У нас, людей, есть ненасытный голод, чтобы понять Вселенную. Как сказал Карл Саган: «Понимание - это экстази». Но чтобы понять Вселенную, нам нужны лучшие и лучшие способы ее наблюдения. И это означает одно: большие, огромные, огромные телескопы.
В этой серии мы рассмотрим грядущие супер телескопы мира:
- Гигантский Магелланов Телескоп
- Большой телескоп
- 30-метровый телескоп
- Европейский чрезвычайно большой телескоп
- Большой синоптический обзорный телескоп
- Космический телескоп Джеймса Вебба
- Широкополосный инфракрасный телескоп
Легко забыть о влиянии космического телескопа Хаббла на наше знание о Вселенной. Фактически, это может быть лучшим показателем его успеха: мы принимаем Хаббл и все, что мы узнали из него, как должное сейчас. Но разрабатываются другие космические телескопы, в том числе WFIRST, который будет намного мощнее, чем Хаббл. Насколько эти телескопы расширят наше понимание Вселенной?
«У WFIRST есть потенциал, чтобы открыть нам глаза на чудеса вселенной, почти так же, как Хаббл». - Джон Грунсфельд, Управление научной миссии НАСА
WFIRST может быть истинным преемником Хаббла, хотя космический телескоп Джеймса Вебба (JWST) часто рекламируется как таковой. Но даже неправильно называть WFIRST телескопом; точнее назвать ее астрофизической обсерваторией. Это потому, что одна из его основных научных целей состоит в том, чтобы изучать Темную Энергию, эту довольно таинственную силу, которая управляет расширением Вселенной, и Темную Материю, трудную для обнаружения материю, которая замедляет это расширение.
WFIRST будет иметь 2,4-метровое зеркало, такого же размера, как Хаббл. Но у него будет камера, которая расширит возможности этого зеркала. Wide Field Instrument - это 288-мегапиксельная многодиапазонная ближняя инфракрасная камера. После того, как он заработает, он будет снимать такие же четкие изображения, как и в Хаббле. Но есть одно огромное отличие: широкоугольный инструмент будет захватывать изображения, которые в 100 раз больше, чем у Хаббла.
Наряду с широким полевым инструментом WFIRST будет иметь инструмент для коронографии. Инструмент Coronagraphic будет способствовать изучению экзопланет. Он будет использовать систему фильтров и масок, чтобы блокировать свет от других звезд, и оттачивать планеты, вращающиеся вокруг этих звезд. Это позволит очень детально изучить атмосферу экзопланет, один из основных способов определения обитаемости.
Планируется, что WFIRST будет запущен в 2025 году, хотя точная дата пока еще слишком рано. Но когда он запустится, планируется, что WFIRST отправится в Солнечно-Земную точку Лагранжа 2 (L2). L2 - это гравитационно сбалансированная точка в пространстве, где WFIRST может выполнять свою работу без перерыва. Миссия рассчитана на 6 лет.
«У WFIRST есть потенциал, чтобы открыть нам глаза на чудеса вселенной, почти так же, как у Хаббла», - сказал Джон Грюнсфельд, астронавт и помощник администратора Дирекции научных миссий НАСА в штаб-квартире в Вашингтоне. «Эта миссия уникальным образом сочетает в себе способность открывать и характеризовать планеты за пределами нашей солнечной системы с чувствительностью и оптикой, позволяющей заглянуть во вселенную в поисках разгадки тайн темной энергии и темной материи».
В двух словах, есть два предложения о том, чем может быть Темная Энергия. Первая - это космологическая постоянная, где Темная Энергия однородна по всему космосу. Второе - то, что известно как скалярные поля, где плотность Темной Энергии может изменяться во времени и пространстве.
Наблюдения показали, что с 1990-х годов расширение Вселенной ускоряется. Это ускорение началось около 5 миллиардов лет назад. Мы думаем, что Темная Энергия ответственна за это ускоренное расширение. Предоставляя такие большие, детальные изображения космоса, WFIRST позволит астрономам составлять карту расширения во времени и на больших территориях. WFIRST также будет точно измерять формы, положения и расстояния миллионов галактик, чтобы отслеживать распределение и рост космических структур, включая скопления галактик и темную материю, сопровождающую их. Надежда состоит в том, что это даст нам следующий уровень понимания, когда речь заходит о Темной Энергии.
Если все это звучит слишком сложно, посмотрите на это так: мы знаем, что Вселенная расширяется, и мы знаем, что расширение ускоряется. Мы хотим знать, почему он расширяется и как. Мы дали имя «Темная энергия» силе, которая движет этим расширением, и теперь мы хотим узнать больше об этом.
Темная энергия и расширение Вселенной - огромная загадка и вопрос, которым руководствуются космологи. (Они действительно хотят знать, как кончится Вселенная!) Но для многих из нас другой вопрос еще более неотразим: мы одни во Вселенной?
На этот вопрос не будет быстрого ответа, но любой ответ, который мы найдем, начинается с изучения экзопланет, и в этом WFIRST также преуспеет.
«WFIRST предназначен для научных областей, определенных астрономическим сообществом в качестве главных приоритетов», - сказал Пол Херц, директор Астрофизического отдела НАСА в Вашингтоне. «Широкопольный инструмент даст телескопу возможность снимать одно изображение с глубиной и качеством Хаббла, но охватывая в 100 раз большую площадь. Коронограф обеспечит революционную науку, запечатлевая слабые, но прямые изображения далеких газообразных миров и суперземель ».
«Коронограф предоставит революционную науку, захватив слабые, но прямые изображения далеких газообразных миров и суперземель». - Пол Герц, Отдел астрофизики НАСА
Трудность в изучении экзопланет заключается в том, что все они являются орбитальными звездами. Звезды настолько яркие, что не дают возможности увидеть свои планеты во всех деталях. Это все равно, что смотреть на маяк за несколько миль и пытаться изучить насекомое возле маяка.
Коронографический прибор на борту WFIRST отлично справится с блокировкой света далеких звезд. Это делается с помощью системы зеркал и масок. Это то, что делает возможным изучение экзопланет. Только когда свет от звезды рассматривается, свойства экзопланет могут быть изучены.
Это позволит детально измерить химический состав атмосферы экзопланеты. Делая это на тысячах планет, мы можем начать понимать формирование планет вокруг звезд разных типов. Тем не менее, существуют некоторые ограничения для инструмента Coronagraphic.
Coronagraphic Instrument был своего рода поздним дополнением к WFIRST. Некоторые другие инструменты WFIRST не оптимизированы для работы с ним, поэтому существуют некоторые ограничения для его работы. Это смогут изучать только газовые гиганты и так называемые суперземли. Этим более крупным планетам не нужно столько ловкости, чтобы учиться, просто из-за их размера. Подобные Земле миры, вероятно, будут за пределами возможностей Коронографического инструмента.
Эти ограничения не имеют большого значения в долгосрочной перспективе. Coronagraph на самом деле является скорее технологической демонстрацией, и он не представляет собой конечную игру для изучения экзопланет. Все, что изучено из этого инструмента, поможет нам в будущем. Когда-нибудь, возможно, он станет преемником WFIRST, возможно, через десятилетия, и к тому времени технология Coronagraph значительно продвинется вперед. В это время вполне возможны прямые снимки подобных Земле экзопланет.
Но, возможно, нам не придется ждать так долго.
Существует план по повышению эффективности Коронографа на WFIRST, который позволил бы ему изображать планеты, подобные Земле. Это называется EXS-S Starshade.
EXO-S Starshade представляет собой развертываемую систему затенения диаметром 34 м, которая блокирует свет звезды от нарушения функции WFIRST. На самом деле это будет отдельный корабль, запущенный отдельно и отправленный на встречу с WFIRST на L2. Он не будет привязан, но будет ориентироваться на WFIRST через систему камер и световых индикаторов. На самом деле, часть силы Звездной Тени в том, что она будет на расстоянии от 40 000 до 50 000 км от WFIRST.
Темная энергия и экзопланеты являются приоритетами для WFIRST, но всегда есть другие открытия, ожидающие лучших телескопов. Невозможно предсказать все, что мы узнаем от WFIRST. С такими подробными изображениями, как у Хаббла, но в 100 раз больше, нас ждут сюрпризы.
«Эта миссия будет исследовать вселенную, чтобы найти самые интересные объекты». - Нил Герелс, научный сотрудник проекта WFIRST
«В дополнение к своим потрясающим возможностям для темной энергии и экзопланет WFIRST предоставит сокровищницу изысканных данных для всех астрономов», - сказал Нил Герелс, исследователь проекта WFIRST в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Эта миссия будет исследовать вселенную, чтобы найти самые интересные объекты».
С появлением в ближайшие несколько лет всех супер телескопов мы можем ожидать удивительных открытий. Через 10-20 лет наши знания значительно расширились. Что мы узнаем о Темной Материи и Темной Энергии? Что мы будем знать о популяциях экзопланет?
Прямо сейчас кажется, что мы просто нащупываем лучшее понимание этих вещей, но с WFIRST и другими Супер Телескопами мы готовы к более целенаправленному изучению.
