В этом десятилетии запустятся, или «дадут первый свет», как говорят астрономы, ряд важных крупных телескопов и обсерваторий. Многие будут стремиться искать признаки экзопланет и признаки инопланетной жизни в мирах за пределами Солнечной системы. В их число входят орбитальные обсерватории, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба (все дальше и дальше от яркого света Земли!), и земные системы, такие как массивный Чрезвычайно большой телескоп (ELT) в Чили.
С момента изобретения телескопа голландским производителем очков Хансом Липперши в 1608 году эта технология использовалась для раскрытия тайн Вселенной. Оптические телескопы использовались астрономами, такими как Галилей, для обнаружения спутников Юпитера, холмов и долин на Луне Земли и даже пятен на Солнце, вплоть до первого изображения экзопланеты, полученного космическим телескопом Хаббл.
Со времени создания первого телескопа Липперши астрономия начала использовать весь электромагнитный спектр, от гамма-лучей до инфракрасных лучей и всего, что между ними. Радиотелескопы, подобные разрушенному Аресибо в Пуэрто-Рико, использовались для раскрытия пульсаров, скрытых секретов планет и таинственных быстрых радиовсплесков.
Ряд новых телескопов расскажет больше о Вселенной, включая Чрезвычайно большой телескоп, обсерваторию Веры Рубин, гигантский телескоп Магеллана, космический телескоп Джеймса Уэбба и Римский телескоп.
Космический телескоп NASA Джеймса Уэбба будет вращаться вокруг Солнца и станет крупнейшим в мире телескопом в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах, когда он будет запущен в онлайн в 2025 году. В первую очередь инфракрасный телескоп, он будет иметь более широкий спектр обзора, чем Хаббл, и работать дальше от Земли, на солнечной орбите, а не на земной. Исследования Университета штата Огайо показывают, что «Джеймс Уэбб» может обнаружить признаки жизни на других планетах всего за 60 часов. Аспирант Каприс Филлипс подсчитал, что он может реально обнаружить аммиак, создаваемый живыми существами вокруг планет газовых карликов уже после нескольких витков.
Телескоп Джеймса Уэбба описан как «машина времени», которая может помочь разгадать секреты нашей Вселенной. Телескоп будет использоваться, чтобы оглянуться назад на первые галактики, родившиеся в ранней Вселенной более 13,5 миллиардов лет назад.
Телескоп Джеймса Уэбба и большинство его инструментов имеют рабочую температуру примерно 40 Кельвинов. Это примерно минус 387 по Фаренгейту и минус 233 по Цельсию.
Официальные представители космических агентств, ответственных за телескоп, говорят, что стоимость может превысить установленный Конгрессом предел программы в 8 миллиардов долларов (5,6 миллиарда фунтов стерлингов). НАСА уже вложило 7 миллиардов долларов в телескоп с тех пор, как он был впервые предложен в качестве замены давно работающего космического телескопа Хаббл.
Когда он будет запущен в 2021 году NASА и Европейским космическим агентством (ЕКА), он станет естественным преемником Хаббла, это будет самый большой и мощный телескоп в мире, способный заглянуть назад на 200 миллионов лет после Большого взрыва.
ИНСТРУМЕНТЫ НА ТЕЛЕСКОПЕ JAMES WEBB SPACE
NIRCam (Near InfraRed Camera) инфракрасный формирователь изображения от края видимого до ближнего инфракрасного
NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона) также будет выполнять спектроскопию в том же диапазоне длин волн.
MIRI (Mid-InfraRed Instrument) будет измерять диапазон длин волн от среднего до длинного инфракрасного излучения от 5 до 27 микрометров.
FGS / NIRISS (датчик точного наведения, формирователь изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф) используется для стабилизации линии прямой видимости обсерватории во время научных наблюдений.
«Джеймс Уэбб» рассчитан на 5 лет, но NASА надеется, что он проработает 10 или более лет, хотя из-за удаленности от Земли его нелегко отремонтировать.
Его размер составляет 66 футов на 46 футов, и он будет работать в точке Лагранжа Солнце-Земля на расстоянии около 930 000 миль от Земли — почти в четыре раза дальше, чем Луна.
Телескоп будет запущен на европейской ракете Ariane-5 в конце октября 2021 года, а первые наблюдения ожидаются в 2022 году.
Чрезвычайно большой телескоп (ELT) Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили разработан в качестве замены Очень большого телескопа (VLT). По размеру апертуры он будет на 30 метров больше, чем у предшественника Very Large Telescope, запущенного в 1998 году.
Чрезвычайно большой телескоп строится Европейской южной обсерваторией в Чили для поиска экзопланет, похожих на Землю. Он будет иметь в 250 раз большую площадь сбора света, чем Хаббл, и давать изображения в 16 раз резче.
ПРИБОРЫ ЧРЕЗВЫЧАЙНО БОЛЬШОГО ТЕЛЕСКОПА:
HARMONI: Монолитный оптический спектрограф с высоким угловым разрешением и интегральным полевым спектрографом в ближней инфракрасной области будет основным инструментом для спектроскопии.
METIS: формирователь изображения и спектрограф ELT среднего инфракрасного диапазона будет формирователем изображения и спектрографом среднего инфракрасного диапазона.
MICADO: камера для визуализации с мультиадаптивной оптикой для глубоких наблюдений (MICADO) станет первой специализированной камерой для визуализации.
МОЗАИКА: (предложение) будет использоваться для отслеживания роста галактик вскоре после Большого взрыва.
HIRES: (предложение) характеризует атмосферы экзопланет.
Как и Джеймс Уэбб, ELT предназначен для того, чтобы заглянуть в прошлое и увидеть самые ранние галактики, образовавшиеся после Большого взрыва, почти 14 миллиардов лет назад.
Когда он будет завершен, он станет крупнейшим в мире оптическим телескопом, примерно в пять раз больше, чем лучшие наблюдательные инструменты, используемые сегодня.
ESO объяснили, что размер ELT может изменить наше понимание Вселенной, добавив, что он может позволить нам изучать атмосферу экзопланет.
Главное зеркало будет иметь размер около 39 метров (127 футов) в поперечнике и будет размещено в огромном вращающемся куполе на высоте почти 10 000 футов на горе в пустыне Атакама.
Помимо других возможностей, он будет дополнять и уточнять растущие открытия астрономов планет, вращающихся вокруг других звезд. Он сможет находить более мелкие планеты, похожие на Землю, напрямую получать изображения более крупных и, возможно, характеризовать их атмосферы.
Всего у него будет пять зеркал, первые три из которых будут изогнутыми, чтобы сформировать дизайн для превосходного качества изображения на площади, равной трети ширины полной луны. А последние два зеркала будут почти плоские для адаптивной оптики для изучения атмосферных искажений.
В настоящее время ведется строительство фундамента Чрезвычайно большого телескопа ESO (ELT) в отдаленной чилийской пустыне Атакама. Он будет запущен в 2025 году.
ELT предназначен для изучения первых галактик, образовавшихся после Большого взрыва, и дает подсказки о том, как они формировались и развивались, и создает перечень изменений во Вселенной.
Обсерватория имени Веры Рубин в Чили, также известная как Большой синоптический обзорный телескоп (LSST), получит первый свет к 2023 году.
Названный в честь физика Веры Рубин, телескоп каждую ночь будет делать снимки неба в полном объеме, делая снимки галактики в широком поле зрения.
НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ ОБСЕРВАТОРИИ VERA C. RUBIN
Темная материя: телескоп будет измерять слабое гравитационное линзирование, барионные акустические колебания и фотометрию сверхновых звезд для поиска скрытой материи.
Картирование малых объектов: будет создана карта околоземных астероидов и объектов пояса Койпера. Увеличение общей суммы в 100 раз по сравнению с текущими цифрами.
Обнаружение кратковременных астрономических событий: это будет включать новые, сверхновые, гамма-всплески, квазары и гравитационное линзирование.
Телескоп также поможет в поисках Планеты 9 и нанесении на карту Млечного Пути.
Основная цель будет заключаться в завершении Legacy Survey of Space and Time (LSST) с использованием широкоугольного отражающего телескопа и 27,5-футового зеркала.
Каждые несколько ночей телескоп будет фотографировать все доступное небо, чтобы получить широкий обзор всех планет, звезд, лун и астероидов, движущихся по небу.
Обсерватория была названа в честь американского астронома Веры Рубин, первопроходца открытия скорости вращения галактик и темной материи.
Конструкция телескопа имеет очень широкое поле зрения, до 3,5 градусов в диаметре или 9,6 квадратных градусов. Солнце и Луна, если смотреть с Земли, имеют диаметр 0,5 градуса или 0,3 квадратного градуса. Это широкое поле зрения в сочетании с большой апертурой дает большой обзор ночного неба, более чем в три раза превосходящий лучшие из существующих телескопов.
Главное зеркало имеет диаметр 28 футов, его второе зеркало — 11,2 фута в диаметре, и у него есть третье кольцевое зеркало диаметром 16 футов.
Это давняя традиция полных обзоров неба, которая началась в 18 веке с таких компиляций, как каталог Мессье.
Телескоп в обсерватории будет называться Обзорный телескоп Симони в знак признательности частным жертвователям Чарльзу и Лизе Симони.
Есть некоторые опасения, что большие спутниковые группировки, такие как SpaceX Starlink и OneWeb, могут повлиять на широкоугольную камеру до 50%. Помимо кампании по снижению яркости телескопов, можно использовать ИИ, чтобы делать поправки на телескопы на основе их точного положения.
Обсерватория Вера С. Рубин и обзорный телескоп Симони завершат строительство в этом году, а «первый свет» появится в 2022 или 2023 году.
Гигантский телескоп Магеллана, строящийся в Чили, представляет собой «чрезвычайно большой телескоп» с семью зеркалами диаметром 27,6 фута.
Хотя в финальном проекте будет семь массивных зеркал, к концу десятилетия в нем будет «первый свет», когда будет установлено четвертое зеркало.
ФАКТЫ О ГИГАНТСКОМ МАГЕЛЛАНОВОМ ТЕЛЕСКОПЕ
Цель First Light: 2029 г.
Расположение: обсерватория Лас Кампанас, Чили
Высота площадки: — 8 248 футов
Общая собираемая площадь зеркал: 3961 кв. Футов (368 кв. Метров)
Тип крепления: высота / азимут
Длины волн: от видимого до среднего инфракрасного диапазона — 320–25 000 нм (0,32–25 мкм)
Массивный телескоп для охоты за экзопланетами — это проект стоимостью 1 миллиард долларов, работающий в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах длин волн, с площадью обзора 3961 квадратный фут.
Хотя в финальном проекте будет семь массивных зеркал, к концу десятилетия у него будет «первый свет», когда будет установлено четвертое зеркало.
Университет Аризоны строит зеркальные сегменты, в которых одно зеркало будет расположено в центре, а шесть — вокруг него.
Ученые ожидают, что он будет генерировать значительно большие изображения из-за его большой апертуры и усовершенствованной адаптивной оптики, превосходящей возможности космического телескопа Хаббла.
Гигантский «Магеллан» является частью нового класса «чрезвычайно больших телескопов», намного больше, чем обсерватории предыдущего поколения.
Эти обсерватории нового поколения включают чрезвычайно большой телескоп, который также строится в Чили, и Тридцатиметровый телескоп, строящийся на Гавайях.
Первые световые приборы на телескопе включают большой искатель Земли, многообъектный астрономический и космологический спектрограф и спектрограф в ближнем ИК-диапазоне.
GMT будет охватывать очень широкий спектр астрофизики, но он будет специализироваться на нескольких областях астрономии, включая формирование звезд и планетных систем.
Другая работа будет включать свойства экзопланетных систем, звездное население и химическую эволюцию, сборку и эволюцию галактик, темную материю, темную энергию и фундаментальную физику, первый свет и реионизацию, а также переходные явления.
В меньшем масштабе, чем телескоп Джеймса Уэбба, который строится для работы на солнечной орбите, Римский космический телескоп Нэнси Грейс будет запущен в 2025 году.
Телескоп также проведет перепись экзопланет, чтобы ответить на вопросы о потенциале жизни в других частях Вселенной.
НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ РИМСКОГО ТЕЛЕСКОПА НЭНСИ ГРЕЙС
Отвечая на вопросы о темной энергии: будет стремиться выяснить, вызвано ли космическое ускорение новым компонентом энергии или нарушением общей теории относительности.
Перепись экзопланет: команда телескопа будет искать признаки жизни в других местах Вселенной и выяснять, насколько типично наша Солнечная система.
Режим приглашенного исследователя: это позволит исследователям ответить на вопросы о галактике.
Прямые изображения экзопланет: первые прямые изображения экзопланет с более высоким разрешением будут получены этим телескопом за весь период его существования, в том числе вокруг наших ближайших соседей.
Обладая главным зеркалом с широким полем обзора 7,8 фута, телескоп оснащен камерой видимого и ближнего инфракрасного диапазона, обеспечивающей изображения, сопоставимые с изображениями, полученными Хабблом.
Одна из основных задач телескопа — ответить на основные вопросы о темной энергии, включая ее галактическое ускорение.
Телескоп также проведет перепись экзопланет, чтобы ответить на вопросы о потенциале жизни в других частях Вселенной.
Он создаст огромные космические панорамы, помогая астрономам ответить на вопросы об эволюции нашей Вселенной.
Астрономы также ожидают, что миссия найдет тысячи планет с использованием двух разных методов, поскольку это необходимо. Как пояснили в NASA, Римский телескоп будет определять местонахождение потенциальных новых миров или экзопланет, отслеживая количество света, исходящего от далеких звезд с течением времени. В технике, называемой гравитационным микролинзированием, всплеск света сигнализирует о том, что планета может присутствовать. С другой стороны, если свет от звезды периодически тускнеет, это может быть связано с тем, что планета пересекает поверхность звезды, когда она завершает свой оборот по орбите. Этот метод называется транзитным. Используя эти два метода для поиска новых миров, астрономы получат беспрецедентное представление о составе и расположении планетных систем по всей нашей галактике.
«Большое поле зрения, прекрасное разрешение и невероятная стабильность миссии обеспечат уникальную платформу для наблюдения за крошечными изменениями в свете, необходимыми для обнаружения других миров с помощью микролинзирования», — заявили в NASA.
Многие из звезд, на которые телескоп будет смотреть при исследовании с помощью микролинзирования, могут иметь транзитные планеты. Планируемый к запуску в середине 2020-х годов, Roman станет одним из самых плодовитых охотников НАСА за планетами.
Космические телескопы и радиомассивы
Другие известные телескопы, находящиеся в настоящее время в разработке, включают Тридцатиметровый телескоп, строящийся на Гавайях, и SKA (Square Kilometre Array) — решетку радиотелескопов размером в квадратный километр, разрабатываемую в Австралии и Южной Африке.
Что касается будущих космических обсерваторий, они будут исследовать гравитационные волны, делать снимки далеких звезд, идентифицировать планеты, похожие на Землю, и изучать более широкий диапазон световых волн, чем это было возможно ранее с помощью существующих технологий.
Среди строящихся — LISA (космическая антенна с лазерным интерферометром), который будет запущен в 2030-х годах и будет финансироваться NASA и ESA, детектор гравитационных волн.
Телескоп PLATO ЕКА, запускаемый в 2026 году, будет искать планетные транзиты через миллион звезд и искать скалистые миры, вращающиеся вокруг солнечно-подобной звезды желтого карлика.
Эти будущие обсерватории заменят существующие телескопы, такие как Хаббл, Очень Большой телескоп, Спитцер и Кеплер, а также недавно разрушенную обсерваторию Аресибо.
Через десять лет после их запуска они расскажут больше о том, как сформировалась Вселенная, как работают странные явления, и, возможно, даже обнаружат первые признаки жизни на планете за пределами нашей солнечной системы.
Автор: Райан Моррисон
