Ние, хората, имаме ненаситен глад, за да разберем Вселената. Както каза Карл Сагън, "Разбирането е екстаз." Но за да разберем Вселената, имаме нужда от по-добри и по-добри начини да я наблюдаваме. А това означава едно: големи, огромни, огромни телескопи.
В тази поредица ще разгледаме предстоящите световни супер телескопи:
- Гигантският телескоп Магелан
- Прекомерно големият телескоп
- 30-метровият телескоп
- Европейският изключително голям телескоп
- Големият телескоп за синоптични изследвания
- Космическият телескоп Джеймс Уеб
- Телескопът за широколентово инфрачервено проучване
Лесно е да забравим влиянието, което космическият телескоп Хъбъл оказа върху нашето познание за Вселената. Всъщност това може би е най-доброто измерване на неговия успех: Ние приемаме Хъбъл и всичко, което сме научили от него, за даденост сега. Но се разработват и други космически телескопи, включително WFIRST, който ще бъде много по-мощен от Hubble. Докъде тези телескопи ще разширят нашето разбиране за Вселената?
„WFIRST има потенциала да отвори очите ни за чудесата на Вселената, по същия начин, както има Хъбъл.“ - Джон Грюнсфелд, Дирекция на научната мисия на НАСА
WFIRST може да бъде истинският наследник на Хъбъл, въпреки че космическият телескоп на Джеймс Уеб (JWST) често се рекламира като такъв. Но може да е неправилно дори да наричате WFIRST телескоп; по-точно е да го наречем астрофизическа обсерватория. Това е така, защото една от основните му цели на науката е да изучава Тъмната енергия, онази доста загадъчна сила, която движи разширяването на Вселената и Тъмната материя, трудно откриваемата материя, която забавя това разширяване.
WFIRST ще има огледало 2,4 метра, същия размер като Hubble. Но той ще има камера, която ще разшири силата на огледалото. The Wide Field Instrument е 288-мегапикселова мулти-лентова близо инфрачервена камера. След като започне да работи, ще заснема изображения, които са толкова остри като тези от Хъбъл. Но има една огромна разлика: Инструментът за широко поле ще заснема изображения, които покриват над 100 пъти небето, което прави Хъбъл.
Наред с инструмента за широко поле WFIRST ще разполага с Коронаграфския инструмент. Коронаграфският инструмент ще подпомогне изучаването на екзопланети. Той ще използва система от филтри и маски, за да блокира светлината от други звезди и да ходи на планети около тях. Това ще позволи много подробно проучване на атмосферата на екзопланети, един от основните начини за определяне на обитаемостта.
WFIRST ще бъде пуснат на пазара през 2025 г., въпреки че е твърде рано да има точна дата. Но когато стартира, планът е WFIRST да пътува до Слънцето-Земя LaGrange точка 2 (L2.) L2 е гравитационно балансирана точка в пространството, където WFIRST може да върши работата си без прекъсване. Мисията е предвидена да продължи около 6 години.
„WFIRST има потенциала да отвори очите ни за чудесата на Вселената, по същия начин, по който има Хъбъл“, казва Джон Грунсфелд, астронавт и асоцииран администратор на дирекция „Научна мисия“ на НАСА в централата във Вашингтон. „Тази мисия уникално съчетава способността да откриваме и характеризираме планети извън нашата собствена слънчева система с чувствителността и оптиката да надникнем широко и дълбоко във Вселената в стремеж да разгадаем мистериите на тъмната енергия и тъмната материя.“
С две думи, има две предложения за това какво може да бъде Dark Energy. Първата е космологичната константа, при която Тъмната енергия е еднаква в целия космос. Второто е това, което е известно като скаларни полета, където плътността на Тъмната енергия може да варира във времето и пространството.
От 90-те години наблюденията ни показват, че разширяването на Вселената се ускорява. Това ускорение започна преди около 5 милиарда години. Смятаме, че тъмната енергия е отговорна за това ускорено разширяване. Осигурявайки толкова големи, детайлни изображения на Космоса, WFIRST ще позволи на астрономите да разширяват времето с времето и върху големи площи. WFIRST ще прецизно измерва формите, позициите и разстоянията на милиони галактики, за да проследи разпределението и растежа на космически структури, включително галактически клъстери и придружаващата ги тъмна материя. Надеждата е, че това ще ни даде следващо ниво на разбиране, що се отнася до Тъмната енергия.
Ако всичко това звучи твърде сложно, погледнете го по този начин: Знаем, че Вселената се разширява и знаем, че разширяването се ускорява. Искаме да знаем защо се разширява и как. Дадохме името „Dark Energy“ на силата, която движи това разширение, и сега искаме да знаем повече за него.
Тъмната енергия и разширяването на Вселената е огромна загадка и въпрос, който кара космолозите. (Те наистина искат да знаят как ще свърши Вселената!) Но за много от останалите, друг въпрос е още по-убедителен: Сами ли сме във Вселената?
Няма да има бърз отговор на този, но всеки отговор, който намерим, започва с изучаване на екзопланети и това е нещо, в което WFIRST също ще се отличи.
„WFIRST е предназначен да се занимава с научни области, определени от астрономическата общност като основни приоритети“, казва Пол Херц, директор на отдела за астрофизика на НАСА във Вашингтон. „Инструментът с широко поле ще даде на телескопа възможност да заснеме едно изображение с дълбочината и качеството на Хъбъл, но покрива 100 пъти повече площта. Коронаграфът ще предостави революционна наука, заснемайки слабите, но директни изображения на далечни газообразни светове и свръхземли. “
„Коронаграфът ще предостави революционна наука, улавяйки слабите, но директни изображения на далечни газообразни светове и свръхземли.“ - Пол Херц, Отдел по астрофизика на НАСА
Трудността при изучаването на екзопланети е, че всички те са в орбита на звезди. Звездите са толкова ярки, че правят невъзможно да се видят планетите им по всякакъв детайл. Сякаш се взирате в фар на мили и се опитвате да изучите насекомо в близост до фара.
Коронаграфският инструмент на борда WFIRST ще превъзхожда блокирането на светлината на далечни звезди. Това прави със система от огледала и маски. Това прави възможно изучаването на екзопланети. Само когато се работи със светлината от звездата, могат да се изследват свойствата на екзопланетите.
Това ще позволи подробни измервания на химичния състав на атмосферата на екзопланета. Правейки това над хиляди планети, можем да започнем да разбираме формирането на планети около различни видове звезди. Има обаче някои ограничения за Коронаграфския инструмент.
Коронаграфският инструмент беше нещо като късно забавление към WFIRST. Някои от другите инструменти на WFIRST не са оптимизирани да работят с него, така че има някои ограничения за работата му. Той ще може да изучава само газови гиганти и така наречените Супер-Земи. Тези големи планети не изискват толкова финес, за да се изучават, просто поради техния размер. Земноподобните светове вероятно ще са извън силата на Коронаграфския инструмент.
Тези ограничения не са голяма работа в дългосрочен план. Коронаграфът всъщност е по-скоро технологична демонстрация и не представлява крайната игра за изследване на екзопланетите. Каквото се научи от този инструмент, ще ни помогне в бъдеще. Някой ден, може би десетилетия оттук, ще има евентуален наследник на WFIRST и дотогава технологията на Coronagraph ще напредна значително. В това бъдеще може да са възможни директни снимки на подобни на Земята екзопланети.
Но може би няма да ни се налага да чакаме толкова дълго
Съществува план за повишаване на ефективността на Коронаграфа на WFIRST, който би му позволил да изобразява планети, подобни на Земята. Нарича се EXO-S Starshade
EXO-S Starshade е система за засенчване с диаметър 34 метра, която ще блокира звездната светлина от нарушаване на функцията на WFIRST. Това всъщност ще бъде отделен кораб, стартиран отделно и изпратен на път за среща с WFIRST в L2. Той няма да бъде завързан, но би се ориентирал с WFIRST чрез система от камери и водещи светлини. Всъщност част от силата на Starshade е, че тя ще бъде на около 40 000 до 50 000 км от WFIRST.
Тъмната енергия и екзопланетите са приоритети за WFIRST, но винаги има други открития, които очакват по-добри телескопи. Не е възможно да се предвиди всичко, което ще научим от WFIRST. С изображения, толкова детайлни, колкото Hubble, но 100 пъти по-големи, ни предстои някои изненади.
„Тази мисия ще изследва Вселената, за да открие най-интересните предмети там.“ - Нийл Герелс, учен от WFIRST
„В допълнение към своите вълнуващи възможности за тъмна енергия и екзопланети, WFIRST ще предостави съкровищница от изящни данни за всички астрономи“, казва Нийл Герелс, учен от проекта WFIRST в Центъра за космически полети Goddard на NASA в Грийнбелт, Мериленд. „Тази мисия ще изследва Вселената, за да открие най-интересните предмети там.“
С всичките супер телескопи ще дойдат на линия през следващите няколко години, можем да очакваме някои невероятни открития. След 10 до 20 години знанията ни ще са напреднали значително. Какво ще научим за Dark Matter и Dark Energy? Какво ще знаем за популациите на екзопланети?
В момента изглежда, че просто се опитваме да постигнем по-добро разбиране на тези неща, но с WFIRST и другите Супер телескопи, ние сме готови за по-целенасочено проучване.
