Телескоп GUSTO висит на ангарном кране во время испытаний наведения телескопа в Центре длительных воздушных шаров на шельфовом леднике Росс возле станции Мак-Мердо Национального научного фонда США, Антарктида, 6 декабря 2023 года. Специалисты миссии калибровали звездные камеры, используемые определить направление наведения телескопа. Фото: Хосе Сильва от имени команды GUSTO.
На огромном ледяном покрове Антарктиды ученые и инженеры НАСА готовят эксперимент под названием GUSTO по исследованию Вселенной на воздушном шаре. GUSTO будет запущен с шельфового ледника Росс, недалеко от исследовательской базы станции Мак-Мердо Национального научного фонда США, не ранее 21 декабря.
GUSTO, что означает Галактическая/Внегалактическая спектроскопическая терагерцовая обсерватория ULDB, будет изучать пространство между звездами, называемое межзвездной средой. Телескоп на воздушном шаре поможет ученым составить трехмерную карту большей части Млечного Пути с помощью чрезвычайно высокочастотных радиоволн. Исследуя территорию площадью 100 квадратных градусов, GUSTO исследует множество фаз межзвездной среды и содержание ключевых химических элементов в галактике.
В частности, GUSTO будет сканировать межзвездную среду на наличие углерода, кислорода и азота, поскольку они имеют решающее значение для жизни на Земле. Эти элементы также могут помочь ученым распутать сложную паутину процессов, формирующих межзвездную среду.
В то время как наша галактика полна миллиардов звезд, включая наше Солнце, которые интересны сами по себе, пространство между ними содержит множество подсказок о том, как рождаются звезды и планеты.
Межзвездная среда — это место, где диффузный холодный газ и пыль накапливаются в гигантские космические структуры, называемые молекулярными облаками, которые при определенных условиях могут коллапсировать, образуя новые звезды. Из вращающегося диска материала вокруг молодой звезды могут формироваться планеты.
GUSTO уникален своей способностью исследовать первую часть этого процесса, «чтобы понять, как в первую очередь формируются эти облака», — сказал Крис Уокер, главный исследователь GUSTO в Университете Аризоны. GUSTO — это результат сотрудничества НАСА, Университета Аризоны, Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса (APL) и Нидерландского института космических исследований (SRON); а также Массачусетский технологический институт, Лаборатория реактивного движения, Смитсоновская астрофизическая обсерватория и другие.
В конце концов, когда массивные звезды умирают и взрываются как сверхновые, массивные ударные волны проходят через молекулярные облака, что, в свою очередь, может привести к рождению новых звезд или просто к разрушению облаков. GUSTO также может рассмотреть эту конечную стадию молекулярных облаков.
GUSTO функционирует как космическое радио, способное «прослушивать» определенные космические ингредиенты. Это потому, что он воспринимает высокочастотные сигналы, которые передают атомы и молекулы. Буква «Т» в GUSTO означает «терагерц» — это примерно в тысячу раз выше, чем частоты, на которых работают мобильные телефоны.
«По сути, у нас есть радиосистема, которую мы построили, и мы можем повернуть ручку и настроиться на частоту этих линий», — сказал Уокер. «И если мы что-то слышим, мы знаем, что это они. Мы знаем, что это те атомы и молекулы».
По мере перемещения телескопа по небу ученые будут использовать его для картирования интенсивности и скорости сигналов от конкретных атомов и молекул в каждой позиции. «Затем мы можем вернуться назад, соединить точки и создать изображение, похожее на фотографию того, как выглядит излучение», — сказал Уокер.
Подобные наблюдения за углеродом, азотом и кислородом невозможно проводить с помощью наземных телескопов, поскольку водяной пар в нашей атмосфере поглощает свет от рассматриваемых атомов и молекул, мешая измерениям. На воздушном шаре на высоте около 120 000 футов над землей GUSTO пролетит над большей частью этого водяного пара. «Для той науки, которой мы занимаемся, это так же хорошо, как находиться в космосе», — сказал Уокер.
Телескоп GUSTO также покажет трехмерную структуру Большого Магелланова Облака, или БМО, карликовой галактики вблизи нашего Млечного Пути. БМО напоминает некоторые галактики ранней Вселенной, которые исследует космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба. Но поскольку БМО находится гораздо ближе, чем далекие ранние галактики, ученые могут изучить его более подробно с помощью GUSTO.
«Изучая БМО и сравнивая его с Млечным Путем, мы сможем понять, как развивались галактики от ранней Вселенной до настоящего времени», — объяснил Уокер.
Ожидается, что GUSTO будет летать не менее 55 дней на воздушном шаре с нулевым давлением объемом 39 миллионов кубических футов. Это тип воздушного шара, который может летать высоко в течение длительного времени над Антарктидой австралийским летом и имеет диаметр футбольного поля. оно плавает.
Антарктида является идеальным местом запуска GUSTO. Летом в южном полушарии континент постоянно получает солнечный свет, поэтому научный воздушный шар может быть там очень устойчивым. Кроме того, атмосферная зона вокруг Южного полюса генерирует холодный вращающийся воздух, создавая явление, называемое антициклоном, которое позволяет воздушным шарам беспрепятственно летать по кругу.
«Миссии будут летать по кругу вокруг Южного полюса в течение нескольких дней или недель, что действительно ценно для научного сообщества», — сказал Эндрю Гамильтон, руководитель офиса программы НАСА по воздушным шарам на летной базе Уоллопса в Вирджинии. «Чем дольше у них будет время для наблюдения, тем больше науки они смогут получить.
GUSTO — первый эксперимент на воздушном шаре в рамках программы НАСА Explorer. Он имеет тот же научный охват, что и космические спутники программы, такие как TESS (спутник для исследования транзитных экзопланет) и IXPE (исследователь рентгеновской поляриметрии с визуализацией).
«С GUSTO мы действительно пытаемся проложить путь вперед», — сказал Киран Хегарти, менеджер программы GUSTO в APL. «Мы хотим показать, что исследования воздушных шаров действительно приносят убедительные научные результаты».
В общей сложности двенадцать членов миссии из Университета Аризоны и APL находятся в Антарктиде и проводят заключительные проверки перед запуском GUSTO.
Поскольку неподалеку находятся тюлени и пингвины, Уокер и его коллеги усердно работают над подготовкой этого эксперимента к величайшему приключению в небе. Для Уокера GUSTO представляет собой около 30 лет усилий, ставших результатом многих экспериментов с наземными телескопами и другими экспериментами с воздушными шарами.
«Мы все чувствуем себя очень удачливыми и привилегированными выполнять такую миссию – иметь возможность собрать самый совершенный в мире терагерцовый прибор, когда-либо созданный, а затем протащить его через полмира, а затем запустить», – сказал он. «Это вызов, но мы чувствуем себя польщенными и смиренными, что имеем возможность сделать это».
