Самый мощный телескоп: Самый мощный телескоп «Джеймс Уэбб» развернули в космосе, |

Содержание

Посмотрите, что способен увидеть в космосе новый телескоп — преемник Хаббла

Анастасия
Никифорова

Новостной редактор

НАСА дало имя своему разрабатываемому в настоящее время космическому телескопу следующего поколения — широкоугольному инфракрасному обзорному телескопу (WFIRST). Такой чести удостоится Нэнси Грейс Роман, первый главный астроном НАСА, которая проложила путь к созданию космических телескопов, сфокусированным на более широких исследованиях Вселенной. И сегодня НАСА еще на один шаг приблизились к запуску телескопа в космос, завершив проверку наземной системы для телескопа Roman. Также агенство показало угол обзора нового телескопа и сравнила его с телескопом имени Хаббла.

Читайте «Хайтек» в

Недавно названный в честь Нэнси Грейс Роман космический телескоп, или, кратко, космический телескоп Roman, должен быть запущен в середине 2020-х годов. Он будет исследовать давние астрономические загадки — такие как сила расширения вселенной, а также искать искать отдаленные планеты за пределами нашей солнечной системы.

Считаясь «матерью» космического телескопа Хаббла НАСА, запущенного 30 лет назад, Нэнси Грейс Роман неустанно выступала за новые инструменты, которые позволили бы ученым изучать более широкую вселенную прямо из космоса. Она оставила после себя огромное наследие в научном сообществе, когда умерла в 2018 году.

Именно благодаря лидерству и видению Нэнси Грейс Роман НАСА стало пионером в области астрофизики и запустило Хаббл, самый мощный и производительный космический телескоп в мире. Я не могу придумать лучшего названия для WFIRST, который станет преемником телескопов Хаббла и Уэбба НАСА.

Джим Бриденстайн, администратор НАСА

Бывший сенатор Барбара Микульски, которая работала с НАСА над космическими телескопами Хаббла и WFIRST, подчеркнула уместность название своего нового телескопа WFIRST в честь доктора Нэнси Роман, «матери» Хаббла, во время празднования 100-летия избирательного права женщин в США.

Космический телескоп Roman станет обсерваторией НАСА, предназначенной для решения важных вопросов в области темной энергии, экзопланет и инфракрасной астрофизики. Телескоп имеет первичное зеркало в 2,4 метра в диаметре и те же размеры, как и главное зеркало Хаббла. У Roman есть два прибора: широкоугольный инструмент и инструмент для демонстрации технологии Coronagraph (коронаграф). Коронограф — это телескоп, позволяющий наблюдать солнечную корону вне затмений. Известно, что солнечная корона излучает много слабее, чем диск Солнца, поэтому невооружённым глазом её можно увидеть только при полном солнечном затмении, когда диск Луны закрывает диск Солнца.

Широкоформатный инструмент будет иметь поле зрения, которое в 100 раз больше, чем инфракрасный инструмент Хаббла, что позволяет ему захватывать большую часть неба с меньшим временем наблюдения. Прибор Coronagraph будет выполнять высококонтрастную визуализацию и спектроскопию отдельных соседних экзопланет.

Одна из областей науки, которая получат пользу от обширных данных миссии, является исследование микролинзирования . Гравитационное линзирование — это наблюдательный эффект, возникающий из-за того, что наличие массы деформирует ткань пространства-времени. Эффект особенно виден около очень массивных объектов, таких как черные дыры и целые галактики. Но даже относительно небольшие объекты, такие как звезды и планеты, вызывают заметную степень искривления, называемую микролинзированием.

Обзор микролинзирования Roman также обнаружит сотни других странных и интересных космических объектов. Роман обнаружит беззвездные планеты, которые бродят по галактике как изгои; коричневых карликов, которые слишком массивны, чтобы их можно было охарактеризовать как планеты, но недостаточно массивны, чтобы воспламеняться как звезды; нейтронные звезды и черные дыры.

События микролинзирования крайне редки и требуют обширных наблюдений. Роман будет наблюдать за сотнями миллионов звезд каждые 15 минут в течение нескольких месяцев подряд, чего не может сделать ни один другой космический телескоп, создавая беспрецедентный поток новой информации.

В феврале проект WFIRST прошел важную программную и техническую веху, предоставив миссии официальный зеленый свет для начала разработки и тестирования оборудования. С прохождением этого последнего ключевого этапа команда начнет доработку проекта миссии, создав инженерные испытательные блоки и модели, чтобы гарантировать, что проект выдержит экстремальные условия во время запуска и в космосе.

Читать также

Посмотрите на 3D-карту Вселенной: ее составляли 20 лет и она уже удивила ученых

Выяснилось, что коронавирус не дает клеткам распознавать его

В Омской области археологи нашли кости и оружие, которым 12 тысяч лет

Телескоп «Джеймс Уэбб» – самый мощный телескоп в мире

Телескоп «Джеймс Уэбб» — это орбитальная инфракрасная обсерватория, которая должна заменить тот самый знаменитый космический телескоп «Хаббл».

Это очень сложный механизм. Работа над его идет около 20 лет! «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6,5 метров в диаметре и стоить около 6.8 млрд долларов. Для сравнения, диаметр зеркала «Хаббла» — «всего» 2.4 метра.

Посмотрим?

28 фото

1. Телескоп «Джеймс Уэбб» должен быть размещен на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля. А в космосе холодно. Здесь показаны испытания, проводимые 30 марта 2012, направленные на изучение возможности противостоять холодным температурам пространства. (Фото Chris Gunn | NASA):

2. «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6.5 метров в диаметре с площадью собирающей поверхности 25 м². Много это, или мало? (Фото Chris Gunn):

3. Сравним с «Хабблом». Зеркало «Хаббла» (слева) и «Уэбба» (справа) в одном масштабе:

4. Полномасштабная модель космического телескопа Джеймса Уэбба в Остине, штат Техас, 8 марта 2013. (Фото Chris Gunn):

5. Проект телескопа представляет собой международное сотрудничество 17 стран, во главе которых стоит NASA, со значительным вкладом Европейского и Канадского космических агентств. (Фото Chris Gunn):

6. Изначально запуск намечался на 2007 год, в дальнейшем переносился на 2014 и на 2015 год. Однако первый сегмент зеркала был установлен на телескоп лишь в конце 2015 года, а полностью главное составное зеркало было собрано только в феврале 2016 года.(Фото Chris Gunn):

7. Чувствительность телескопа и его разрешающая способность напрямую связаны с размером площади зеркала, которое собирает свет от объектов. Учёные и инженеры определили, что минимальный диаметр главного зеркала должен быть 6.5 метра, чтобы измерить свет от самых далёких галактик.

Простое изготовление зеркала, подобного зеркалу телескопа «Хаббл», но большего размера, было неприемлемо, так как его масса была бы слишком большой, чтобы можно было запустить телескоп в космос. Команде учёных и инженеров необходимо было найти решение, чтобы новое зеркало имело 1/10 массы зеркала телескопа «Хаббл» на единицу площади. (Фото Chris Gunn):

8. Не только у нас всё дорожает от начальной сметы. Так, стоимость телескопа «Джеймс Уэбб» превысила изначальные расчёты по меньшей мере в 4 раза. Планировалось, что телескоп обойдётся в 1,6 млрд долл. и будет запущен в 2011 году, однако по новым оценкам стоимость может составить 6.8 млрд, при этом запуск состоится не ранее 2018 года. (Фото Chris Gunn):

9. Это спектрограф ближнего инфракрасного диапазона. Он будет анализировать спектр источников, что позволит получать информацию как о физических свойствах исследуемых объектов (например, температуре и массе), так и об их химическом составе. (Фото Chris Gunn):

10. Испытания солнцезащитного экрана, 10 июля 2014. (Фото Chris Gunn):

Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 а. е. от своих звёзд, и удалённые от Земли на расстояние до 15 световых лет. В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря «Джеймсу Уэббу» ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии — возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет.

11. Инженеры тестируют в камере. систему подъема телескопа, 9 сентября 2014. (Фото Chris Gunn):

12. Исследование зеркал, 29 сентября 2014. Шестиугольная форма сегментов была выбрана не случайно. Она обладает высоким коэффициентом заполнения и имеет симметрию шестого порядка. Высокий коэффициент заполнения означает, что сегменты подходят друг к другу без зазоров. Благодаря симметрии 18 сегментов зеркала можно разделить на три группы, в каждой из которых настройки сегментов идентичны. Наконец, желательно, чтобы зеркало имело форму, близкую к круговой — для максимально компактного фокусирования света на детекторах. Овальное зеркало, например, дало бы вытянутое изображение, а квадратное послало бы много света из центральной области. (Фото Chris Gunn):

13. Очистка зеркала сухим льдом из двуокиси углерода. Тряпками здесь никто не трет. (Фото Chris Gunn):

14. Камера A — это гигантская испытательная камера с вакуумом, которая будет моделировать космическое пространства при испытаниях телескопа «Джеймса Уэбба», 20 мая 2015. (Фото Chris Gunn):

31 декабря 2015 года. Установлено 11 зеркал. (Фото Chris Gunn):

А 2 марта 2016 года установленных зеркал было уже 18. (Фото Chris Gunn):

17. Размер каждого из 18 шестигранных сегментов зеркала составляет 1.32 метра от ребра до ребра. (Фото Chris Gunn):

18. Масса непосредственно самого́ зеркала в каждом сегменте — 20 кг, а масса всего сегмента в сборе — 40 кг. (Фото Chris Gunn):

19. Для зеркала телескопа «Джеймса Уэбба» используется особый тип бериллия. Он представляет собой мелкий порошок. Порошок помещается в контейнер из нержавеющей стали и прессуется в плоскую форму. После того как стальной контейнер удалён, кусок бериллия разрезается пополам, чтобы сделать две заготовки зеркала около 1.3 метра в поперечнике. Каждая заготовка зеркала используется для создания одного сегмента. (Фото Chris Gunn):

20. Затем поверхность каждого зеркала стачивается для придания формы, близкой к расчётной. После этого зеркало тщательно сглаживают и полируют. Этот процесс повторяется до тех пор, пока форма сегмента зеркала не станет близка к идеальной. Далее сегмент охлаждается до температуры −240 °C, и с помощью лазерного интерферометра производятся измерения размеров сегмента. Затем зеркало с учётом полученной информации проходит окончательную полировку. (Фото Chris Gunn):

21. По завершению обработки сегмента передняя часть зеркала покрывается тонким слоем золота для лучшего отражения инфракрасного излучения в диапазоне 0,6—29 мкм, и готовый сегмент проходит повторные испытания при криогенных температурах. (Фото Chris Gunn):

22. Работа над телескопом в ноябре 2016 года. (Фото Chris Gunn):

23. НАСА завершило сборку космического телескопа «Джеймс Уэбб» в 2016 году и приступило к его испытаниям. Это снимок от 5 марта 2017 года. На длинной выдержке техники выглядят призраками. (Фото Chris Gunn):

24. Транспортировка телескопа в Хьюстон, 7 мая 2017 (Фото Chris Gunn):

25. Начинаются новые испытания, 20 мая 2017. (Фото Chris Gunn):

26. Дверь в ту самую камеру А с 14-й фотографии, в которой моделируется космическое пространство. (Фото Chris Gunn):

27. Телескоп «Джеймс Уэбб» внутри камеры А, 19 ноября 2017 . (Фото Chris Gunn):

28. Текущие планы предусматривают, что телескоп будет запущен с помощью ракеты «Ариан-5» весной 2019 года. Отвечая на вопрос о том, что ученые ожидают узнать с помощью нового телескопа, ведущий научный сотрудник проекта Джон Мэтер сказал: «Надеюсь, мы найдем что-то, о чем никто ничего не знает». UPD. Запуск телескопа «Джеймс Уэбб» перенесен на 2020 год. (Фото Chris Gunn):

Также смотрите:

РАТАН-600 — крупнейший радиоантенный телескоп в мире
Космический телескоп «Хаббл»: 25 лет на орбите Земли

Теги: HD, космос, телескоп

Телескоп «Джеймс Уэбб» – самый мощный телескоп в мире » SFW

Посмотрим?

3. Сравним с «Хабблом». Зеркало «Хаббла» (слева) и «Уэбба» (справа) в одном масштабе:

4. Полномасштабная модель космического телескопа Джеймса Уэбба в Остине, штат Техас, 8 марта 2013. (Фото Chris Gunn):

10. Испытания солнцезащитного экрана, 10 июля 2014. (Фото Chris Gunn):

11. Инженеры тестируют в камере. систему подъема телескопа, 9 сентября 2014. (Фото Chris Gunn):

13. Очистка зеркала сухим льдом из двуокиси углерода. Тряпками здесь никто не трет. (Фото Chris Gunn):

15. 31 декабря 2015 года. Установлено 11 зеркал. (Фото Chris Gunn):

А 2 марта 2016 года установленных зеркал было уже 18. (Фото Chris Gunn):

17. Размер каждого из 18 шестигранных сегментов зеркала составляет 1.32 метра от ребра до ребра. (Фото Chris Gunn):

22. Работа над телескопом в ноябре 2016 года. (Фото Chris Gunn):

24. Транспортировка телескопа в Хьюстон, 7 мая 2017 (Фото Chris Gunn):

25. Начинаются новые испытания, 20 мая 2017. (Фото Chris Gunn):

26. Дверь в ту самую камеру А с 14-й фотографии, в которой моделируется космическое пространство. (Фото Chris Gunn):

27. Телескоп «Джеймс Уэбб» внутри камеры А, 19 ноября 2017 . (Фото Chris Gunn):

Источник

Космический телескоп Уэбба в 100 раз мощнее Хаббла.

Это изменит астрономию.

Исследование странных новых миров. Понимание происхождения Вселенной. Поиски жизни в галактике. Это не сюжет нового фантастического фильма, а цели миссии космического телескопа Джеймса Уэбба, долгожданного преемника космического телескопа Хаббла.

На Рождество НАСА запустило Webb из Французской Гвианы в партнерстве с Европейским космическим агентством и Канадским космическим агентством. Сейчас телескоп находится на пути к точке, находящейся почти в миллионе миль от Земли.

В пути телескоп должен совершить сложный механический маневр: собрать себя. Телескоп настолько велик, что его нужно было запускать в сложенном виде внутри ракеты. В течение нескольких недель ему необходимо развернуть различные компоненты, от солнцезащитного козырька до зеркал. По данным НАСА, более 300 потенциальных технических проблем или «отказов в одной точке» потенциально могут погубить миссию.

Но когда он полностью выйдет в космос, Уэбб откроет новую эру астрономии, говорят ученые, и покажет человечеству то, чего оно никогда раньше не видело.

«Уэбб представляет собой кульминацию десятилетий, если не столетий, астрономии», — говорит Сара Сигер, планетолог и астрофизик из Массачусетского технологического института. «Мы очень долго этого ждали».

Ученые начали думать о продолжении еще до запуска космического телескопа «Хаббл» в 1990 году. После более чем трех десятилетий в космосе неясно, как долго этот революционный спутник сможет сканировать и фотографировать Вселенную.

Изначально предполагалось, что Webb будет запущен в 2010 году и будет стоить около 1 миллиарда долларов. Его цена взлетела до 10 миллиардов долларов, и это уже давно просрочено. Но ожидание того стоит, по крайней мере, по мнению ученых, ожидающих новых и откровенных проблесков нашей Вселенной.

«С Уэббом мы приближаемся к краю наблюдаемой Вселенной, — говорит Кейтлин Кейси, доцент астрономии Техасского университета в Остине. «И да, мы рады видеть, что там».

«Уэбб» превзойдет «Хаббл» по нескольким параметрам. Он позволит астрономам заглянуть не только дальше в космос, но и в прошлое: он будет искать первые звезды и галактики во Вселенной. Это позволит ученым провести тщательные исследования многочисленных экзопланет — планет, которые вращаются вокруг звезд, отличных от нашего Солнца, — и даже приступить к поиску там признаков жизни.

Уэбб — это машина для ответов на оставшиеся без ответа вопросы о Вселенной, для исследования того, что до сих пор оставалось неисследованным. Вот руководство к тому, на что способен Webb.

Золотое зеркало Уэбба — гигантский скачок для телескопов такого рода.

Это два изображения Столпов Творения с телескопа Хаббл. Справа показано, как это выглядит в инфракрасном диапазоне, что ближе к тому, что увидит телескоп Уэбба. НАСА, ЕКА, Группа наследия Хаббла (STScI/AURA), А. Нота (ESA/STScI) и научная группа Вестерлунд-2

Запуск космического телескопа «Хаббл», названного в честь знаменитого астронома Эдвина Хаббла, сам по себе стал огромным скачком вперед в астрономии. Здесь, на Земле, астрономы ищут отдаленные горные вершины и пустыни, чтобы построить крупные телескопы, чтобы получить наилучшие шансы увидеть темное небо вдали от загрязнений и ярких огней. Но их вид все еще омрачен легкой дымкой и свечением земной атмосферы. Как объясняет НАСА, космос — это «высшая вершина горы». Нет лучшего вида на космос, чем из космоса.

Хаббл так много значил за 30 лет своего существования. Во-первых, он прислал нам незабываемые, потрясающе красивые изображения, такие как туманность Лагуна и Столпы Творения.

Космический телескоп Хаббл запечатлел туманность Лагуна в 2018 году. НАСА, ЕКА и STScI

Он также рассказал нам о возрасте Вселенной, о том, что происходит, когда звезды взрываются, о черных дырах. Это помогло установить многие границы, которые Уэбб надеется раздвинуть. Самое главное, его наблюдения привели ученых к мысли, что Вселенная расширяется с ускорением, движимая чем-то настолько таинственным, что ученые называют это просто «темной энергией».

Уэбб, как ни странно, назван в честь человека, возглавлявшего НАСА в течение десятилетия, предшествовавшего высадке на Луну. Джеймс Уэбб, его тезка, был государственным чиновником в то время, когда федеральная политика предусматривала увольнение сотрудников-геев. В то время как нынешний администратор НАСА Билл Нельсон сказал, что агентство «на данный момент не нашло доказательств, оправдывающих изменение названия космического телескопа Джеймса Уэбба», более 1700 человек подписали петицию, обвиняющую Уэбба в соучастии в дискриминационной политике.

Не говоря уже о тезке, технологические достижения новейшего телескопа НАСА бесспорны. Он настроен на то, чтобы сделать успех Хаббла еще на шаг впереди.

«Мы получим телескоп примерно в 100 раз более мощный, чем «Хаббл», — говорит Эмбер Строун, астрофизик из НАСА, работающая над Webb.

Сравнение основного зеркала телескопа Уэбба и телескопа Хаббла с человеком в качестве эталона. Майкл Макклэр/Аарон Э. Лепш/Кристофер Ким через Центр космических полетов Годдарда НАСА

Как?

Уэбб лучше Хаббла по двум ключевым параметрам. Во-первых, это размер: «Хаббл» был размером со школьный автобус, тогда как «Уэбб» больше походил на теннисный корт. «Эта штука огромна, — говорит Строун. «Уэбб, безусловно, самый большой телескоп, который НАСА когда-либо пыталось отправить в космос».

Но важен не только общий размер устройства. Когда дело доходит до телескопов-рефлекторов, ключевым компонентом является размер изогнутого зеркала. «Зеркало телескопа можно представить как легкое ведро», — говорит Строун. Чем больше света вы сможете собрать в это ведро, тем более тусклые и далекие вещи вы сможете увидеть во Вселенной.

Зеркало Хаббла имело впечатляющие 7,8 фута в диаметре. Красивые золотистые зеркала Уэбба имеют диаметр 21,3 фута. В целом, это более чем в шесть раз превышает светособирающую площадь.

НАСА

Что это означает на практике? Что ж, рассмотрим одно из самых известных изображений Хаббла — Глубокое поле. В 1995 году ученые заставили «Хаббл» смотреть в крошечный участок неба (размером примерно с булавочную головку, которую держат на расстоянии вытянутой руки от зрителя) и захватывать как можно больше света из этой точки.

Вернувшееся изображение было поразительным. Хаббл обнаружил тысячи галактик на этом крошечном участке неба, помогая нам уточнить количество галактик, которые, как считается, существуют во Вселенной.

Изображение Deep Field, полученное Хабблом, показывает, что даже на крошечном участке неба есть тысячи галактик. НАСА, ЕКА, Р. Боуэнс и Г. Иллингворт

Эта фотография также показала большую силу Хаббла — как машины времени. В астрономии чем дальше находятся предметы, тем они старше (потому что свет из далеких мест занимает очень долго лететь до Земли). Это означает, что это глубокое поле Хаббла — это не только снимок космоса: он также содержит историю нашей Вселенной. Галактики на этом изображении предстают перед нами такими, какими они были миллиарды лет назад.

«Что сделает Уэбб, так это возьмет это поле и пойдет еще дальше», — объясняет Кейси из UT Austin. «Таким образом, крошечные пятнышки света на заднем плане «Глубокого поля Хаббла» станут ярче и станут более детальными, мы сможем увидеть спиральные рукава, мы сможем увидеть структуру, а затем мы получим больше пятнышек свет еще дальше в прошлом. С Уэббом мы заглядываем в прошлое».

С Уэббом такие астрономы, как Кейси, смогут заглянуть так далеко в прошлое, что потенциально смогут обнаружить самые первые звезды и галактики. Хаббл видел свет примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва, которому потребовалось около 13,3 миллиарда лет, чтобы добраться до нас.

«Это далеко! Но у Уэбба есть возможность перенести нас на 250 миллионов лет после Большого взрыва», — объясняет Кейси, которому было разрешено работать с космическим телескопом Уэбба. «Может показаться, что разница невелика. Что такое несколько сотен миллионов лет между друзьями? На самом деле, это разница между тем, чтобы увидеть первые звезды, которые когда-либо зажглись, [и] прибыть слишком поздно после похорон».

Астрономы называют этот период, когда первый звездный свет осветил Вселенную, «космическим рассветом». С Уэббом человечество сможет впервые увидеть его.

Мир нуждается в большем количестве чудес

Информационный бюллетень «Необъяснимое» проведет вас через самые увлекательные, оставшиеся без ответа вопросы в науке — и умопомрачительные способы, которыми ученые пытаются на них ответить. Зарегистрироваться Сегодня.

За этим стоят барьеры, через которые не может видеть даже Уэбб. До первого звездного света Вселенная была окутана «плотным туманом первичного газа», как объясняет Национальный научный фонд. С этого времени, которое называют космическими темными веками, в наши телескопы не попадает свет.

(Существует некоторое фоновое излучение Большого Взрыва, называемое космическим микроволновым фоном, слабое свечение, которое светит нам из дотемных веков. Но по большей части темные века — это белое пятно на нашей временной шкале Вселенной. .)

Кейси и другие астрономы надеются, что Уэбб поможет им понять конец темных веков и выяснить, почему этот туман рассеялся, возвещая космический рассвет. Ученые подозревают, что это сделал звездный свет от самых ранних галактик.

«Если у вас есть облако газа, и оно сталкивается с энергетическим светом, этот энергетический свет ионизирует этот газ и диссоциирует это облако», — говорит Кейси. «И поэтому, если этот свет только что включился, он попадает в этот газ и действительно превращает всю вселенную из темного места в светлое».

Телескоп Уэбба видит инфракрасный свет, который может быть очень, очень старым

Космический телескоп Джеймса Уэбба, строящийся в 2016 году. НАСА/Крис Ганн

Другим преимуществом Webb является тип собираемого света.

Свет бывает самых разных видов. Человеческий глаз может видеть только узкую полосу, известную как видимый свет, но Вселенная содержит очень много света за пределами этого диапазона, включая более высокочастотные и высокоэнергетические формы: ультрафиолетовые и гамма-лучи. Кроме того, есть низкоэнергетический свет с более длинными волнами: инфракрасный, микроволны, радио.

Хаббл мог наблюдать небольшое количество инфракрасного света, но Уэбб пошел гораздо дальше. НАСА и Дж. Олмстед (STScI)

Космический телескоп Хаббл собирает видимый свет, ультрафиолет и немного инфракрасного излучения. Уэбб — это прежде всего инфракрасный телескоп, поэтому он видит свет с большей длиной волны, чем то, что могут видеть наши глаза. Это кажется занудным и техническим, но на самом деле это то, что позволяет Уэббу заглянуть во времени дальше, чем Хаббл.

Инфракрасный свет часто является очень старым светом из-за явления, называемого красным смещением. Когда источник света удаляется от зрителя, он растягивается, превращаясь во все более и более длинные волны, становясь все краснее. (Верно и обратное: по мере приближения источника света длины волн укорачиваются, становясь голубее.) Это похоже на то, что происходит, когда мимо проносится сирена: высота звука увеличивается по мере приближения сирены, а затем снижается по мере ее удаления.

Поскольку пространство постоянно расширяется, самые удаленные от нас объекты во Вселенной удаляются от нас. «И по мере того, как свет проходит через пространство от этих далеких галактик, свет буквально растягивается за счет расширения пространства», — говорит Строун.

По мере того как Вселенная расширяется, она растягивает длины световых волн вместе с собой — процесс, называемый красным смещением. Чем дальше находится объект, тем больше растягивается свет от него к тому времени, когда он достигает нас. НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт/Р. Hurt (Калтех-IPAC)

Представьте себе звезду, которая очень далеко. Свет от этой звезды может начинаться в видимом спектре, но на пути к нам он растягивается. Он становится все краснее и краснее. «Поэтому, когда мы видим отдаленные галактики с помощью Хаббла, они похожи на эти маленькие, крошечные красные самородки», — говорит Строун. В конце концов, эти очень далекие старые галактики становятся настолько красными, что исчезают в инфракрасном спектре. Уэбб может видеть этот древний свет, ставший невидимым для человеческого глаза.

Инфракрасный свет можно использовать и в других целях. Это действительно хороший тип света, который можно использовать для наблюдения за экзопланетами. Например, если бы вы находились на планете, которая вращается вокруг другой звезды, и хотели бы увидеть Землю, видимый свет был бы не лучшим выбором.

«Пик Земли находится в инфракрасном диапазоне», — говорит астроном Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса Кевин Стивенсон, который планирует использовать Webb в своих исследованиях. Поэтому, если мы хотим иметь возможность изучать планету, похожую на Землю, в другой солнечной системе, «что мы действительно хотим делать, так это наблюдать в инфракрасном диапазоне, потому что именно там излучается свет с Земли».

Исследователи экзопланет, такие как Стивенсон, собираются использовать Webb для анализа атмосфер этих миров: Webb способен определять некоторые химические вещества в их атмосферах. «Мы можем обнаружить воду, CO, CO2, метан», — говорит Стивенсон. Хотя сами по себе они не являются окончательными признаками жизни, они могут начать задавать увлекательные вопросы: что создало этот метан и углекислый газ? Может это была жизнь?

«Мы все хотим найти другую Землю, не так ли?» — говорит Стивенсон. «Перспектива ответить на вопрос «одиноки ли мы?» была чем-то, что мы задавали себе на протяжении веков. И я думаю, что с Джеймсом Уэббом это даст нам первую возможность действительно ответить на этот вопрос».

Этот гаджет стоимостью 10 миллиардов долларов лучше не ломать

Ученые явно рвутся вперед, но революция Уэбба затянулась. Одной из причин всех задержек с запуском была путаница с подрядчиками. Но главный источник всех этих факторов, по словам Строна из НАСА, — это сложность самого Уэбба.

«Из-за того, что он такой большой, нет ракет, достаточно больших, чтобы запустить его в полностью развернутом виде», — говорит Строун. Вот почему телескоп пришлось сложить, чтобы он поместился внутри ракеты. «Так что весь процесс создания развертываемого в космосе телескопа является источником множества инженерных проблем».

Ставки повышают тот факт, что в то время как Хаббл был запущен примерно на 340 миль над Землей, Уэбб будет находиться на расстоянии почти в миллион миль — в четыре раза больше расстояния от Земли до Луны.

Это означает, что Webb будет непригоден для человеческих рук, если он сломается. Это страшно, учитывая историю Хаббла. Вскоре после запуска «Хаббла» в 1990 году инженеры поняли, что проблема в его зеркале; Первоначальные изображения телескопа оказались нечеткими, и астронавтам пришлось запускать космический шаттл, чтобы исправить это. С Уэббом это невозможно. Это просто должно работать.

Это будет далеко не зря. Поскольку Уэбб — это инфракрасный телескоп, его нужно держать в холоде. Сама Земля теплая и светится в инфракрасном диапазоне. «Все теплое светится в инфракрасном свете, — говорит Строун. «Если бы телескоп был теплым, он бы просто светился и видел себя».

Вебб будет вращаться вокруг так называемой точки Лагранжа. Это точка в космосе, где телескоп может оставаться холодным и, что очень важно, также оставаться на одной линии с Землей, поскольку оба вращаются вокруг Солнца.

Орбита космического телескопа Джеймса Уэбба, если смотреть с северного полюса Солнца и с точки зрения Земли. Майкл Макклэр/Аарон Э. Лепш/Джош Мастерс через Центр космических полетов Годдарда НАСА

Примечательно, что любой ученый со всего мира может подать заявку на использование космического телескопа Уэбба при условии, что он напишет проектное предложение, прошедшее экспертную оценку. Это довольно конкурентоспособно. В 2020 году Научный институт космического телескопа, который управляет космическими телескопами Университета Джона Хопкинса в Мэриленде, объявил о приеме предложений для первого запуска наблюдений Уэбба. Около четверти предложений были приняты.

«Кажется, что часть меня все еще ошеломлена», — говорит Лиза Данг, аспирантка Университета Макгилла, которая была одной из немногих счастливчиков, получивших разрешение на использование Webb. «А другая часть — это синдром самозванца — эти данные должны быть действительно удивительными».

Данг должен изучить одну из самых экстремальных планет из когда-либо обнаруженных: K2-141 b, планету в 202 световых годах от Земли и так близко к своей родительской звезде, что ее поверхность, как полагают, покрыта океаном лавы. Если у него есть облака, они, вероятно, состоят из испарившейся породы, которая затем может вызвать «каменный дождь». Мало что известно об этой лавовой планете, но Дэнг будет использовать Уэбб, чтобы изучить ее атмосферу и посмотреть, что возможно в этом экстремальном мире.

Выиграв проектное предложение, «я впервые почувствовал себя астрономом», — говорит Данг. «Но это также внезапно делает K2-141 b очень реальным».

Это сила беспрецедентного телескопа, такого как Webb. Это поможет таким астрономам, как Данг, заполнить пробелы в космосе.

«Это дико, если подумать, что мы можем собрать воедино историю того, что произошло еще до того, как Земля или Солнце появились», — говорит Кейси.

Если все пойдет по плану, такого рода прорывы могут произойти в течение нескольких месяцев.

Обновление от 4 января : Эта история была дополнена новостями о запуске космического телескопа Джеймса Уэбба и полемике вокруг названия телескопа.

Наша цель в этом месяце

Сейчас не время для платного доступа. Настало время указать на то, что скрыто у всех на виду (например, сотни отрицателей выборов в бюллетенях по всей стране), четко объяснить ответы на вопросы избирателей и дать людям инструменты, необходимые им для активного участия в американской политике. демократия. Подарки читателям помогают сделать наши журналистские статьи, основанные на исследованиях, бесплатными для всех. К концу сентября мы планируем добавить 5000 новых финансовых спонсоров в наше сообщество сторонников Vox. Поможете ли вы нам достичь нашей цели, сделав подарок сегодня?

Чему самый мощный в мире телескоп учит нас о Вселенной

Телескоп Джеймса Уэбба позволяет астрономам путешествовать во времени в наше глубокое темное прошлое

(любезно предоставлено NASA MSFC Дэвидом Хиггинботамом) 11 июля НАСА представило первое изображение, полученное с помощью телескопа Уэбба, которое, по их словам, является «самым глубоким и четким инфракрасным изображением далекой Вселенной на сегодняшний день». На изображении показано скопление галактик SMACS 0723, каким оно было 4,6 миллиарда лет назад. По данным НАСА, «этот кусочек огромной вселенной покрывает участок неба размером примерно с песчинку, которую кто-то на земле держит на расстоянии вытянутой руки».

👀 Взгляните на самое глубокое и четкое инфракрасное изображение ранней Вселенной из когда-либо сделанных — и все это за рабочий день для телескопа Уэбба. (Буквально, съемка заняла меньше дня!) Это первое изображение Уэбба, выпущенное, когда мы начинаем #UnfoldTheUniverse: https://t.co/tlougFWg8B pic.twitter.com/Y7ebmQwT7j
— Телескоп NASA Webb (@NASAWebb) 11 июля 2022 г.

Далеко в космосе, в центре Меча Ориона, чуть ниже пояса мифического охотника, находится горячая и жестокая туманность, окутанная пылью, где появляются новые звезды. заняты рождением. И хотя сама туманность всегда была видна невооруженным глазом, загадки зародышей небесных тел внутри нее, особенно тех, что находятся в секции, известной как Перемычка Ориона, были скрыты. До нынешнего момента.

Космический телескоп Джеймса Уэбба, способный считывать длины волн в инфракрасном диапазоне, позволит ученым, наконец, проникнуть сквозь облака молекулярной пыли и собрать гораздо больше информации, чем когда-либо прежде. Webb, крупнейший и самый мощный из когда-либо созданных космических телескопов, разрабатывался почти 25 лет до его запуска в Рождество 2021 года в сотрудничестве между НАСА и европейским и канадским космическими агентствами. (А при цене в 12,5 миллиардов долларов это тоже очень дорого.)

Первоначальные исследования «Уэбба» — это пробный запуск, призванный помочь ученым оценить возможности телескопа в хорошо известной области космоса, прежде чем они обратят свой взор к древним и заманчивым тайнам. Исследование Бара Ориона — лишь небольшая часть этой миссии. Главное событие — поиск изначальной энергии, излучаемой при рождении Вселенной примерно 13,7 миллиарда лет назад.

ПРОЧИТАЙТЕ: Теория мультивселенной, объяснение

Многие из этих волн энергии пройдут так далеко через нашу постоянно расширяющуюся вселенную, что к тому времени, когда они достигнут Уэбба, они растянутся. Как только они достигают инфракрасной части электромагнитного спектра, в результате явления, известного как красное смещение, они становятся невидимыми для невооруженного человеческого глаза. Телескоп Уэбба может обнаружить эти длинные инфракрасные волны более четко, чем любое другое устройство, изобретенное человечеством.

Для астронома смотреть сквозь Webb все равно, что садиться в машину времени. Крис Уиллотт, астроном из Исследовательского центра астрономии и астрофизики Герцберга в Виктории, является научным сотрудником проекта телескопа в Канаде. «Если вы остановитесь и подумаете об этом, свет, который мы обнаруживаем с помощью нашего телескопа, на самом деле ушел оттуда задолго до того, как Земля появилась», — говорит он. «Это какое-то сумасшествие, чтобы думать об этом».

ПОДРОБНЕЕ: Метеорит чуть не убил эту Британскую Колумбию. женщина во сне. Ученые говорят, что ему может быть 470 миллионов лет.

В настоящее время Уэбб надежно устроился в 1,5 миллионах километров от Земли в области пространства, известной как вторая точка Лагранжа (или L2), и вращается вокруг Солнца, оставаясь на одной линии с Землей. L2 — это сладкое пятно в Солнечной системе, которое позволяет телескопу использовать минимум энергии, чтобы оставаться на месте, оставаясь при этом достаточно холодным, чтобы делать фотографии с безупречной четкостью. В конце марта Уэбб вернул свою первую фотографию: четкое изображение мерцающей звезды в 2000 световых лет от Земли. Это превзошло ожидания Team Webb.

Корпус телескопа с главным зеркалом диаметром 6,5 м, состоящим из 18 золотых шестиугольников, оснащен четырьмя приборами, включая формирователь изображений ближнего инфракрасного диапазона и безщелевой спектрограф, или NIRISS, разработанные и изготовленные в Канаде. Думайте об этом как о камере, которая может захватывать множество различных инфракрасных длин волн на одном изображении. У Уиллота есть планы направить NIRISS на массивные скопления галактик с половиной красного смещения, что с точки зрения астрономии относительно близко. Для непосвященных число красного смещения — это измерение времени, которое потребовалось свету от объекта, чтобы достичь нас.

Сара Галлахер, астрофизик и научный советник президента Канадского космического агентства, хочет узнать характеристики галактик: сколько их, когда они образовались и как они выглядели? «Были ли они просто неорганизованными каплями или кучей комков?» она спрашивает. «Было ли много крошечных галактик? Были ли какие-то большие? Мы просто не знаем. У нас нет информации. Уэбб взорвет это.

СВЯЗАННЫЕ: Исследование космоса — это больше, чем запуск миллиардеров на орбиту

Астрофизики уже давно постулировали, что ранние галактики не были похожи на наш дискообразный Млечный Путь с его красивыми спиральными рукавами. Тем не менее, Webb может преподнести некоторые сюрпризы. «У людей есть представления о том, что, по их мнению, они увидят, но это может выглядеть совсем иначе», — говорит Галлахер. «Вселенная нас не подводит. Все время это довольно крутые вещи».

Эта статья была напечатана в майском номере журнала Maclean’s за 2022 год под заголовком «За гранью бесконечности». Подпишитесь на ежемесячный печатный журнал здесь.

Ищете больше?

Получите лучшее из Maclean’s отправлено прямо на ваш почтовый ящик. Подпишитесь на новости, комментарии и анализ.

Электронная почта*
CAPTCHA
Согласие*
Да, я хочу получать информационный бюллетень Maclean’s . Я понимаю, что могу отказаться от подписки в любое время.**

FILEED UNDER: Astronomy Telescopes

5 самых мощных телескопов и 5, которые определят будущее астрономии

2009 год был объявлен Международным годом астрономии благодаря 400-летию поразительных космических наблюдений Галилея, которые изменили мир человек смотрит в небо. Чтобы отпраздновать это событие, на прошлой неделе 17 радиотелескопов на пяти континентах в течение более 33 часов подряд наблюдали за тремя разными квазарами — сверхмассивными черными дырами, каждая из которых находится в центре галактики. Это первый случай, когда эти антенны по всему миру были связаны в режиме реального времени через высокоскоростные оптические сети. Кто сказал, что астрономы не умеют веселиться?

В то время как маленькое зеркало Галилея было способно увеличивать объекты примерно в 20–30 раз, сегодня астрономы используют огромные оптические телескопы для сбора видимого космического света, а также телескопы, способные измерять излучение в электромагнитном спектре — от гамма-лучей, испускаемых пульсарами, до длинные радиоволны из самых глубоких областей космоса. Лучшие сегодняшние телескопы — поразительные достижения, и астрономы постоянно их совершенствуют. Вот пять самых мощных телескопов на сегодняшний день и еще пять, которые определят будущее астрономии.

Пять наиболее мощных телескопов сегодня

Keck, начавшие научные операции в 1993 году

Команда разработчиков медиа -платформ

Организация: Caltech и Калифорнийский университет

Местоположение: Mauna Kea, Hakaii

9669

9 . Претензия на славу: На изолированном большом острове Гавайи установлены двойные телескопы Кека, каждый диаметром 10 метров (около 33 футов). Когда они были построены в начале 1990-х, они стали самыми большими подобными пролетами в мире. Усовершенствованная адаптивная оптика Кека проложила путь к управляемым компьютером зеркалам, которые можно регулировать несколько раз в секунду, чтобы компенсировать атмосферные возмущения в режиме реального времени.

Забавный факт: Хотя обсерватории Кека уже более 15 лет, она имеет, по сути, тот же дизайн и настройки, что и более чудовищные телескопы, находящиеся в стадии планирования или строительства, говорит Чак Стейдель из Калифорнийского технологического института, один из разработчиков предлагаемого Тридцатиметрового телескопа. Телескоп. «Обсерватория Кека — это прототип следующего поколения», — сказал он PM.

Космический телескоп Хаббл, запущенный в 1990 г.

Группа разработчиков медиаплатформ

Организация: НАСА и Европейское космическое агентство

Местонахождение: На орбите Земли

Притязание на известность: Снимая знаковые изображения, такие как глубокое поле, Крабовидная туманность и туманность Орел, Хаббл стал самым известным телескопом в мире. Последняя миссия шаттла к Хабблу несколько раз откладывалась, но теперь ее запуск запланирован на май. Он модернизирует телескоп достаточным количеством нового оборудования, чтобы поддерживать его работоспособность до 2020 года, пока его преемник не будет готов к работе.

Забавный факт: В свои 20 лет Хаббл использует устаревшие вычислительные технологии, в том числе относительно древний процессор Intel 486. Хаббл является одной из четырех «великих обсерваторий» НАСА, в число других входят рентгеновская обсерватория Чандра, космический телескоп Спитцер и гамма-обсерватория Комптона.

Космический телескоп Spitzer, запущенный в 2003 г.

Группа разработчиков медиаплатформ

Организация: NASA, JPL и Caltech

Местоположение: Вслед за Землей вокруг Солнца

Претензия на известность: Spitzer — последняя из четырех великих космических обсерваторий НАСА. Но в отличие от своего старшего брата Хаббла, который снимает в основном в видимом свете, Спитцер смотрит в инфракрасном диапазоне. Таким образом, телескоп не только видит на частоте, которую мы не можем видеть, но и делает это, следуя за Землей на расстоянии около 0,1 а. искажение.

Забавный факт: Spitzer впервые обнаружил свидетельства существования «горячих юпитеров» — газовых гигантов, экзопланет, жарящихся с одной стороны и холодных с другой. И хотя Спитцер столкнулся с неминуемой кончиной, он еще не закончил. В 2007 году НАСА подсчитало, что в апреле этого года телескоп исчерпает запас гелия на борту, но в августе команда Спитцера собрала это потрясающее изображение нескольких поколений звездообразования.

Большой бинокулярный телескоп, первый свет в октябре 2005 г.

Команда разработчиков медиа-платформ

Организация: Совместная работа США, Японии и Германии

Местонахождение: Маунт-Грэм, юго-восточная Аризона

Претензия на известность: Большой бинокулярный телескоп показывает, что две линзы лучше, чем одна. Два 8,4-метровых (около 28 футов) пролета LBT работают вместе, чтобы обеспечить такое же разрешение, какое было бы получено от одного 11,8-метрового зеркала, и в 10 раз мощнее, чем у Хаббла.

Забавный факт: Эта одинокая вершина горы — отличное место для спокойного наблюдения, но расположение обсерватории оказалось проблематичным по другим причинам. Экологи хотели, чтобы это место было перенесено, чтобы защитить местных красных белок пика. Некоторые коренные американцы из племени апачей выступили против телескопа, заявив, что гора Грэм является для них священным культурным местом. И в 1996, и в 2004 году лесные пожары бушевали в опасной близости от обсерватории, но оставили ее невредимой.

Космический гамма-телескоп Fermi, запущенный в 2008 г.

Команда разработчиков медиаплатформ

Организация: НАСА, Министерство энергетики США, Франции, Германии, Италии, Японии и Швеции

Местонахождение: Низкая околоземная орбита

Заявление о славе: самое мощное излучение во Вселенной. Сверхмассивные черные дыры, столкновения нейтронных звезд и некоторые сверхновые производят всплески гамма-лучей, которые несут гораздо больше энергии, чем что-либо возможное на Земле. К счастью, атмосфера Земли защищает нас от этого космического заграждения, поэтому любой телескоп, стремящийся измерить гамма-излучение, должен делать это с орбиты.

Забавный факт: Даже НАСА не понравилось это название. Миссия ранее называлась Гамма-лучевой космический телескоп большой площади (и дублировалась грубой аббревиатурой GLAST), пока НАСА не попросило предложения, которые лучше отражают миссию телескопа по исследованию некоторых из самых странных явлений во Вселенной. В конце концов они переименовали телескоп в честь физика 20-го века Энрико Ферми и стали называть его просто «Ферми».

Пять телескопов, определяющих будущее

Миссия Kepler, запланированная на апрель 2009 года. Запуск

Команда дизайнеров медиа платформ

Организация: NASA

Местоположение: Где -то в пределах 0,5 AU

. — его строгой целью является поиск миров, подобных Земле. Чтобы найти их, телескоп ищет транзиты — моменты, когда планеты земного размера пересекаются перед своей звездой, временно затемняя ее. Если потемнение достаточное и происходит по регулярному графику, это может свидетельствовать о мире размером с Землю.

Забавный факт: Вместо того чтобы оставаться на околоземной орбите, Кеплер будет следовать за нашей родной планетой вокруг Солнца. Это позволяет телескопу избежать турбулентности земного притяжения и удерживает его за пределами планетарной плоскости, что позволило бы ему заглянуть дальше в космос без помех со стороны Солнца, Луны или Земли.

Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Atacama, открытие в 2012 году

Группа разработчиков медиаплатформ

Организация: Научные агентства Северной Америки, Европы и Японии

Местонахождение: 16 000 футов в чилийских Андах

Заявление: Самый совершенный радиотелескоп.

Забавный факт: Если вы думаете, что построить радиостанцию легко, попробуйте сделать это в Андах. Позднее в этом году две транспортные машины мощностью 1400 л.с., сбалансированные с гидравлическим автоматическим выравниванием, начнут перевозить антенны к месту расположения массива на высоте 16 500 футов над уровнем моря. Рабочим будет разрешено оставаться в этом разреженном воздухе не более 8 часов. Установка каждой антенны займет у бригады 3 месяца работы.

Космический телескоп Джеймса Уэбба, запуск в 2013 г.

Группа разработчиков медиаплатформ

Организация: НАСА, Европейское космическое агентство, Канадское космическое агентство

Местонахождение: Космос 910002 10003 900 Телескоп станет преемником Хаббла, который после почти двух десятилетий пребывания в космосе подходит к концу своей жизни. Но это будет не совсем то же самое — Хаббл наблюдает в основном в диапазоне видимого света, тогда как инструменты Джеймса Уэбба фокусируются в основном на инфракрасном диапазоне. По данным НАСА, новый телескоп будет иметь в семь раз большую собирающую способность, чем его предшественник.

Забавный факт: Джеймс Уэбб руководил НАСА с 1961 по 1968 год, в первые годы разработки программы «Аполлон». Хотя он наиболее известен пилотируемыми космическими исследованиями, он также продвигал беспилотные программы Pioneer и Mariner, которые принесли первые снимки других планет с пролета.

Гигантский Магелланов телескоп, начало строительства в 2011 г.

Группа разработчиков медиаплатформ

Организация: Консорциум девяти университетов и исследовательских центров

Местоположение: Обсерватория Лас-Кампанас, недалеко от Ла-Серены, Чили

Заявление: В то время как Большой бинокулярный телескоп может похвастаться двумя большими зеркалами, работающими в тандеме, Гигантский Магеллан поднимает планку до семи зеркал, каждое по 8,4 метра ( около 28 футов) в поперечнике. Обсерватория Стюарда, которая находится внутри футбольного стадиона Университета Аризоны, в настоящее время строит зеркала.

Забавный факт: Высота и удаленность чилийских Анд позволяют отлично наблюдать за звездами. Рядом строится ALMA, Европейский Очень Большой Телескоп также находится в Чили, а Гигантский Магелланов Телескоп будет соседствовать со своими младшими братьями и сестрами, двумя 6,5-метровыми Магеллановыми Телескопами, которые начали работу в начале 2000-х годов.

Тридцатиметровый телескоп, все еще на стадии проектирования

Группа разработчиков медиаплатформ

Организация: Калифорнийский технологический институт, Калифорнийский университет и Ассоциация канадских университетов по исследованиям в области астрономии

Местонахождение: Чили или Гавайи, решение еще не принято

Претензия: Как следует из названия, главное зеркало телескопа имеет ширину 30 метров (около 98 футов).