Новий телескоп. Випробування майбутнього телескопа "Джеймс Вебб": вирішальний етап

November 12th, 2015

Перші телескопи діаметром трохи більше 20 мм і скромним збільшенням менше 10x, що з'явилися на початку XVII століття, здійснили справжню революцію в знаннях про навколишній космос. Сьогодні астрономи готуються ввести в дію гігантські оптичні інструменти діаметром у тисячі разів більше.

26 травня 2015 стало справжнім святом для астрономів усього світу. Цього дня губернатор штату Гаваї Девід Ігей дозволив розпочати нульовий цикл будівництва поблизу вершини згаслого вулканаМауна-Кеа гігантського приладового комплексу, який за кілька років стане одним із найбільших оптичних телескопів у світі.

Ось як це виглядатиме:

Гіганти на арені

Новий телескоп отримав назву Тридцятиметровий телескоп (Thirty Meter Telescope, TMT), оскільки його апертура (діаметр) складе 30 м. Якщо все піде за планом, TMT побачить перше світло у 2022 році, а ще через рік почнуться регулярні спостереження. Споруда буде справді велетенський - висотою 56 і шириною 66 м. Головне дзеркало буде складено з 492 шестикутних сегментів загальною площею 664 м². За цим показником TMT на 80% перевершить Гігантський Магелланов телескоп (Giant Magellan Telescope, GMT) з апертурою 24,5 м, який в 2021 вступить в дію в чилійській обсерваторії Лас-Кампанас, що належить Інституту Карнегі.

Проте світовим чемпіоном TMT буде недовго. На 2024 заплановано відкриття Надзвичайно великого європейського телескопа (European Extremely Large Telescope, E-ELT) з рекордним діаметром 39,3 м, який стане флагманським інструментом Європейської південної обсерваторії (ESO). Його споруда вже розпочалася на трикілометровій висоті на горі Серро-Армазонес у чилійській пустелі Атакама. Головне дзеркало цього велетня, складене з 798 сегментів, збиратиме світло з площі 978 м².

Ця чудова тріада становитиме групу оптичних супертелескопів нового покоління, у яких довго не буде конкурентів.

Тридцять метрів науки Тридцятиметровий телескоп TMT побудований за схемою Річі-Кретьєна, яка використовується в багатьох нині великих телескопах, у тому числі і в найбільшому на теперішній момент Gran Telescopio Canarias з головним дзеркалом діаметром 10,4 м. На першому етапі TMT буде оснащено трьома ІЧ- та оптичними спектрометрами, а в майбутньому планується додати до них ще кілька наукових приладів.

Фото 2

Анатомія супертелескопів

Оптична схема TMT сходить до системи, яку сотню років тому незалежно запропонували американський астроном Джордж Вілліс Річі та француз Анрі Кретьєн. В основі її лежить комбінація з головного увігнутого дзеркала та співвісного з ним опуклого дзеркаламеншого діаметра, причому обидва вони мають форму гіперболоїду обертання. Промені, відбиті від вторинного дзеркала, прямують в отвір у центрі основного рефлектора і фокусуються за ним. Використання другого дзеркала в цій позиції робить телескоп компактнішим і збільшує його фокусну відстань. Ця конструкція реалізована в багатьох діючих телескопах, зокрема в найбільшому зараз Gran Telescopio Canarias з головним дзеркалом діаметром 10,4 м, в десятиметрових телескопах-близнюках гавайської Обсерваторії Кека і в четвірці 8,2-метрових обсерваторії Серро-Параналь. ESO.

Оптична система E-ELT також містить увігнуте головне дзеркало і опукле вторинне, але має ряд унікальних особливостей. Вона складається з п'яти дзеркал, причому головне з них не гіперболоїд, як у TMT, а еліпсоїд.

GMT сконструйований зовсім інакше. Його головне дзеркало складається із семи однакових монолітних дзеркал діаметром 8,4 м (шість складають кільце, сьоме знаходиться в центрі). Вторинне дзеркало – не опуклий гіперболоїд, як у схемі Річі-Кретьєна, а увігнутий еліпсоїд, розташований перед фокусом основного дзеркала. У середині XVIIстоліття таку конфігурацію запропонував шотландський математик Джеймс Грегорі, а на практиці вперше втілив Роберт Гук у 1673 році. За грегоріанською схемою побудовано Великий бінокулярний телескоп (Large Binocular Telescope, LBT) міжнародної обсерваторіїна горі Грем у штаті Арізона (обидва його «очі» оснащені такими ж головними дзеркалами, як і дзеркала GMT) і два однакові Магелланові телескопи з апертурою 6,5 м, які з початку 2000-х років працюють в обсерваторії Лас-Кампанас.

Фото 3

Сила – у приладах

TMT, який розрахований на термін служби більш ніж у 50 років, насамперед оснастять трьома вимірювальними інструментами, змонтованими на загальної платформи- IRIS, IRMS та WFOS. IRIS (InfraRed Imaging Spectrometer) являє собою комплекс з відеокамери дуже високого дозволу, що забезпечує огляд у полі 34 х 34 кутових секунди, та спектрометра інфрачервоного випромінювання. IRMS – це багатощілинний інфрачервоний спектрометр, а WFOS – ширококутний спектрометр, який може одночасно відстежувати до 200 об'єктів на площі не менше ніж 25 квадратних кутових хвилин. У конструкції телескопа передбачено плоско-поворотне дзеркало, що направляє світло на необхідні в Наразіприлади, причому для перемикання потрібно менше десяти хвилин. Надалі телескоп обладнають ще чотирма спектрометрами та камерою для спостереження екзопланет. Згідно з нинішніми планами, по одному додатковому комплексудодаватиметься кожні два з половиною роки. GMT та E-ELT також матимуть надзвичайно багату приладову начинку.

Фото 4

Європейський гігант

Супертелескопи наступного десятиліття коштуватимуть недешево. Точна сума поки невідома, але вже ясно, що їхня загальна вартість перевищить $3 млрд. Що ж ці велетенські інструменти дадуть науці про Всесвіт?

«E-ELT буде використаний для астрономічних спостережень різних масштабів - від Сонячної системи до наддальнього космосу. І на кожній масштабній шкалі від нього очікують винятково багатої інформації, значну частинуякої не можуть видати інші супертелескопи, – розповів «Популярній механіці» член наукової команди європейського гіганта Йохан Ліске, який займається позагалактичною астрономією та обсерваційною космологією. - На це є дві причини: по-перше, E-ELT зможе багато збирати. більше світлав порівнянні зі своїми конкурентами, і по-друге, його роздільна здатність буде набагато вищою. Візьмемо, скажімо, позасонячні планети. Їхній список швидко зростає, до кінця першої половини нинішнього року він містив близько 2000 назв. Зараз Головна задачаполягає не у множенні числа відкритих екзопланет, а у зборі конкретних даних про їхню природу. Саме цим і займатиметься E-ELT. Зокрема, його спектроскопічна апаратура дозволить вивчати атмосфери кам'яних землеподібних планет з повнотою і точністю, абсолютно недоступною для телескопів, що нині діють. Ця дослідницька програма передбачає пошук пари води, кисню та органічних молекул, які можуть бути продуктами життєдіяльності організмів. земного типу. Немає сумніву, що E-ELT збільшить кількість претендентів на роль екзопланет».

Новий телескоп обіцяє й інші прориви в астрономії, астрофізиці та космології. Як відомо, існують чималі підстави припустити, що Всесвіт вже кілька мільярдів років розширюється з прискоренням, зумовленим темною енергією. Величину цього прискорення можна визначити зміни в динаміці червоного зміщення світла далеких галактик. Згідно з нинішніми оцінками, це зсув відповідає 10 см/с за десятиліття. Ця величина надзвичайно мала для вимірювання за допомогою нині діючих телескопів, але для E-ELT таке завдання цілком під силу. Його надчутливі спектрографи дозволять також отримати більш надійні дані для відповіді на питання, чи постійні фундаментальні фізичні константи, чи вони змінюються з часом.

E-ELT обіцяє справжню революцію у позагалактичній астрономії, яка займається об'єктами, розташованими за межами Чумацького Шляху. Нинішні телескопи дозволяють спостерігати окремі зірки у найближчих галактиках, але на великих дистанціях вони пасують. Європейський супертелескоп надасть можливість побачити яскраві зіркиу галактиках, віддалених від Сонця на мільйони та десятки мільйонів світлових років. З іншого боку, він буде здатний прийняти світло і від ранніх галактик, про які ще практично нічого не відомо. Він також зможе спостерігати за зірками поблизу надмасивної чорної діри в центрі нашої Галактики - не лише вимірювати їх швидкості з точністю до 1 км/с, а й відкривати невідомі нині зірки в безпосередній близькості до діри, де їх орбітальні швидкостінаближаються до 10% швидкості світла. І це, як каже Йохан Ліске, далеко не повний перелік унікальних можливостей телескопа.

Фото 5

Магелланів телескоп

Споруджує гігантський Магелланов телескоп міжнародний консорціум, що об'єднує більше десятка різних університетів та дослідних інститутів США, Австралії та Південної Кореї. Як пояснив «ПМ» професор астрономії університету Арізони та заступник директора Стюартівської обсерваторії Денніс Зарітскі, грегоріанська оптика була обрана з тієї причини, що вона підвищує якість зображень у широкому полі зору. Така оптична схема останніми роками добре зарекомендувала себе на кількох оптичних телескопах 6-8-метрового діапазону, а ще раніше її застосовували на великих радіотелескопах.

Незважаючи на те, що по діаметру і, відповідно, площі світлозбираючої поверхні GMT поступається TMT і E-ELT, у нього є чимало серйозних переваг. Його апаратура зможе одночасно вимірювати спектри великої кількостіоб'єктів, що є надзвичайно важливим для оглядових спостережень. Крім того, оптика GMT забезпечує дуже високу контрастність та можливість забратися далеко в інфрачервоний діапазон. Діаметр його поля зору, як і у TMT, становитиме 20 кутових хвилин.

За словами професора Зарітскі, GMT займе гідне місце у тріаді майбутніх супертелескопів. Наприклад, з його допомогою можна буде отримувати інформацію про темну матерію - головний компонент багатьох галактик. Про її розподіл у просторі можна судити з руху зірок. Однак більшість галактик, де вона домінує, містять порівняно мало зірок, до того ж досить тьмяних. Апаратура GMT буде в змозі відстежувати рухи багато більшої кількості таких зірок, ніж прилади будь-якого телескопів, що нині діють. Тому GMT дозволить точніше скласти карту темної матерії, і це, у свою чергу, дозволить вибрати найбільш правдоподібну модель її частинок. Така перспектива набуває особливої ​​цінності, якщо врахувати, що досі темну матеріюне вдавалося виявити шляхом пасивного детектування, ні отримати на прискорювачі. На GMT також виконуватимуть інші дослідні програми: пошук екзопланет, включаючи планети земного типу, спостереження найдавніших галактик та дослідження міжзоряної речовини.

Супергігант E-ELT стане найбільшим у світі телескопом з головним дзеркалом діаметром 39,3 м. Він буде оснащений суперсучасною системою адаптивної оптики (АТ) з трьома дзеформованими дзеркалами, здатними усунути спотворення, що виникають на різних висотах, і сенсорами хвильового фронту для аналізу світла від трьох природних опорних зірок і чотирьох-шістьох штучних (породжених в атмосфері за допомогою лазерів). Завдяки цій системі роздільна здатність телескопа в ближній інфрачервоній зоні при оптимальному стані атмосфери досягне шести кутових мілісекунд і впритул наблизиться до дифракційної межі, зумовленої хвильовою природою світла.

Гавайський проект

«TMT – єдиний із трьох майбутніх супертелескопів, місце для якого обрано у Північній півкулі, – каже член ради директорів гавайського проекту, професор астрономії та астрофізики Каліфорнійського університету в Санта-Крус Майкл Болті. – Однак його змонтують не дуже далеко від екватора, на 19-му градусі північної широти. Тому він, як і інші телескопи обсерваторії Мауна-Кеа, зможе оглядати небосхил обох півкуль, тим більше що в частині умов спостереження ця обсерваторія - одна з найкращих місцьна планеті. Крім того, TMT працюватиме у зв'язці з групою розташованих по сусідству телескопів: двох 10-метрових близнюків Keck I та Keck II (які можна вважати прототипами TMT), а також 8-метрових Subaru та Gemini-North. Система Річі-Кретьєна зовсім не випадково задіяна у конструкції багатьох великих телескопів. Вона забезпечує гарне полезору і дуже ефективно захищає і від сферичної, і від коматичної аберації, що спотворює зображення об'єктів, що не лежать на осі оптичної телескопа. До того ж для TMT запланована чудова адаптивна оптика. Зрозуміло, що астрономи з повною підставоюочікують, що спостереження на TMT принесуть чимало чудових відкриттів».

На думку професора Болте, і TMT, та інші супертелескопи сприятимуть прогресу астрономії та астрофізики насамперед тим, що вкотре відсунуть кордони. відомої науціВсесвіту і в просторі, і в часі. Ще 35-40 років тому космос, що спостерігався, в основному був обмежений об'єктами не старше 6 млрд років. Зараз вдається надійно спостерігати галактики віком близько 13 млрд років, чиє світло було випущено через 700 млн років після Великого вибуху. Є кандидати в галактики з віком 13,4 млрд років, проте це поки що не підтверджено. Очікується, що прилади TMT зможуть реєструвати джерела світла віком лише трохи менше (на 100 млн років) самого Всесвіту.

TMT надасть астрономії та безліч інших можливостей. Результати, які будуть на ньому отримані, дозволять уточнити динаміку хімічної еволюції Всесвіту, краще зрозуміти процеси формування зірок і планет, поглибити знання про структуру нашої Галактики та її найближчих сусідів і, зокрема, про галактичне гало. Але головне в тому, що TMT, так само як GMT та E-ELT, швидше за все, дозволить дослідникам відповісти на питання фундаментальної важливості, які зараз не можна не лише коректно сформулювати, а й навіть уявити. У цьому, на думку Майкла Болте, і є основна цінність проектів супертелескопів.

Оптика для супертелескопів

Три найбільші телескопи першої половини XXI століття будуть використовувати різні оптичні схеми. TMT побудований за схемою Річі-Кретьєна з увігнутим головним дзеркалом і опуклим вторинним (обидва гіперболічні). E-ELT має увігнуте головне дзеркало (еліптичне) та опукле вторинне (гіперболічне). GMT використовує оптичну схему Грегорі з увігнутими дзеркалами: головним (параболічним) та вторинним (еліптичним).

Апертура (діаметр) нового телескопа становитиме 30 метрів. Якщо все піде за планом, TMT вперше побачить світ зірок у 2022 році, а ще через рік почнуться регулярні спостереження.

Супертелескоп E-ELT обіцяє справжню революцію в позагалактичній астрономії, яка займається об'єктами, розташованими за межами Чумацького Шляху.

Будь-який телескоп сам по собі – просто дуже велика зорова труба. Для перетворення на астрономічну обсерваторію його необхідно забезпечити високочутливими спектрографами та відеокамерами.

Фото 6

На землі та в небесах

У жовтні 2018 року планується вивести до космосу телескоп James Webb (JWST). Він працюватиме тільки в помаранчевій та червоній зонах видимого спектру, але зможе вести спостереження майже в усьому середньому інфрачервоному діапазоні аж до хвиль завдовжки 28 мкм ( інфрачервоні променіз довжинами хвиль понад 20 мкм практично повністю поглинаються в нижньому шарі атмосфери молекулами вуглекислого газу та води, тому наземні телескопи їх не помічають). Оскільки він буде захищений від теплових перешкод земної атмосфери, його спектрометричні прилади будуть набагато чутливішими за наземні спектрографи. Однак діаметр його головного дзеркала - 6,5 м, і тому завдяки адаптивній оптиці кутовий дозвіл наземних телескопівбуде у кілька разів вищим. Отже, за словами Майкла Болте, спостереження на JWST та на наземних супертелескопах ідеально доповнюватимуть один одного. Щодо перспектив 100-метрового телескопа, то професор Болте дуже обережний в оцінках: «На мою думку, у найближчі 20-25 років просто не вдасться створити системи адаптивної оптики, здатні ефективно працювати в парі зі стометровим дзеркалом. Можливо, це станеться десь через сорок років, у другій половині століття».

Фото 7

Фото 9

Фото 10

Фото 11.

Фото 12.

Фото 13.

Фото 14.

І Оригінал статті знаходиться на сайті ІнфоГлаз.рфПосилання на статтю, з якою зроблено цю копію -

Розвиток астрономії не припиняється і багато нових телескопів будуються у всьому світі для різних цілей. Короткий описнайвизначніших проектів у цьому огляді:

Пошук планет

Сучасні телескопи здатні знайти планету в іншої зірки тільки якщо вона дуже близько до зірки або дуже велика (дивлячись на аналог сонячної системи «Кеплер» знайшов би Сатурн і Юпітер). Щоб знаходити аналоги землі в інших зірок та дізнатися, що з ними стало, створюється нове покоління космічних та наземних телескопів.

Телескоп TESS буде запущений у 2017 році. Його завдання – шукати екзопланети при сприятливому результаті він знайде 10000 нових екзопланет у 2 рази більше, ніж виявлено на сьогоднішній день.
Детальніше

CHEOPS

Космічний телескоп CHEOPS, що запускається в 2017, шукатиме екзопланети у найближчих до сонячної системи зірок і вивчатиме їх.
Детальніше

Телескоп Джеймса Вебба

Телескоп Джеймса Вебба це наступник Хаббла та майбутнє астрономії. Він першим зможе знаходити планети розміром із Землю і менше, а також робити фотографії ще більш далеких туманностей. Будівництво телескопа коштувало $8 млрд. Він буде відправлений до космосу восени 2018 року.
Детальніше

Тридцятиметровий телескоп

Тридцятиметровий телескоп міг би бути першим із серії «екстремально великих телескопів» здатних бачити значно далі за існуючі телескопи, але для жителів гавайських островів, гора, на якій його будують - священна, і вони домоглися його скасування. Так що тепер він буде відкладений і в найкращому випадкупобудований в іншому місці.
Детальніше

Гігантський телескоп Магеллана

Наземний Гігантський Магелланов телескоп матиме роздільну здатність у 10 разів вище, ніж у Хаббла. Повністю функціональним він стане у 2024 році.
Детальніше

European Extremely Large Telescope (E-ELT)

Але найбільшим у світі телескопом буде European Extremely Large Telescope (E-ELT). У кращому випадку він навіть буде здатний візуально спостерігати екзопланети, так що ми зможемо вперше побачити планети в інших зірок. Початок роботи також – 2024.
Детальніше

Телескоп PLATO буде спадкоємцем вже Джеймса Вебба і запущений у 2020-ті. Основним його завданням, як і інших, буде знаходження та вивчення екзопланет і він зможе визначати їхню будову (тверді вони або газові гіганти).
Детальніше

Також планований на 2020-й телескоп Wfirst спеціалізуватиметься на пошуках далеких галактик, але також зможе знаходити екзопланети і передавати зображення найбільших з них.
Детальніше

STEP (Search for Terrestrial Exo-Planets)

Китайський телескоп STEP (Search for Terrestrial Exo Planets) буде спроможний виявляти схожі на землю планети на відстані до 20 парсеків від сонця. Його запуск очікується у період 2021-2024.

Запланований на другу половину 2020-х космічний телескоп NASA- ATLAST шукатиме в галактиці біомаркери, що свідчать про наявність життя (кисню, озону, води)
Детальніше

Lockheed Martin розробляє новий телескоп – SPIDER. Він повинен збирати світло в інший спосіб і це дозволить зробити ефективний телескоп меншого розміру, тому що, якщо подивитися на попередні проекти, вони стають все більш гігантськими.
Детальніше

А поки нові телескопи для пошуку екзопланет ще не запущені і не збудовані, все що у нас є на сьогодні це 3 наглядові проекти. Докладніше про них у таблиці пошуку планет:

Таблиця пошуку планет

Планета 9

Планета 9 (або планета X) раптово була виявлена ​​опосередкованими методами на початку 2016-го. Перша нова планета сонячної системи за більш ніж 150 років, але щоб спостерігати її в телескоп і тим самим підтвердити її існування може знадобитися до 5 років пошуків.
Детальніше

Пошук зірок

У галактиці чумацький шлях від 200 до 400 млрд зірок і астрономи намагаються створити карту або каталог хоча б найближчих до нас зірок.

Космічний телескоп GAIA становитиме карту 1 млрд. найближчих до нас зірок. Публікацію першого каталогу заплановано на літо 2016.
Детальніше

Японський проект JASMINE - це третій в історії астрометричний проект (GAIA – другий) і включає запуск 3 телескопів у 2017, 2020 і після 2020 для уточнення відстані до астрономічних об'єктів і також нанесення розташування зірок на карту.

Наземний телескоп LSST буде використовуватися для картографування Чумацького Шляху та складання новітньої інтерактивної карти зоряного неба. Він розпочне роботу приблизно у 2022 році.
Детальніше

На сьогоднішній день у нас є тільки ось така зіркова картавід Google.

Пошук прибульців

Якщо позаземна цивілізація у нашій галактиці винайшла радіо, ми її коли-небудь знайдемо.

Extraterrastrial search

Російський мільярдер і творець mail.ru Юрій Мільнер вклав у 2015 році $100 млн новий проектз пошуку позаземних цивілізацій. Пошук здійснюватиметься на поточному обладнанні.
Детальніше

Китай будує найбільший у світі радіотелескоп FAST площею 30 футбольних полів і навіть виселив мешканців цієї місцевості, щоб його звести. Радіотелескопи вирішують наукові завдання, але, найцікавіший спосіб їх застосування, це спроби засікти радіосигнали. розумного життя. Телескоп був добудований у 2016 році і перші дослідження будуть проведені вже у вересні.
Детальніше

Square Kilometre Array

Будується в Австралії, Південній Африціі Новій Зеландії радіоінтерферометр Square Kilometre Array буде в 50 разів чутливіший за будь-який радіотелескоп і настільки чутливий, що зможе засікти радар аеропорту за десятки світлових років від землі. Вихід на повну потужністьочікується у 2024 році. Він також зможе дозволити наукову загадку про те, звідки беруться короткі радіосплески та знайде безліч нових галактик.
Детальніше

KIC 8462852

KIC8462852 сама загадкова зіркана сьогоднішній день. Щось величезне затуляє її світло. Більше ніж юпітер у 22 рази, і це не інша зірка. Більше того, вона показує аномальні коливання яскравості. Астрономи дуже заінтриговані. (1)
Детальніше

Не припиняються суперечки про те, чи варто відправляти повідомлення до зірок або лише слухати. З одного боку, ніхто нас не знайде якщо слухати, з іншого одержувачі повідомлень можуть бути ворожі. Декілька повідомлень вже було відправлено у 20 столітті, але зараз їх відправляти перестали.

Пошук астероїдів

Ніхто всерйоз не займався захистом планети від астероїдів до недавнього часу

NEO detection

З наростанням занепокоєння з приводу астероїдів після челябінського метеорита, бюджет НАСА на виявлення астероїдів зріс у 10 разів до $50 млн. у 2016 році.
Детальніше

LSST (again)

LSST не лише складатиме карту зоряного неба, а й шукатиме «малі об'єкти сонячної системи». Його можливості щодо знаходження астероїдів повинні будуть бути в рази вищими, ніж у сучасних наземних і космічних телескопів.
Детальніше

Космічний інфрачервоний телескоп Neocam – один із 5 претендентів на нову місію програми Discovery від NASA. Якщо саме цю місію буде відібрано для реалізації у вересні 2016 року (а вона має найбільшу підтримку), телескоп буде запущений у 2021 році. Разом з LSST він дозволить Насу здійснити поставлене завдання щодо знаходження 90% астероїдів більше 140 м.
Детальніше

АЗТ-33 ВМ

Перший у Росії телескоп для виявлення небезпечних астероїдів - АЗТ-33 ВМ був добудований у 2016 році. Для нього ще потрібно закупити обладнання за 500 млн. рублів, і тоді він буде здатний виявити астероїд розміром з тунгуський метеоритза місяць до зіткнення із землею.
Детальніше

Марно спостерігати за небезпечними астероїдами, якщо не вдасться змінити їх курс. Тому NASA та ESA збираються запустити місію AIDA щодо зіткнення спеціального зонда та астероїда «65803 Didymos» та тестування таким чином можливості зміни курсу астероїда. Запуск очікується у 2020, а зіткнення у 2022.
Детальніше

Astronomy dream projects

Астрономи дуже хотіли б здійснити ці проекти, але поки що не можуть через брак фінансування, технологій чи внутрішньої єдності.

Надзвичайно великий телескоп

Через розбіжності між астрономами будуватимуться 3 великі телескопи замість одного гігантського 100 метрового телескопа. Проте астрономи сходяться на думці, що в найближчі 30 років стометровий телескоп потрібно буде побудувати.
Детальніше

New Worlds

Місія New Worlds полягає в тому, щоб заслонити світло зірки, щоб побачити екзопланети поряд з нею. Для цього доведеться запустити до космосу коронограф у поєднанні з телескопом. Деталі місії все ще обговорюються, але вона обійдеться не менш як $1 млрд.
Детальніше

Moon observatory

Космічні телескопи недостатньо великі, а наземним обсерваторіям заважає атмосфера. Тому астрономи дуже хотіли б побудувати обсерваторію на місяці де немає атмосфери та шуму (спотворень через земні джерела). Це було б ідеальне місце для спостережень, але на здійснення такого проекту заберуть десятиліття. Проте невеликі телескопивже вирушають на місяць разом із місяцеходами.
Детальніше

Підсумок:

Для такої далекої від практичних результатів науки як астрономія, кількість вкладень і кількість проектів, що здійснюються, дуже велика. Більшість проектів існує лише задоволення нашої цікавості. Найімовірніше ми не знайдемо інопланетну цивілізацію, позаземне життячи реально загрозливий земліастероїд. Але ми намагаємось і стежити за цим досить цікаво.

Телескоп «Джеймс Вебб»

Космічні телескопи завжди будуть на вістрі пізнання космосу - їм не заважає ні з її спотвореннями та хмарністю, ні вібрації та шуми на поверхні планети. Саме позаземні пристрої дозволили отримати детальні та красиві фотографії віддалених туманностей та галактик, які навіть не видно людському оку на нічному небі. Однак у 2018 році розпочнеться нова епохау вивченні космосу, яка відсуне далі видимі межіВсесвіту буде запущено космічний телескоп «Джеймс Вебб», рекордсмен індустрії. Причому рекорди б'є не лише за характеристиками: вартість проекту на сьогоднішній день сягає 8,8 мільярда доларів.

Перш ніж говорити про пристрій і функціонал Джеймса Вебба, варто розібратися, для чого він потрібен. Здавалося б, вивченню Всесвіту заважає лише одна атмосфера Землі, і можна просто доставити телескоп з прикрученою до нього камерою на орбіту і радіти життю. Але при цьому "Джеймса Вебба" розробляють вже більше десятка років, а підсумковий бюджет ще на стадії раннього проектування перевищив вартість його попередника, ! Отже, орбітальний телескоп - це щось складніше, ніж аматорська підзорна труба на тринозі, і його відкриття будуть у сотні разів ціннішими. Але що такого особливого можна дослідити телескопом, тим паче космічним?

Піднявши голову до неба, кожен може побачити зірки. Але вивчення віддалених на мільярди кілометрів об'єктів – досить складне завдання. Світло зірок і галактик, яке рухається мільйонами, а то й мільярдами років, зазнає значних змін - а то й зовсім не доходить до нас. Так, пилові хмари, часто поширені в галактиках, здатні повністю поглинути все видиме випромінюваннязірки. Ще невпинне розширення Всесвіту призводить до світла - його хвилі стають довшими, змінюючи діапазон у бік червоного, або ж невидимого інфрачервоного. А сяйво навіть найбільших об'єктів, пролетівши відстань у мільярди світлових років, стає подібним до світла кишенькового ліхтарика серед сотень прожекторів - для виявлення надвіддалених галактик потрібні прилади нечуваної чутливості.

Правовласник ілюстрації NASA Image caption З жовтня минулого року наукові прилади телескопа проходять випробування у вакуумній камері Центру Годдарду

Робота з підготовки до запуску наступника орбітального телескопа "Хаббл" - космічної обсерваторії"Джеймс Вебб" - вступив у вирішальний етап.

Інженери НАСА закінчують збирання основного дзеркала нового телескопа. Запуск нового телескопа планується на жовтень 2018 року.

Завершуються також кріогенні випробування та калібрування чотирьох основних блоків наукової апаратури телескопа.

Проект НАСА із запуску нової орбітальної обсерваторії вступив таким чином у фінальну стадію, і в найближчі місяці очікується швидкого завершення етапів підготовки до старту.

Телескоп планується запустити за допомогою європейської ракети-носія "Аріан-5", що визначило багато особливостей конструкції телескопа, зокрема той факт, що головне його дзеркало складається з сегментів.

Орбітальний телескоп "Джеймс Вебб", названий так на ім'я другого керівника NASA, фінансується американським аерокосмічним агентством, Європейським космічним агентством та Канадським космічним агентством.

Первинними завданнями нового телескопа є виявлення світла перших зірок і галактик, сформованих після Великого вибуху, вивчення формування та розвитку галактик, зірок, планетних системта походження життя. Також "Уебб" зможе розповісти про те, коли і де почалася реіонізація Всесвіту і що її викликало.

Телескоп дозволить виявляти відносно холодні екзопланети з температурою поверхні до 300 К (що практично дорівнює температурі Землі), що знаходяться далі 12 астрономічних одиниць(а. е.) від своїх зірок та віддалені від Землі на відстань до 15 світлових років.

До зони докладного спостереження потраплять понад два десятки найближчих до Сонця зірок. Завдяки новому телескопу очікується справжній прорив у екзопланетології - можливостей телескопа буде достатньо не тільки для того, щоб виявляти самі екзопланети, а й навіть супутники та спектральні лінії цих планет, що буде недосяжним показником для будь-якого наземного та орбітального телескопа аж до початку 2020-х років. , коли до ладу буде введено Європейський надзвичайно великий телескоп із діаметром дзеркала у 39,3 м.

Термін роботи телескопа складе щонайменше п'ять років.

У останні тижніінженери НАСА були зайняті приклеюванням сегментів головного дзеркала, виготовлених з берилію, несучої конструкціїдзеркала.

У найближчі кілька днів останні два восьмикутні сегменти будуть встановлені в необхідне для закріплення положення.

Тим часом у сусідньому приміщенні центру імені Годдарда в штаті Меріленд поруч із цехом складання завершуються кріогенно-вакуумні випробування наукової апаратури майбутнього телескопа.

"Джеймс Вебб" матиме такі наукові інструменти для дослідження космосу:

• Камера ближнього інфрачервоного діапазону (Near-Infrared Camera);
• Прилад для роботи у середньому діапазоні інфрачервоного випромінювання (Mid-Infrared Instrument);
• Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону (Near-Infrared Spectrograph);
• Датчик точного наведення з пристроєм формування зображення у ближньому інфрачервоному діапазоні та безщілинним спектрографом (Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph).

Починаючи з жовтня минулого року, ці прилади перебували у вакуумній камері, температура якої була знижена до мінус 233 градусів Цельсія.

Вже отримано дані калібрування приладів, які будуть мати величезне значеннядля керування телескопом у глибокому космосі.

Ці випробування допомогли виявити низку дефектів та замінити ненадійне обладнання та деталі. У телескопі є 250 тисяч кришок та затворів, частина яких мають неприємний дефект "залипання" у вакуумі під впливом вібрацій під час запуску із Землі.

Вібрація ракети-носія була симульована під час нинішніх випробувань, і замінені деталі довели свою підвищену надійність.

Залишається провести загальніші оптичні, вібраційні та акустичні випробування всіх систем телескопа.

Потім дзеркало та наукові прилади будуть доставлені до Центру імені Джонсона для подальших кріогенно-вакуумних випробувань у камері, яка була побудована у 1960-х роках для випробувань. ракетної технікипроекту "Аполлон". Ці випробування розпочнуться приблизно за рік.

Після їх завершення до телескопа буде приєднано модуль систем керування, в якому будуть встановлені бортові комп'ютери та системи зв'язку.

В останню чергу на телескоп буде встановлений гігантський сонячний щитрозміром із тенісний корт, який захистить оптичні системивід дії сонячних променів.

До жовтня 2018 року залишилося чекати не так вже й довго.

З кожним додатковим сантиметром апертури, кожною додатковою секундою часу спостереження та кожним додатковим атомом атмосферних перешкод, видаленим із поля огляду телескопа, краще, глибше і зрозуміліше можна буде побачити Всесвіт.

25 років «Хабблу»

Коли телескоп «Хаббл» почав функціонувати у 1990 році, він відкрив нову еру в астрономії – космічну. Не треба було більше боротися з атмосферою, турбуватися про хмари або електромагнітні мерехтіння. Все, що потрібно, - це розгорнути супутник на мету, стабілізувати його та збирати фотони. За 25 років космічні телескопи почали охоплювати весь електромагнітний спектрщо дозволило вперше розглянути Всесвіт на кожній довжині хвилі світла.

Але оскільки наше знання побільшало, виросло і наше розуміння невідомого. Чим далі ми заглядаємо у Всесвіт, тим глибше минуле ми бачимо: кінцева кількістьчасу з Великого вибуху в поєднанні з кінцевою швидкістю світла забезпечує межу того, що ми можемо спостерігати. Більше того, розширення самого простору працює проти нас, розтягуючи зірок, поки він подорожує Всесвітом до наших очей. Навіть космічний телескоп «Хаббл», що дає нам найглибше, найзахоплююче зображення Всесвіту, яке ми коли-небудь відкривали, щодо цього обмежений.

Недоліки «Хаббла»

«Хаббл» - дивовижний телескоп, але має ряд важливих обмежень:

• Усього 2,4 м у діаметрі, що обмежує його
• Незважаючи на покриття світловідбиваючими матеріалами, він постійно знаходиться під прямими сонячним промінням, що його нагрівають. Це означає, що через теплові ефекти він не може спостерігати довжину хвилі світла більше 1,6 мкм.
• Поєднання обмеженої світлосили та довжин хвиль, до яких він чутливий, означає, що телескоп може бачити галактики віком не старше 500 млн років.

Ці галактики прекрасні, далекі й існували тоді, коли Всесвіту було лише близько 4% його нинішнього віку. Але відомо, що зірки та галактики існували ще раніше.

Щоб побачити повинен мати більше високою чутливістю. Це означає перехід на більш довгі хвилі та більше низькі температуриніж у «Хаббла». Саме тому й створюється космічний телескоп Джеймса Вебба.

Перспективи для науки

James Webb Space Telescope (JWST) призначений для подолання саме цих обмежень: з діаметром 6,5 м телескоп дозволяє збирати в сім разів більше світла, ніж "Хаббл". Він відкриває можливість ультра-спектроскопії високої роздільної здатності від 600 нм до 6 мкм (у 4 рази більше за довжину хвилі, яку здатний побачити "Хаббл"), проводити спостереження в середній інфрачервоній області спектра з більш високою чутливістю, ніж будь-коли раніше. JWST використовує пасивне охолодження до температури поверхні Плутона і здатний активно охолоджувати прилади середньої інфрачервоної області до 7 K. Телескоп Джеймса Вебба дасть можливість займатися наукою так, як ніхто раніше цього не робив.

Він дозволить:

• спостерігати ранні галактики, що коли-небудь сформувалися;
• бачити крізь нейтральний газ і зондувати перші зірки та реіонізацію Всесвіту;
• проводити спектроскопічний аналіз перших зірок (населення III), що утворилися після Великого вибуху;
• отримати дивовижні сюрпризи, подібні до відкриття найраніших і квазарів у Всесвіті.

Рівень наукових досліджень JWST не схожий ні на що в минулому, і тому телескоп був обраний флагманською місією НАСА 2010-х років.

Науковий шедевр

З технічної точки зору, новий телескоп Джеймса Вебба є справжнім витвором мистецтва. Проект пройшов довгий шлях: були перевитрати бюджету, відставання від графіка та небезпека скасування проекту Після втручання нового керівництва все змінилося. Проект раптом запрацював як годинник, були виділені кошти, враховані помилки, невдачі та проблеми, і команда JWST стала вкладатися у всі терміни, графіки та бюджетні рамки. Запуск апарату заплановано на жовтень 2018 року на ракеті Аріан-5. Команда не тільки слідує розкладу, має дев'ять місяців у запасі, щоб врахувати всі непередбачені ситуації, щоб усе було зібрано і готове до цієї дати.

Телескоп Джеймса Вебба складається із 4 основних частин.

Оптичний блок

Включає всі дзеркала, з яких найефективніші вісімнадцять первинних сегментованих позолочених дзеркала. Вони будуть використовуватися для збирання далекого зоряного світла та фокусування його на інструментах для аналізу. Всі ці дзеркала нині готові та бездоганні, зроблені точно за розкладом. Після закінчення зборки вони будуть складені в компактну конструкцію, щоб бути запущеними на відстань понад 1 млн км від Землі до точки Лагранжа L2, а потім автоматично розвернутися з утворенням стільникової структури, яка довгі рокизбиратиме наддальнє світло. Це дійсно красива річ та успішний результаттитанічних зусиль багатьох фахівців

Камера ближнього інфрачервоного діапазону

Вебб обладнаний чотирма науковими інструментами, які вже готові на 100%. Основною камерою телескопа є камера ближнього ІЧ-діапазону: від видимого помаранчевого світла до глибокої інфрачервоної області. Вона дозволить отримати безпрецедентні зображення ранніх зірок, наймолодших галактик, що знаходяться ще в процесі формування, молодих зірок Чумацького Шляху та прилеглих галактик, сотень нових об'єктів у поясі Койпера. Вона оптимізована для безпосереднього отримання зображень планет довкола інших зірок. Це буде основна камера, яка використовується більшістю спостерігачів.

Близький інфрачервоний спектрограф

Цей інструмент не тільки поділяє світло на окремі довжини хвиль, але здатний це робити більше 100 окремих об'єктів одночасно! Цей прилад буде універсальним спектрографом "Вебба", який здатний працювати в 3-х різних режимах спектроскопії. Він був побудований але багато компонентів, включаючи детектори і батареї мульти-затвора, надані Центром космічних польотів їм. Годдард (НАСА). Цей прилад був протестований та готовий до встановлення.

Середньо-інфрачервоний інструмент

Прилад використовуватиметься для широкосмугової візуалізації, тобто з його допомогою будуть отримані найбільш вражаючі зображення з усіх інструментів «Вебба». З наукової точкизору, він буде найбільш корисним при вимірі протопланетних дисків навколо молодих зірок, вимірі та візуалізації з безпрецедентною точністю об'єктів пояса Койпера та пилу, розігрітого світлом зірок. Він буде єдиним інструментом із кріогенним охолодженням до 7 К. У порівнянні з космічним телескопом Spitzer, це дозволить покращити результати у 100 разів.

Безщілинний спектрограф ближнього ІЧ-діапазону (NIRISS)

Прилад дозволить виробляти:

• ширококутну спектроскопію ближньої інфрачервоної області довжин хвиль (1,0 - 2,5 мкм);
• гризм-спектроскопію одного об'єкта у видимому та інфрачервоному діапазоні (0,6 - 3,0 мкм);
• апертурно-маскувальну інтерферометрію на довжинах хвиль 3,8 - 4,8 мкм (де очікуються перші зірки та галактики);
• широкодіапазонну зйомку всього поля зору.

Цей інструмент створено Канадською космічною агенцією. Після проходження кріогенного тестування він буде готовий до інтеграції в приладовий відсік телескопа.

Сонцезахисний пристрій

Космічні телескопи ще не обладналися. Однією з найстрашніших сторін кожного запуску є застосування нового матеріалу. Замість того, щоб охолоджувати весь космічний апарат активно за допомогою одноразового холодоагенту, телескоп Джеймса Вебба використовує абсолютно нову технологію - 5-шаровий сонцезахисний екран, який буде розгорнутий для відображення сонячного випромінюваннявід телескоп. П'ять 25-метрових листів будуть з'єднані титановими стрижнями та встановлені після розгортання телескопа. Захист тестувався у 2008 та 2009 роках. Повномасштабні моделі, що брали участь у лабораторних випробуваннях, виконали все, що вони мали зробити тут на Землі. Це чудова інновація.

До того ж це ще й неймовірна концепція: не просто блокувати світло від Сонця та помістити телескоп у тіні, а зробити це таким чином, щоб усе тепло випромінювалося у протилежному напрямку орієнтації телескопа. Кожен із п'яти шарів у вакуумі космосу буде холодним у міру віддалення від зовнішнього, який буде трохи тепліше, ніж температура поверхні Землі - близько 350-360 K. Температура останнього шару повинна опуститися до 37-40 К, що холодніше, ніж уночі на поверхні Плутон.

Крім того, вжито значних запобіжних заходів для захисту від несприятливого середовищаглибокий космос. Однією з речей, про які тут слід турбуватися, є крихітні камінці, розміром з гальку, піщинки, порошинки і ще менше, що пролітають через міжпланетний простір зі швидкістю десятків або навіть сотень тисяч км/год. Ці мікрометеорити здатні проробляти крихітні, мікроскопічні отвори у всьому, з чим вони стикаються: космічні апарати, костюми космонавтів, дзеркала телескопів і багато іншого. Якщо дзеркала отримають тільки вм'ятини або отвори, що зменшить кількість доступного «хорошого світла», то сонячний щит може порватися від краю до краю, що зробить весь шар марним. Для боротьби з цим явищем було використано блискучу ідею.

Весь сонячний щит був розділений на ділянки таким чином, що якщо виникне невеликий розрив в одному, двох або навіть трьох з них, шар не порветься далі, як тріщина в лобовому склі автомобіля. Секціонування збереже всю структуру цілою, що важливо для запобігання деградації.

Космічний апарат: системи складання та управління

Це найпростіший компонент, оскільки є у всіх космічних телескопів та наукових місій. У JWST він унікальний, але повністю готовий. Все, що залишилося зробити генеральному підряднику проекту Northrop Grumman, - закінчити щит, зібрати телескоп і перевірити його. Апарат буде готовий до запуску за 2 роки.

10 років відкриттів

Якщо все піде правильно, людство опиниться на порозі великих наукових відкриттів. Завіса нейтрального газу, яка досі затуляла огляд ранніх зірок і галактик, буде усунена інфрачервоними можливостями «Вебба» та його величезною світлосилою. Це буде найбільший, найчутливіший телескоп із величезним діапазоном довжин хвиль від 0,6 до 28 мікрон ( людське окобачить від 0,4 до 0,7 мкм) з будь-коли побудованих. Очікується, що він забезпечить десятиліття спостережень.

Згідно з НАСА, термін місії «Вебба» складе від 5,5 до 10 років. Він обмежений кількістю палива, яка потрібна для підтримки орбіти, та терміном служби електроніки та обладнання в суворих умовах космосу. Орбітальний телескоп Джеймса Вебба нестиме запас палива на весь 10-річний термін, а через 6 місяців після запуску буде проведено тестування забезпечення польоту, яке гарантує 5 років наукових праць.

Що може йти не так?

Основним фактором, що обмежує, є кількість палива на борту. Коли воно закінчиться, супутник дрейфуватиме в бік від L2, вийшовши на хаотичну орбіту в безпосередній близькості від Землі.

Кому цього можуть статися й інші неприємності:

• деградація дзеркал, яка вплине на кількість збираного світла та створить артефакти зображення, але не зашкодить подальшій експлуатації телескопа;
• вихід з ладу частини або всього сонячного екрану, що призведе до підвищення температури космічного апарату і звузить діапазон довжин хвиль, що використовується, до дуже близької інфрачервоної області (2-3 мкм);
• поломка системи охолодження інструменту середнього ІЧ-діапазону, що зробить його непридатним для використання, але не вплине на інші інструменти (від 0,6 до 6 мкм).

Найбільш важке випробування, На яке чекає телескоп Джеймса Вебба, - запуск і виведення на задану орбіту. Саме ці ситуації тестувалися та були успішно пройдені.

Революція у науці

Якщо телескоп Вебба почне працювати у штатному режимі, палива вистачить, щоб забезпечити його роботу з 2018 по 2028 рік. Крім того, існує потенційна можливість дозаправки, яка б збільшила термін служби телескопа ще на одне десятиліття. Подібно до того, як «Хаббл» експлуатувався протягом 25 років, JWST міг би забезпечити покоління революційної науки. У жовтні 2018 року ракета-носій «Аріан-5» виведе на орбіту майбутнє астрономії, яке після понад 10 років напруженої роботи вже готове почати плоди. Майбутнє космічних телескопів майже настало.