Вселенная хочет, чтобы мы поняли ее происхождение. Каждую секунду каждого дня он посылает нам множество сигналов, каждый из которых дает ключ к разгадке определенного аспекта космоса. Но Вселенная — это оригинальный Трикстер, и множество ее сигналов — это почти неузнаваемая какофония света, искаженного, смещенного и растянутого во время долгого путешествия по расширяющейся Вселенной.
Что же делать говорящим обезьянам в этой ситуации, как не построить еще один телескоп, способный понять конкретный фрагмент всего этого шумного света? Именно это, по мнению астрономов, нам следует делать, и это никого не удивляет.
Из-за размера Вселенной и ее продолжающегося расширения свет первых галактик Вселенной растягивается в инфракрасном диапазоне. Этот древний свет содержит ключи к разгадке происхождения Вселенной и, как следствие, нашего происхождения. Чтобы обнаружить и расшифровать этот свет, нужен мощный инфракрасный телескоп. Атмосфера Земли блокирует инфракрасное излучение, поэтому мы продолжаем строить инфракрасные космические телескопы.
Инфракрасные телескопы также хорошо подходят для наблюдения за формирующимися планетами. Плотные среды, такие как протопланетные диски, непрозрачны для большей части света, но инфракрасный свет может показать, что происходит в этих средах формирования планет. Пыль поглощает свет, затем излучает его в инфракрасном диапазоне, а также рассеивает его. Это сбивает с толку оптические телескопы, но инфракрасные телескопы, такие как SALTUS, предназначены для решения этой проблемы.
Команда астрономов из США и Европы присоединилась к хору, призывающему к созданию нового инфракрасного космического телескопа. Его предварительное название SALTUS — Большой одноапертурный телескоп для исследования Вселенной. В новой статье астрономы обрисовывают научное обоснование SALTUS.
«Миссия SALTUS Probe предоставит мощную направленную космическую обсерваторию в дальнем инфракрасном (дальнем ИК) диапазоне для изучения нашего космического происхождения и возможности жизни в других местах», — пишут авторы новой статьи.
Статья называется «Большой телескоп с одной апертурой для изучения Вселенной (SALTUS): научный обзор». Гордон Чин из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА является ведущим автором. Предварительная версия находится на arxiv.org.
Если SALTUS будет построен, он будет отличаться от мощного JWST. JWST имеет четыре прибора, которые охватывают диапазон инфракрасных частот от 600 до 28 500 нанометров, или от 0,6 до 28,5 микрон, от ближнего инфракрасного (NIR) до среднего инфракрасного (MIR). SALTUS будет охватывать диапазон от 34 до 660 мкм, что находится в дальнем инфракрасном диапазоне (FIR). Радиус действия SALTUS недоступен ни одной существующей обсерватории, космической или наземной.
Инфракрасные телескопы необходимо хранить в прохладном месте. Они используют солнцезащитные козырьки и криогенные охладители, чтобы снизить температуру и обеспечить обнаружение ИК-излучения. Чем длиннее волна инфракрасного света, тем холоднее должен быть датчик. Солнцезащитные козырьки пассивны и охлаждают главное зеркало, но инструменты требуют активного криогенного охлаждения, а срок службы этих систем ограничен, что ограничивает продолжительность миссии. В случае SALTUS базовая продолжительность миссии составляет пять лет.
По словам авторов статьи, в течение этих пяти лет SALTUS будет использовать свое 14-метровое главное зеркало и пару инструментов, чтобы открыть «мощное окно во Вселенную, через которое мы сможем исследовать наше космическое происхождение».
Эти два прибора представляют собой спектрометр SAFARI-Lite (SALTUS Far-Infrared Лайт) и HiRX (приемник высокого разрешения). Используя эти инструменты, SALTUS дополнит наблюдательные возможности JWST и ALMA, Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы.
Ее апертура настолько велика, что это будет единственная обсерватория в дальнем ИК-диапазоне с пространственным разрешением в масштабе угловых секунд. Одна угловая секунда определяется как возможность показать два столба, расположенные на расстоянии 4,8 мм друг от друга на расстоянии 1 км, как отдельные столбы. «Это позволит разоблачить истинную природу холодной Вселенной, которая содержит ответы на многие вопросы, касающиеся нашего космического происхождения», — пишут авторы.
SALTUS имеет уникальную конструкцию среди космических телескопов. Он оснащен надувным главным зеркалом, новым для космических телескопов, но проверенным десятилетиями использования в наземных телекоммуникациях. Двухслойный солнцезащитный козырек сохранит прохладу надувного зеркала.
Большая апертура SALTUS обеспечит высокую чувствительность и направлена на решение нескольких фундаментальных вопросов.
Как развивается обитаемость во время формирования планет? Чтобы ответить на этот вопрос, SALTUS будет отслеживать углерод, кислород и азот в 1000 различных протопланетных дисках. Он способен распознавать многочисленные молекулярные и атомные виды, а также различные режимы решетки льда и некоторых минералов. Ни один из существующих телескопов не имеет такой возможности.
Насколько мы понимаем, обитаемость вращается вокруг воды. Вода начинает свой путь в тех же молекулярных облаках, где формируются звезды. SALTUS будет следить за путешествием воды от молекулярного облака до протопланетных дисков, ледяных планетезималей и комет, доставляющих воду на такие планеты, как Земля. Ключевой частью работы SALTUS будет определение соотношения дейтерия и водорода.
Как формируются и развиваются галактики? SALTUS будет измерять, как галактики формируются и приобретают большую массу. Он будет измерять тяжелые элементы и межзвездную пыль от первых галактик Вселенной до наших дней. Телескоп также будет исследовать коэволюцию галактик и их сверхмассивных черных дыр (СМЧД).
Отслеживание быстрой эволюции пылевых частиц в галактиках в первый миллиард лет существования Вселенной является частью понимания формирования и эволюции галактик. SALTUS может сделать это, наблюдая за ПАУ, полициклическими ароматическими углеводородами и их спектральными линиями. Некоторые спектральные линии ПАУ очень слабы, но полностью видны SALTUS.
Существует причинно-следственная связь между звездообразованием и активными ядрами галактик (АЯГ), которая влияет на рост и эволюцию галактик. Но эти два явления происходят в совершенно разных пространственных масштабах, и фаза, которая их связывает, скрыта пылью. Высокое разрешение и чувствительная спектроскопия в дальнем ИК-диапазоне SALTUS дадут астрономам более четкое представление об АЯГ и о том, как они формируют галактики.
SALTUS будет выведен на орбиту Солнца-Земли Halo L2. Его максимальное расстояние от Земли составит 1,8 миллиона км (1,12 миллиона миль). Эта орбита даст телескопу две непрерывные зоны обзора по 20° вокруг полюсов эклиптики, что приведет к полному охвату неба каждые шесть месяцев.
Концепция SALTUS разработана в ответ на Десятилетний обзор 2020 года и Астрофизическую дорожную карту НАСА. Это прямой ответ на предложение НАСА провести в 2023 году Astrophysical Probe Explorer (APEX). Вопросы, на которые это поможет ответить, взяты непосредственно из этих работ.
«SALTUS обладает как чувствительностью, так и пространственным разрешением для решения не только открытых научных вопросов 2023 года, но, что более важно, неизвестных вопросов, которые будут подняты в 2030-х годах», — пишут авторы в своем резюме. «SALTUS ориентирован на будущее и хорошо подходит для удовлетворения текущих и будущих потребностей астрономического сообщества».
