierwszych gwiazd, ale możemy również znaleźć dowody na to, że poprzednie generacje gwiazd i galaktyk istniały nawet wcześniej. Jeśli tak się okaże, będzie to oznaczać, że wzrost grawitacyjny od czasu pojawienia się kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła (380 000 lat) do momentu powstania pierwszych gwiazd poszedł coś nie tak. To na pewno będzie ciekawy problem!

Jądro galaktyki NGC 4261, podobnie jak jądra ogromnej liczby galaktyk, wykazuje oznaki obecności supermasywnej czarnej dziury, zarówno w podczerwieni, jak i w zakresie rentgenowskim

4) Supermasywne czarne dziury, które pojawiły się przed pierwszymi galaktykami. Odkąd możemy zmierzyć, do czasu, gdy Wszechświat miał około miliarda lat, galaktyki zawierały supermasywne czarne dziury. Standardowa teoria sugeruje, że te czarne dziury powstały w wyniku pierwszych pokoleń gwiazd, które połączyły się ze sobą i wpadły do ​​centrów gromad, a następnie zgromadziły materię i zamieniły się w supermasywne czarne dziury. Standardową nadzieją jest znalezienie potwierdzenia tego wzoru i czarnych dziur we wczesnych stadiach wzrostu, ale zaskoczeniem będzie, jeśli odkryjemy, że są już w pełni uformowane w tych bardzo wczesnych galaktykach. James Webb i WFIRST będą w stanie rzucić światło na te obiekty, a odnalezienie ich w jakiejkolwiek formie będzie poważnym przełomem naukowym!

Planety odkryte przez Keplera, posortowane według wielkości, według stanu na maj 2016 r., kiedy wypuściły największą próbkę nowych egzoplanet. Najpopularniejsze światy są nieco większe od Ziemi i nieco mniejsze od Neptuna, ale światy o małej masie mogą po prostu nie być widoczne dla Keplera

5) Egzoplanety o małej masie, stanowiące zaledwie 10% masy Ziemi, mogą być najpowszechniejsze. To jest specjalność WFIRST: poszukiwanie mikrosoczewkowania na dużych obszarach nieba. Kiedy gwiazda przechodzi przed inną gwiazdą, z naszego punktu widzenia zakrzywienie przestrzeni powoduje efekt powiększenia, z przewidywalnym wzrostem, a następnie spadkiem jasności. Obecność planet w układzie na pierwszym planie zmieni sygnał świetlny i pozwoli nam rozpoznać je z większą dokładnością, rozpoznając mniejsze masy niż jakakolwiek inna metoda. Dzięki WFIRST będziemy sondować wszystkie planety o masie do 10% masy Ziemi – planetę wielkości Marsa. Czy światy podobne do Marsa są częstsze niż ziemskie? WFIRST może nam pomóc się tego dowiedzieć!

Ilustracja CR7, pierwszej galaktyki, w której odkryto, że zawiera gwiazdy III populacji, pierwsze gwiazdy we Wszechświecie. James Webb może wykonać prawdziwe zdjęcie tej i innych podobnych galaktyk

6) Pierwsze gwiazdy mogą być masywniejsze niż te, które istnieją obecnie. Badając pierwsze gwiazdy, wiemy już, że bardzo różnią się one od obecnych: składały się prawie w 100% z czystego wodoru i helu, bez innych pierwiastków. Ale inne pierwiastki odgrywają ważną rolę w chłodzeniu, radiacji i zapobieganiu nadmiernemu powiększaniu się gwiazd we wczesnych stadiach. Największa znana obecnie gwiazda znajduje się w Mgławicy Tarantula i jest 260 razy masywniejsza od Słońca. Ale we wczesnym Wszechświecie mogą znajdować się gwiazdy 300, 500, a nawet 1000 razy cięższe od Słońca! James Webb powinien dać nam szansę się tego dowiedzieć i może powiedzieć nam coś zaskakującego na temat najwcześniejszych gwiazd we Wszechświecie.

Wypływ gazu w galaktykach karłowatych następuje podczas aktywnego formowania się gwiazd, w wyniku czego zwykła materia odlatuje, a ciemna materia pozostaje.

7) Ciemna materia może nie dominować we wczesnych galaktykach tak, jak ma to miejsce w dzisiejszych galaktykach. Być może w końcu będziemy mogli mierzyć galaktyki w odległych częściach Wszechświata i określić, czy zmienia się stosunek zwykłej materii do ciemnej materii. Wraz z intensywnym powstawaniem nowych gwiazd normalna materia wypływa z galaktyki, chyba że galaktyka jest bardzo duża - co oznacza, że ​​we wczesnych, słabych galaktykach powinno być więcej normalnej materii w stosunku do ciemnej materii niż w słabych galaktykach położonych niedaleko od nas. Taka obserwacja potwierdziłaby obecne zrozumienie ciemnej materii i podważyłaby teorie zmodyfikowanej grawitacji; odwrotna obserwacja mogłaby obalić teorię ciemnej materii. James Webb sobie z tym poradzi, ale zgromadzone statystyki obserwacji WFIRST naprawdę wszystko wyjaśnią.

Artystyczna wizja tego, jak mógłby wyglądać wszechświat po powstaniu pierwszych gwiazd

To tylko możliwości, a jest ich zbyt wiele, aby je tutaj wymienić. Cały sens obserwacji, gromadzenia danych i prowadzenia badań naukowych polega na tym, że nie wiemy, jak działa wszechświat, dopóki nie zadamy właściwych pytań, które pomogą nam się tego dowiedzieć. James Webb skupi się na czterech głównych tematach: pierwsze światło i rejonizacja, powstawanie i rozwój galaktyk, narodziny gwiazd i powstawanie planet oraz poszukiwanie planet i pochodzenie życia. WFIRST skupi się na ciemnej energii, supernowych, barionowych oscylacjach akustycznych, egzoplanetach – zarówno obserwacjach mikrosoczewkowych, jak i bezpośrednich – oraz obserwacjach dużych obszarów nieba w bliskiej podczerwieni, znacznie wykraczających poza możliwości poprzednich obserwatoriów, takich jak 2MASS i WISE.

Mapa całego nieba w podczerwieni uzyskana przez sondę WISE. WFIRST znacznie przekroczy rozdzielczość przestrzenną i głębię ostrości dostępną w WISE, pozwalając nam patrzeć głębiej i dalej

Mamy niesamowitą wiedzę na temat dzisiejszego Wszechświata, ale pytania, na które odpowiedzą James Webb i WFIRST, zadawane są dopiero dzisiaj, w oparciu o to, czego już się nauczyliśmy. Może się okazać, że na wszystkich tych frontach niespodzianek nie będzie, ale bardziej prawdopodobne jest, że nie tylko znajdziemy niespodzianki, ale także, że nasze domysły co do ich natury będą całkowicie błędne. Częścią zabawy z nauką jest to, że nigdy nie wiadomo, kiedy i w jaki sposób Wszechświat zaskoczy Cię czymś nowym. A kiedy to nastąpi, pojawia się największa szansa dla całej zaawansowanej ludzkości: pozwala nam nauczyć się czegoś zupełnie nowego i zmienia sposób, w jaki rozumiemy naszą fizyczną rzeczywistość.

Wszechświat

Dodaj tagi