Разни

Каква е сделката с космическите телескопи?

Каква е сделката с космическите телескопи?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Днес астрономите могат да изучават обекти в нашата Вселена, които са на повече от тринадесет милиарда светлинни години от Земята. Всъщност най-отдалеченият изследван обект е галактика, известна като GN-z11, която съществува на разстояние 13,39 милиарда светлинни години от нашата Слънчева система.

Но тъй като живеем в релативистката вселена, където времето и пространството са сходни изрази на една и съща реалност, погледът навътре в космоса означава също поглед към дълбокото минало. Ерго, гледането на обект, който е на повече от 13 милиарда светлинни години, означава да го видите такъв, какъвто се е появил преди повече от 13 милиарда години.

Това позволява на астрономите да се върнат към някои от най-ранните времена във Вселената, която се оценява на 13,8 милиарда години. И в бъдеще инструментите от следващо поколение ще им позволят да виждат още по-далеч, до времето, когато са се образували първите звезди и галактики - време, което обикновено се нарича „Космическа зора“.

Голяма част от заслугата за този напредък има космическите телескопи, които десетилетия наред изучават дълбоката Вселена от орбита. Най-известният от тях е Хъбъл, който е създал прецедент за космически обсерватории.

Откакто беше пуснат на пазара през 1990 г., жизненоважните данни Хъбъл е събрал е довело до много научни пробиви. Днес той все още е в експлоатация и ще отбележи своята 30-та годишнина на 20 май 2020 г. Важно е обаче да се отбележи, че Хъбъл в никакъв случай не беше първият космически телескоп.

Десетилетия преди историческият му старт НАСА, Роскосмос и други космически агенции изпращат обсерватории в космоса, за да провеждат жизненоважни изследвания. И в близко бъдеще редица авангардни телескопи ще бъдат изпратени в космоса, за да надграждат върху създадената основа Хъбъл и други.

Калъфът за космически телескопи

Идеята за поставяне на обсерватория в космоса може да бъде проследена още през 19 век и германските астрономи Вилхелм Бир и Йохан Хайнрих Медлер. През 1837 г. те обсъждат предимствата от изграждането на обсерватория на Луната, където земната атмосфера няма да бъде източник на смущения.

Въпреки това, едва през 20-ти век за първи път е направено подробно предложение. Това се случи през 1946 г., когато американският физик-теоретик Лиман Спицър предложи да се изпрати голям телескоп в космоса. Тук Спицър подчерта, че космическият телескоп няма да бъде възпрепятстван от земната атмосфера.

По същество наземните обсерватории са ограничени от филтрирането и изкривяването, което нашата атмосфера има върху електромагнитното излъчване. Това е, което кара звездите да "блещукат" и небесните обекти като Луната и Слънчевите планети да светят и да изглеждат по-големи, отколкото са.

Друга основна пречка е „светлинното замърсяване“, при което светлината от градските източници може да затрудни откриването на светлината, идваща от космоса. Обикновено наземните телескопи преодоляват това, като се строят във високи, отдалечени региони, където светлинното замърсяване е минимално и атмосферата е по-тънка.

Адаптивната оптика е друг често използван метод, при който деформиращите огледала коригират атмосферните изкривявания. Космическите телескопи заобикалят всичко това, като са разположени извън земната атмосфера, където нито светлинното замърсяване, нито изкривяванията са проблем.

Космическите обсерватории са още по-важни, когато става въпрос за честотни диапазони извън видимите дължини на вълните. Инфрачервеното и ултравиолетовото лъчение са до голяма степен блокирани от земната атмосфера, докато рентгеновата и гама-лъчевата астрономия са практически невъзможни на Земята.

През 60-те и 70-те години Спицър лобира в Конгреса на САЩ за изграждането на такава система. Въпреки че визията му ще се осъществи до 90 - те години (с Космически телескоп Хъбъл), междувременно много космически обсерватории ще бъдат изпратени в космоса.

Скромно начало

В края на 50-те години започва надпреварата за завладяване на космоса между Съветския съюз и САЩ. Тези усилия започват сериозно с разполагането на първите спътници и след това се фокусират до голяма степен върху изпращането на първите космонавти в космоса.

Въпреки това бяха положени усилия за първи път да бъдат изпратени обсерваториите в космоса. Тук „космическите телескопи“ биха могли да провеждат астрономически наблюдения, които са без атмосферни смущения, което е особено важно по отношение на физиката на високите енергии.

Както винаги, тези усилия бяха свързани с военния напредък по време на Студената война. Докато развитието на междуконтиненталните балистични ракети (МБР) доведе до създаването на космически ракети-носители, развитието на шпионските сателити доведе до напредък в космическите телескопи.

Във всички случаи Съветите поведеха рано. След изпращане на първия изкуствен обект (Sputnik 1) и първия човек (Юрий Гагарин и Восток 1 мисия) в орбита през 1957 и 1961 г., те също изпращат първите космически телескопи в космоса между 1965 и 1968 г.

Те бяха изстреляни като част от съветската програма „Протон“, която изпрати четири космически телескопа с гама-лъчи (Протон-1 през -4). Въпреки че всеки спътник е краткотраен в сравнение със съвременните космически телескопи, те провеждат жизненоважни изследвания на високоенергийния спектър и космическите лъчи.

НАСА последва примера с изстрелването на четирите спътника на орбиталната астрономическа обсерватория (OAO) между 1968 и 1972 г. Те осигуриха първите висококачествени наблюдения на небесни обекти в ултравиолетова светлина.

През 1972 г. Аполон 16 астронавтите също оставиха след Далечна ултравиолетова камера / спектрограф (UVC) експеримент на Луната. Този телескоп и камера са направили няколко изображения и са получили спектри на астрономически обекти в далечния UV спектър.

Ерата след Аполон

70-те и 80-те години се оказаха доходоносно време за космически обсерватории. С приключването на „Аполо ерата“ фокусът върху космическите полети на човека започва да се измества към други пътища - като космическите изследвания. Започват да се присъединяват и повече държави, включително Индия, Китай и различни европейски космически агенции.

Между 1970 г. и 1975 г. НАСА стартира и три телескопа като част от тяхната програма за малък астрономически сателит (SAS), която провежда рентгенови, гама-лъчи, UV и други наблюдения с висока енергия. Съветите също изпратиха в космоса три космически телескопа "Орион" за провеждане на ултравиолетови наблюдения на звезди.

ЕКА и европейските космически агенции също пуснаха първите си космически телескопи до 70-те години. Първият беше съвместният британски телескоп на НАСА на име Ариел 5, който стартира през 1974 г., за да наблюдава небето в рентгеновата лента. Същата година, Астрономически холандски сателит (ANS) стартира за провеждане на UV и рентгенова астрономия.

През 1975 г. Индия изпрати първия си спътник в космоса - Арябата - за изследване на Вселената в рентгеновия спектър. През същата година ESA изпрати COS-B мисия в космоса за изследване на източници на гама-лъчи. Япония изпрати и първата си обсерватория в космоса през 1979 г., известна като Хакучо Рентгенов сателит.

Между 1977 и 1979 г. НАСА също така разполага серия от рентгенови, гама-лъчи и космически лъчи телескопи като част от Програмата за обсерватория на високата енергийна астрономия (HEAO). През 1978 г. НАСА, Съветът за научни изследвания в Обединеното кралство (SERC) и ESA си сътрудничат за стартирането на МеждународенУлтравиолетов изследовател (IUE).

Преди да излязат 80-те години, ESA, Япония и Съветите ще допринесат за още няколко мисии, като например Европейска сателитна рентгенова обсерватория (EXOSAT), Хинотори и Тенма Рентгенови сателити и Астрон ултравиолетов телескоп.

НАСА също разгърна Инфрачервен астрономически сателит (IRAS) през 1983 г., който стана първият космически телескоп, извършил изследване на цялото нощно небе при дължина на инфрачервените вълни.

Завършвайки десетилетието, ЕКА и НАСА изпратиха своите Хипаркос и Изследовател на космически фон (COBE) през 1989г. Хипаркосбеше първият космически експеримент, посветен на измерването на правилните движения, скорости и позиции на звездите, процес, известен като астрометрия.

Междувременно COBE предостави първите точни измервания на космическия микровълнов фон (CMB) - дифузното фоново излъчване, пронизващо наблюдаваната Вселена. Тези измервания предоставиха едни от най-убедителните доказателства за теорията за Големия взрив.

През 1989 г. сътрудничеството между Съветите, Франция, Дания и България доведе до разполагането на Международната астрофизична обсерватория (известна още като GRANAT). Мисията прекара следващите девет години в наблюдение на Вселената от рентгеновите до гама-лъчевите части на спектъра.

Хъбъл (HST) отива в космоса

След много десетилетия Спицър най-накрая видя, че мечтата му за специална космическа обсерватория се сбъдва с Космически телескоп Хъбъл (HST). Тази обсерватория е разработена от НАСА и ЕКА и стартира на 24 април 1990 г. на борда на Откриване на космическа совалка (STS-31), започвайки операции до 20 май.

Този телескоп носи името си от известния американски астроном Едуин Хъбъл (1889 - 1953), който според мнозина е един от най-важните астрономи в историята.

В допълнение към откриването, че има галактики отвъд Млечния път, той също така даде категорично доказателство, че Вселената е в състояние на разширяване. В негова чест този научен факт е известен като Законът на Хъбъл-Леметър, а скоростта, с която се разширява, е известна като Константата на Хъбъл.

Хъбъл е оборудван с основно огледало, което е с диаметър 2,4 метра (7,8 фута) и вторично огледало от 30,5 см (12 инча). И двете огледала са направени от специален тип стъкло, което е покрито с алуминий и съединение, което отразява ултравиолетовата светлина.

Със своя набор от пет научни инструмента, Хъбъл е в състояние да наблюдава Вселената в ултравиолетовите, видимите и близките инфрачервени дължини на вълната. Тези инструменти включват следното:

Планетна камера с широко поле: устройство за изображения с висока разделителна способност, предназначено предимно за оптични наблюдения. Най-новата му итерация - Wide Field Camera 3 (WFC3) - е в състояние да прави наблюдения в ултравиолетовите, видимите и инфрачервените дължини на вълната. Тази камера е заснела изображения на всичко - от тела в Слънчевата система и близките звездни системи до галактики в много далечната Вселена.

Спектрограф за космически произход (COS): инструмент, който разбива ултравиолетовото лъчение на компоненти, които могат да бъдат изучени в детайли. Използван е за изследване на еволюцията на галактиките, активните галактически ядра (известни още като квазари), образуването на планети и разпределението на елементи, свързани с живота.

Разширена камера за проучвания (ACS):камера с видима светлина, която съчетава широко зрително поле с рязко качество на изображението и висока чувствителност. Той е отговорен за много от най-впечатляващите изображения на Хъбъл в дълбокия космос, разположил е масивни екстрасоларни планети, помогнал е да картографира разпространението на тъмната материя и е открил най-отдалечените обекти във Вселената.

Спектрограф за изображения на космически телескоп (STIS): камера, комбинирана със спектрограф, който е чувствителен към широк диапазон от дължини на вълните (от оптични и UV до близки инфрачервени). STIS се използва за изследване на черни дупки, чудовищни ​​звезди, междугалактическата среда и атмосферите на светове около други звезди.

Близо инфрачервена камера и многообективен спектрометър (NICMOS):спектрометър, чувствителен към инфрачервената светлина, който разкрива подробности за далечни галактики, звезди и планетни системи, които иначе са закрити от видимата светлина от междузвездния прах. Този инструмент спря да работи през 2008 г.

"Големите обсерватории" и не само!

Между 1990 и 2003 г. НАСА изпрати в космоса още три телескопа, които (заедно с Хъбъл) станаха известни като Големите обсерватории. Те включват Обсерватория за гамма-лъчи в Комптън (1991), Рентгенова обсерватория Чандра (1999), Инфрачервеният космически телескоп Spitzer (2003).

През 1999 г. ЕКА изпрати Рентгенов мулти-огледален нютон (XMM-Нютон) обсерватория в космоса, наречена в чест на сър Исак Нютон. През 2001 г. те изпратиха Уилкинсънова микровълнова сонда за анизотропия (WMAP) в космоса, който наследи COBE, като направи по-точни измервания на CMB.

През 2004 г. НАСА стартира Swift Gamma Ray Burst Explorer (известен още като бързата обсерватория на Нийл Герелс). Това беше последвано през 2006 г. от ESA Конвекционен, ротационен и планетарен транзит Мисия (COROT) за изучаване на екзопланети.

2009 г. беше крачка за космическите телескопи. През тази една година, Космическа обсерватория Хершел, Инфрачервен телескоп с широко поле (WISE), Планкобсерватория и Космически телескоп Кеплер. Като има предвид, че Herschel и WISE бяха посветени на инфрачервената астрономия, Планк продължи там, където е спряно, като изучава CMB.

Целта на Кеплер трябваше да подобри изследването на извънсоларните планети (т.е. планети, които обикалят около звездите извън Слънчевата система). Чрез метод, известен като транзитна фотометрия, Кеплер забелязва планети, докато преминават пред звездите си (известни още като транзит), което води до забележимо потапяне в яркостта.

Степента на тези спадове и периодът, с който се случват, позволяват на астрономите да определят размера на планетата и орбиталния период. Благодарение на Кеплер, броят на известните екзопланети нараства експоненциално.

Днес има над 4000 потвърдени открития (и 4900 в очакване на потвърждение), от които Кеплер е отговорен за откриването на почти 2800 (с други 2420, които очакват потвърждение).

През 2013 г. ESA стартира Гея мисия, обсерватория за астрометрия и наследник на Хипаркос мисия. Тази мисия събира данни за над 1 милиард обекта (звезди, планети, комети, астероиди и галактики), за да създаде най-големия и най-прецизен 3D космически каталог, създаван някога.

През 2015 г. ЕКА също стартира Лазерен интерферометър Космическа антена Pathfinder (LISA Pathfinder), първата по рода си обсерватория, посветена на измерването на гравитационните вълни от космоса. И през 2018 г. НАСА изпрати Транзитен спътник за изследване Exoplanet (TESS) - Кеплере наследник - в космоса за търсене на повече екзопланети.

Бъдещи космически телескопи

През следващите десетилетия космическите агенции по света планират да изстрелят още по-усъвършенствани космически телескопи с още по-висока резолюция. Тези инструменти ще позволят на астрономите да погледнат назад към най-ранните периоди на Вселената, да изучат подробно екстрасоларните планети и да наблюдават ролята на Тъмната материя и Тъмната енергия в еволюцията на нашата Вселена.

Джеймс Уеб космически телескоп (JWST), инфрачервен телескоп, построен с щедра подкрепа, предоставена от ЕКА и Канадската космическа агенция (CSA). Тази обсерватория, духовният наследник на Хъбъл и Шпицер, ще бъде най-големият и сложен космически телескоп до момента.

За разлика от своите предшественици, JWST ще наблюдава Вселената във видимата светлина до средни инфрачервени дължини на вълната, като й дава възможност да наблюдава обекти, които са твърде стари и твърде далечни, за да могат да ги наблюдават предшествениците.

Това ще позволи на астрономите да виждат достатъчно далеч през космоса (и назад във времето), за да наблюдават първата светлина след Големия взрив и образуването на първите звезди, галактики и слънчеви системи.

Има и ESA Евклид мисия, която е планирана за изстрелване през 2022 г. Този космически телескоп ще бъде оптимизиран за космология и изследване на „тъмната Вселена“. За тази цел той ще направи разпределение на до два милиарда галактики и свързаната с тях Тъмна материя в 10 милиарда светлинни години.

Тези данни ще бъдат използвани за създаване на 3D карта на местната Вселена, която ще предостави на астрономите жизненоважна информация за същността на Тъмната материя и Тъмната енергия. Той също така ще осигури точни измервания както на ускореното разширяване на Вселената, така и на силата на гравитацията в космологични мащаби.

До 2025 г. НАСА ще пусне Инфрачервен космически телескоп с широко поле (ПЪРВАТА), следващо поколение инфрачервен телескоп, посветен на откриването на екзопланети и изследванията на тъмната енергия. Усъвършенстваната оптика и набор от инструменти, според съобщенията, ще му осигурят няколкостотин пъти по-голяма ефективност от Хъбъл (в близост до ИЧ дължината на вълната).

Веднъж разгърнат, WFIRST ще наблюдава най-ранните периоди от космическата история, ще изучава Тъмната енергия и ще измерва скоростта, с която космическото разширяване се ускорява. Той ще надгражда и върху основата, построена от Кеплер чрез провеждане на директни образни изследвания и характеризиране на екзопланети.

Стартирането на ESA Планетарни транзити и трептения на звездите(PLATO) ще последва през 2026 г. Използвайки поредица от малки, оптически бързи, широкополеви телескопи, PLATO ще търси екзопланети и ще характеризира атмосферата им, за да определи дали биха могли да бъдат обитаеми.

Поглеждайки още по-напред, предвиждат се редица интересни неща за космическата астрономия. Вече има предложения за телескопи от следващо поколение, които ще предлагат още по-голяма наблюдателна мощ и възможности.

По време на неотдавнашното Десетично проучване за астрофизика през 2020 г., организирано от Дирекцията на научната мисия на НАСА (SMD), се смяташе, че четири водещи концепции на мисията се основават на наследството, установено от Хъбъл, Кеплер, Спицър, и Чандра.

Тези четири понятия включват Голям ултравиолетов / оптичен / инфрачервен инспектор (LUVOIR), Космически телескоп Origins (OST), Обитаем Exoplanet Imager (HabEx) и Lynx X-ray Surveyor.

НАСА и други космически агенции също работят за реализирането на сглобяване в космоса (ISA) с космически телескопи, където отделни компоненти ще бъдат изпратени в орбита и сглобени там. Този процес ще премахне необходимостта от особено тежки ракети носители, способни да изпращат масивни обсерватории в космоса - процес, който е много скъп и рисков.

Съществува и концепцията за обсерватории, съставени от рояци по-малки огледала на телескопи („роеви телескопи“). Подобно на мащабни масиви тук на Земята - като Много дълъг изходен интерферометър (VLBI) и Телескоп за хоризонт на събития (EHT) - тази концепция се свежда до комбиниране на способността за изобразяване на множество обсерватории.

Тогава има идеята за изпращане на космически телескопи, които могат да се сглобят. Тази идея, както е предложена от проф. Дмитрий Саврански от университета Корнел, ще включва телескоп ~ 30 метра (100 фута), съставен от модули, които ще се сглобят автономно.

Тази последна концепция също беше предложена по време на Десетичното проучване през 2020 г. и беше избрана за разработване на фаза I като част от програмата на НАСА за иновативни разширени концепции за 2018 г. (NIAC).

Космическата астрономия е сравнително ново явление, чиято история е неразривно свързана с историята на космическите изследвания. Първите космически телескопи проследяват развитието на първите ракети и спътници.

Тъй като НАСА и Роскосмос постигнаха опит в космоса, космическите обсерватории се увеличиха по брой и разнообразие. И тъй като все повече нации се присъединиха към космическата ера, все повече космически агенции започнаха да извършват астрономически наблюдения от космоса.

Днес полето се възползва от възхода на интерферометрията, миниатюризацията, автономните роботизирани системи, аналитичния софтуер, алгоритмите за прогнозиране, високоскоростния трансфер на данни и подобрената оптика.

При този темп е само въпрос на време астрономите да видят Вселената в най-ранните етапи на формирането, да отключат тайните на Тъмната материя и Тъмната енергия, да намерят обитаеми светове и да открият живота отвъд Земята и Слънчевата система. И не би било изненадващо, ако всичко се случи едновременно!

  • ESA - PLATO
  • ЕКА - Общ преглед на Евклид
  • ESA - космически телескоп Хъбъл
  • НАСА - космически телескоп Хъбъл
  • НАСА - космически телескоп „Спицър“
  • Уикипедия - Списък на космическите телескопи
  • Space.com - Големи космически телескопи
  • НАСА - космически телескоп „Джеймс Уеб“
  • Scientific American - Първият в света космически телескоп


Гледай видеото: Вселенная глазами телескопа Хаббл (Може 2022).