Для чего запускают телескопы в космосе. Телескопы в космосе

Как появились телескопы?

Первый телескоп появился в начале XVII века: сразу несколько изобретателей одновременно придумали подзорные трубы. Эти трубы были основаны на свойствах выпуклой линзы (или, как её ещё называют, вогнутого зеркала), выполнявшей в трубе роль объектива: линза собирает в фокус лучи света, и получается увеличенное изображение, на которое можно смотреть через окуляр, находящийся на другом конце трубы. Важная для телескопов дата - 7 января 1610 года; тогда итальянец Галилео Галилей впервые направил подзорную трубу в небо - и именно так превратил её в телескоп. Телескоп Галилея был совсем небольшим, чуть больше метра в длину, а диаметр объектива был 53 мм. С тех пор телескопы постоянно увеличивались в размерах. По-настоящему большие телескопы, находящиеся в обсерваториях, начали строить в XX веке. Самый большой оптический телескоп на сегодня - Большой Канарский телескоп, в обсерватории на Канарских островах, диаметр объектива которого - целых 10 м.

Все телескопы устроены одинаково?

Нет. Основной тип телескопов - оптические, в них используют либо линзу, либо вогнутое зеркало или серию зеркал, либо зеркало и линзу вместе. Все эти телескопы работают с видимым светом - то есть смотрят на планеты, звёзды и галактики примерно так же, как на них смотрел бы очень зоркий человеческий глаз. Все объекты в мире имеют излучение, и видимый свет - это лишь маленькая доля спектра этих излучений. Смотреть на космос только через него - даже хуже, чем видеть мир вокруг в чёрно-белом свете; так мы теряем очень много информации. Поэтому существуют телескопы, работающие по иным принципам: например, радиотелескопы, ловящие радиоволны, или телескопы, ловящие гамма-лучи - их используют для того, чтобы наблюдать за самыми горячими объектами в космосе. Ещё есть ультрафиолетовые и инфракрасные телескопы, они хорошо подходят для обнаружения новых планет за пределами Солнечной системы: в видимом свете ярких звёзд невозможно разглядеть крошечные планеты, вращающиеся вокруг них, а вот в ультрафиолете и инфракрасном свете это сделать намного проще.

Зачем вообще нужны телескопы?

Хороший вопрос! Надо было задать его раньше. Мы отправляем аппараты в космос и даже на другие планеты, собираем на них информацию, но по большей части астрономия - уникальная наука, потому что она изучает объекты, к которой у неё нет прямого доступа. Телескоп - лучший инструмент, чтобы получать информацию о космосе. Он видит волны, не доступные человеческому глазу, мельчайшие детали, а также записывает свои наблюдения - потом с помощью этих записей можно замечать изменения на небе.

Благодаря современным телескопам мы имеем неплохое представление о звёздах, планетах и галактиках и даже можем обнаружить гипотетические частицы и волны, ранее не известные науке: например, тёмную материю (это загадочные частицы, из которых состоит 73% Вселенной) или гравитационные волны (их пытаются обнаружить с помощью обсерватории LIGO, состоящей из двух обсерваторий, которые находятся на расстоянии 3000 км друг от друга). Лучше всего для этих целей с телескопами поступать, как со всеми другими аппаратами, - отправлять их в космос.

Зачем отправлять телескопы в космос?

Поверхность Земли - не лучшее место для наблюдений за космосом. Наша планета создаёт очень много помех. Во-первых, воздух в атмосфере планеты работает как линза: он искажает свет от небесных объектов в случайном, непредсказуемом порядке - и искажает то, как мы их видим. Кроме этого, атмосфера поглощает многие виды излучения: например, инфракрасные и ультрафиолетовые волны. Для того чтобы обойти эти помехи, телескопы отправляют в космос. Правда, это очень дорого, поэтому так делают редко: за всю историю мы отправили около 100 телескопов разных размеров в космос - на самом деле это мало, даже больших оптических телескопов на Земле в несколько раз больше . Самый известный космический телескоп - «Хаббл», а телескоп Джеймса Уэбба, который должны запустить в 2018-м, станет чем-то вроде его последователя.

Насколько это дорого?

Мощный космический телескоп - это очень дорого. На прошлой неделе исполнилось 25 лет со дня запуска «Хаббла», самого известного космического телескопа. На него за всё время выделили около $10 млрд; часть этих денег - на ремонт, ведь «Хаббл» приходилось регулярно чинить (это перестали делать в 2009 году, но телескоп до сих пор работает). Вскоре после запуска телескопа произошла глупая история: первые изображения, сделанные им, были гораздо худшего качества, чем ожидалось. Оказалось, что из-за крошечной ошибки в расчётах зеркало «Хаббла» было недостаточно ровным, и пришлось отправить целую команду астронавтов, чтобы его починить. Это стоило около $8 млн. Цена телескопа Джеймса Уэбба может меняться и, скорее всего, будет расти ближе к запуску, но пока это около $8 млрд - и он стоит каждого цента.

Чего особенного
в телескопе имени Джеймса Уэбба?

Это будет самый впечатляющий телескоп в истории человечества. Проект задуман ещё в середине 90-х, и сейчас он наконец подходит к завершающей стадии. Телескоп улетит на 1,5 млн км от Земли и встанет на орбиту вокруг Солнца, а точнее на вторую точку Лагранжа от Солнца и Земли- это такое место, где гравитационные силы двух объектов балансируются, и поэтому третий объект (в данном случае - телескоп) может оставаться неподвижным. Телескоп Джеймса Уэбба - слишком большой, чтобы влезть в ракету, поэтому он долетит в сложенном виде, а в космосе раскроется, как цветок-трансформер; посмотрите вот на это видео , чтобы понять, как это произойдёт.

После этого он сможет заглянуть дальше, чем любой телескоп в истории: на 13 млрд световых лет от Земли. Поскольку свет, как можно догадаться, путешествует со скоростью света, объекты, которые мы видим, находятся в прошлом. Грубо говоря, когда вы смотрите на звезду через телескоп, то видите её, как она выглядела десятки, сотни, тысячи и так далее лет назад. Поэтому телескоп Джеймса Уэбба увидит первые звёзды и галактики такими, какими они были после Большого взрыва. Это очень важно: мы лучше поймём, как формировались галактики, появлялись звёзды и планетарные системы, сможем лучше понять происхождение жизни. Возможно, телескоп Джеймса Уэбба даже поможет нам внеземную жизнь. Есть одно но: во время миссии очень много чего может пойти не так, и, поскольку телескоп будет очень далеко от Земли, послать его починить, как это было с «Хабблом», будет невозможно.

Какой во всём этом практический смысл?

Это вопрос, который часто задаётся астрономии, особенно учитывая, сколько на неё тратится денег. На него можно дать два ответа: во-первых, не у всего, особенно у науки, должен быть понятный практический смысл. Астрономия и телескопы помогают нам лучше понять место человечества во Вселенной и вообще устройство мира. Во-вторых, практическая польза у астрономии всё-таки есть. Астрономия напрямую связана с физикой: понимая астрономию, мы гораздо лучше понимаем физику, ведь есть физические феномены, которые невозможно наблюдать на Земле. Скажем, если астрономы докажут существование тёмной материи, это очень сильно повлияет на физику. Кроме того, многие технологии, придуманные для космоса и астрономии, используют и в повседневной жизни: можно вспомнить спутники, которые сейчас используются для всего, от телевидения до GPS-навигации. Наконец, астрономия будет очень важна в будущем: для выживания человечеству понадобится добывать энергию из Солнца и ископаемые из астероидов, расселяться по другим планетам и, возможно, общаться с инопланетными цивилизациями - всё это будет невозможно, если мы не будем развивать астрономию и телескопы уже сейчас.

Бывший Арзамас-16 (сегодня - Саров), колыбель первой атомной бомбы и он же - Федеральный ядерный центр РФ вновь удивил: ученые Сарова создали рентгеновский супертелескоп для поиска внеземных цивилизаций ART-XC. Он войдет в состав Международной астрофизической обсерватории «Спектр-Рентген -Гамма». Эта обсерватория включает в себя сразу два телескопа. Помимо изделия саровских ученых в состав обсерватории входит и телескоп из Германии с оптикой косого падения eRosita.

Международная астрофизическая обсерватория «Спектр-Рентген-Гамма» должна была подняться в небо еще в 2013 году. Но помешали технические сложности: долго решался вопрос с ракетоносителем. В итоге отказались от помощи Украины. Лед, наконец, тронулся. Обсерватория готовится к запуску в космос.

Мегапроект 21 века

«Проект „Спектр-РГ“ российские ученые начали обсуждать с иностранными партнерами еще в марте 2005 года, - рассказывает доктор технических наук, профессор Игорь Острецов . - Окончательный облик обсерватория приобрела осенью 2008 года, тогда же было выбрано окончательно и положение аппарата - в точке Лагранжа L2 системы Солнце-Земля и зафиксирован приборный состав - два рентгеновских телескопа. Потом было подписано Соглашение между Роскосмосом и германским аэрокосмическим агентством DLR. Основой обсерватории будет платформа „Навигатор“, разработанная в НПО имени Лавочкина».

«Над этим мегапроектом 21 века работали не только учёные ВНИИ экспериментальной физики из Сарова, но и сотрудники Института космических исследований РАН, НПО имени С.А. Лавочкина (Химки), а также ученые (уже упомянутого) Института Макса Планка (Гаршинг), Института астрофизики (Потсдам), - рассказал заместитель директора Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук Михаил Павлинский . - „Спектр-Рентген-Гамма“ впервые сделает полный обзор всего неба с рекордной чувствительностью, угловым и энергетическим разрешением в жёстком диапазоне энергий. Будет открыто около 3 миллионов новых ядер активных галактик и до 100 тысяч новых скоплений галактик. Обсерватория сможет зарегистрировать все существующие во Вселенной крупные скопления галактик».

Обсерваторию планируется вывести в точку Лагранжа L2 в системе «Солнце - Земля» на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли. Оптимальная дата запуска космического аппарата приходится на 25 сентября 2017 года. Перелёт в точку Лагранжа должен занять 100 суток. Программа работы обсерватории рассчитана на 7 лет, из которых первые 4 года займет обзор всего неба. Остальные 3 года планируется выборочное наблюдение на небе.

Обсерваторию намереваются вывести в космос при помощи тяжёлой ракеты-носителя «Протон». Но рассматриваются и другие варианты.

Субнано-технологии

«Проектом предусматривается создание орбитальной астрофизической рентгеновской обсерватории с расширенным в сторону жёстких энергий энергетическим диапазоном, - рассказывает доктор технических наук Дмитрий Литвин . - В течение семилетнего рабочего цикла будет создана карта рентгеновских источников. При этом ожидается открытие нескольких тысяч внегалактических источников. Будут проведены детальные рентгеновские исследования галактических и внегалактических объектов. В результате ожидается существенное расширение экспериментальных данных об эволюции Вселенной, в частности, по широко обсуждаемой проблеме „темной“ материи».

Зеркальная фокусирующая оптика с требуемым уровнем углового разрешения в столь жестком спектральном диапазоне в России создается впервые. В мире такой технологией обладает только NASA. Для обеспечения требуемой отражательной способности поверхность должна быть практически идеальной, так как допустимый размер микронеровностей не должен превышать размер атома. Речь нужно вести уже не о нано, а о субнано-технологии.

Кстати, на начальном этапе велись переговоры о более широком представительстве в проекте с Европейским космическим агентством, а также Центром космических исследований Великобритании. И предусматривалась постановка рентгеновского монитора всего неба, для фиксации появления интенсивных источников в реальном времени, а также спектрометра рентгеновского излучения со сверхвысоким разрешением. По разным причинам ряд приборов в проект не вошел. Германский рентгеновский зеркальный телескоп eROSITA будет использоваться в спектральном диапазоне 0.5−10 кэВ. Относительно небольшая энергия квантов облегчает изготовление зеркальной оптики и позволяет использовать хорошо отработанные кремниевые спектрометры. Соответственно, можно ожидать высокого углового разрешения при достаточной эффективности регистрации и спектральном разрешении. Телескоп позволит расширить и уточнить данные наблюдений предыдущих проектов.

Российский рентгеновский зеркальный телескоп ART-XC рассчитан на энергии квантов 6−30 кэВ. Освоение более жесткого спектрального диапазона российского телескопа усложняет производство оптики и регистрирующей части, но представляет особый интерес в силу ряда причин: повышенная проникающая способность, возможность наблюдать далекие области космоса и заглянуть внутрь сильно поглощающих систем. соответствие спектру излучения наиболее горячих областей Вселенной.

2 миллиарда планет

«Помимо поисков „темной энергии“ „Спектр-РГ“ будет изучать нейтронные и сверхновые звезды, гамма-всплески, - продолжает наш разговор профессор Игорь Острецов. - Полученные данные должны помочь ученым в исследовании загадочной „темной“ энергии. C пониманием природы этого явления станет возможным доказательство существования пятого измерения: привычный мир содержит три пространственных и одно временное измерение».

Анализ сконцентрированных рентгеновских лучей даст ученым информацию о физических процессах и геометрии их источников, которыми могут быть коронально активные звезды, рентгеновские двойные, белые карлики, остатки вспышек сверхновых.

«Внутри черных дыр могут существовать формы жизни, в том числе в виде высокоразвитых цивилизаций, которые в силу разных причин не хотят раскрывать свое местоположение перед „братьями по разуму“, - считает сотрудник Института ядерных исследований РАН Вячеслав Докучаев . - Но проблема заключается в том, что обнаружить эти формы жизни не позволяет так называемый горизонт событий - первичная область черных дыр, где время и пространство сливаются воедино.
По утверждениям ученых-астрофизиков, в Млечном Пути может содержаться около двух миллиардов планет. Такая оценка была сделана по итогам анализа данных, собранных телескопом „Кеплер“».

Третья революция

И сегодня учёные говорят о третьей революции в астрономии и астрофизике. Космическая эра произвела вторую революцию в астрономии и астрофизике после первой - изобретения оптического телескопа Галилео Галилеем в 16 веке. Ученые из Сарова подготовили третью революцию.

Заметим, что работы по созданию супертелескопа начинались трижды, и трижды технологии не позволяли продвинуться вперед. И только во ВНИИ экспериментальной физики в Сарове эта технология была освоена. Орбитальная обсерватория будет производить полный обзор всего неба с рекордными чувствительностью, угловым и энергетическим разрешением. Одним из центральных приборов, с помощью которых будут решаться научные задачи, поставленные перед «Спектр РГ», и будет телескоп, способный вычленять и анализировать слабые рентгеновские сигналы из высокого фонового излучения. Для достижения этой цели были разработаны уникальные концентраторы рентгеновских лучей, основу которых составляет поликапиллярная оптика, изобретенная профессором М. Кумаховым в Институте рентгеновской оптики.
И рентгеновский телескоп, и рентгеновские зеркала отличаются тем, что позволяют смотреть на Вселенную прозрачно, а это дает возможность исследовать ее в совершенно новом качестве. Телескоп поможет исследовать новую физику и новые физические явления космоса. Чувствительность телескопа из Федерального ядерного центра превзойдет все существующие рентгеновские телескопы в 10 раз.

Оба телескопа - и российский, и германский - сегодня находятся в сборочных цехах НПО имени Лавочкина в Химках. Они ждут, когда начнутся стыковки со спутником. В соответствии с Федеральной космической программой запуск космического аппарата планировался на 2013 год, потом на год позже… Есть надежда, что запуск состоится в сентябре 2017 года. Сегодня планируется, что космическая обсерватория «Спектр-РГ» возможно будет выведена на орбиту на «Протоне-М» с разгонным блоком ДМ-3.

• Перевод

Примеры телескопов (функционирующих на февраль 2013), работающих на длинах волн по всему электромагнитному спектру. Обсерватории расположены над или под той частью спектра, которую они обычно наблюдают.

Когда в 1990-м был запущен космический телескоп Хаббл, с его помощью мы собирались провести целый вагон измерений. Мы собирались увидеть отдельные звёзды в дальних галактиках, которых до этого не видели; измерить глубокую Вселенную так, как до этого не получалось; заглянуть в регионы звёздного формирования и увидеть туманности в беспрецедентном разрешении; поймать извержения на лунах Юпитера и Сатурна так подробно, как не получалось ранее. Но самыми крупными открытиями – тёмная энергия, сверхмассивные чёрные дыры, экзопланеты, протопланетные диски – стали непредвиденные. Продолжится ли эта тенденция с телескопами Джеймс Уэбб и WFIRST? Наш читатель спрашивает:

Без фантазий по поводу какой-то радикально новой физики, какие результаты от Уэбба и WFIRST смогут больше всего удивить вас?

Чтобы сделать подобное предсказание, нам необходимо знать, на какие измерения способны эти телескопы.



Законченный и выведенный в космос телескоп Джеймс Уэбб в представлении художника. Обратите внимание на пятислойную защиту телескопа от солнечного жара

Джеймс Уэбб – космический телескоп нового поколения, который запустят в октябре 2018 [С момента написания оригинала статьи дату запуска перенесли на март-июнь 2019 года – прим. перев.]. После полного ввода в строй и охлаждения он станет самой мощной обсерваторией в истории человечества. Его диаметр составит 6,5 м, светосила превысит Хаббловскую в семь раз, а разрешение – почти в три раза. Он будет покрывать длины олн от 550 до 30 000 нм – от видимого света до инфракрасного. Он сможет измерять цвета и спектры всех наблюдаемых объектов, доводя до предела пользу от практически каждого поступившего в него фотона. Его расположение в космосе позволит нам увидеть всё в пределах воспринимаемого им спектра, а не только те волны, для которых атмосфера оказывается частично прозрачной.

Концепция спутника WFIRST, запуск которого запланирован на 2024 год. Он должен будет снабдить нас самыми точными измерениями тёмной энергии и другими невероятными космическими открытиями

WFIRST – главная миссия НАСА на 2020-е года, и в данный момент её запуск назначен на 2024-й. Телескоп не будет крупным, инфракрасным, не будет покрывать что-то кроме того, что не может сделать Хаббл. Он просто будет делать это лучше и быстрее. Насколько лучше? Хаббл, изучая определённый участок неба, собирает свет со всего поля зрения, и способен фотографировать туманности, планетные системы, галактики, скопления галактик, просто собирая много изображений и сшивая их вместе. WFIRST будет делать то же самое, но с полем зрения в 100 раз больше. Иначе говоря, всё, что может делать Хаббл, WFIRST сможет сделать в 100 раз быстрее. Если мы возьмём те же наблюдения, что были сделаны во время эксперимента Hubble eXtreme Deep Field, когда Хаббл наблюдал за одним и тем же участком неба 23 дня и обнаружил там 5500 галактик, то WFIRST нашёл бы за это время больше полумиллиона.

Изображение с эксперимента Hubble eXtreme Deep Field, глубочайшего из наших наблюдений Вселенной на сегодня

Но нас больше всего интересуют не те, известные нам вещи, которые мы откроем при помощи двух этих прекрасных обсерваторий, а те, о которых мы пока ничего не знаем! Главное, что нужно для ожидания этих открытий – хорошее воображение, представление о том, что мы можем ещё найти, и понимание технической чувствительности этих телескопов. Для того, чтобы Вселенная произвела революцию в нашем мышлении, вовсе необязательно, чтобы открытые нами сведения радикально отличались от известных нам. И вот семь кандидатов на то, что могут открыть Джеймс Уэбб и WFIRST!

Сравнение размеров недавно открытых планет, вращающихся вокруг тусклой красной звезды TRAPPIST-1 с галилеевыми спутниками Юпитера и внутренней Солнечной системы. Все планеты, найденные у TRAPPIST-1, размерами схожи с Землёй, но звезда по размеру лишь приближается к Юпитеру.

1) Богатая кислородом атмосфера в потенциально обитаемом мире земного размера. Год назад поиск миров земного размера в обитаемых зонах солнцеподобных звёзд был на пике. Но открытие Проксимы b, и семи миров земного размера вокруг TRAPPIST-1, миры земного размера, вращающиеся вокруг небольших красных карликов, породили бурю острых разногласий. Если эти миры обитаемые, и если у них есть атмосфера, то сравнительно большой размер Земли по сравнению с размером их звёзд говорит о том, что во время транзита мы сможем измерить содержание их атмосферы! Поглощающий эффект молекул – диоксида углерода, метана и кислорода – может дать первые непрямые свидетельства наличия жизни. Джеймс Уэбб сможет увидеть это, и результаты могут потрясти мир!

Сценарий Большого разрыва разыграется, если мы обнаружим увеличение силы тёмной энергии во времени

2) Свидетельство непостоянности тёмной энергии и возможное наступление Большого разрыва. Одна из главных научных целей WFIRST – наблюдать за звёздами на очень больших расстояниях в поисках сверхновых типа Ia. Эти же события позволили нам открыть тёмную энергию, но вместо десятков или сотен он будет собирать информацию о тысячах событий, расположенных на огромных расстояниях. И он позволит нам измерить не только скорость расширения Вселенной но и изменение этой скорости во времени, с точностью, в десять раз превышающей сегодняшнюю. Если тёмная энергия отличается от космологической константы хотя бы на 1%, мы её найдём. А если она всего на 1% больше по модулю, чем отрицательное давление космологической константы, наша Вселенная закончится Большим разрывом. Это точно станет сюрпризом, но Вселенная у нас одна, и нам пристало слушать, что она готова сообщить о себе.

Самая удалённая из известных на сегодня галактик, подтверждённая Хабблом посредством спектроскопии, видна нам такой, какой она была, когда Вселенной было всего 407 млн лет

3) Звёзды и галактики с более ранних времён, чем предсказывают наши теории. Джеймс Уэбб своими инфракрасными глазами сможет заглянуть в прошлое, когда Вселенной было 200-275 млн лет – всего 2% от её текущего возраста. Это должно захватить большую часть первых галактик и поздний этап формирования первых звёзд, но мы можем найти и свидетельства того, что предыдущие поколения звёзд и галактик существовали ещё раньше. Если выйдет так, то это будет значить, что гравитационный рост со времени появления реликтового излучения (380 000 лет) до формирования первых звёзд проходил как-то не так. Это однозначно будет интересная проблема!

Ядро галактики NGC 4261, как и ядра огромного числа галактик, демонстрирует признаки наличия сверхмассивной чёрной дыры, как в инфракрасном, так и в рентгеновском диапазонах

4) Сверхмассивные чёрные дыры, появившиеся до первых галактик. До самых отдалённых моментов прошлого, которые нам удалось измерить, до тех времён, когда Вселенной было порядка миллиарда лет, галактики содержат в себе сверхмассивные чёрные дыры. Стандартная теория говорит о том, что эти чёрные дыры зародились из первых поколений звёзд, сливавшихся вместе и падавших в центр скоплений, а затем накопивших материю и превратившихся в сверхмассивные ЧД. Стандартная надежда состоит в том, чтобы найти подтверждения этой схеме, и находящиеся на ранних стадиях роста чёрные дыры, но неожиданностью будет, если мы найдём их уже полностью сформированными в этих очень ранних галактиках. Джеймс Уэбб и WFIRST смогут пролить свет на эти объекты, и обнаружение их в любом виде станет серьёзным научным прорывом!

Обнаруженные Кеплером планеты, отсортированные по размеру, по состоянию на май 2016 года, когда выпустили крупнейшую выборку новых экзопланет. Чаще всего встречаются миры чуть больше Земли и чуть меньше Нептуна, но миры малой массы просто могут быть не видны для Кеплера

5) Экзопланеты малой массы, всего 10% от земной, могут быть самыми распространёнными. Это специальность WFIRST: поиск микролинзирования на больших участков неба. Когда звезда проходит перед другой звездой, с нашей точки зрения, искривление пространства порождает увеличивающий эффект, с предсказуемым увеличением и последующим уменьшением яркости. Наличие планет в системе, находившейся на переднем плане, изменит световой сигнал и позволит нам распознать их с улучшенной точностью, распознающей массы меньшие, чем это может сделать любой другой из методов. При помощи WFIRST мы прозондируем все планеты вплоть до массы, составляющей 10% от земной – планеты размером с Марс. Чаще ли встречаются марсоподобные миры, чем землеподобные? WFIRST может помочь нам это выяснить!

Иллюстрация CR7, первой из обнаруженных галактик, содержащих звёзды населения III, первые из звёзд во Вселенной. Джеймс Уэбб может сделать реальную фотографию этой и других таких галактик

6) Первые звёзды могут оказаться более массивными, чем те, что существуют сейчас. Изучая первые звёзды, мы уже знаем, что они сильно отличаются от нынешних: они почти на 100% состояли из чистых водорода и гелия, без иных элементов. Но иные элементы играют важную роль в охлаждении, излучении и предотвращении появления слишком крупных звёзд на ранних этапах. Крупнейшая из известных сегодня звёзд находится в туманности Тарантул , и по массе превышает Солнце в 260 раз. Но в ранней Вселенной могли встречаться звёзды в 300, 500 и даже 1000 раз тяжелее Солнца! Джеймс Уэбб должен дать нам возможность это выяснить, и может рассказать нам что-нибудь удивительное по поводу самых ранних звёзд Вселенной.

Истечение газа в карликовых галактиках происходит во время активного формирования звёзд, из-за чего обычная материя улетает, а тёмная – остаётся

7) Тёмная материя может не так сильно доминировать в первых галактиках, как в сегодняшних. Мы, вероятно, наконец, сможем измерить галактики в отдалённых частях Вселенной и определить, меняется ли соотношение обычной материи и тёмной. При интенсивном формировании новых звёзд из галактики утекает обычная материя, если только галактика не очень крупная – а значит, в ранних, тусклых галактиках, должно быть больше нормальной материи по отношению к тёмной, чем в тусклых галактиках, находящихся недалеко от нас. Такое наблюдение подтвердит текущее представление о тёмной материи и ударит по теориям модифицированной гравитации; противоположное наблюдение может опровергнуть теорию тёмной материи. Джеймс Уэбб сможет с этим справиться, но по-настоящему всё прояснит накопленная статистика наблюдений WFIRST.

Представление художника о том, как может выглядеть Вселенная при формировании первых звёзд

Всё это – лишь возможности, и таких возможностей слишком много, чтобы их можно было тут перечислить. Весь смысл наблюдений, накопления данных и проведения научных изысканий состоит в том, что мы не знаем, как устроена Вселенная, пока не зададим правильные вопросы, которые помогут нам это выяснить. Джеймс Уэбб сконцентрируется на четырёх главных вопросах: первый свет и реионизация , сбор и рост галактик, рождение звёзд и формирование планет, а также поиск планет и происхождения жизни. WFIRST сконцентрируется на тёмной энергии, сверхновых, барионных акустических осцилляциях , экзопланетах – как с микролинзированием, так и с прямым наблюдением, и на наблюдениях за крупными участками неба в близком к инфракрасному диапазоне, которые сильно превзойдут возможности таких предыдущих обсерваторий, как 2MASS и WISE.

Инфракрасная карта всего неба, полученная космическим аппаратом WISE. WFIRST серьёзно превзойдёт пространственное разрешение и глубину резкости, доступные для WISE, что позволит нам заглянуть глубже и дальше

Мы потрясающе хорошо понимаем сегодняшнюю Вселенную, но вопросы, ответы на которые получат James Webb и WFIRST, задаются только сегодня, на основании уже изученного нами. Может оказаться, что на всех этих фронтах не окажется никаких сюрпризов, но более вероятно то, что мы не только обнаружим сюрпризы, но и то, что наши догадки об их природе окажутся совершенно неверными. Часть научного интереса состоит в том, что ты никогда не знаешь, когда или как Вселенная удивит тебя, открыв нечто новое. А когда она это делает, наступает величайшая возможность всего передового человечества: она позволяет нам узнать что-то совершенно новое, и меняет то, как мы понимаем нашу физическую реальность.

вселенная

Добавить метки

Получить невозможно. Именно поэтому телескопы и запускают в Космос.

У всех этих устройств разное «зрение». Одни виды телескопов изучают космические объекты в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне, другие — в рентгеновском. В этом и кроется причина создания все более совершенных космических систем для глубокого изучения .

Космический телескоп «Хаббл» (Hubble Space Telescope)

Телескоп «Кеплер» (Kepler)

Телескоп «Кеплер» был запущен NASA 6 марта 2009 года. Его специальное предназначение — поиск экзопланет. В задачи телескопа входит наблюдение за яркостью более чем 100 тыс. звезд на протяжении 3,5 лет, в течение которых он должен определить количество планет, подобных , находящихся на пригодном для возникновения жизни расстоянии от своих солнц. Составить подробное описание этих планет и форм их орбит, изучить свойства звезд, обладающих планетарными системами и многое другое. На сегодняшний день «Кеплер» уже выявил пять звездных систем и сотни новых планет, 140 из которых по своим характеристикам похожи на

Транзитный космический телескоп (Transiting Exoplanet Survey Satellite, сокращенно TESS) – предстоящая миссия NASA, которая исследует около 200 тыс. звезд, чтобы найти признаки наличия у них экзопланет.

На заметку! Экзопланетами, или внесолнечными планетами, называют планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы. Изучение этих небесных объектов долгое время было недоступно исследователям – в отличие от звезд, они слишком малы и тусклы.

Поиску экзопланет, имеющих схожие с Землей условия, NASA посвятила целую программу. Она состоит из трех этапов. Главный исследователь, Джордж Рикер из Института астрофизики и космических исследований им. Кавли, назвал проект «миссией века».

В качестве миссии спутник был предложен в 2006 году. Спонсорами стартапа выступили такие известные компании, как Kavli Foundation, Google, инициативу также поддержал Массачусетский технологический институт.

В 2013 году TESS был включен в программу NASA Explorer. TESS рассчитан на 2 года. Ожидается, что в первый год космический аппарат будет исследовать Южное полушарие, во второй – Северное полушарие.

«TESS предвидит открытие тысяч экзопланет любых размеров, в том числе десятки сопоставимых по размеру с Землей», – говорится в заявлении Массачусетского технологического института (MIT), который возглавляет миссию.

Цели и задачи телескопа

Спутник является продолжением успешной миссии космического телескопа NASA Кепплер, запущенного в 2009 г.
Как и Kepler, TESS будет вести поиск, ориентируясь на изменение яркости звезд. Когда экзопланета проходит перед звездой (так называемый транзит), она отчасти затмевает излучаемый звездой свет.

Эти провалы яркости и могут указывать на то, что вокруг звезды вращаются одна или несколько планет.

Однако, в отличие от Кепплера, новая миссия сосредоточится на звездах, в 100 раз более ярких, отберет наиболее подходящие для детального изучения и определит цели для будущих миссий.

TESS будет сканировать небо, поделенное на 26 секторов площадью 24 на 96 градусов. Мощные камеры на космическом корабле будут фиксировать малейшие изменения в свете звезд в каждом секторе.

Руководитель проекта Рикер отметил, что за время миссии команда рассчитывает открыть несколько тысяч планет. «Эта задача шире, она выходит за рамки обнаружения экзопланет. Изображения с TESS позволят сделать ряд открытий в астрофизике», – добавил он.

Возможности и характеристики

Телескоп TESS по сравнению с предшественником – Кепплером – более совершенен. У них одна цель, оба используют «транзитную» технику поиска, но возможности различны.

Распознавший более двух тысяч экзопланет Кепплер свою основную миссию провел, наблюдая за узким участком неба. TESS имеет область обзора, почти в 20 раз большую, что позволяет ей обнаружить большее количество небесных объектов.

Следующим эстафету в изучении экзопланет примет космический телескоп Джеймс Вебб.

Webb будет сканировать объекты, идентифицированные TESS, более детально – на наличие водяного пара, метана и других атмосферных газов. Его планируют вывести на орбиту в 2019 году. Эта миссия должна стать завершающей.

Оборудование

По данным NASA, на космическом корабле с солнечной батареей находятся четыре широкоугольных оптических телескопа – рефрактора. В каждый из четырёх приборов встроены полупроводниковые камеры с разрешением 67,2 Мп, которые способны работать в спектральном диапазоне от 600 до 1000 нанометров.

Современное оборудование должно обеспечить широкий обзор всего неба. Телескопы будут наблюдать конкретный участок в промежутке от 27 до 351 дня и затем переходить к следующему, последовательно пройдя оба полушария в течение двух лет.

Данные мониторинга будут обрабатываться и храниться на борту спутника в течение трёх месяцев. Аппарат передаст на Землю только те данные, которые могут представлять научный интерес.

Орбита и запуск

Одной из самых сложных задач для команды оказались расчеты уникальной орбиты для космического корабля.

Аппарат запустят на высокую эллиптическую орбиту вокруг Земли – он дважды обогнет Землю за то время, пока Луна пройдет полный круг. Этот тип орбиты наиболее стабилен. Здесь нет космического мусора и сильного излучения, способного вывести спутник из строя. Аппарату будет легко обмениваться данными с наземными службами.

Сроки запуска

Однако есть и минус – такая траектория ограничивает временные возможности запуска: он должен быть синхронизирован с орбитой Луны. У корабля остается небольшое «окно» – с марта по июнь – пропустив этот срок, миссия не сможет выполнить запланированные задачи.

1. Согласно опубликованному бюджету NASA, содержание экзопланетного телескопа в 2018 г. обойдется агентству почти в 27,5 млн долл. при общей стоимости проекта 321 млн долл.
2. Космический аппарат будет вращаться на орбите, которая никогда ранее не использовалась. Эллиптическая орбита, называемая P / 2, составляет ровно половину орбитального периода Луны. Это означает, что TESS будет делать полный оборот вокруг Земли каждые 13,7 дня.
3. За право запустить спутник аэрокосмическая корпорация Илона Маска выдержала серьезную конкуренцию с Boeng. Статистика и NASA оказались на стороне
4. Разработку приборов – от бортовых телескопов до оптических приёмников – профинансировала Google.

Ожидается, что TESS обнаружит тысячи кандидатов на звание экзопланеты. Это поможет астрономам лучше понять структуру планетных систем и дать представление о том, как сформировалась наша Солнечная система.