Четверг, 30 июня, 2022

Мы считаем, что мир 2051 — это мир без войны.

На своей волне: для чего нужны космические обсерватории?

Время на чтение 6 мин.

Вчера телескоп «Джеймс Уэбб» вышел в расчетную рабочую точку — точку Лагранжа L2. Здесь аппарат может находиться сколько угодно, не корректируя орбиту, ведь силы притяжения Солнца и Земли уравновешены относительно его.

Однако не только «Джеймсом Уэббом» и «Хабблом» живо человечество. Вспоминаем, какие еще орбитальные обсерватории сейчас работают и объясняем, в чем их разница.

Долгое эхо Большого Взрыва

Вначале заметим, что большая часть орбитальных телескопов работает не с видимым (или не только с видимым) светом.

Если мы хотим заглянуть как можно дальше в прошлое Вселенной (а именно для этого запущен «Джеймс Уэбб»), то увидеть это в прямом смысле мы физически не можем. Виноват эффект Доплера — из-за того, что Вселенная расширяется и галактики удаляются от нас, наблюдателей, длина электромагнитных волн от них смещается от видимого диапазона в сторону инфракрасного. И чем дальше объект — тем больше это смещение (оно так и называется «красное смещение»). Поэтому если мы хотим «увидеть» далекие объекты, нам нужна обсерватория, работающая в инфракрасном диапазоне, какой и является «Джеймс Уэбб».

Да и многие другие, более близкие, объекты мы тоже не можем увидеть — и дело не только в эффекте Доплера. Космос не настолько пустой, как мы представляем. Волны в оптическом диапазоне рассеиваются межзвездной пылью и газом, его траектория изменяется из-за массивных объектов. Выход — принимать волны в других диапазонах, например в ультрафиолетовом, рентгеновском или радио.

Однако с Земли регистрировать волны не оптического диапазона трудно. Так устроена наша атмосфера: она задерживает ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, защищая жизнь на планете. Да и оптические наблюдение могут быть затруднены: не зря обсерватории строят далеко от городов (где нет светового загрязнения) и высоко в горах (где атмосфера более разрежена).

Поэтому телескопы выводят в космос — там-то уже практически ничего не мешает.

Космические гаммы

Гамма-излучение — это самые короткие электромагнитные волны. Оно полностью задерживается атмосферой Земли, так что единственный способ его наблюдать — это вывести аппарат на орбиту. Вместе с тем, в гамма-диапазоне мы можем «увидеть» самые интересные и загадочные объекты Вселенной — пульсары, сверхновые, нейтронные звезды, черные дыры. Не говоря уже о гамма-всплесках, источник которых пока достоверно установить не удалось.

Самой известной обсерваторией, работающей в гамма-диапазоне, является аппарат «Ферми», запущенный в 2008 году. Это совместный проект NASA, министерства энергетики США и космических агентств Франции, Швеции, Италии и Японии. На его борту установлен гамма-телескоп LAT и прибор для регистрации гамма-вспышек GBM.

«Ферми» зарегистрировал несколько гамма-вспышек, в том числе рекордную в 2008 году. По расчетам, после коллапса массивной звезды ее вещество было выброшено в пространство со скоростью 99,9999 от скорости света. Но самым значительным открытием обсерватории стали пузыри Ферми — образования размером 50 тысяч световых лет над и под центром Млечного Пути.

На своей волне: для чего нужны космические обсерватории?
Изображение неба в гамма-диапазоне, созданное из снимков, сделанных за пять лет работы «Ферми» на орбите. Изображение: nasa.gov

Рентген Вселенной

Если идти дальше по спектру, то после гамма мы попадаем в рентгеновский спектр — его тоже можно наблюдать только из космоса (ну или из очень верхних слоев атмосферы). Поскольку рентгеновское излучение тоже имеет высокую энергию, то его излучает вещество, нагретое до высоких температур, — звезды (в том числе Солнце), аккреционные диски черных дыр, рентгеновские пульсары, активные ядра галактик.

Для изучения Вселенной в гамма-диапазоне еще в 1999 году на орбиту был выведен телескоп «Чандра». Он стал самым массивным объектом (почти 23 тонны), который запустили с борта шаттла (это сделал челнок «Колумбия»).

На своей волне: для чего нужны космические обсерватории?
Центр Млечного Пути, запечатленный обсерваторией «Чандра». Изображение: nasa.gov

На «Чандра» установлена камера высокого разрешения HRC, которая позволяет регистрировать большое количество фотонов и тем самым «видеть» даже не яркие объекты. Телескоп позволил точно установить, что все звезды главной последовательности являются источниками рентгеновского излучения, уловил излучение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, нашел новый тип черных дыр. Но наиболее нашумевшее открытие с помощью «Чандра» сделали в 2021 году: в галактике Водоворот был обнаружен первый кандидат на экзопланету вне Млечного Пути.

Вижу свет

Хотя волны в оптическом диапазоне можно регистрировать и на Земле, как уже было сказано выше, орбитальные телескопы позволяют обойти многие ограничения. В частности, у всем известного «Хаббла» разрешающая способность в 7–10 раз выше, чем у аналогичного телескопа, размещенного на Земле.

«Хаббл», выведенный на орбиту в 1990 году, все еще работает. За тридцать лет он стал настоящим астрономическим феноменом, давшим исследователям невероятное количество материала. «Хаббл» прислал больше миллиона снимков и 50 терабайт данных.

Телескоп работает в ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Благодаря ему были сделаны фундаментальные астрофизические открытия:

  • создана современная космологическая модель и уточнен возраст Вселенной в 13,7 млрд лет;
  • подтверждена гипотеза об изотропности Вселенной, то есть установлено, что наш мир имеет одинаковые свойства в любой его части;
  • подтверждена теория о том, что в центрах галактик лежат сверхмассивные черные дыры.

Разумеется, «Хаббл» — это еще источник потрясающих снимков нашей Вселенной. В этой статье мы собрали несколько самых захватывающих.

Кстати, поработать с телескопом может любой желающий — никаких ограничений на это нет. Но конкурс на время, который проводится раз в год, довольно высок: количество заявок превышает количество слотов в 6–9 раз.

Легко заметить, что «Хаббл» не покрывает другую сторону оптического диапазона — инфракрасную. Именно эту «дыру» призван закрыть «Джеймс Уэбб». О нем мы подробно рассказывали в этом материале.

И другие

Атмосфера Земли прозрачна для радиоволн, так что в этом диапазоне орбитальные обсерватории обычно работают в связке с земными — таким образом получается система с размером «зеркала», равным расстоянию между наземным и космическим аппаратами.

В микроволновом диапазоне работала обсерватория Европейского космического агентства «Планк». Она изучала как объекты Солнечной системы, так и другие галактики, а также реликтовое излучение. В радиодиапазоне работал российский проект «Радиоастрон», состоявший из космического телескопа и наземных станций. Он исследовал квазары, мазеры, а также межзвездную среду.