Представление художника о Европейском Чрезвычайно Большом Телескопе (E-ELT) в его корпусе на Серро Армасонес, горной вершине высотой 3060 метров в чилийской пустыне Атакама. 39-метровый E-ELT станет крупнейшим в мире оптическим/инфракрасным телескопом – самым большим в мире глазом в небе. E-ELT, запуск которого запланирован на начало следующего десятилетия, позволит решить некоторые из величайших научных задач нашего времени. Представленная здесь конструкция E-ELT является предварительной. Фото предоставлено: ESO/L. Калькада
За последние несколько десятилетий мы узнали огромное количество информации о Вселенной и ее истории. Быстро развивающаяся технология телескопов – как на Земле, так и в космосе – стала важной частью этого процесса, и ожидается, что те, которые начнут работать в ближайшие два десятилетия, значительно расширят границы нашего понимания космологии.
У всех обсерваторий есть список научных целей, прежде чем они начнут свою работу, но именно их неожиданные открытия могут иметь наибольшее влияние. Многие удивительные достижения в космологии были обусловлены новыми технологиями, и будущие телескопы обладают мощными возможностями.
Тем не менее, существуют пробелы, такие как отсутствие будущих космических телескопов для астрономии ультрафиолетового и видимого света. Политика и национальные интересы замедлили научный прогресс. Даже в самых известных обсерваториях финансовый пояс становится все туже.
Самые большие новые телескопы строятся в горах Чили. Чрезвычайно Большой Телескоп (ELT) разместит зеркало размером с четыре теннисных корта под гигантским куполом в пустыне Атакама.
Телескопы-отражатели, такие как ELT, используют главное зеркало для сбора света ночного неба, а затем отражают его от других зеркал на камеру. Зеркала большего размера собирают больше света и позволяют видеть более тусклые объекты.
Еще один наземный телескоп, строящийся в Чили, — это телескоп Веры К. Рубин. Камера Рубина — самая большая из когда-либо созданных: она размером с небольшой автомобиль и весит около трех тонн. Его 3200-мегапиксельная камера будет фотографировать все небо каждые три дня, чтобы обнаружить движущиеся объекты. В течение 10 лет эти фотографии будут объединены в одно гигантское покадровое видео Вселенной.
Раньше астрономия была физически тяжелой работой, требующей поездок к далеким телескопам в темных местах, но многие астрономы начали работать из дома задолго до COVID. В конце 20-го века крупные наземные обсерватории начали внедрять технологии, которые позволяли астрономам управлять телескопами для ночных наблюдений, даже когда они не находились там лично. Дистанционные наблюдения сейчас стали обычным явлением и проводятся через Интернет.
Ожидайте неожиданного
Однако обзор любого наземного телескопа ограничен, даже если он расположен на вершине горы. Запустив телескопы в космос, эти ограничения можно обойти.
История эксплуатации космического телескопа «Хаббл» началась, когда 25 апреля 1990 года космический челнок поднял его над атмосферой. Хаббл получил полную научно-фантастическую обработку 1960-х годов: ракету для запуска, гироскопы для наведения и электронные камеры вместо фотопленки. Но один план провалился: Хаббл должен был принять у себя коммутирующего астронавта-астронома, который должен был работать вдали от дома.
Хаббл был создан для проведения переписи Млечного Пути и соседних с ним галактик. Его преемник, космический телескоп Джеймса Уэбба, предназначался для изучения еще более далеких галактик.
Оба телескопа произвели революцию в нашем понимании Вселенной, но способами, которые никто не мог предсказать. В первоначальных планах Хаббла не упоминаются открытия, которые сейчас считаются его величайшими достижениями: водяные облака, извергающиеся со спутника Юпитера Европы, вихрь, окружающий черные дыры, невидимая темная материя, которая удерживает Вселенную вместе, и темная энергия, которая разрывает ее на части.
Запущенный 25 декабря 2021 года, «Уэбб» теперь тратит треть своего времени на изучение планет вокруг других звезд, о которых на момент его разработки даже не было известно.
Заявленная цель создания дорогого телескопа обычно является просто выгодой для космических агентств, правительств и (тсс…) налогоплательщиков. Телескоп Уэбб был предназначен для достижения своих первоначальных научных целей, но астрономы всегда знали, что гораздо большего можно достичь, видя дальше, в более четком виде или в большем количестве цветов. Неожиданные открытия, сделанные телескопами, зачастую более значимы, чем упомянутые вначале научные цели.
Думайте о долгосрочной перспективе
Для ученых это облегчение, что телескопы выходят за рамки своей миссии, поскольку от запуска до запуска Хабблу и Уэббу потребовалось более 25 лет. В это время возникают новые научные вопросы.
На строительство большого космического телескопа обычно уходит около двух десятилетий. На строительство космических телескопов «Чандра» и XMM-Newton ушло 23 и 15 лет соответственно. Они были предназначены для наблюдения рентгеновских лучей, исходящих от горячего газа вокруг черных дыр и скоплений галактик, и были запущены очень близко друг к другу в 1999 году.
За ним последовали японский рентгеновский спутник «Хитоми», на постройку которого ушло 18 лет, и немецкий прибор «eRosita» в российской космической обсерватории «Спектр-РГ», на постройку которого ушло 20 лет.
Аналогичные временные шкалы применяются к космическим телескопам Hipparcos и Gaia Европейского космического агентства, которые нанесли на карту все звезды Млечного Пути. Миссии Кобе и Планка по изучению микроволнового излучения после Большого взрыва также продолжались два десятилетия. Точные даты зависят от того, как вы считаете, и за некоторыми исключениями были «быстрее, лучше, дешевле», но национальные космические агентства, как правило, не склонны к риску и медленно разрабатывают эти проекты.
Таким образом, новейшие космические телескопы относятся к миллениалам. Они были разработаны в то время, когда астрономы измеряли повторное расширение Вселенной после Большого взрыва, а также ее возрастающее ускорение с возрастом. Ваша главная цель сейчас — сократить разрыв, потому что, как ни странно, интерполяции от ранних времен к поздним не совпадают в середине.
Измеренные скорости расширения Вселенной противоречивы, как и результаты по комковатости материи в космосе. Оба измерения бросают вызов нашим теориям о происхождении Вселенной.
Для наблюдения за средневековьем Вселенной необходимы телескопы, работающие на длинных волнах, поскольку свет от далеких галактик растягивается, когда достигает нас. У Уэбба есть инфракрасные камеры с зумом, а космический телескоп Евклид Европейского космического агентства, запуск которого запланирован на 2023 год, и телескоп НАСА Нэнси Грейс Роман, запуск которого запланирован на 2026 год, оба имеют широкоугольный инфракрасный обзор.
Одновременно проезжают три автобуса.
Большинство звезд светятся в ультрафиолетовых и инфракрасных тонах, которые блокируются атмосферой Земли, а также в цветах, которые наши глаза научились видеть.
Дополнительные цвета полезны. Например, мы можем взвесить звезды на другом конце нашей галактики, потому что массивные звезды яркие в инфракрасном диапазоне, а звезды поменьше — тусклые — и остаются такими на протяжении всей своей жизни. Однако мы знаем, где рождаются звезды, потому что только молодые звезды излучают ультрафиолетовый свет.
Более того, независимые измерения одного и того же явления имеют решающее значение для основательной науки. Например, инфракрасные телескопы могут работать вместе и уже сделали удивительные открытия. Но то, что космические телескопы Уэбба, Евклида и Рима видят все инфракрасные цвета, не способствует разнообразию.
Камера видимого света Хаббла только что была закрыта из-за сокращения бюджета. НАСА не перейдет обратно на ультрафиолетовые волны до 2030-х годов с помощью Ultraviolet Explorer и Обсерватории обитаемых миров.
Земная политика также стоит на пути. Данные китайского космического телескопа класса «Хаббл» «Сюньтянь» вряд ли будут переданы на международном уровне. А в знак протеста против вторжения России в Украину в феврале 2022 года Германия отключила свой рентгеновский прибор eRosita, который прекрасно работал на расстоянии миллиона миль от Земли в сотрудничестве с Россией.
Дешевые коммерческие запуски могли бы спасти ситуацию. Евклид должен был стартовать на российской ракете «Союз» с космодрома Европейского космического агентства во Французской Гвиане. Когда Россия прекратила там свою деятельность в результате репрессий, запуск Евклида в последнюю минуту был успешно переключен на ракету SpaceX Falcon 9.
Если бы большие телескопы можно было также сложить в спутники «Cubesat» размером с коробку из-под обуви, провал был бы возможен из-за более низких затрат. Толерантность к риску создает благоприятный круг, который делает миссии еще дешевле.
Телескопы также опробуются в инновационных местах, таких как гигантские гелиевые шары и самолеты. Когда-нибудь их можно будет использовать и на Луне, где окружающая среда благоприятна для определенных видов астрономии.
Но, пожалуй, самой необычной телескопической технологией, способной принести самые неожиданные открытия, являются детекторы гравитационных волн. Гравитационные волны не являются частью электромагнитного спектра, поэтому мы не можем их увидеть. Это искажения или «рябь» в пространстве-времени, вызванные одними из самых жестоких и энергичных процессов во Вселенной. Это может включать столкновение двух нейтронных звезд (плотных объектов, образующихся, когда у массивных звезд заканчивается топливо) или слияние нейтронной звезды с черной дырой.
Если телескопы — это наши глаза, то детекторы гравитационных волн — наши уши. Но опять же, нынешние детекторы гравитационных волн на Земле — это всего лишь тестовые испытания тех, которые астрономы в конечном итоге будут использовать в космосе.
Когда меня спрашивают, что откроет следующее поколение обсерваторий, я понятия не имею. И это хорошо. Лучшие научные эксперименты должны рассказать нам не только о том, что мы ожидаем найти, но и о неизвестном неизвестном.
Информация от: Разговором
