Proč spouštíme vesmírné dalekohledy?
Dalekohledy ve vesmíru nám dávají názor, který doslova nemůžeme získat ze země
Astronauti Steven Smith a John Grunsfeld, se objevují jako malé postavy na této širokoúhlé fotografii z prosince 1999, pořízené během kosmické lodi, aby obsluhovali Hubble Space Telescope.
24. dubna 1990 zahájily NASA a Evropská kosmická agentura astronomickou revoluci. Když raketoplán vesmíru Objev V ten den zařval na oblohu, nesl kosmický dalekohled Hubble ve své užitečné zátoce a astronauti na palubě nasadili ho brzy poté na oběžné dráze s nízkou zemí. Hubble není největší dalekohled, jaký kdy byl postaven-ve skutečnosti s 2,4 metrům zrcadlem je astronomové považován za malý-ale má obrovskou výhodu oproti svému pozemskému sourozencům: nad v podstatě veškerá atmosféra naší planety.
Tento vznešený okoun dělá Hubbleovy názory ostřejší a hlubší – a ještě širší tím, že umožňují dalekohledu shromažďovat typy světla neviditelné pro lidské oči a jinak zablokováno zemským vzduchem. A po 35 letech na oběžné dráze Hubble stále přináší neuvěřitelnou vědu a kosmické výhledy na úchvatnou krásu.
Zahájení dalekohledů do vesmíru však vyžaduje mnohem větší úsilí a peníze, než je budovat na zemi. Vesmírné dalekohledy mají také tendenci být menší než pozemní; Musí se hodit do ubytování užitečného zatížení rakety a omezit jejich velikost. Toto omezení lze minimalizovat navržením observatoře pro spuštění ve složené formě, která se pak rozvíjí ve vesmíru, stejně jako u The James Webb Space Telescope (JWST)– Ale tento přístup téměř nevyhnutelně hromadí hromady více rizika, složitosti a nákladů. Vzhledem k těmto značným překážkám by se člověk mohl zeptat, zda vesmírné dalekohledy skutečně stojí za potíže.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Krátká odpověď zní: ano, samozřejmě! Pro astronomická pozorování přináší získání nad zemskou atmosférou tři velmi základní, ale extrémně silné výhody.
První je, že obloha je ve vesmíru mnohem tmavší. Máme sklon myslet na naši atmosféru jako na průhlednost, alespoň když je bezmračný. Ale nechtěné světlo stále znepokojuje zemský vzduch, dokonce i na nejjasnější noci na nejtemnějším místě planety. Světelné znečištění-bezvídané osvětlení se vrhlo na oblohu místo dolů k zemi-pro některé z toho účtuje, ale vzduch také obsahuje molekuly napájené slunečním světlem, které pomalu uvolňují tuto energii jako slabý pramínek viditelného světla. Tento „airglow“ je tlumený, ale i v noci zastíní velmi slabé nebeské předměty a omezuje, co mohou pozemní dalekohledy vidět. Je to problém kontrastu, jako je snaha slyšet šepot v přeplněné restauraci. Čím tišší úroveň hluku pozadí, tím lépe slyšíte slabé zvuky. Je to stejné s oblohou: tmavší obloha umožňuje vidět slabší objekty.
Druhou výhodou pozorování z prostoru je, že to unikne přirozené nestabilitě našeho vzduchu. Turbulence v atmosféře je důvod, proč hvězdy Twinkle. To je anathema pro astronomy; Běh hvězdy během pozorování roztáhne své světlo, rozmazává malé struktury dohromady a omezuje efektivní rozlišení dalekohledu na základě pozemního dalekohledu (to znamená, jak dobře dokáže rozlišovat mezi dvěma úzce rozmístěnými objekty). To také způsobuje, že slabé objekty jsou ještě stmívanější a těžší detekovat, protože jejich světlo není soustředěno na jediné místo a místo toho je rozptýleno. Nad atmosférou se hvězd a nebuly a galaxie zdají ostré a neochvějné, což nám umožňuje zachytit mnohem podrobněji.
Třetím důvodem proklouznutí jiných pout Země je to, že náš vzduch je velmi dobrý v tom, že nás chrání před mnoha vlnovými délkami světla, které naše oči nevidí. Ultrafialové světlo má vlnové délky kratší než viditelné světlo (druh naše oči detekují), a zatímco některé z nich dosáhnou zemského povrchu z prostoru – přinejmenším od slunce, aby způsobily spálení – mnoho z něj je místo toho absorbováno vzduchem. Ve skutečnosti je světlo s vlnovou délkou kratší než asi 0,3 mikronu zcela absorbováno. (To je o něco kratší než u fialového světla, nejkratší, co vidíme, asi 0,38 mikron.)
Takže jakékoli dostatečně krátkovlnné světlo-nejen ultrafialové, ale také ještě více buněčných rentgenových paprsků a gama paprsků-je vylepšeno molekulami ve vzduchu. To je dobré pro lidské zdraví, ale není skvělé pro pozorování astronomických jevů, které v těchto režimech vyzařují světlo.
To se děje také s delšími vlnovými délkami. Oxid uhličitý a voda jsou vynikajícími absorbéry infračerveného světla, což brání astronomům na zemi, aby viděli většinu těchto emisí z kosmických objektů. Jak jsme se naučili s JWST, pozorování v infračerveném záření nám může ukázat hodně o vesmíru, který by jinak ležel mimo naši vlastní omezenou vizuální řadu. Jako jediný příklad, Světlo z extrémně vzdálených galaxií je kosmickou expanzí do infračervených vlnových délek červenost.kde JWST vyniká.
Ve skutečnosti byly vesmírné dalekohledy, které mohou vidět na různých vlnových délkách, zásadní pro objevování nejrůznějších překvapivých nebeských předmětů a událostí. Rentgenové paprsky byly kritické při hledání prvních černých děr, jejichž narůstající disky generují vysokoenergetické světlo, protože záležitost v nich klesá dovnitř. Rukánoviště, nesmírně silné exploze, byly původně detekovány prostřednictvím pozorování založených na vesmíru. Hnědé trpaslíci (což jsou v podstatě neúspěšné hvězdy) vyzařují velmi malé viditelné světlo, ale v infračerveném šeru jsou dostatečně jasné, že je nyní spočítáme tisíce v našich katalozích.
Pozorování v těchto jiných druzích světla je rozhodující pro odhalení důležitých podrobností o základní astrofyzice těchto a dalších jevů. Pouze kombinací pozorování napříč elektromagnetickým spektrem můžeme skutečně pochopit, jak vesmír funguje.
Spuštění dalekohledů do vesmíru je přesto spousta problémů a výdajů. Oficiální práce na Hubble začaly v 70. letech, ale zpoždění ji po celá desetiletí udržovala na zemi. Také to stálo a hodně peněz: Zhruba 19,5 miliardy USD Celkem v letech 1977 až 2021, v dnešních dolarech. (Provozní náklady jsou asi 100 milionů dolarů ročně V posledních letech, ale Hubble čelí škrty v rozpočtu.) JWST byla 10 miliard dolarů před tím, než se spustila, a spuštění přispívá k celkové ceně projektu ročně asi 170 milionů dolarů.
Porovnejte to s extrémně velkým dalekohledem Evropské jižní observatoře, tj. ELT, 39 metrů monstrum, které je v současné době ve výstavbě To má odhadovaný rozpočet pod 2 miliardy dolarů. Stavba na zemi je jednodušší, vyžaduje méně testování a je to více odolných proti chybám, což umožňuje mnohem více třesku za babku.
Schopnosti pozemních versus vesmírných dalekohledů se však liší. Obecně lze říci, že velké dalekohledy mohou shromažďovat hodně světla a vidět slabé struktury, ale kromě ELT nemají rozlišení svých kosmických protějšků a nevidí světlo mimo okno průhlednosti vzduchu naší planety. Také ne každé pozorování musí být provedeno z vesmíru; Mnoho z nich lze udělat dobře ze země a uvolnit čas na dražší a pevně naplánované kosmické dalekohledy.
Hodit tyto dva druhy zařízení proti sobě – proč jeden má, když můžeme mít druhého? – je špatný způsob, jak o tom přemýšlet. Ne soutěžit;; oni doplněk. Společně poskytují mnohem jasnější pohled na kosmos, než se mohou sami dát. Astronomie potřebuje obojí.
