Содержание
Космические телескопы — Самые известные космические телескопы, как работает телескоп, орбиты телескопов
Космические телескопы — это, как правило, телескопы, работающие за пределами атмосферы Земли и, тем самым, не утруждающие себя просвечиванием через эту атмосферу. Они могут то, чего не могут другие!
Самым известным космическим телескопом на сегодняшний день является космический телескоп Хаббл, открывший сотни экзопланет, показавший множество живописных галактик, космических событий и расширивший горизонты нашего взгляда в космос. На смену Хабблу придет космический телескоп Джеймса Вебба, который будет запущен в космос в 2018 году и зеркало которого будет превышать диаметр зеркала Хаббла почти в три раза. После Джеймса Вебба ученые планируют отправить в космос Космический телескоп высокого разрешения (HDST), но это пока только в планах. Как бы то ни было, на долю космических телескопов приходится и будет приходиться большая часть наших открытий в глубоком космосе.
Самое обсуждаемое по теме Космические телескопы
В космосе царит темнота.
Однако каждый раз глядя в ночное небо мы видим огни далеких звезд, со всех сторон окруженные тьмой. Прямо как Солнце освещает собой планеты нашей звездной системы, миллиарды звезд и галактик сияют на просторах бескрайней Вселенной. Когда зонд New Horizons достиг внешних границ Солнечной системы, миновав Плутон, его оптические приборы зафиксировали слабое свечение, исходящее из-за пределов Солнечной системы и Млечного Пути. Это открытие стало неожиданностью для ученых. В отличие от реликтового излучения (космического микроволнового фонового излучения), свет, захваченный New Horizon, позволил исследователям заглянуть в самые темные и недоступные области космоса, включая галактики, сформировавшиеся спустя всего 450 000 лет после Большого взрыва. Эти далекие миры не позволяют Вселенной погрузиться во тьму и дают ученым подсказки о том, насколько черным является космос (и причем тут темная материя).
Читать далее
В 1655 году голландский астроном Кристиан Гюйгенс обнаружил необычное небесное тело вблизи Сатурна – одну из 82 лун газового гиганта.
Титан, второй по величине спутник Солнечной системы, по размеру уступает лишь спутнику Юпитера Ганимеду и в отличие от других скалистых миров нашей звездной системы (за исключением Земли) может похвастаться активным круговоротом жидкости. В этом далеком странном мире есть реки, озера и моря, заполненные жидким метаном, а суша состоит из водяного льда. Плотная атмосфера, окутывающая Титан, усеяна облаками метана, а температура на поверхности спутника в среднем составляет -179 градусов Цельсия. Ученые полагают, что атмосфера Титана может быть похожа на раннюю атмосферу Земли. Изучая Титан, исследователи надеются найти подсказки о том, как молодая Земля превратилась в планету, на которой смогла зародиться жизнь. Недавно свой взор на таинственную луну Сатурна обратил космический телескоп Джеймс Уэбб, заглянув сквозь плотную, богатую метаном и азотом атмосферу этого мира.
Читать далее
Космический телескоп Джеймс Уэбб, преемник Хаббла, обратил свой инфракрасный взор на Столпы Творения – могущественные космические колонны, окутанные звездной пылью.
Впервые мир увидел эти скопления межзвездного газа и пыли весной 1995 года на изображениях, полученных Хабблом. В 2011 году их увидел космический телескоп «Гершель», а в 2014 «Хаббл» сделал новую фотографию в более высоком разрешении. И так как человечество вступило в новую астрономическую эпоху после запуска обсерватории Джеймс Уэбб, новый снимок Столпов Творения стал настоящей сенсацией. Дело в том, что Уэбб наблюдает космос в инфракрасном диапазоне, улавливая все, что раньше было скрыто от наших глаз, включая далекие галактики и пылевые облака, так что новый снимок Столпов творения был лишь вопросом времени. На изображении видны высокие горы газа и пыли в туманности Орла, расположенной в 6500-7000 световых лет от Земли.
Читать далее
Астрономов давно интересует ранняя Вселенная и их любопытство оправданно – самые первые звезды и галактики сильно отличаются от тех, что мы наблюдаем вокруг. Так, звезды, сформировавшиеся примерно через 800 миллионов лет после Большого взрыва, имеют иной состав и чаще всего собираются в группы, которые ученые называют шаровыми скоплениями.
Как правило они окружают далекие галактики, однако определить их точный возраст непросто. К счастью, запуск космической обсерватории Джеймс Уэбб на околоземную орбиту поможет астрономам изучить одну из самых древних звезд на просторах Вселенной – Мафусаил. Возраст этого небесного тела оценивается более чем в 12 миллиардов лет, а некоторые исследователи ранее утверждали, что Мафусаил старше самой Вселенной (возраст последней, напомним, составляет 13,8 млрд лет). Но как такое возможно и откуда взялись эти парадоксальные цифры? Давайте разбираться!
Читать далее
Космический телескоп «Хаббл» был запущен в космос в 1990 году и до сих пор неплохо справляется с поставленными перед ним задачами. Например, в первой половине текущего года аппарат сфотографировал звезду возрастом 13 миллиардов лет — сделанный снимок можно посмотреть в этом материале. Однако, выполнение задач не означает, что 30-летний телескоп работает идеально. За последние годы он начал регулярно ломаться, а его орбита постепенно снижается.
Представители NASA надеются, что он сможет проработать до 2030 года — после этого его снизят до такой степени, что он частично сгорит в атмосфере Земли и упадет на дно Тихого океана. Но в будущем планы аэрокосмического агентства могут поменяться, потому что компания SpaceX намерена помочь с ремонтом телескопа и поднятием его орбиты. Если все получится, легендарный аппарат сможет проработать еще 15-20 лет.
Читать далее
Впервые за всю историю изучения космоса учеными был обнаружен газ CO2 в атмосфере планеты, которая находится за пределами Солнечной системы. Речь идет о WASP-39b, эта экзопланета представляет собой газового гиганта размером с Сатурн, который находится на расстоянии 700 световых лет от Земли. Открытие имеет большое значение для науки. Наличие того или иного газа в атмосфере многое говорит ученым о ее происхождении, в том числе это касается и углекислого газа. Кроме того, планета может быть потенциально пригодной для жизни на ней. Но даже не это самое главное в данной находке.
Ученых впечатлило нечто другое, о чем мы спешим вам рассказать.
Читать далее
Солнечная система может похвастаться разными мирами: Меркурий, Венера, Земля и Марс имеют схожий состав и являются каменистыми планетами. Газообразные Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун находятся во внешней среде нашей звездной системы – за орбитой Марса и поясом астероидов. Это различие делит Солнечную систему пополам, а виновником долгое время считался Юпитер. Этот газовый гигант, однако, вряд ли является «разделителем», но интерес к нему постоянно растет. Так, новейшая космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» отправила на Землю снимки планеты, на которых заметны тонкие линии колец, окружающих Юпитер. Напомним, что Уэбб наблюдает космос в инфракрасном диапазоне, рассматривая как далекие уголки Вселенной, так и тела нашей зведной системы.
Читать далее
Наблюдаемая Вселенная наполнена звездами. Самые массивные из них производят химические элементы, необходимые для создания всего, что мы видим вокруг. Ядра этих космических светил содержат продукты термоядерного синтеза и превращают простые элементы, такие как водород, в более тяжелые элементы, например углерод и азот.
Выброс этих кирпичиков жизни происходит во время вспышек сверхновых – процесса, во время которого яркость звезд увеличивается на 10-20 величин, а затем постепенно затухает, создавая туманность. Так, звезды, чья масса в 8-10 раз превышает массу Солнца, оставляют после после себя самые плотные объекты во Вселенной — черные дыры. Иногда вспышки сверхновых настолько яркие, что затмевают собой галактики на несколько дней или месяцев. Удивительно, но уже в самом ближайшем будущем мы узнаем об этих событиях много нового: недавно космический телескоп «Джеймс Уэбб» сфотографировал самую первую сверхновую во Вселенной, хотя на подобные наблюдения эта обсерватория не рассчитана.
Читать далее
Долгожданный космический телескоп «Джеймс Уэбб» наконец-то начал свою работу и недавно поделился своими первыми снимками. На полученных фотографиях можно увидеть скопление галактик SMACS 0723, туманность Карина, туманность Южное кольцо и так далее — обо всем этом подробно рассказала моя коллега Любовь Соковикова в этом материале.
Изображения всех упомянутых областей космоса были сделаны всего лишь за несколько дней, о чем исследователи ранее не могли даже мечтать. На данный момент ученые крайне заинтригованы тем, какие открытия они смогут совершить, имея при себе настолько мощную космическую обсерваторию. Впрочем, по земным меркам огромную конструкцию вряд ли можно назвать мощной — для хранения данных в телескоп установлен SSD-накопитель объемом 68 гигабайт. Получается, по количеству доступной памяти телескоп стоимостью 10 миллиардов долларов уступает смартфону средней цены.
Читать далее
Ну что, готовы лицезреть новые снимки Вселенной? Космический телескоп Джеймс Уэбб наконец показал нам далекий космос. Над созданием этого технологического чуда исследователи из NASA совместно с космическими агентствами Европы и Канады трудились на протяжении последних 26 лет. К счастью, ожидания оказались оправданны: инфракрасная обсерватория «Джеймс Уэбб» действительно способна увидеть самые отдаленные участки Вселенной.
Стоит ли говорить, что полученные данные открывают «новое окно в историю космоса» и преумножают наши знания о нем. На первых снимках, опубликованных NASA 12 июля, красуется скопление галактик под названием SMACS 0723, что расположилось почти в 5 миллиардах световых лет от Земли. За скоплением Уэбб также разглядел так называемый звездный питомник – область в космосе, где рождаются звезды. Но то ли еще будет.
Читать далее
Самый зоркий телескоп | Публикации
Статьи журнала «Вокруг света»
Современные радиотелескопы позволяют исследовать Вселенную в таких подробностях, которые еще недавно находились за пределами возможного не только в радиодиапазоне, но и в традиционной астрономии видимого света. Объединенные в единую сеть инструменты, расположенные на разных континентах, позволяют заглянуть в самую сердцевину радиогалактик, квазаров, молодых звездных скоплений, формирующихся планетных систем. Радиоинтерферометры со сверхдлинными базами в тысячи раз превзошли по «зоркости» самые крупные оптические телескопы.
С их помощью можно не только отслеживать перемещение космических аппаратов в окрестностях далеких планет, но и исследовать движения коры нашей собственной планеты, в том числе непосредственно «почувствовать» дрейф материков. На очереди космические радиоинтерферометры, которые позволят еще глубже проникнуть в тайны Вселенной.
Земная атмосфера прозрачна не для всех видов электромагнитного излучения, приходящего из космоса. В ней есть только два широких «окна прозрачности». Центр одного из них приходится на оптическую область, в которой лежит максимум излучения Солнца . Именно к нему в результате эволюции адаптировался по чувствительности человеческий глаз, который воспринимает световые волны с длиной от 350 до 700 нанометров. (На самом деле это окно прозрачности даже немного шире примерно от 300 до 1 000 нм, то есть захватывает ближний ультрафиолетовый и инфракрасный диапазоны). Однако радужная полоска видимого света лишь малая доля богатства «красок» Вселенной. Во второй половине XX века астрономия стала поистине всеволновой.
Достижения техники позволили астрономам вести наблюдения в новых диапазонах спектра. С коротковолновой стороны от видимого света лежат ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма-диапазоны. По другую сторону располагаются инфракрасный, субмиллиметровый и радиодиапазон. Для каждого из этих диапазонов есть астрономические объекты, которые именно в нем проявляют себя наиболее рельефно, хотя в оптическом излучении они, может быть, и не представляют собой ничего выдающегося, так что астрономы до недавнего времени их просто не замечали.
Один из наиболее интересных и информативных диапазонов спектра для астрономии радиоволны. Излучение, которое регистрирует наземная радиоастрономия, проходит через второе и гораздо более широкое окно прозрачности земной атмосферы в диапазоне длин волн от 1 мм до 30 м. Ионосфера Земли слой ионизованного газа на высоте около 70 км отражает в космос все излучение на волнах длиннее 30 м. На волнах короче 1 мм космическое излучение полностью «съедают» молекулы атмосферы (главным образом кислород и водяной пар).
Главная характеристика радиотелескопа его диаграмма направленности. Она показывает чувствительность инструмента к сигналам, приходящим с разных направлений в пространстве. Для «классической» параболической антенны диаграмма направленности состоит из главного лепестка, имеющего вид конуса, ориентированного по оси параболоида, и нескольких гораздо (на порядки) более слабых боковых лепестков. «Зоркость» радиотелескопа, то есть его угловое разрешение, определяется шириной главного лепестка диаграммы направленности. Два источника на небе, которые вместе попадают в раствор этого лепестка, сливаются для радиотелескопа в один. Поэтому ширина диаграммы направленности определяет размер самых мелких деталей небесного радиоисточника, которые еще можно различить по отдельности.
Универсальное для телескопостроения правило гласит, что разрешающая способность антенны определяется отношением длины волны к диаметру зеркала телескопа. Поэтому для увеличения «зоркости» телескоп должен быть побольше, а длина волны поменьше.
Но как назло радиотелескопы работают с самыми длинными волнами электромагнитного спектра. Из-за этого даже огромные размеры зеркал не позволяют добиться высокой разрешающей способности. Не самый крупный современный оптический телескоп с диаметром зеркала 5 м может различить звезды на расстоянии всего 0,02 угловой секунды. Невооруженным глазом видны детали около одной минуты дуги. А радиотелескоп диаметром 20 м на волне 2 см дает разрешение еще в три раза хуже около 3 угловых минут. Снимок участка неба, сделанный любительским фотоаппаратом, содержит больше деталей, чем карта радиоизлучения той же области, полученная одиночным радиотелескопом.
Широкая диаграмма направленности ограничивает не только остроту зрения телескопа, но и точность определения координат наблюдаемых объектов. Между тем точные координаты нужны для сопоставления наблюдений объекта в разных диапазонах электромагнитного излучения это непременное требование современных астрофизических исследований. Поэтому радиоастрономы всегда стремились к созданию как можно более крупных антенн.
И, как ни удивительно, радиоастрономия в итоге намного обогнала по разрешению оптическую.
У телескопа обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико самое большое в мире неподвижное цельное зеркало диаметром 305 м. Над сферической чашей на тросах висит конструкция с приемным оборудованием массой 800 тонн. По периметру зеркало окружено металлической сеткой, которая защищает телескоп от радиоизлучения земной поверхности
Рекордсмены в одиночном разряде
Полноповоротные параболические антенны аналоги оптических телескопов-рефлекторов оказались самыми гибкими в работе из всего многообразия радиоастрономических антенн. Их можно направлять в любую точку неба, следить за радиоисточником «копить сигнал», как говорят радиоастрономы, и тем самым повышать чувствительность телескопа, его способность выделять на фоне всевозможных шумов гораздо более слабые сигналы космических источников. Первый крупный полноповоротный параболоид диаметром 76 м был построен в 1957 году в британской обсерватории Джодрелл-Бэнк.
А сегодня тарелка крупнейшей в мире подвижной антенны в обсерватории Грин-Бэнк (США ) имеет размеры 100 на 110 м. И это практически предел для одиночных подвижных радиотелескопов. Увеличение диаметра имеет три важных следствия: два хороших и одно плохое. Во-первых, самое важное для нас пропорционально диаметру возрастает угловое разрешение. Во-вторых, растет чувствительность, причем гораздо быстрее, пропорционально площади зеркала, то есть квадрату диаметра. И, в-третьих, еще быстрее увеличивается стоимость, которая в случае зеркального телескопа (как оптического, так и радио) примерно пропорциональна кубу диаметра его главного зеркала.
Главные трудности связаны с деформациями зеркала под действием силы тяжести. Чтобы зеркало телескопа четко фокусировало радиоволны, отклонения поверхности от идеальной параболической не должны превышать одной десятой от длины волны. Такая точность легко достигается для волн длиной несколько метров или дециметров. Но на коротких сантиметровых и миллиметровых волнах требуемая точность составляет уже десятые доли миллиметра.
Из-за деформаций конструкции под собственным весом и ветровых нагрузок практически невозможно создать полноповоротный параболический телескоп диаметром более 150 м. Крупнейшая неподвижная тарелка диаметром 305 м построена в обсерватории Аресибо, Пуэрто-Рико. Но в целом эпоха гигантомании в строительстве радиотелескопов подошла к концу. В Мексике на горе Сьерра-Негра, на высоте 4 600 метров, завершается строительство 50-метровой антенны для работы в диапазоне миллиметровых волн. Возможно, это последняя большая одиночная антенна, создающаяся в мире.
Для того чтобы разглядеть детали строения радиоисточников, нужны другие подходы, в которых нам и предстоит разобраться.
Принцип действия
Крупнейшая в мире полноповоротная параболическая антенна обсерватории Грин-Бэнк (Западная Виргиния, США). Зеркало размером 100х110 м было построено после того, как в 1988 году под собственным весом обрушилась 90метровая полноповоротная антенна
Радиоволны, испускаемые наблюдаемым объектом, распространяются в пространстве, порождая периодические изменения электрического и магнитного поля.
Параболическая антенна собирает упавшие на нее радиоволны в одной точке фокусе. Когда через одну точку проходит несколько электромагнитных волн, они интерферируют, то есть их поля складываются. Если волны приходят в фазе они усиливают друг друга, в противофазе ослабляют, вплоть до полного нуля. Особенность параболического зеркала как раз в том, что все волны от одного источника приходят в фокус в одной фазе и усиливают друг друга максимально возможным образом! На этой идее основано функционирование всех зеркальных телескопов.
В фокусе возникает яркое пятно, и здесь же обычно помещают приемник, который замеряет суммарную интенсивность излучения уловленного в пределах диаграммы направленности телескопа. В отличие от оптической астрономии, радиотелескоп не может сделать фотографию участка неба. В каждый момент он фиксирует излучение, приходящее только с одного направления. Грубо говоря, радиотелескоп работает как однопиксельный фотоаппарат. Для построения изображения приходится сканировать радиоисточник точка за точкой.
(Впрочем, строящийся в Мексике миллиметровый радиотелескоп имеет в фокусе матрицу радиометров и «однопиксельным» уже не является.)
Командная игра
Однако можно поступить и по-другому. Вместо того чтобы сводить все лучи в одну точку, мы можем измерить и записать колебания электрического поля, порождаемые каждым из них на поверхности зеркала (или в другой точке, через которую проходит тот же луч), а затем «сложить» эти записи в компьютерном устройстве обработки, учтя фазовый сдвиг, соответствующий расстоянию, которое каждой из волн оставалось пройти до воображаемого фокуса антенны. Прибор, действующий по этому принципу, называется интерферометром, в нашем случае радиоинтерферометром.
Интерферометры избавляют от необходимости строить огромные цельные антенны. Вместо этого можно расположить рядом друг с другом десятки, сотни и даже тысячи антенн и объединять принятые ими сигналы. Такие телескопы называются синфазными решетками. Однако проблему «зоркости» они все же не решают для этого нужно сделать еще один шаг.
Как вы помните, с ростом размера радиотелескопа его чувствительность растет гораздо быстрее, чем разрешающая способность. Поэтому мы быстро оказываемся в ситуации, когда мощности регистрируемого сигнала более чем достаточно, а углового разрешения катастрофически не хватает. И тогда возникает вопрос: «Зачем нам сплошная решетка антенн? Нельзя ли ее проредить?» Оказалось, что можно! Эта идея получила название «синтеза апертуры», поскольку из нескольких отдельных независимых антенн, размещенных на большой площади, «синтезируется» зеркало гораздо большего диаметра. Разрешение такого «синтетического» инструмента определяется не диаметром отдельных антенн, а расстоянием между ними базой радиоинтерферометра. Конечно, антенн должно быть по крайней мере три, причем их не следует располагать вдоль одной прямой. В противном случае разрешение радиоинтерферометра получится крайне неоднородным. Высоким оно окажется только в направлении, вдоль которого разнесены антенны. В поперечном же направлении разрешение по-прежнему будет определяться размером отдельных антенн.
По этому пути радиоастрономия стала развиваться еще в 1970-х годах. За это время был создан ряд крупных многоантенных интерферометров. У некоторых из них антенны неподвижны, у других могут перемещаться по поверхности земли, чтобы проводить наблюдения в разных «конфигурациях». Такие интерферометры строят «синтезированные» карты радиоисточников с гораздо более высоким разрешением, чем одиночные радиотелескопы: на сантиметровых волнах оно достигает 1 угловой секунды, а это уже сравнимо с разрешением оптических телескопов при наблюдении сквозь атмосферу Земли.
Самая известная система такого типа «Очень большая решетка» (Very Large Array, VLA) построена в 1980 году в Национальной радиоастрономической обсерватории США. Ее 27 параболических антенн каждая диаметром 25 м и весом 209 тонн перемещаются по трем радиальным рельсовым путям и могут удаляться от центра интерферометра на расстояние до 21 км.
Сегодня действуют и другие системы: Вестерборк в Голландии (14 антенн диаметром 25 м), ATCA в Австралии (6 антенн по 22 м), MERLIN в Великобритании.
В последнюю систему наряду с 6 другими инструментами, разбросанными по всей стране, входит и знаменитый 76-метровый телескоп. В России (в Бурятии) создан Сибирский солнечный радиоинтерферометр специальная система антенн для оперативного изучения Солнца в радиодиапазоне.
Размером с земной шар
Тарелка диаметром 25 метров и весом 240 тонн в долине Оуэнс, США, один из 10 инструментов американской сети РСДБ
В 1965 году советские ученые Л.И. Матвеенко, Н.С. Кардашев, Г.Б. Шоломицкий предложили независимо регистрировать данные на каждой антенне интерферометра, а потом совместно их обрабатывать, как бы имитируя явление интерференции на компьютере. Это позволяет разносить антенны на сколь угодно большие расстояния. Поэтому метод получил название радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) и успешно используется с начала 1970-х годов. Рекордная длина базы, достигнутая в экспериментах, составляет 12,2 тыс. км, а разрешение на волне порядка 3 мм достигает 0,00008’’ на три порядка выше, чем у крупных оптических телескопов.
Существенно улучшить этот результат на Земле вряд ли удастся, поскольку размер базы ограничивается диаметром нашей планеты.
В настоящее время систематические наблюдения ведутся несколькими сетями межконтинентальных радиоинтерферометров. В США создана система, включающая в себя 10 радиотелескопов в среднем диаметром 25 м, расположенных в континентальной части страны, на Гавайских и Виргинских островах. В Европе для РСДБ-экспериментов регулярно объединяют 100-метровый Боннский телескоп и 32-метровый в Медичине (Италия), интерферометры MERLIN, Вестерборк и другие инструменты. Эта система называется EVN. Имеется также глобальная Международная сеть радиотелескопов для астрометрии и геодезии IVS. А недавно в России начала действовать собственная интерферометрическая сеть «Квазар» из трех 32-метровых антенн, расположенных в Ленинградской области, на Северном Кавказе и в Бурятии. Важно отметить, что телескопы не закреплены жестко за РСДБ-сетями. Они могут использоваться автономно или переключаться между сетями.
Интерферометрия со сверхдлинными базами требует очень высокой точности измерений: необходимо зафиксировать пространственное распределение максимумов и минимумов электромагнитных полей с точностью до доли длины волны, то есть для коротких волн до долей сантиметра. И с высочайшей точностью отметить моменты времени, в которые проводились измерения на каждой антенне. В качестве сверхточных часов в экспериментах РСДБ используются атомные стандарты частоты.
Но не стоит думать, что у радиоинтерферометров нет недостатков. В отличие от сплошной параболической антенны диаграмма направленности интерферометра вместо одного главного лепестка имеет сотни и тысячи узких лепестков сравнимой величины. Строить карту источника с такой диаграммой направленности это все равно, что ощупывать клавиатуру компьютера растопыренными пальцами. Восстановление изображения сложная и, более того, «некорректная» (то есть неустойчивая к малым изменениям результатов измерений) задача, которую, однако, радиоастрономы научились решать.
Достижения радиоинтерферометрии
Радиоинтерферометры с угловым разрешением в тысячные доли секунды дуги «заглянули» в самые внутренние области наиболее мощных «радиомаяков» Вселенной радиогалактик и квазаров, которые излучают в радиодиапазоне в десятки миллионов раз интенсивнее, чем обычные галактики. Удалось «увидеть», как из ядер галактик и квазаров выбрасываются облака плазмы, измерить скорости их движения, которые оказались близкими к скорости света.
Много интересного было открыто и в нашей Галактике. В окрестностях молодых звезд найдены источники мазерного радиоизлучения (мазер аналог оптического лазера, но в радиодиапазоне) в спектральных линиях молекул воды, гидроксила (OH) и метанола (Ch4OH). По космическим масштабам источники очень малы меньше Солнечной системы. Отдельные яркие пятнышки на радиокартах, полученных интерферометрами, могут быть зародышами планет.
Такие мазеры найдены и в других галактиках. Изменение положений мазерных пятен за несколько лет, наблюдавшееся в соседней галактике M33 в созвездии Треугольника, впервые позволило непосредственно оценить скорость ее вращения и перемещение по небу.
Измеренные смещения ничтожны, их скорость во многие тысячи раз меньше видимой для земного наблюдателя скорости улитки, ползущей по поверхности Марса . Такой эксперимент пока находится далеко за пределами возможностей оптической астрономии: заметить собственные движения отдельных объектов на межгалактических расстояниях ей просто не под силу.
Наконец, интерферометрические наблюдения дали новое подтверждение существования сверхмассивных черных дыр. Вокруг ядра активной галактики NGC 4258 были обнаружены сгустки вещества, которые движутся по орбитам радиусом не более трех световых лет, при этом их скорости достигают тысячи километров в секунду. Это означает, что масса центрального тела галактики не менее миллиарда масс Солнца, и оно не может быть не чем иным, как черной дырой .
Целый ряд интересных результатов получен методом РСДБ при наблюдениях в Солнечной системе . Начать хотя бы с самой точной на сегодня количественной проверки общей теории относительности. Интерферометр измерил отклонение радиоволн в поле тяготения Солнца с точностью до сотой доли процента.
Это на два порядка точнее, чем позволяют оптические наблюдения.
Глобальные радиоинтерферометры также применяются для слежения за движением космических аппаратов, изучающих другие планеты. Первый раз такой эксперимент был проведен в 1985-м, когда советские аппараты «Вега-1» и «-2» сбросили в атмосферу Венеры аэростаты. Наблюдения подтвердили быструю циркуляцию атмосферы планеты со скоростью около 70 м/с, то есть один оборот вокруг планеты за 6 суток. Это удивительный факт, который еще ожидает своего объяснения.
В прошлом году аналогичные наблюдения с участием сети из 18 радиотелескопов на разных континентах сопровождали посадку аппарата «Гюйгенс» на спутник Сатурна Титан. С расстояния в 1,2 млрд. км велось слежение за тем, как движется аппарат в атмосфере Титана с точностью до десятка километров! Не слишком широко известно о том, что во время посадки «Гюйгенса» была потеряна практически половина научной информации. Зонд ретранслировал данные через станцию «Кассини» , которая доставила его к Сатурну.
Для надежности предусматривалось два дублирующихся канала передачи данных. Однако незадолго до посадки было принято решение передавать по ним разную информацию. Но в самый ответственный момент из-за пока еще не выясненного сбоя один из приемников на «Кассини» не включился, и половина снимков пропала. А вместе с ними пропали и данные о скорости ветра в атмосфере Титана, которые передавались как раз по отключившемуся каналу. К счастью, в NASA успели подстраховаться спуск «Гюйгенса» наблюдал с Земли глобальный радиоинтерферометр. Это, по-видимому, позволит спасти пропавшие данные о динамике атмосферы Титана. Результаты этого эксперимента еще обрабатываются в Европейском объединенном радиоинтерферометрическом институте, и, кстати, занимаются этим наши соотечественники Леонид Гурвиц и Сергей Погребенко.
РСДБ для земли
У метода радиоинтерферометрии есть и чисто практические применения не зря, например, в Санкт-Петербурге этой темой занимается Институт прикладной астрономии РАН.
Наблюдения по технологии РСДБ позволяют не только определять координаты радиоисточников с точностью до десятитысячной доли секунды дуги, но и измерять положения самих радиотелескопов на Земле с точностью лучше одного миллиметра. Это, в свою очередь, дает возможность с высочайшей точностью отслеживать вариации вращения Земли и подвижки земной коры.
Например, именно с использованием РСДБ было экспериментально подтверждено движение континентов. На сегодня регистрация таких движений уже стала рутинным делом. Интерферометрические наблюдения далеких радиогалактик прочно вошли в арсенал геофизики наряду с сейсмическим зондированием Земли. Благодаря им надежно регистрируются периодические смещения станций друг относительно друга, вызванные деформациями земной коры. Причем отмечаются не только давно уже измеренные твердотельные приливы (впервые зарегистрированные методом РСДБ), но и прогибы, возникающие под воздействием изменений атмосферного давления, веса воды в океане и веса грунтовых вод.
Для определения параметров вращения Земли в мире ежедневно ведутся наблюдения небесных радиоисточников, координируемые Международной службой РСДБ для астрометрии и геодезии IVS. Полученные данные используются, в частности, для выявления дрейфа плоскостей орбит спутников глобальной системы позиционирования GPS. Без внесения соответствующих поправок, получаемых из РСДБ-наблюдений, погрешность определения долготы в системе GPS была бы на порядки больше, чем сейчас. В некотором смысле РСДБ играет для GPS-навигации ту же роль, что точные морские хронометры для навигации по звездам в XVIII веке. Точное знание параметров вращения Земли также необходимо для успешной навигации межпланетных космических станций.
Леонид Петров, Центр космических полетов им. Годдарда, NASA
Инструменты будущего
По крайней мере в ближайшие полвека генеральной линией развития радиоастрономии будет создание все более крупных систем апертурного синтеза все проектируемые крупные инструменты являются интерферометрами.
Так, на плато Чахнантор в Чили совместными усилиями ряда стран Европы и Америки началось строительство системы антенн миллиметрового диапазона ALMA (Atacama Large Millimeter Array Большая миллиметровая система Атакама). Всего здесь будет 64 антенны диаметром 12 метров с рабочим диапазоном длин волн от 0,35 до 10 мм. Наибольшее расстояние между антеннами ALMA составит 14 км. Благодаря очень сухому климату и большой высоте над уровнем моря (5100 м) система сможет вести наблюдения на волнах короче миллиметра. В других местах и на меньшей высоте это невозможно из-за поглощения такого излучения парами воды в воздухе. Строительство ALMA будет закончено к 2011 году.
Европейская система апертурного синтеза LOFAR будет работать на гораздо более длинных волнах от 1,2 до 10 м. Она войдет в строй в течение трех ближайших лет. Это очень интересный проект: чтобы снизить стоимость, в нем используются простейшие неподвижные антенны пирамиды из металлических стержней высотой около 1,5 м с усилителем сигнала.
Зато таких антенн в системе будет 25 тысяч. Их объединят в группы, которые разместят по всей территории Голландии вдоль лучей «изогнутой пятиконечной звезды» диаметром около 350 км. Каждая антенна будет принимать сигналы со всего видимого неба, но их совместная компьютерная обработка позволит выделять те, что пришли с интересующих ученых направлений. При этом чисто вычислительным путем формируется диаграмма направленности интерферометра, ширина которой на самой короткой волне составит 1 секунду дуги. Работа системы потребует огромного объема вычислений, но для сегодняшних компьютеров это вполне посильная задача. Для ее решения в прошлом году в Голландии был установлен самый мощный в Европе суперкомпьютер IBM Blue Gene/L с 12 288 процессорами. Более того, при соответствующей обработки сигналов (требующей еще больших компьютерных мощностей) LOFAR сможет одновременно наблюдать на несколькими и даже на многими объектами!
Но самый амбициозный проект близкого будущего SKA (Square Kilometer Array Система «Квадратный километр»).
Суммарная площадь его антенн составит около 1 км2, а стоимость инструмента оценивается в миллиард долларов. Проект SKA находится пока на раннем этапе разработки. Основной обсуждаемый вариант конструкции тысячи антенн диаметром несколько метров, работающих в диапазоне от 3 мм до 5 м. Причем половину из них панируется установить на участке диаметром 5 км, а остальные разнести на значительные расстояния. Китайские ученые предлагали альтернативную схему 8 неподвижных зеркал диаметром 500 м каждое, подобных телескопу в Аресибо. Для их размещения были даже предложены подходящие высохшие озера. Однако в сентябре Китай выбыл из числа стран претендентов на размещение гигантского телескопа. Теперь основная борьба развернется между Австралией и Южной Африкой.
И целого мира мало
8-метровая раскрываемая в космосе антенна японского спутника HALCA первого космического РСДБ-узла
Возможности увеличения базы наземных интерферометров практически исчерпаны. Будущее это запуск антенн интерферометра в космос, где нет ограничений, связанных с размерами нашей планеты.
Такой эксперимент уже проводился. В феврале 1997 года был запущен японский спутник HALCA, который проработал до ноября 2003 года и завершил первый этап в развитии международного проекта VSOP (VLBI Space Observatory Programme Программа космической обсерватории РСДБ). Спутник нес антенну в виде зонтика диаметром 8 м и работал на эллиптической околоземной орбите, которая обеспечивала базу, равную трем диаметрам Земли. Были получены изображения многих внегалактических радиоисточников с разрешением в тысячные доли секунды дуги. Следующий этап эксперимента по космической интерферометрии, VSOP-2, планируется начать в 20112012 годах. Еще один инструмент такого типа создается в рамках проекта «Радиоастрон» Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева РАН совместно с учеными других стран. Спутник «Радиоастрон» будет иметь параболическое зеркало диаметром 10 м. Во время запуска оно будет в сложенном состоянии, а после выхода на орбиту развернется. «Радиоастрон» будет снабжен приемниками для нескольких длин волн от 1,2 до 92 см.
В качестве наземных антенн космического интерферометра будут использоваться радиотелескопы в Пущино (Россия), Канберре (Австралия) и Грин-Бэнк (США). Орбита спутника будет очень вытянутой, с апогеем 350 тыс. км. С такой базой интерферометра на самой короткой волне удастся получить изображения радиоисточников и измерять их координаты с точностью до 8 миллионных долей секунды дуги. Это даст возможность заглянуть в ближайшие окрестности ядер радиогалактик и черных дыр, в глубины областей образования молодых звезд в Галактике.
Российскими учеными разрабатывается и более совершенный космический радиотелескоп для работы в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах «Миллиметрон». Зеркало этого инструмента будет охлаждаться жидким гелием до температуры 4 Кельвина (269°C) для уменьшения теплового шума и повышения чувствительности. Рассматривается несколько вариантов работы этого интерферометра по схемам «КосмосЗемля» и «КосмосКосмос» (между двумя телескопами на спутниках). Аппарат может быть запущен на такую же вытянутую орбиту, как в проекте «Радиоастрон», либо в точку Лагранжа системы СолнцеЗемля, на расстоянии 1,5 млн.
км в противосолнечном направлении от Земли (это в 4 раза дальше, чем Луна). В последнем варианте на волне 0,35 мм интерферометр «КосмосЗемля» будет давать угловое разрешение до 45 миллиардных долей секунды дуги в сотни тысяч раз лучше, чем в современных оптических инструментах!
Михаил Прохоров, доктор физико-математических наук
Георгий Рудницкий, кандидат физико-математических наук
Читайте также на сайте «Вокруг Света»:
- Отражающий звезды
- Надежды ледяной «АМАНДЫ»
- Под созвездием Ориона
- Южный крест над Нижним Новгородом
- Телескоп для инопланетян
11 самых мощных телескопов, когда-либо построенных на этой планете
Только с изобретением телескопа мы могли так близко исследовать невероятно удивительный и вечно завораживающий космос. Телескоп дает возможность рассмотреть бесчисленные звезды и галактики, загадочные планеты и спутники и все, что окружает нашу завораживающую планету Земля на бескрайних просторах Вселенной.
С тех пор, как Ганс Липперши изобрел первый телескоп в 1608 году, телескопы претерпели огромные изменения и по сей день. От рентгеновских телескопов до космического телескопа Хаббла в обход атмосферы и космического телескопа Джеймса Уэбба национальные и международные космические агентства прошли долгий путь. Поскольку мир астрономии претерпевает огромные изменения во всем мире, телескопы теперь используют огромные зеркала, адаптивную оптику и другие приемы, чтобы заглянуть глубоко в космос и назад во времени.
Давайте посмотрим на самые мощные телескопы, которые когда-либо были построены и которые мы увидим в ближайшем будущем.
1. Космический телескоп Джеймса Уэбба
Источник = Spacenews
Построенный НАСА при поддержке Европейского космического агентства и Канадского космического агентства, космический телескоп Джеймса Уэбба является инфракрасным телескопом и, как известно, в 100 раз мощнее, чем знаменитый Хаббл. Его называют самым мощным телескопом из когда-либо созданных.
Источник = «Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST)»
Его гигантское зеркало шириной 21 фут с золотым покрытием на самом деле имеет 18 зеркал меньшего размера, соединенных вместе. Его запуск запланирован на 2019 год. (14.1)
2. Космический телескоп Хаббла
Источник = Astronomynow
Космический телескоп Хаббла, названный в честь астронома Эдвина Хаббла, был запущен 24 апреля 1990 года и сделал более С тех пор 1,3 миллиарда наблюдений.
Source = «Space Videos»
Этот космический телескоп имеет 7,9-футовое зеркало и является одним из самых больших, универсальных и производительных телескопов.
Захватив некоторые из самых подробных изображений видимого света, он позволил глубоко заглянуть в пространство и время. Несколько наблюдений Хаббла привели к прорыву в астрофизике, включая точный расчет скорости расширения Вселенной.
3. Космический телескоп Spitzer
Источник = NASA
Космический телескоп Спитцера — инфракрасный космический телескоп, запущенный в 2003 году. Он использовался для нескольких наблюдений, включая галактику Андромеды, насчитывающую триллионы звезд, вдвое больше, чем Млечный Путь.
4. Европейский сверхбольшой телескоп (E-ELT)
Источник = Eso
Европейский сверхбольшой телескоп был построен к 19 июня 2014 года. обеспечивают в 16 раз более четкие изображения, чем у телескопа Хаббла. Он поможет в детальном изучении планет вокруг других звезд, первых галактик Вселенной, огромных черных дыр и природы темного сектора Вселенной.
5. Космический телескоп «Кеплер»
Источник = Abcnews
Космический телескоп «Кеплер», запущенный НАСА, — это охотник за экзопланетами, созданный для обнаружения планет размером с Землю, вращающихся вокруг других звезд.
По состоянию на июнь 2017 года этот телескоп обнаружил 2335 подтвержденных планет, а с учетом потенциальных планет открытие экзомиров составляет 4034. Открытие Кеплером 10 планет, похожих на Землю, — одна из величайших и самых удивительных космических новостей 2017 года.
6. Сферический телескоп с пятисотметровой апертурой (FAST)
Источник = Interferencetechnology
Сферический телескоп с пятисотметровой апертурой является крупнейшим в мире действующим радиотелескопом. Расположенный во впадине Даводан на юго-западе Китая, его первый свет был достигнут в сентябре 2016 года. Его миссия состоит в обнаружении межзвездных молекул, поиске внеземного разума и наблюдениях за пульсарами.
7. Гигантский Магелланов Телескоп
Источник = Викимедиа
Гигантский Магелланов Телескоп — чрезвычайно большой строящийся телескоп, который будет наблюдать инфракрасный и оптический свет. Во время своего первого света в 2022 году это будет крупнейшая в мире оптическая обсерватория.
Ожидается, что его телескоп будет иметь разрешающую способность в 10 раз больше, чем у телескопа Хаббла. (14.2)
8. Большой бинокулярный телескоп
Источник = Noao
Большой бинокулярный телескоп — это оптический телескоп, расположенный на горе Грэм в южной Аризоне. Один из самых передовых и мощных оптических телескопов в мире, он имеет самое большое монолитное или несегментированное зеркало в оптическом телескопе. (14.3)
9. Большой синоптический обзорный телескоп (LSST)
Источник = Bnl
Расположенный в Андах Большой синоптический обзорный телескоп представляет собой широкоугольный телескоп-рефлектор, который сделает более 800 панорамных изображений с помощью 3,2 миллиарда пикселей. камера. Его первый свет ожидается в 2019 году.. Его беспрецедентная глубина и детализация помогут найти загадочную темную материю, отслеживать движущиеся объекты и даже обнаруживать потенциально опасные астероиды, которые могут нанести значительный ущерб Земле.
10. Широкоугольный инфракрасный обзорный телескоп – активы астрофизического телескопа (WFIRST-AFTA)
Источник = «NASA Goddard» планет и точно измерять эффекты темной энергии.
11. Тридцатиметровый телескоп (ТМТ)
Источник = Vox-cdn
Тридцатиметровый телескоп будет самым передовым и одним из самых мощных оптических телескопов. Это позволит астрономам наблюдать за нашей Солнечной системой и звездами Млечного Пути и соседних галактик. С главным зеркалом 30 м он расположен на вершине Мауна-Кеа на Гавайях.
Комментарий
Два самых мощных телескопа в мире великолепны и уязвимы
Наука —
Может быть, это из-за более низкого уровня кислорода, но вершина Мауна-Кеа кажется потусторонней.
Эрик Бергер
—
Увеличить / Кек 1 и Кек 2, недалеко от вершины Мауна-Кеа.
Эрик Бергер
У ВЕРШИНЫ МАУНА-КЕА, Гавайи — Билл Хили смотрит в главное зеркало самого большого телескопа в мире и на секунду останавливается. Даже сейчас, после почти двух десятилетий заботы об этом титаническом инструменте на вершине горы, необъятность зеркала все еще приковывает его внимание. «Это адское зрелище, — восхищается Хили. “Адский вид.”
Есть. Мы только что поднялись на самую высокую гору Гавайских островов, Мауна-Кеа, чтобы увидеть пару 10-метровых телескопов Кека, самых больших и мощных оптических телескопов в мире. Гавайи находятся в 4000 км от ближайшего континента, Северной Америки, что делает этот архипелаг самым удаленным на Земле. Таким образом, при ясном небе у Мауна-Кеа, возможно, лучший «вид» из всех телескопов в мире.
Сочетание больших зеркал и темного неба оказалось не чем иным, как откровением. С тех пор, как первый из двух телескопов Кека начал наблюдать за небом в 1993, астрономы использовали инструменты для обнаружения темной энергии, поиска объектов за пределами Солнечной системы, которые привели к понижению Плутона в должности, и многого другого. В конкретную ночь астроном может направить телескоп на извержение вулкана на спутнике Юпитера Ио или изучить слабые галактики на краю видимой Вселенной.
Но все чаще ясное небо над горой омрачается спорами. Коренные жители Гавайев оспаривают право чужаков строить большие телескопы на их священной горе, а предложение построить на Мауна-Кеа гораздо более крупный инструмент, Тридцатиметровый телескоп (ТМТ), как никогда прежде воодушевило активистов.
Хили говорит с северо-восточным акцентом. Невероятный путь привел его от карьеры в морской пехоте США к «отставке», к работе учителем средней школы на Гавайях и, наконец, к получению работы два десятилетия назад смотрителем телескопов.
Ему трудно сочетать свою любовь к этому объекту, горе и новаторской науке, которую они обеспечивают, с антагонизмом, бурлящим из долины внизу.
Увеличить / Наш приветливый проводник Билл Хили стоит возле запасного зеркала телескопа Кека.
Эрик Бергер
«Ещё несколько лет назад все здешние телескопы в значительной степени работали незаметно для радаров, — объяснил он во время осмотра комплекса. «Людям либо было все равно, либо они действительно не знали, что происходит. Но из-за всего внимания со стороны TMT, это как бы нарисовало нас всех под одну гребенку. Если вы обычно были бы счастливы надеть свою футболку с командой Keck во время покупок в Costco, сегодня вы можете этого не делать».
Реклама
Некоторым аборигенам величественные купола с огромными телескопами на вершине горы кажутся скорее прыщами, которые лучше выдавить. Поскольку терпимость превратилась в напряженность, судебная система Гавайев начала рассматривать судебные иски. Уже не кажется невероятным, что великолепный телескоп, которым мы с Хили восхищаемся и который в немалой степени изменил почти всю область астрономии, может однажды исчезнуть.
Сайт
Джерард Койпер, среди учеников которого был Карл Саган, вероятно, является величайшим современным планетологом. Он правильно предсказал состав колец Сатурна (льда) и то, что планеты в нашей Солнечной системе образовались в результате конденсации большого облака газа. Он также предположил существование ныне одноименного пояса малых планет за пределами орбиты Нептуна и «открыл» для астрономов Мауна-Кеа.
После того, как в 1964 году Гавайский университет выделил обсерваторию Халеакала на Мауи для изучения Солнца, Койпер, в то время работавший в Лунной и планетарной лаборатории Аризонского университета, посетил ее. Он хотел определить, подходит ли гора Мауи, достигающая высоты 10 000 футов, для наблюдения за планетами. Он оказался недостаточно высоким, чтобы постоянно оставаться над региональным инверсионным слоем, поэтому многие ночи были слишком облачными для наблюдений.
Однако, когда Койпер посмотрел через пролив Мауи на Большой остров, он увидел Мауна-Кеа, нависшую над облаками на высоте 4000 футов.