Ми, люди, ненаситний голод зрозуміти Всесвіт. Як сказав Карл Саган, "Розуміння - це екстаз". Але для розуміння Всесвіту нам потрібні кращі та кращі способи його спостереження. А це означає одне: великі, величезні, величезні телескопи.
У цій серії ми розглянемо майбутні супер телескопи у світі:
- Гігантський телескоп Магеллан
- Великий телескоп
- 30-метровий телескоп
- Європейський надзвичайно великий телескоп
- Великий телескоп синоптичного опитування
- Космічний телескоп Джеймса Вебба
- Інфрачервоний оглядовий телескоп широкого поля
Легко забути вплив, який космічний телескоп Хаббла справив на наш стан знань про Всесвіт. Насправді це може бути найкращим показником його успіху: ми вважаємо Хаббл і все, що ми з нього дізналися, як належне. Але розробляються й інші космічні телескопи, включаючи WFIRST, який буде набагато потужнішим за Хаббла. Наскільки ці телескопи розширять наше розуміння Всесвіту?
"WFIRST має потенціал відкрити наші очі на чудеса Всесвіту, як і Хаббл". - Джон Грансфельд, директор наукової місії NASA
WFIRST може бути справжнім наступником Хаббла, хоча космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) часто рекламується як такий. Але може бути неправильним навіть називати WFIRST телескопом; точніше назвати це обсерваторією астрофізики. Це тому, що однією з його головних завдань науки є вивчення Темної енергії, тієї досить загадкової сили, яка рухає розширенням Всесвіту, і Темної матерії, важко розпізнаваної матерії, що сповільнює це розширення.
WFIRST матиме дзеркало 2,4 метра, такого ж розміру, як і Хаббл. Але у неї буде камера, яка розширить потужність цього дзеркала. The Wide Field Instrument - це 28-мегапіксельна багатодіапазонна ближча інфрачервона камера. Щойно він почне працювати, він зніматиме зображення, які будуть настільки ж чіткі, як зображення з Хаббла. Але є одна величезна різниця: Інструмент Широкого Поля буде знімати зображення, які охоплюють понад 100 разів небо, що робить Хаббл.
Поряд із Інструментом широкого поля WFIRST матиме коронаграфічний інструмент. Коронаграфічний інструмент сприятиме вивченню екзопланет. Він використовуватиме систему фільтрів і масок для блокування світла від інших зірок і відтоку на планетах, що обертаються навколо цих зірок. Це дозволить дуже детально вивчити атмосферу екзопланет, один з основних способів визначення придатності.
Планується, що WFIRST буде запущений у 2025 році, хоча точна дата ще зарано. Але коли він запускається, план WFIRST повинен подорожувати до точки Сонця-Земля LaGrange 2 (L2.) L2 - гравітаційно збалансована точка в просторі, де WFIRST може виконувати свою роботу без перерви. Місія повинна тривати близько 6 років.
"WFIRST має потенціал відкрити нам очі на чудеса Всесвіту, так само, як і Хаббл", - сказав Джон Грансфельд, астронавт і асоційований адміністратор управління наукової місії НАСА в штаб-квартирі у Вашингтоні. "Ця місія унікально поєднує в собі здатність відкривати та характеризувати планети поза нашою Сонячною системою. Чутливість та оптика шукають широко та глибоко у Всесвіт у прагненні розгадати таємниці темної енергії та темної матерії".
У двох словах, є дві пропозиції щодо того, якою може бути Темна Енергія. Перша - космологічна константа, де Темна Енергія є рівномірною у всьому космосі. Друге - це те, що відоме як скалярні поля, де щільність Темної енергії може змінюватись у часі та просторі.
Починаючи з 1990-х, спостереження показують нам, що розширення Всесвіту прискорюється. Це прискорення почалося близько 5 мільярдів років тому. Ми вважаємо, що темна енергія відповідає за це прискорене розширення. Надаючи такі великі, докладні зображення космосу, WFIRST дозволить астрономам відобразити карти розширення у часі та на великих територіях. WFIRST також точно виміряє форми, положення та відстані мільйонів галактик для відстеження розподілу та зростання космічних структур, включаючи кластери галактик і супроводжуючі їх темну матерію. Сподіваємось, що це дасть нам наступний рівень розуміння, коли йдеться про Темну Енергію.
Якщо все це звучить занадто складно, подивіться на це так: Ми знаємо, що Всесвіт розширюється, і ми знаємо, що розширення прискорюється. Ми хочемо знати, чому вона розширюється, і як. Ми назвали «Темна енергія» силою, яка рухає цим розширенням, і тепер ми хочемо дізнатися більше про це.
Темна енергія та розширення Всесвіту - це величезна таємниця та питання, яке спонукає космологів. (Вони дуже хочуть знати, як закінчиться Всесвіт!) Але для багатьох решти нас ще одне питання є ще більш переконливим: чи ми одні у Всесвіті?
На це не буде швидкої відповіді, але будь-яка відповідь, яку ми знайдемо, починається з вивчення екзопланет, і це те, в чому WFIRST також буде чудовим.
"WFIRST створений для вирішення наукових областей, визначених астрономічним співтовариством як головних пріоритетів", - сказав Пол Герц, директор відділу астрофізики НАСА у Вашингтоні. «Інструмент широкого поля надасть телескопу можливість знімати єдине зображення з глибиною та якістю Хаббла, але покриває площу в 100 разів. Коронаграф забезпечить революційну науку, захоплюючи слабкі, але прямі зображення далеких газоподібних світів та надземних земель ».
"Коронаграф надасть революційну науку, захоплюючи слабкі, але прямі зображення далеких газоподібних світів та надземних". - Пол Герц, відділ астрофізики НАСА
Складність у вивченні екзопланет полягає в тому, що всі вони на орбіті. Зірки настільки яскраві, що унеможливлюють будь-яку деталь побачити їх планети. Це схоже на те, щоб зазирнути у маяк за милі і намагатися вивчити комаху біля маяка.
Коронаграфічний інструмент на борту WFIRST матиме чудовий ефект, виключаючи світло далеких зірок. Це робиться з системою дзеркал і масок. Саме це робить можливим вивчення екзопланет. Тільки при обробці світла зірки можна вивчити властивості екзопланет.
Це дозволить детально виміряти хімічний склад атмосфери екзопланети. Роблячи це над тисячами планет, ми можемо почати розуміти утворення планет навколо різних типів зірок. Однак у Коронаграфічному інструменті є деякі обмеження.
Коронаграфічний інструмент був своєрідним пізнім доповненням до WFIRST. Деякі інші прилади на WFIRST не оптимізовані для роботи з ним, тому існують деякі обмеження щодо його роботи. Він зможе вивчати лише газові гіганти і так звані Супер-Землі. Ці великі планети не потребують стільки тонкості для вивчення, просто через їх розмір. Землеподібні світи, ймовірно, будуть поза силою Коронаграфічного інструменту.
Ці обмеження в довгостроковій перспективі не мають великої ваги. Коронаграф насправді є більш демонстраційною технологією, і він не є кінцевою грою для вивчення екзопланет. Все, що буде засвоєно з цього інструменту, допоможе нам у майбутньому. Одного дня, можливо, десятиліттями з цього моменту, буде можливим наступником WFIRST, і до того часу технологія Coronagraph просунулася дуже багато. У майбутній час цілком можливі прямі знімки екзопланет, подібних до Землі.
Але, можливо, нам не доведеться чекати так довго.
Існує план підвищення ефективності роботи Коронаграфа на WFIRST, який би дозволив йому зображувати планети, схожі на Землю. Це називається Зірка EXO-S
Зірка EXO-S - це розгортаюча система затінення діаметром 34 м, яка буде блокувати зіркове світло від погіршення функції WFIRST. Насправді це буде окреме судно, запущене окремо і відправлене на шлях до WFIRST на L2. Він не був би прив'язаний, але орієнтувався б на WFIRST через систему камер та направляючих ліхтарів. Насправді, частина сили Зоряного схилу полягає в тому, що від WFIRST воно буде відставати від 40 000 до 50 000 км.
Темна енергія та екзопланети є пріоритетними для WFIRST, але завжди є інші відкриття, які чекають кращих телескопів. Неможливо передбачити все, що ми дізнаємось від WFIRST. З зображеннями, настільки детальними, як Хаббл, але в 100 разів більшими, ми чекаємо сюрпризів.
"Ця місія вивчить Всесвіт, щоб знайти найцікавіші об'єкти там". - Ніл Герелс, науковий співробітник проекту WFIRST
"Окрім своїх захоплюючих можливостей для темної енергії та екзопланет, WFIRST забезпечить скарбницю вишуканих даних для всіх астрономів", - заявив Ніл Герелс, науковець проекту WFIRST в Центрі космічних польотів НАСА "Годдард", штат Меріленд. "Ця місія вивчить Всесвіт, щоб знайти найцікавіші об'єкти там".
З усіма супер телескопами, які надійдуть на ринок у найближчі кілька років, ми можемо очікувати дивовижних відкриттів Через 10–20 років наші знання значно просунуться. Що ми дізнаємось про Темну матерію та Темну енергію? Що ми будемо знати про популяції екзопланет?
Зараз здається, що ми просто прагнемо до кращого розуміння цих речей, але з WFIRST та іншими Супер телескопами ми готові до більш цілеспрямованого вивчення.
