Teleskopy w kosmosie. Rosja buduje największy teleskop kosmiczny na świecie. Walka o finansowanie projektu
Przeczytaj także
W lipcu 1923 roku wydawnictwo Oldenburg w Monachium opublikowało książkę „Rakieta w przestrzeń kosmiczną”. Jej autorem był Hermann Julius Oberth, który zasłynął kilkadziesiąt lat później i został nawet awansowany na „ojców założycieli” rakiety. Główne postanowienia jego dzieła można w skrócie sformułować w następujący sposób:
1. Przy obecnym stanie nauki i techniki możliwe jest stworzenie aparatu zdolnego wyjść poza atmosferę ziemską.
2. W przyszłości takie urządzenia będą mogły rozwinąć taką prędkość, że pokonają grawitację i wyjdą w przestrzeń międzyplanetarną.
3. Możliwe jest stworzenie urządzeń, które będą w stanie wykonywać podobne zadania z człowiekiem na pokładzie i bez poważnego uszczerbku na jego zdrowiu.
4. Pod pewnymi warunkami stworzenie takich urządzeń może stać się całkiem wykonalne. Takie warunki mogą powstać w nadchodzących dziesięcioleciach.
W finale, ustalającym sformułowania ostatniej części książki, następuje omówienie odległych perspektyw – możliwości zobaczenia Odwrotna strona Księżyc, wystrzeliwując sztuczne satelity Ziemi, szerokie zastosowanie je do różnych celów, tworząc stacje orbitalne, wykonując przy ich pomocy określone rodzaje czynności, m.in badania naukowe i obserwacje astronomiczne. Pozwala to uznać lipiec 1923 r. za „punkt wyjścia” astronomii kosmicznej.
Aby uczcić 90. rocznicę tego wydarzenia, redakcja naszego pisma przygotowała cykl artykułów na temat trwających (lub niedawno zakończonych) projektów eksploracji Wszechświata, opartych na instrumentach astronomicznych znajdujących się poza atmosferą ziemską. Pełna kronika tej najciekawszej i najprężniej rozwijającej się gałęzi astronomii zasługuje na osobną książkę, która niewątpliwie powstanie już wkrótce.
Widoczne teleskopy kosmiczne
W toku ewolucji oko ludzkie nabyło największą wrażliwość na tę część widma elektromagnetycznego, która jest najlepiej przepuszczana przez atmosferę ziemską. Dlatego obserwacje astronomiczne od czasów starożytnych prowadzone były głównie w zakresie widzialnym. Jednak już pod koniec XIX wieku dla astronomów stało się jasne, że „ocean powietrza” ze swoimi niejednorodnościami i nieprzewidywalnymi prądami stwarza zbyt wiele przeszkód dla dalszego rozwoju technologii obserwacyjnej. Jeżeli przy pomiarze położenia gwiazd na niebie wszystkie te błędy eliminowano głównie metodami statystycznymi, to próby uzyskania obrazów ciał niebieskich w wysokiej rozdzielczości nie powiodły się nawet w miejscach o najlepszym astroklimacie. Podczas obserwacji z powierzchni Ziemi najbardziej zaawansowane teleskopy były w stanie zapewnić standardową rozdzielczość około pół sekundy łukowej, a w idealnych przypadkach nawet ćwierć sekundy. Obliczenia teoretyczne wykazały, że wysunięcie teleskopu poza atmosferę zwiększyłoby jego możliwości o rząd wielkości (w ultrafioletowej części widma udało się uzyskać niemal 20-krotnie większą rozdzielczość).
 |
|
CHARAKTERYSTYKA POJAZDU KOSMICZNEGO:
> Długość – 13,3 m, średnica – 4,3 m, masa – 11 ton (z zainstalowanymi instrumentami – około 12,5 tony); dwa panele słoneczne mają wymiary 2,6 x 7,1 m. INSTRUMENTY, KTÓRE DZIAŁAŁY LUB PRACUJĄ W OBSERWATORIUM HUBBLE'A: > Kamera szerokokątna i planetarna. Wyposażony w zestaw 48 filtrów świetlnych pozwalających wyróżnić obszary widma szczególnie interesujące dla obserwacji astrofizycznych. Kamery zawierają 8 matryc CCD (2 sekcje po 4 matryce każda). Kamera szerokokątna ma większy kąt widzenia, podczas gdy kamera planetarna ma większą równoważną ogniskową, co pozwala na większe powiększenia. To właśnie tym aparatem wykonano wszystkie zachwycające zdjęcia „krajobrazowe”. |
| TELESKOP KOSMICZNY |
Początek praktycznej realizacji idei astronomii pozaatmosferycznej wiąże się z nazwiskiem amerykańskiego astrofizyka Lymana Spitzera. W 1946 roku przygotował dla projektu RAND (Badania i Rozwój) firmy Douglas Aircraft Company obszerny raport „Astronomiczne zalety obserwatorium pozaziemskiego”, w którym nie tylko udowodnił, że duże teleskopy orbitalne niepomiernie rozszerzyłyby możliwości badania ciał niebieskich , ale także nakreślił szczegółowy program takich badań. Pierwsze obserwatorium orbitalne (do fotografowania Słońca) zostało wystrzelone w Wielkiej Brytanii w 1962 roku w ramach programu Ariel.
W 1968 roku amerykańska Narodowa Administracja Lotnictwa i Kosmonautyki (NASA) zatwierdziła plan budowy teleskopu zwierciadlanego o średnicy zwierciadła 3 m. Projekt otrzymał kryptonim LST (Large Space Telescope). Start zaplanowano na rok 1972. Jednak walka toczyła się teraz w „płaszczyźnie” finansowej: następnie przydzielono fundusze, po czym kolejny rząd i Kongres ograniczyły finansowanie, aż do całkowitego ograniczenia programu. Średnicę obiektywu teleskopu zmniejszono do 2,4 m, ale nowy członek projekt – Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), która zgodziła się „w zamian” za 15% czasu obserwacyjnego na częściowe sfinansowanie programu i udział w produkcji poszczególnych instrumentów.
W 1979 roku opublikowano raport NASA „Strategia dla astronomii kosmicznej i astrofizyki na lata 80.”, w którym zaproponowano realizację programu „Duże Obserwatoria”. Ufundowany już przez Kongres w 1978 r. LST stał się jednym z czterech elementów projektu - przypisano mu rolę „obserwatora” w zakresie widzialnym, bliskiej podczerwieni i ultrafiolecie. Za badania w zakresie twardego promieniowania rentgenowskiego i gamma odpowiedzialne było Obserwatorium Compton (CGRO)2, teleskop Chandra (CHO) miał badać miękkie promieniowanie rentgenowskie, a Spitzer (SST) – średnie i dalekie -podczerwony obszar widma.
Kosmiczny teleskop Hubble
Prace nad stworzeniem LST potoczyły się najszybciej. Początkowo jego wystrzelenie na orbitę planowano na rok 1983. Nie było jednak wówczas możliwości wystrzelenia go na orbitę, ale zdecydowano się nazwać obserwatorium orbitalne imieniem Edwina Hubble'a. 24 kwietnia 1990 prom Discovery wystrzelił teleskop na zamierzoną orbitę. Od początku projektowania do uruchomienia na projekt wydano 2,5 miliarda dolarów, przy początkowym budżecie wynoszącym 400 milionów dolarów.
Hubble jest obecnie najstarszym i najbardziej płodnym instrumentem astronomicznym działającym poza atmosferą. Aby utrzymać go w dobrym stanie, NASA zorganizowała 4 misje naprawcze, z których ostatnią załoga wahadłowca Atlantis przeprowadziła w maju 2009 roku. Całkowity koszt funkcjonowania obserwatorium orbitalnego po stronie amerykańskiej wyniósł ponad 6 miliardów dolarów ; ESA przyznała kolejne 593 mln euro.
Kontrolą lotu, odbiorem danych i pierwotnym przetwarzaniem zajmuje się Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda. W ciągu 24 godzin dane są przesyłane do Instytutu Naukowego Teleskopu Kosmicznego (STScI), który jest odpowiedzialny za ich główne przetwarzanie i publikację do użytku społeczności naukowej. Teleskop Hubble'a działa jako międzynarodowe laboratorium badawcze. Pod uwagę brane są projekty z całego świata, choć rywalizacja o czas obserwacji jest zacięta, dlatego średnio jeden na 10 projektów zostaje zrealizowany.
Osiągnięcia naukowe teleskopu Hubble'a. Pomimo tego, że po rozpoczęciu prac odkryto odchylenia w kształcie zwierciadła głównego teleskopu od obliczonych (co nie pozwoliło na jego wykorzystanie „w pełni sił”), Hubble niemal natychmiast zaczął przynosić cenne wyniki naukowe . Tworząc ten instrument stwierdzono, że jego głównym zadaniem jest „kierowanie wzroku w głąb Wszechświata”. Musiał przede wszystkim odpracować „zaliczkę” – kontynuować badania rozpoczęte przez swojego „ojca chrzestnego” Edwina Hubble’a: wyjaśnić stałą i zweryfikować prawo swojego imienia, potwierdzić interpretację przesunięcia ku czerwieni jako efekt Dopplera a rzeczywistość ekspansji Wszechświata. Legendarny obecnie teleskop kosmiczny z powodzeniem wykonał te zadania.
Astronomowie już dawno przestali potrzebować dowodów na to, że nasza Galaktyka nie jest jedynym takim układem we Wszechświecie. Nie ma też wątpliwości, że wszystkie te „wyspy gwiezdne” (a dokładniej ich grupy powiązane grawitacyjnie) stale oddalają się od siebie. Szybkość wzajemnego usuwania jest wprost proporcjonalna do odległości między obiektami, a współczynnik proporcjonalności nazywany jest „stałą Hubble’a” (H0). Pierwsze szacunki, dokonane przez samego Hubble'a, podały wartość około pięciuset kilometrów na sekundę na megaparsek. Przez kolejne 90 lat były one wielokrotnie rewidowane, będąc przedmiotem gorącej debaty: wszak tak naprawdę ta stała, sprowadzona do jednostek systemowych, jest – ani bardziej, ani mniej – odwrotnością wieku Wszechświata. Jego ostatnia, najdokładniejsza wartość to 70,4 (km/s)/Mpc (H0 = 2,28x10 -18 s -1), a pomiary wykonane teleskopem Hubble'a w znaczący sposób przyczyniły się do jego ustalenia. Właśnie to uważa się za jego główny „wyczyn naukowy”.
Ustaliwszy fakt ekspansji Wszechświata, Edwin Hubble ograniczył się do tego, ale jego „kosmiczny imiennik” poszedł dalej i zdołał nie tylko potwierdzić to na nowym poziomie technicznym, ale także udowodnić nierównomierność tej ekspansji (więcej dokładnie, jego przyspieszenie). Takie odkrycie wymagało pomiarów charakterystyki widmowej obiektów na niezwykle dużych odległościach - i tylko Hubble był w tym „silny”. Udało się dokonać kilku tysięcy szacunków jasności supernowych typu 1a, których osobliwością jest to, że w momencie maksimum wybuchu uwalniają w przybliżeniu taką samą ilość energii, co oznacza, że obserwowana jasność wybuchu zależy jedynie od odległość do źródła.6 W programie badań teleskopów naziemnych i kosmicznych wzięło udział kilkanaście osób. Owoce tej współpracy były bardzo udane, a stopień znaczenia uzyskanych wyników dla nauki był wystarczający, aby przyznać zespołowi autorów odkrycia Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Aby przetestować „zasięg” teleskopu, przeprowadzono kilka tak zwanych głębokich przeglądów Wszechświata. W tym celu wybrano miejsce na niebie, w którym nie było pobliskich galaktyk i gwiazd naszej Galaktyki, a zdjęcia wykonano przy możliwie najdłuższych ekspozycjach. Jednocześnie możliwe było uchwycenie bardzo odległych obiektów o różnym typie, rozmiarze, jasności i wieku. Wśród nich znalazły się młode gromady gwiazd, które dopiero przygotowują się do tego, by stać się „znanymi” galaktykami, oraz już w pełni uformowane układy gwiezdne. Głębokie badania Wszechświata – Głębokie Pole Hubble’a (HDF), żartobliwie nazywane przez astronomów „Głębokimi Przebiciami Wszechświata” – to spojrzenie przez miliardy lat w starożytną historię naszego świata.
Podczas jednego z „przebić” Hubble skupił swoją uwagę na obszarze wielkości jednej trzydziestej milionowej sfery niebieskiej i odkrył tam ponad 3000 słabych – na granicy widoczności – galaktyk. Szczegółowe zdjęcie innego podobnego obszaru nieba pokazało ten sam obraz, z którego wywnioskowano, że Wszechświat jest izotropowy - jego jednorodność we wszystkich kierunkach w dużych skalach. Ponieważ takie obserwacje wymagają bardzo długich ekspozycji (w czasie jednej z sesji „ekspozycja” sięgała 11,3 dnia), zdarzały się rzadko. Astronomom udało się zobaczyć protogalaktyki – pierwsze skupiska materii, które powstały niecałe miliard lat po Wielkim Wybuchu, a później połączyły się, tworząc współczesne systemy gwiezdne.
Na szczególną uwagę zasługuje unikalny eksperyment Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS), przeprowadzony dzięki skoordynowanym wysiłkom teleskopów kosmicznych Hubble'a, Spitzera, Chandra, orbitalnego teleskopu rentgenowskiego XMM-Newton i kilku największych naziemnych teleskopów instrumenty. Obiektami obserwacji były dwa stanowiska z programu Hubble Deep Field. Przy przesunięciu ku czerwieni Z=6 uzyskano rozdzielczość przestrzenną rzędu kiloparseka, a fotometryczne przesunięcia ku czerwieni wyznaczono dla 60 tysięcy galaktyk w polu. Uczestnicy tego projektu twierdzą, że zajrzeli 13 miliardów lat temu, w erę rejonizacji, kiedy promieniowanie pierwszych gwiazd spowodowało rozpad niektórych międzygwiazdowych atomów wodoru na elektrony i protony.
Dotychczasowym rekordem jest ogłoszone we wrześniu 2012 roku „zanurzenie” w głąb Wszechświata (Hubble Extreme Deep Field). Przez 10 lat fragment nieba w konstelacji Pieca był eksponowany przy całkowitym czasie ekspozycji wynoszącym 2 miliony sekund. Astronomowie twierdzą, że w tym przypadku widzieli Wszechświat w całkowicie „dziecięcym” wieku – nie więcej niż pół miliarda lat. Najciemniejsze galaktyki na zdjęciu (w sumie jest ich około 5500) mają jasność 10 miliardów razy mniejszą niż granica czułości ludzkiego wzroku.
 |
|
ASC FIAN Centrum Astrokosmiczne Instytutu Fizycznego Akademii Nauk w Rosji ESA Europejska Agencja Kosmiczna NASA Narodowa Administracja Lotnictwa i Kosmonautyki, USA CNES Narodowe Centrum Badań Kosmicznych, Francja CSA Kanadyjska Agencja Kosmiczna ASI Włoska Agencja Kosmiczna JAXA Japońska Agencja Badań Kosmicznych SSC Szwedzka Korporacja Kosmiczna |
| TELESKOP KOSMICZNY |
| Pod nazwami teleskopów znajdują się parametry orbity, operator i data startu. |
 |
Przez długi czas astrofizycy teoretyczni próbowali przekonać społeczność naukową, że supermasywne czarne dziury muszą koniecznie znajdować się w centralnych obszarach galaktyk, ale nie było na to dowodów obserwacyjnych. Gdy tylko teleskop Hubble’a „interweniował w sporze”, wszystko się ułożyło: teraz galaktyka bez centralnej czarnej dziury jest bardziej egzotyczna. Teraz argumenty naukowców wyglądają bardzo przekonująco: systematyczne obserwacje duża ilość układy gwiazdowe ujawniły korelację pomiędzy rozmiarem zgrubienia (centralnej kondensacji galaktyki) a masą supergęstych obiektów w ich centrach, określoną na podstawie prędkości radialnych gwiazd.
Nie wszystkie wyniki teleskopu kosmicznego wymagały skomplikowanych, długoterminowych obserwacji. Wśród jego fotografii jest wiele, które same w sobie przedstawiają już rozwiązane problemy astrofizyczne. Niezwykle wyraźnie zademonstrował narodziny gwiazd w Mgławicy Trójlistkowej M20. Mgławica planetarna NGC 7027 to końcowy etap ewolucji gwiazdy podobnej do naszego Słońca. „Filary Stworzenia” w Mgławicy Orzeł stały się klasycznymi...
W momencie przygotowywania „misji lotniczej” obserwatorium niektóre problemy nie tylko nie były priorytetowe, ale astronomowie jedynie domyślali się, że się pojawią. Zadania takie powinny przede wszystkim obejmować poszukiwanie planet innych gwiazd (egzoplanet). Dzięki wysokiej czułości swoich detektorów i brakowi wpływu atmosfery ziemskiej Hubble jest w stanie wykryć nieznaczną zmianę jasności obserwowanej gwiazdy spowodowaną przejściem satelity wielkości planety przed jej dyskiem. W technologii obserwacyjnej tę metodę poszukiwania egzoplanet nazywa się „metodą tranzytową”. Ma zastosowanie tylko do obiektów, których płaszczyzna orbity jest lekko nachylona w kierunku Ziemi, pozwala jednak na natychmiastowe określenie wielu ich cech - w szczególności wielkości, masy, a czasami składu atmosfery (poprzez analizę spektralną promieniowanie gwiazdy podczas „zaćmienia”). Za przełomowe odkrycie należy uznać pierwsze wykrycie cząsteczki organicznej – metanu CH4 – w powłoce gazowej gigantycznej planety HD 189733b przy użyciu jednego z najważniejszych instrumentów teleskopu Hubble’a – spektrometru NICMOS (Near Infrared Camera i Multi- Object Spectrometer), zainstalowanego na pokładzie obserwatorium siedem lat po wystrzeleniu podczas drugiej misji naprawczej.
Oprócz ciał planetopodobnych teleskop kosmiczny potwierdził istnienie licznych dysków protoplanetarnych w obszarach gwiazdotwórczych (Mgławica Orzeł, Wielka Mgławica Oriona) oraz w pobliżu niektórych gwiazd. Odkrycia te zapoczątkowały pojawienie się bardzo obiecującego kierunek naukowy- poszukiwania i badania egzokomet, pasów egzoasteroidów. Jest teraz oczywiste, że proces powstawania planet w naszej Galaktyce zachodzi stale. Hubble zebrał wiele dowodów na poparcie niedawno przyjętego powszechnie wniosku, że egzoplanety powinny być zjawiskiem zupełnie zwyczajnym i powszechnym we Wszechświecie.
 |
| Kosmiczny Teleskop Hubble'a dał nam oszałamiający obraz jasnego pierścienia gwiazdotwórczego otaczającego serce galaktyki spiralnej z poprzeczką, oznaczonej jako NGC 1097. Galaktyka ta znajduje się w odległości około 45 milionów lat świetlnych i jest widoczna w południowym gwiazdozbiorze Pieca. Należy do klasy galaktyk Seyferta; fakt, że jej główna płaszczyzna jest prawie prostopadła do kierunku Ziemi, czyni ją obiektem szczególnie smacznym dla astronomów. Ukryta w samym centrum galaktyki supermasywna czarna dziura (BH) o masie około 100 milionów mas Słońca stopniowo pochłania materię z otaczającej ją przestrzeni. Materia ta wpadając do czarnej dziury „wiruje” w dysk akrecyjny, nagrzewa się i zaczyna emitować w szerokim zakresie fal elektromagnetycznych. Kontury dysku wyraźnie zarysowują stosunkowo niedawno „narodzone” gwiazdy, których materiałem jest materia opadającej na BH centralnej poprzeczki (mostu) galaktyki. Te obszary gwiazdotwórcze świecą jasno dzięki emisji z obłoków zjonizowanego wodoru. Średnica pierścienia wynosi około 5 tysięcy lat świetlnych, a ramiona spiralne NGC 1097 rozciągają się na dziesiątki tysięcy lat świetlnych poza jego granice. Są jednak pewne momenty w zachowaniu tej galaktyki, które ostro odróżniają ją od społeczności podobnych obiektów. Ma dwóch małych towarzyszy - galaktykę eliptyczną NGC 1097A, położoną w odległości 42 tysięcy lat świetlnych od centrum „głównego” układu gwiazd oraz galaktykę karłowatą NGC 1097B. Ich obecność z pewnością wpływa na ewolucję niezwykłego kosmicznego „trio”. Istnieją poważne podstawy, by twierdzić, że w niedawnej (w skali kosmicznej) przeszłości interakcja pomiędzy jej członkami była bliższa i bardziej aktywna. NGC 1097 to także wyjątkowy region dla „łowców supernowych”: zarejestrowała już trzy przypadki eksplozji gwiazd duża masa pomiędzy 1992 a 2003 rokiem Pod tym względem zasługuje specjalna uwaga i prowadzenie regularnego monitoringu. |
 |
| TELESKOP KOSMICZNY |
Głównym „obszarem działania” potężnego teleskopu kosmicznego były oczywiście badania głęboka przestrzeń. Dlatego też badając nasz Układ Słoneczny, jego potencjał został wykorzystany raczej w ograniczonym stopniu. Ale lista jego osiągnięć w jej granicach też jest imponująca. Przede wszystkim należy zaznaczyć, że bezprecedensowy w historii astronomii spadek fragmentów komety Shoemaker-Levy 9 (D/1993 F2 Shoemaker-Levy 9) na Jowisza w lipcu 1994 r. Incydent ten był pierwszą zaobserwowaną kolizją dwóch ciał Układu Słonecznego.
Teleskop Hubble’a wreszcie sfotografował powierzchnię Plutona z taką rozdzielczością, że można już mówić o jej mapowaniu. Na zdjęciach wykonanych przez obserwatorium kosmiczne eksperci wyróżniają czapy polarne, jasne, poruszające się plamy i tajemnicze linie. Imponujące było także odkrycie na Plutonie, oprócz znanego już satelity Charona, czterech kolejnych małych księżyców – Nix, Hydra, PIV, PV.
Obserwując asteroidę Westa (4 Westa), planetologów uderzyła wysoka rozdzielczość i wyraźna szczegółowość powierzchni (oczywiście nie należy porównywać zdjęć wykonanych półtorej dekady temu z odległości ponad 110 milionów km z tymi uzyskanymi przez sondę Dawn w latach 2011-12 gg., przebywającą na orbicie wokół Westy). Po badaniu Hubble'a w 2006 roku dotyczącym 2003 UB313, początkowo uważanej za 10. planetę w Układzie Słonecznym, a później nazwanej Eris (136199 Eris), ciało niebieskie uznano za zbyt małe, aby można je było uznać za planetę. Nie ma wątpliwości co do znaczenia odkrycia świateł polarnych (zorzy) na planetach-olbrzymach Jowiszu i Saturnie, a także na księżycach Jowisza Io i Ganimedesie.
 |
| Ważnym obiektem badań teleskopu Hubble'a stały się mgławice planetarne – pośmiertny etap ewolucji gwiazd takich jak nasze Słońce. W miarę wyczerpywania się zapasów paliwa termojądrowego zaczynają one okresowo wyrzucać swoją materię do otaczającej przestrzeni, przechodząc w stan białego karła – supergęstego obiektu, który uwalnia energię w wyniku powolnej kompresji grawitacyjnej. Wyrzucone powłoki, oświetlone promieniowaniem pozostałości gwiazdowej, tworzą złożone struktury, w których widać dynamikę procesu emisji materii. Uderzającym przykładem takich struktur są gazowe włókna mgławicy NGC 5189, znajdującej się w południowej konstelacji Muca w odległości 1800 lat świetlnych (ma nieoficjalną nazwę „Spirala”). Można założyć, że mgławica powstała w wyniku oddziaływania dwóch niezależnych, rozszerzających się struktur, nachylonych do siebie. Taką podwójną strukturę bipolarną zwykle tłumaczy się obecnością masywnego satelity w „wypalonej” gwieździe, który swoim przyciąganiem wpływa na kierunek „rzek” wypływającego gazu. Chociaż to wyjaśnienie jest bardzo prawdopodobne, w tym przypadku nie było możliwości wizualnego wykrycia takiego towarzysza. Jasne złote pierścienie składają się z dużej liczby promienistych włókien i węzłów przypominających komety. Zwykle powstają w wyniku połączonego działania promieniowania jonizującego i wiatru gwiazdowego. Zdjęcie wykonano 6 lipca 2012 roku kamerą Wide Field Camera 3 przez filtry wąskopasmowe skupione na głównych liniach emisyjnych zjonizowanych atomów siarki, wodoru i tlenu. Do określenia koloru gwiazdy w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni wykorzystano filtry szerokopasmowe. |
| TELESKOP KOSMICZNY |
Ponieważ misje serwisowe do Obserwatorium Hubble'a nie są już możliwe (ze względu na zaprzestanie lotów Amerykańskie statki wielokrotnego użytku), jego możliwości techniczne z biegiem czasu będą się tylko zmniejszać, a sprzęt stanie się przestarzały. NASA gwarantuje pełną pracę teleskopu co najmniej do 2015 roku. Proponowana przez niego „zamiennik” nosi nazwę tzw były dyrektor Amerykańska agencja kosmiczna James Webb (James Webb Space Telescope – JWST), będzie skupiać się głównie na zakresie bliskiej podczerwieni. Wynika to z faktu, że w wyniku rozwoju technologii optyki adaptatywnej, kompensującej wpływ niejednorodności atmosfery, obserwatoria naziemne już wkrótce będą mogły wykonywać zdjęcia ciał niebieskich w rozdzielczości „Hubble’a” wydając znacznie mniej pieniędzy i wysiłku, niż jest to wymagane do wyniesienia na orbitę i obsługi narzędzia porównywalnej wielkości.
Widok na Hubble'a z pokładu statek kosmiczny Atlantyda STS-125
Kosmiczny teleskop Hubble ( KTH; Kosmiczny teleskop Hubble, HST; kod obserwatorium „250”) – znajdujący się na orbicie wokół , nazwany na cześć Edwina Hubble’a. Teleskop Hubble'a to wspólny projekt NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej; jest to jedno z Dużych Obserwatoriów NASA.
Umieszczenie teleskopu w przestrzeni kosmicznej umożliwia wykrycie promieniowania elektromagnetycznego w zakresach, w których atmosfera ziemska jest nieprzezroczysta; głównie w zakresie podczerwieni. Ze względu na brak wpływów atmosferycznych rozdzielczość teleskopu jest 7-10 razy większa niż w przypadku podobnego teleskopu znajdującego się na Ziemi.
Fabuła
Tło, koncepcje, wczesne projekty
Pierwsza wzmianka o koncepcji teleskopu orbitalnego pojawia się w książce „Rakieta w przestrzeni międzyplanetarnej” Hermanna Obertha ( Die Rakete zu den Planetenraumen ), wydany w 1923 r.
W 1946 roku amerykański astrofizyk Lyman Spitzer opublikował artykuł „The Astronomical Advantages of an Extraterrestrial Observatory” (Astronomical Advantages of an Extraterrestrial Observatory) ( Astronomiczne zalety obserwatorium pozaziemskiego ). W artykule zwrócono uwagę na dwie główne zalety takiego teleskopu. Po pierwsze, jego rozdzielczość kątowa będzie ograniczona jedynie dyfrakcją, a nie burzliwe przepływy w atmosferze; w tamtym czasie rozdzielczość teleskopów naziemnych wynosiła od 0,5 do 1,0 sekundy łukowej, podczas gdy teoretyczna granica rozdzielczości dyfrakcyjnej dla orbitującego teleskopu z 2,5-metrowym zwierciadłem wynosi około 0,1 sekundy. Po drugie, teleskop kosmiczny mógł prowadzić obserwacje w zakresie podczerwieni i ultrafioletu, w których absorpcja promieniowania przez atmosferę ziemską jest bardzo znacząca.
Spitzer poświęcił znaczną część swojej kariery naukowej na rozwój projektu. W 1962 r. raport opublikowany przez Narodową Akademię Nauk Stanów Zjednoczonych zalecał włączenie rozwoju teleskopu na orbicie do programu kosmicznego, a w 1965 r. Spitzer został mianowany szefem komisji, której zadaniem było określenie celów naukowych dużego teleskopu kosmicznego.
Astronomia kosmiczna zaczęła się rozwijać po zakończeniu II wojny światowej. W 1946 roku po raz pierwszy uzyskano widmo ultrafioletu. W 1962 roku Wielka Brytania wystrzeliła na orbitę teleskop do badań Słońca w ramach programu Ariel, a w 1966 roku NASA wystrzeliła w przestrzeń kosmiczną pierwsze obserwatorium orbitalne OAO-1. Misja zakończyła się niepowodzeniem z powodu awarii baterii trzy dni po starcie. W 1968 roku wystrzelono sondę OAO-2, która dokonała obserwacji promieniowania ultrafioletowego i do 1972 roku znacznie przekraczała okres rozliczeniowy działanie przez 1 rok.
Misje OAO wyraźnie pokazały rolę, jaką mogą odegrać orbitujące teleskopy, dlatego w 1968 roku NASA zatwierdziła plan budowy teleskopu zwierciadlanego z lustrem o średnicy 3 m. Projekt otrzymał kryptonim LST (ang. LST). Duży Teleskop Kosmiczny). Start zaplanowano na rok 1972. W programie podkreślono potrzebę regularnych wypraw załogowych w celu konserwacji teleskopu, aby zapewnić długotrwałe działanie drogiego instrumentu. Rozwijający się równolegle program promów kosmicznych dawał nadzieję na uzyskanie odpowiednich możliwości.
Walka o finansowanie projektu
W związku z sukcesem programu JSC w środowisku astronomicznym panuje zgoda co do tego, że priorytetem powinna być budowa dużego teleskopu na orbicie. W 1970 roku NASA powołała dwa komitety, jeden do badania i planowania aspektów technicznych, drugi do opracowania programu badań naukowych. Kolejną poważną przeszkodą było finansowanie projektu, którego koszty miały przewyższyć koszt dowolnego teleskopu naziemnego. Kongres Stanów Zjednoczonych zakwestionował wiele proponowanych szacunków i znacznie obciął środki, które początkowo obejmowały badania na dużą skalę nad instrumentami i projektem obserwatorium. W 1974 roku, w ramach programu cięć budżetowych zainicjowanego przez prezydenta Forda, Kongres całkowicie anulował finansowanie projektu.
W odpowiedzi astronomowie rozpoczęli szeroką kampanię lobbingową. Wielu astronomów spotkało się osobiście z senatorami i kongresmanami, a także wysłano kilka dużych przesyłek listowych w celu wsparcia projektu. Narodowa Akademia Nauk opublikowała raport podkreślający znaczenie budowy dużego teleskopu na orbicie, w wyniku czego Senat zgodził się przeznaczyć na jego rzecz połowę budżetu pierwotnie zatwierdzonego przez Kongres.
Problemy finansowe doprowadziły do cięć, a wśród nich najważniejsza była decyzja o zmniejszeniu średnicy lustra z 3 do 2,4 metra w celu zmniejszenia kosztów i uzyskania bardziej kompaktowej konstrukcji. Projekt teleskopu z półtorametrowym zwierciadłem, który miał zostać uruchomiony na potrzeby testowania i testowania systemów, również został odwołany, a także podjęto decyzję o współpracy z Unią Europejską agencja kosmiczna. ESA zgodziła się wziąć udział w finansowaniu, a także udostępnić obserwatorium szereg instrumentów w zamian za zarezerwowanie przez europejskich astronomów co najmniej 15% czasu obserwacyjnego. W 1978 roku Kongres zatwierdził dofinansowanie w wysokości 36 milionów dolarów i natychmiast potem rozpoczęły się prace projektowe na pełną skalę. Datę premiery zaplanowano na rok 1983. Na początku lat 80. teleskop otrzymał nazwę Edwin Hubble.
Organizacja projektowania i budowy
Prace nad stworzeniem teleskopu kosmicznego zostały podzielone pomiędzy wiele firm i instytucji. Za rozwój, projektowanie i budowę teleskopu odpowiedzialne było Centrum Kosmiczne Marshalla loty kosmiczne Goddard był zaangażowany w ogólne zarządzanie rozwojem instrumentów naukowych i został wybrany na naziemne centrum kontroli. Marshall Center zleciło firmie Perkin-Elmer zaprojektowanie i produkcję system optyczny teleskop ( Zespół teleskopu optycznego - OTA) i precyzyjne czujniki prowadzenia. Lockheed Corporation otrzymała kontrakt na budowę teleskopu.
Produkcja układu optycznego
Polerowanie głównego zwierciadła teleskopu, Laboratorium Perkin-Elmer, maj 1979
Zwierciadło i układ optyczny jako całość były najważniejszymi elementami konstrukcji teleskopu i postawiono im szczególnie rygorystyczne wymagania. Zazwyczaj zwierciadła teleskopów są wykonane z tolerancją około jednej dziesiątej długości fali widzialne światło, ale ponieważ teleskop kosmiczny miał prowadzić obserwacje w zakresie od ultrafioletu do bliskiej podczerwieni, a rozdzielczość musiała być dziesięciokrotnie wyższa niż w przypadku instrumentów naziemnych, tolerancję wykonania jego zwierciadła głównego ustalono na 1 /20 długość fali światła widzialnego, czyli około 30 nm.
Firma Perkin-Elmer zamierzała zastosować nowe komputerowe maszyny sterowane numerycznie do wytworzenia lustra o zadanym kształcie. Firma Kodak otrzymała zlecenie na wyprodukowanie zamiennego lustra przy użyciu tradycyjnych metod polerowania na wypadek nieprzewidzianych problemów związanych z niesprawdzonymi technologiami (lustro wyprodukowane przez firmę Kodak można obecnie oglądać w muzeum Smithsonian Institution). Prace nad zwierciadłem głównym rozpoczęły się w 1979 roku, wykorzystując szkło o ultraniskim współczynniku rozszerzalności cieplnej. Aby zmniejszyć wagę, lustro składało się z dwóch powierzchni - dolnej i górnej, połączonych kratową strukturą o strukturze plastra miodu.
Lustro zapasowe teleskopu, Smithsonian Air and Space Museum, Waszyngton
Prace nad polerowaniem lustra trwały do maja 1981 roku, jednak nie dotrzymano pierwotnych terminów i znacznie przekroczono budżet. Raporty NASA z tamtego okresu wyrażały wątpliwości co do kompetencji kierownictwa Perkina-Elmera i jego zdolności do pomyślnej realizacji tak ważnego i złożonego projektu. Aby zaoszczędzić pieniądze, NASA anulowała zamówienie na lusterko zapasowe i przesunęła datę premiery na październik 1984 r. Prace zakończono ostatecznie pod koniec 1981 roku, po nałożeniu odblaskowej powłoki aluminium o grubości 75 nm i pokrycie ochronne wykonane z fluorku magnezu o grubości 25 nm.
Mimo to wątpliwości co do kompetencji firmy Perkin-Elmer pozostały, gdyż termin realizacji pozostałych elementów układu optycznego stale się przesuwał, a budżet projektu wzrastał. NASA określiła harmonogram firmy jako „niepewny i zmieniający się z dnia na dzień” i opóźniła wystrzelenie teleskopu do kwietnia 1985 roku. Terminów jednak nadal nie dotrzymywano, opóźnienia rosły średnio co kwartał o miesiąc, a w końcowym etapie rosły o jeden dzień każdego dnia. NASA była zmuszona jeszcze dwukrotnie przełożyć start, najpierw na marzec, a następnie na wrzesień 1986 roku. Do tego czasu całkowity budżet projektu wzrósł do 1,175 miliarda dolarów.
Statek kosmiczny
Początkowe etapy prac nad statkiem kosmicznym, 1980 rok
Kolejnym trudnym problemem inżynierskim było stworzenie aparatu nośnego dla teleskopu i innych instrumentów. Głównymi wymaganiami była ochrona sprzętu przed stałymi zmianami temperatury podczas nagrzewania od bezpośredniego światła słonecznego i chłodzenia w cieniu Ziemi oraz szczególnie precyzyjna orientacja teleskopu. Teleskop zamontowany jest wewnątrz lekkiej aluminiowej kapsuły, która pokryta jest wielowarstwową izolacją termiczną, zapewniającą stabilną temperaturę. Sztywność kapsuły i mocowanie instrumentów zapewnia wewnętrzna przestrzenna rama wykonana z włókna węglowego.
Chociaż praca twórcza statek kosmiczny okazały się bardziej skuteczne niż produkcja układu optycznego, Lockheed również odnotował pewne opóźnienia w stosunku do harmonogramu i przekroczył budżet. Do maja 1985 r. przekroczenie kosztów wyniosło około 30% pierwotnej wielkości, a opóźnienie w realizacji planu wyniosło 3 miesiące. W raporcie przygotowanym przez Marshall Space Center zauważono, że firma nie wykazała inicjatywy w wykonywaniu prac, woląc polegać na instrukcjach NASA.
Koordynacja badań i kontrola lotu
W 1983 roku, po pewnej konfrontacji między NASA a społecznością naukową, utworzono Instytut Naukowy Teleskopu Kosmicznego. Instytutem zarządza Stowarzyszenie Uniwersytetów Badań Astronomicznych ( Stowarzyszenie Uniwersytetów Badań Astronomicznych ) (AURA) i znajduje się na terenie kampusu Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Baltimore w stanie Maryland. Uniwersytet Hopkinsa jest jednym z 32 amerykańskich uniwersytetów i organizacje zagraniczne członkowie stowarzyszenia. Za organizację pracy naukowej i zapewnienie astronomom dostępu do uzyskanych danych odpowiada Kosmiczny Instytut Naukowy Teleskopu; NASA chciała zachować te funkcje pod swoją kontrolą, ale naukowcy woleli przekazać je instytucjom akademickim.
Centrum Koordynacyjne Europejskiego Teleskopu Kosmicznego zostało założone w 1984 roku w Garching w Niemczech w celu zapewnienia podobnych obiektów europejskim astronomom.
Sterowanie lotem powierzono Goddard Space Flight Center, które znajduje się w Greenbelt w stanie Maryland, 48 kilometrów od Instytut Naukowy teleskop kosmiczny. Funkcjonowanie teleskopu monitorowane jest całodobowo w systemie zmianowym przez cztery grupy specjalistów. Wsparcie techniczne zapewnia NASA i firmy kontraktujące za pośrednictwem Goddard Center.
Uruchom i rozpocznij pracę
Wystrzelenie wahadłowca Discovery z teleskopem Hubble'a na pokładzie
Pierwotnie teleskop miał zostać wystrzelony na orbitę w październiku 1986 r., ale 28 stycznia program promu kosmicznego został zawieszony na kilka lat, a start musiał zostać przełożony.
Przez cały ten czas teleskop był przechowywany w pomieszczeniu ze sztucznie oczyszczoną atmosferą systemy pokładowe zostały częściowo uwzględnione. Koszty przechowywania wynosiły około 6 milionów dolarów miesięcznie, co dodatkowo zwiększyło koszt projektu.
Wymuszone opóźnienie pozwoliło na szereg ulepszeń: panele słoneczne zostały zastąpione bardziej wydajnymi, pokładowymi kompleks obliczeniowy i systemy łączności oraz zmieniono konstrukcję rufy obudowa ochronna w celu ułatwienia utrzymania teleskopu na orbicie Ponadto oprogramowanie do sterowania teleskopem nie było gotowe w 1986 r. i zostało ukończone dopiero w momencie wystrzelenia teleskopu w 1990 r.
Po wznowieniu lotów wahadłowych w 1988 r., start ostatecznie zaplanowano na 1990 r. Przed startem kurz zgromadzony na lustrze został usunięty za pomocą sprężonego azotu, a wszystkie systemy zostały dokładnie przetestowane.
24 kwietnia 1990 został wystrzelony na orbitę okołoziemską Teleskop orbitalny Hubble'a, który przez prawie ćwierć wieku swojego istnienia dokonał wielu wspaniałych odkryć, które rzuciły światło na Wszechświat, jego historię i tajemnice. A dzisiaj porozmawiamy o tym obserwatorium orbitalnym, które w naszych czasach stało się legendarne historia, a także o kilka ważnych odkryć wykonane z jego pomocą.
Historia stworzenia
Pomysł umieszczenia teleskopu tam, gdzie nic nie zakłócałoby jego pracy, pojawił się w latach międzywojennych w pracach niemieckiego inżyniera Hermanna Obertha, jednak teoretyczne uzasadnienie tego przedstawił w 1946 roku amerykański astrofizyk Leyman Spitzer. Pomysł tak go urzekł, że większość swojej kariery naukowej poświęcił jego realizacji.Pierwszy teleskop orbitalny wystrzeliła Wielka Brytania w 1962 r., a Stany Zjednoczone Ameryki w 1966 r. Sukcesy tych urządzeń ostatecznie przekonały światową społeczność naukową o konieczności zbudowania dużego obserwatorium kosmicznego zdolnego zajrzeć nawet w głąb Wszechświata.
Prace nad projektem, który ostatecznie stał się Teleskopem Hubble'a, rozpoczęły się w 1970 roku, jednak przez długi czas nie było wystarczających środków, aby pomyślnie wdrożyć pomysł. Były okresy, gdy władze amerykańskie całkowicie zawieszały przepływy finansowe.
Zawieszenie zakończyło się w 1978 r., kiedy Kongres USA przeznaczył 36 milionów dolarów na utworzenie laboratorium orbitalnego. Jednocześnie rozpoczęły się aktywne prace nad projektem i budową obiektu, w które zaangażowało się wiele ośrodków badawczych i firm technologicznych, łącznie trzydzieści dwie instytucje na całym świecie.
Początkowo planowano wyniesienie teleskopu na orbitę w 1983 r., następnie daty te przesunięto na 1986 r. Jednak katastrofa promu kosmicznego Challenger w dniu 28 stycznia 1986 r. zmusiła nas do ponownego zweryfikowania daty wystrzelenia obiektu. W rezultacie Hubble wyleciał w przestrzeń kosmiczną 24 kwietnia 1990 roku na pokładzie wahadłowca Discovery.
Edwina Hubble’a
Już na początku lat osiemdziesiątych projektowany teleskop został nazwany na cześć Edwina Powella Hubble'a, wielkiego amerykańskiego astronoma, który wniósł ogromny wkład w rozwój naszego zrozumienia tego, czym jest Wszechświat, a także jaka powinna być astronomia i astrofizyka przyszłości być jak.
To właśnie Hubble udowodnił, że we Wszechświecie istnieją poza tym inne galaktyki droga Mleczna, a także położył podwaliny pod teorię ekspansji Wszechświata.
Edwin Hubble zmarł w 1953 roku, ale stał się jednym z założycieli amerykańskiej szkoły astronomii, jej najsłynniejszym przedstawicielem i symbolem. Nie bez powodu nie tylko teleskop, ale także asteroida nosi imię tego wielkiego naukowca.
Najważniejsze odkrycia teleskopu Hubble'a
W latach dziewięćdziesiątych XX wieku teleskop Hubble'a stał się jednym z najsłynniejszych obiektów stworzonych przez człowieka, o których wspomina prasa. Zdjęcia wykonane przez to orbitalne obserwatorium drukowano na pierwszych stronach i okładkach nie tylko magazynów naukowych i popularnonaukowych, ale także prasy zwykłej, w tym także gazet żółtych.
Odkrycia dokonane za pomocą Hubble'a znacząco zrewolucjonizowały i poszerzyły ludzkie rozumienie Wszechświata i czynią to do dziś.
Teleskop sfotografował i przesłał na Ziemię ponad milion zdjęć w wysokiej rozdzielczości, co pozwoliło zajrzeć w głąb Wszechświata, do którego w innym przypadku byłoby niemożliwe.
Jednym z pierwszych powodów, dla których media zaczęły mówić o teleskopie Hubble'a, były zdjęcia komety Shoemaker-Levy 9, która zderzyła się z Jowiszem w lipcu 1994 roku. Około rok przed upadkiem, obserwując ten obiekt, obserwatorium orbitalne zarejestrowało jego podział na kilkadziesiąt części, które następnie w ciągu tygodnia spadły na powierzchnię gigantycznej planety.
Rozmiar Hubble'a (średnica lustra wynosi 2,4 metra) pozwala na prowadzenie badań w najróżniejszych dziedzinach astronomii i astrofizyki. Służył np. do robienia zdjęć egzoplanet (planet znajdujących się poza Układem Słonecznym), obserwowania agonii starych gwiazd i narodzin nowych, odnajdywania tajemniczych czarnych dziur, zgłębiania historii Wszechświata, a także sprawdzania prądu teorie naukowe, potwierdzając je lub obalając.
Modernizacja
Pomimo wypuszczenia na rynek innych teleskopów orbitalnych, Hubble w dalszym ciągu pozostaje głównym instrumentem obserwatorów gwiazd naszych czasów, stale dostarczając im Nowa informacja z najodleglejszych zakątków Wszechświata.Jednak z biegiem czasu zaczęły pojawiać się problemy w działaniu Hubble'a. Przykładowo już w pierwszym tygodniu pracy teleskopu okazało się, że jego zwierciadło główne ma wadę, która nie pozwala na osiągnięcie oczekiwanej ostrości obrazów. Musieliśmy więc zainstalować na obiekcie znajdującym się bezpośrednio na orbicie system korekcji optycznej, składający się z dwóch zewnętrznych zwierciadeł.
W celu naprawy i modernizacji obserwatorium orbitalnego Hubble'a przeprowadzono do niego cztery wyprawy, podczas których na teleskopie zainstalowano nowy sprzęt - kamery, zwierciadła, panele słoneczne i inne urządzenia usprawniające działanie systemu i rozszerzające zakres obserwatorium .
Przyszły
Po ostatniej modernizacji w 2009 roku zdecydowano, że teleskop Hubble'a pozostanie na orbicie do 2014 roku, kiedy to zostanie zastąpiony nowym obserwatorium kosmicznym Jamesa Webba. Ale teraz już wiadomo, że żywotność obiektu zostanie przedłużona co najmniej do 2018, a nawet 2020 roku.Dotychczasowy rozwój optyki i astronomii doprowadził do powstania różnorodnych systemów teleskopów. Rodzaje teleskopów różnią się przeznaczeniem, zastosowaną konstrukcją optyczną i konstrukcją mocowania.
Ze względu na cel teleskopy dzielą się na wizualne i fotograficzne, te ostatnie dzielą się na teleskopy na podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet i promieniowanie rentgenowskie. Istnieją również teleskopy słoneczne i koronografy poza zaćmieniem – instrumenty umożliwiające zobrazowanie korony słonecznej. Ze względu na zastosowaną konstrukcję optyczną wszystkie typy teleskopów można podzielić na soczewki (refraktory), zwierciadła (reflektory) i soczewki zwierciadlane (katadioptria). Montaż teleskopu może być stały (z zewnętrznym przekierowaniem światła), azymutalny (z obrotem w pionie i poziomie) oraz równikowy (z obrotem względem sfery niebieskiej). Oprócz teleskopów optycznych możliwe są również teleskopy radiowe i neutrinowe, ale nie można zajrzeć do żadnego z nich, a wszystkie informacje uzyskuje się poprzez elektroniczne przetwarzanie sygnałów z różnych czujników.
Teleskopy gwiazdowe do profesjonalnej astronomii osiągają obecnie aperturę 8–11 m. Z założenia są to reflektory do fotografii z bezpośrednim ogniskowaniem, ze względu na małe pola, niewyposażone w żadną optykę pośrednią. Ich celem jest uzyskanie najwyższej rozdzielczości przy jak najwyższym współczynniku apertury, co wiąże się z koniecznością dostosowania kształtu zwierciadła głównego do wahań atmosferycznych.
Ta, jak się ją nazywa, optyka adaptacyjna pojawiła się po raz pierwszy w latach 80. XX wieku w związku z walką systemy laserowe, przeznaczony do niszczenia satelitów, jego cywilne zastosowanie rozpoczęło się w teleskopach VLT Europejskiego Obserwatorium Południowego zainstalowanych w Chile. Zwierciadła wszystkich pięciu teleskopów z tej grupy, posiadające aperturę 8,3 metra, można szybko i w niewielkim stopniu odkształcić za pomocą układu podnośników hydraulicznych umieszczonych z tyłu. Wielkość odkształceń wyliczana jest komputerowo w czasie rzeczywistym na podstawie zniekształceń obrazu testowego „sztucznej gwiazdy” utworzonego w górne warstwy atmosferę za pomocą lasera na podczerwień zamontowanego na teleskopie.
Nieco z boku obrazu testowego to samo lustro tworzy działające, służące do zadań badawczych.
Dwa teleskopy Kecka zainstalowane w US Hawaiian Observatory i mające aperturę ponad 11 m wykorzystują podobną zasadę kompensacji zniekształceń atmosferycznych, ale zamiast stałego lustra obraz tworzony jest na fotodetektorze cały system z kilkudziesięciu segmentów, z których każdy jest obracany za pomocą własnego podnośnika. Instrumenty te przewyższyły już rozdzielczością Orbitalny Teleskop Hubble'a, ale istnieją europejskie i amerykańskie projekty teleskopów ze zwierciadłami segmentowymi o aperturze 30 - 60 metrów.
Jeśli jednak w ogóle apertura 20 metrów jest nadal nieosiągalna dla teleskopu optycznego, to w przypadku niektórych konkretnych zadań może to być dziesiątki lub setki metrów. Mówimy o połączeniu w jeden punkt obrazów z dwóch różnych teleskopów skierowanych na ten sam obszar nieba. Zasada ta, zwana w astronomii ogniskiem Coudégo, wykorzystywana jest w zagadnieniach interferometrii gwiazdowej, która umożliwia rekonstrukcję obrazów poszczególnych gwiazd i dokładny pomiar średnicy ich dysków, nieosiągalny innymi metodami. Jednak ani zwykła fotografia, ani tym bardziej obserwacja wizualna przy użyciu takiego schematu nic nie da – konieczna jest komputerowa obróbka serii zdjęć. Przykładem działającego interferometru gwiazdowego jest system australijski z odległością między teleskopami wynoszącą 188 metrów.
Do obserwacji szerokokątnych i ukierunkowanych poszukiwań nowych obiektów, takich jak nowe, asteroidy i obiekty transneptunowe, wykorzystuje się teleskopy o przeważnie katadioptrycznej konstrukcji - Schmidt, Hamilton czy Maksutow. Szybkość narażenia, przesyłania danych i przetwarzania komputerowego również odgrywa ważną rolę w organizacji takich poszukiwań. Pewne szanse na sukces ma także amator uzbrojony w cyfrową lustrzankę jednoobiektywową z teleobiektywem 200 – 300 mm. Co więcej, biorąc pod uwagę ogniskową, a nie przysłonę, profesjonaliści nigdy nie będą w stanie prowadzić obserwacji wszędzie jednocześnie, a rozbłyskująca nowa często jest widoczna przez zwykłą lornetkę.
Refraktory w profesjonalnej astronomii gwiazdowej pozostają obecnie jedynie w postaci wspomnianych teleobiektywów i szukaczy większych instrumentów. Ogromne achromaty przeszłości, zarówno wizualnie, jak i fotograficznie, są całkowicie pokryte czymś więcej niż skromnymi reflektorami i katadioptrią. Apochromaty służą głównie do poszukiwania śmieci kosmicznych i obiektów bliskich Ziemi w zakresie najmniejszych apertur - tutaj okazują się korzystne.
Teleskopy słoneczne, jak sama nazwa wskazuje, służą do obserwacji pojedynczego obiektu w przestrzeni kosmicznej. Obserwacje z oczywistych względów prowadzone są w ciągu dnia i mają swoją specyfikę. Przede wszystkim konieczne jest kilkusettysięczne zmniejszenie jasności obrazu tworzonego przez teleskop słoneczny. Problem ten rozwiązuje się instalując aperturowe filtry słoneczne.
Ponadto cała optyka refleksyjnych teleskopów słonecznych jest niepowlekana, co jednak powoduje jedynie kilkudziesięciokrotne zmniejszenie jasności. Drugą część osiąga się poprzez zastosowanie ultraniskiej apertury, rozciągając końcowy obraz w okrąg o średnicy do metra lub większej przy umiarkowanej aperturze samego teleskopu. Ta ostatnia nie powinna być jednak zbyt mała i zapewniać rozdzielczość wystarczającą do rozróżnienia obiektów na powierzchni Słońca oddalonych od siebie o odstęp nie większy niż kilkaset kilometrów.
Połączenie tych w dużej mierze sprzecznych wymagań prowadzi do tego, że teleskop słoneczny jest często stacjonarny, dla czego budowana jest specjalna wieża. W tym przypadku promienie światła dziennego kierowane są do wieży za pomocą koelostatu - specjalny system zbudowany z dwóch płaskich zwierciadeł większych od apertury teleskopu.
Specyfika obserwacji z Ziemi powoduje, że nie możemy obserwować odległej strony Słońca, dopóki nie zwróci się ona w naszą stronę za około 29 dni. Ta wada jest całkowicie wyeliminowana w układu kosmicznego SOHO, w którym trzy teleskopy słoneczne są umieszczone na stacjach umieszczonych na orbicie heliocentrycznej i umieszczonych w wierzchołkach poruszającego się trójkąta równobocznego.
„Krewnymi” teleskopów słonecznych są koronografy pozaćmieniowe – urządzenia o jeszcze węższej specjalizacji. Nie widać na nich ani plam słonecznych, ani granulek, ale słaby blask korony jest odcięty jednocześnie od oświetlenia atmosferycznego i potężnego blasku samego dysku.
Koronograf został wynaleziony przez francuskiego optyka Lyota w 1862 roku, ale tak naprawdę zainteresowali się nim podczas drugiej wojny światowej, kiedy kształt korony słonecznej przewidywał burze magnetyczne. Realizacja w dużej mierze zapomnianego pomysłu pozostawała tajemnicą aż do początku lat 50-tych. Wraz z wynalezieniem filtrów wąskopasmowych dostrojonych do linii absorpcyjnych widm wodoru i wapnia, koronograf stał się publicznie dostępny i mógł być sprzedawany każdemu.
Teleskopy ultrafioletowe mają podobną konstrukcję do konwencjonalnych reflektorów. Atmosfera ziemska przepuszcza promieniowanie ultrafioletowe bliskiego pola o długości fali do 350 nm, dlatego naziemne teleskopy ultrafioletowe umieszczane są w obszarach wysokogórskich. Obiektem ich badań mogą być zarówno pojedyncze gwiazdy, jak i galaktyki, które rejestrowane są poprzez emisję promieniowania ultrafioletowego podczas procesów zachodzących w ich jądrach. Ze względu na krótszą długość fali optyka teleskopów ultrafioletowych musi być wykonywana z większą precyzją niż teleskopów widzialnych.
Elementem ograniczającym przepuszczalność światła są elementy załamujące światło, które w przypadku małych soczewek wykonane są z topionego kwarcu. W takim przypadku dozwolony jest resztkowy chromatyzm. Stworzenie szerokokątnych teleskopów ultrafioletowych stanowi poważny problem technologiczny, ponieważ konwencjonalne kamery Schmidta i Ritchie-Chrétien wykorzystują soczewki korekcyjne, które są trudne do wykonania z kwarcu. Jednym z rozwiązań jest tzw. Kamera lustrzana Schmidta, w której element korekcyjny wykonany jest w formie ukośnej zamontowane lustro o profilu zbliżonym do płaskiego. Taki system jest czasami instalowany na satelitach, ale jest bardzo wrażliwy na niewspółosiowość.
Teleskopy na podczerwień dają wyjątkową możliwość obserwacji gwiazd przez obłoki pyłu, które osłabiają ich pozorną jasność w zakresie widzialnym o kilkaset magnitudo. Dzieje się tak dlatego, że promieniowanie podgrzewa cząstki pyłu i jest przez niego reemitowane w zakresie podczerwieni. W szczególności ta metoda obserwacji umożliwiła skonstruowanie zamkniętej orbity gwiazdy krążącej blisko centrum naszej Galaktyki, co dostarczyło wiarygodnych dowodów na to, że obiektem centralnym jest czarna dziura.
Oprócz gwiazd obiektami obserwacji w takich teleskopach mogą być planety Układ Słoneczny i ich satelitów, co umożliwia wyjaśnienie struktury ich powierzchni ze względu na jej charakter promieniowanie cieplne. Większa siła penetracji pozwala na wykorzystanie teleskopów na podczerwień do poszukiwania obiektów transneptunowych i asteroid bliskich Ziemi.
Ze względu na naturę promieniowania cieplnego teleskop na podczerwień musi być zawsze bardzo chłodny. Kriostat – urządzenie utrzymujące teleskop w stałej temperaturze temperatura ujemna, dotychczas prowadzono w oparciu o „suchy lód” – stały dwutlenek węgla, następnie zaczęto stosować ciekły azot, a obecnie ciekły hel. Matryca na podczerwień to bardzo drogie urządzenie, którego koszt sięga milionów dolarów. Optyka teleskopów na podczerwień jest przeważnie lustrzana; ze względu na dłuższą długość fali promieniowania cieplnego niż promieniowanie widzialne, optyka może być wykonana z mniejszą dokładnością. Największy naziemny teleskop na podczerwień zainstalowany jest w Europejskim Obserwatorium Południowym w Chile i posiada aluminiowe zwierciadło z optyką adaptacyjną o całkowitej aperturze 12 m.
W większości przypadków teleskopy rentgenowskie są wysyłane w przestrzeń kosmiczną, ponieważ atmosfera ziemska znacznie tłumi promieniowanie rentgenowskie. Inną specyficzną cechą odbieranego promieniowania jest przez większość praktycznie brak jego załamania przezroczyste materiały i odbicie przez metale tylko pod bardzo kąt ostry. Wymusza to użycie ogniskowania wysokoenergetycznych kwantów promieniowania rentgenowskiego albo przy użyciu metody pozaosiowej zwierciadła paraboliczne ze specjalną powłoką lub zastosować zasadę apertury kodującej.
W pierwszym przypadku zwierciadło jest umieszczone niemal stycznie do czoła fali padającej i w większości przypadków jest pokryte złotem lub irydem. Czasami można zastosować powłokę dielektryczną, nawet do kilkuset warstw. W przypadku zastosowania apertury kodującej obraz na fotodetektorze powstaje poprzez przejście badanego promieniowania przez matrycę utworzoną z komórek przezroczystych i nieprzezroczystych umieszczonych w określonej kolejności. Powstały obraz jest rekonstruowany przez komputer pokładowy statku kosmicznego.
Zatem typy teleskopów współczesnej astronomii stanowią potężne środki obserwacyjne, które w ostatnich latach doprowadziły do prawdziwie rewolucyjnych odkryć.
2.Obserwatorium astronomiczne
Obserwatorium astronomiczne- instytucja przeznaczona do prowadzenia systematycznych obserwacji ciał niebieskich; Zwykle jest zbudowany na wzniesieniu, z którego we wszystkich kierunkach otwierał się szeroki horyzont. Każde obserwatorium wyposażone jest w teleskopy, zarówno optyczne, jak i pracujące w innych obszarach widma (Radioastronomia).
Jego pojawienie się w 2025 roku oznacza prawdziwy przełom w astronomii. Średnica lustra będzie dziś trzykrotnie większa i wyniesie 10 metrów.
Rosyjscy naukowcy rozpoczęli prace nad stworzeniem teleskopu o nazwie „Milimetron”, który nie ma sobie równych na świecie ani pod względem wielkości, ani mocy. O tym informuje „ Rosyjska gazeta " Jego pojawienie się będzie dobrą wiadomością dla nauki i oznacza prawdziwy przełom w astronomii. Będzie to największy tego typu obiekt w historii. Jego dokładność jest niesamowita: miliard razy lepsza niż ludzkie oko.
Działanie teleskopu będzie opierać się na duże lustro o średnicy 10 metrów. Dla porównania, największy podobny obiekt, Herschel, ma tę liczbę trzy razy mniej. Lustro będzie składać się z ponad 20 tego rodzaju płatków, z których każdy z kolei zostanie podzielony na trzy plasterki. Wszystkie te części będą ruchome, aby umożliwić regulację i regulację teleskopu. Powierzchnia lustrzana zostaną wykonane z niezwykłą precyzją: dopuszczalne odchylenie wynosi tylko 10 mikronów (0,01 milimetra). Promień teleskopu wyniesie półtora miliona kilometrów.
Co ciekawe, podczas tworzenia takich urządzeń często pojawiają się złożone problemy. problemy naukowe, o którym przeciętny czytelnik dobre wieści i nie ma pojęcia. Na przykład, najważniejszy problem dla naukowców schładzanie powierzchni lustra do temperatury -268°C. Jest to konieczne, ponieważ urządzenie bardzo się nagrzeje od słońca i samo zacznie emitować ciepło, co z kolei spowoduje nie do pokonania zakłócenia w odbiorze sygnałów z głęboka przestrzeń. Do chłodzenia Millimetron będzie wyposażony w pięć ekrany ochronne oraz wydajny agregat chłodniczy zasilany energią słoneczną.
Osobnym trudnym zadaniem jest dostarczenie takiego cudu technologii na niską orbitę okołoziemską. Teleskop opuści Ziemię w zwartym stanie, a w przestrzeni kosmicznej otworzy się niczym kwiat z licznymi płatkami.
Co nam, Ziemianom, da stworzenie i wysłanie w przestrzeń kosmiczną tak wspaniałej aparatury badawczej? Przede wszystkim umożliwi badanie przestrzeni Wszechświata w niemal wszystkich długościach fal (promieniowanie rentgenowskie, podczerwień, fale grawitacyjne, promienie gamma i inne). Jednocześnie będzie działać z maksimum możliwym w danej chwili rozdzielczość kątowa. Najnowsze dowody naukowe sugerują, że przestrzeń nie jest pustą przestrzenią. Wręcz przeciwnie, jest dosłownie wypchany różnymi przedmiotami. Naukowcy porównują ich gęstość do zawartości słoika czerwonego kawioru. Jednak wszystkie te obiekty, wciąż niezrozumiałe dla człowieka, można badać jedynie za pomocą nowoczesnej aparatury, która nie jest jeszcze dostępna na świecie.
Co będzie badał teleskop Millimetron?
- Czarne dziury. Ostatnio wielu astronomów oświadczyło, że w ogóle nie istnieją. „Czy istnieją w rzeczywistości?” - „Milimetron” odpowie na to pytanie.
- Proces powstawania gwiazd i planet, a jednocześnie poszukiwanie życia pozaziemskiego.
- Jak galaktyki ewoluują po Wielkim Wybuchu.
- Tak zwana „ciemna materia” i „niewidzialna energia”. Niektórzy astronomowie sugerują ich istnienie, jednak nie można jeszcze dowiedzieć się więcej o tych zjawiskach.
Start teleskopu Millimetron planowany jest na rok 2025. Teraz rozpoczęły się już prace nad jego stworzeniem. Przypomnijmy, że w tej chwili na niskiej orbicie okołoziemskiej znajduje się inny teleskop, rozwijany głównie w Rosji - „Radioastron”. Został wydany w 2011 roku i będzie nadal działać nawet po wprowadzeniu na rynek swojego brata. Amerykański Hubble nadal uważany jest za najpotężniejszy teleskop na świecie.