• Пн. Июн 14th, 2021

Какие космические секреты откроет римский телескоп?

Какие космические секреты откроет римский телескоп?

Какие космические секреты откроет римский телескоп?.

В 2025 году НАСА активизирует свою космическую астрономическую игру, запустив Нэнси Грейс Римское пространство Телескоп — или же Римский космический телескоп (RST) для краткости. Как только он установит стабильную орбиту в точке Лагранжа L2 Солнце-Земля, он присоединится к множеству других космических обсерваторий (некоторые старые, некоторые новые), которые также посвящены поиску ответов на загадки Вселенной..

Например, Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), запуск запланирован на 31 октября.ул, 2021 г., будет работать в тандеме с Роман для исследования частей Вселенной, которые видны только в инфракрасном диапазоне. Он также присоединится к трем «Великим обсерваториям», которые все еще действуют, включая Рентгеновская обсерватория Чандра и Гамма-обсерватория Комптона (CGRO).

Но самое главное, Римский космический телескоп присоединится к своему предшественнику, достопочтенному Космический телескоп Хаббла. В RST был разработан, чтобы стать назначенной миссией-преемником Хаббл и опираться на фундамент, заложенный его предшественником..

В Роман включает Главное зеркало 2,4 метра (94,5 дюйма) (такое же, как Хаббл), многодиапазонная камера, способная улавливать свет в видимой и ближней инфракрасной частях спектра — Широкопольный инструмент (WFI) — и высококонтрастная камера / спектрометр, оснащенная технологией подавления звездного света — Коронографический инструмент (CGI).

Такое сочетание проверенной временем оптики и передовых технологий позволит NST изучить Вселенную с такой же четкостью изображения, как и Хаббл но с полем зрения в 100 раз больше. Итак, какие именно явления будут Роман использовать эти возможности нового поколения для обучения? Какие секреты ожидается раскрыть?

Почетное имя

Первоначально НАСА планировало назвать этот телескоп следующего поколения Широкопольный инфракрасный космический телескоп (ПЕРВЫЙ). Название было подходящим, поскольку в нем заключены основные черты обсерватории. Однако на 20 мая 2020, НАСА объявило, что они движутся в новом направлении и дали WFIRST собственное имя..

Как и его предшественники, Хаббл, Кеплер, Спитцер, то Обсерватория Нила Герелса Свифта, и скоро будет запущен Джеймс Уэбб, НАСА хотело иметь название, которое отражало бы характер его миссии, а также отдавало дань уважения ученым, которые помогли воплотить его в жизнь. Поскольку WFIRST станет естественным преемником Хаббл, они правильно решили назвать его в честь «Матери Хаббла».

Это имя удостоено Нэнси Грейс Роман, первого главного астронома НАСА, неутомимого преподавателя и защитника интересов женщин в STEM, а также ученого, заложившего основу для космических телескопов. За свои усилия Роман получил прозвище «мать Хаббла».

Роман родился в Нэшвилле, штат Теннесси, в 1925 году. Он рано продемонстрировал астрономические способности и решил заняться астрономией в качестве карьеры. Несмотря на сопротивление бесчисленных людей, которые говорили ей: «Девочки не становятся астрономами», она последовала за своей мечтой в Свортмор-колледж, где изучала астрономию и работала в обсерватории Спраула..

В 1946 году она начала свою аспирантуру в Чикагском университете во время исследований в обсерваториях Йеркса и Макдональда (в Висконсине и Техасе), в конечном итоге получив должность доцента. Но из-за отсутствия штатных должностей, доступных для женщин, в 1954 году она заняла должность в Военно-морской исследовательской лаборатории (NRL)..

В течение трех лет Роман возглавила секцию микроволновой спектроскопии ARL благодаря своему вкладу в развивающуюся область радиоастрономии. Она также много путешествовала, чтобы читать лекции о своих исследованиях, которые привлекли внимание недавно созданного Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА)..

В 1959 году она присоединилась к НАСА, всего через шесть месяцев после основания агентства, и возглавила их программу наблюдательной астрономии. Как она позже напишет в мемуарах опубликовано в 2018 г., «Шанс начать с чистого листа и наметить программу, которая, как я думал, будет влиять на астрономию на пятьдесят лет, было больше, чем я мог сопротивляться».

К 1960-м годам она стала первым руководителем отдела астрономии в НАСА. Управление космических наук (OSS). Она много путешествовала по США, чтобы напрямую общаться со студентами-астрономами и продвигать программы НАСА. Она также создала комитет, посвященный реализации космического телескопа, который не будет ограничен атмосферными возмущениями или погодными условиями..

Во время многочисленных выступлений и лекций, которые она читала на протяжении многих лет, она призывала студентов присоединиться к области STEM, чтобы удовлетворить их врожденное любопытство. «Если вам нравятся головоломки», — сказала она однажды, — «наука или инженерия могут стать для вас полем, потому что научные исследования и инженерия — это непрерывная серия решений головоломок».

Нэнси Роман из НАСА. Источник: НАСА / ЕКА

Ее усилия в конечном итоге убедили НАСА и Конгресс США сделать космический телескоп своим приоритетом. В 1990 году ее мечта осуществилась с запуском самого революционного космического телескопа из когда-либо построенных — Космический телескоп Хаббла. Из-за роли, которую она сыграла в его создании, доктор Роман получил прозвище «Мать Хаббла».

В виде Хаббла назначенного преемника, казалось вполне естественным, что миссия WFIRST должна быть названа в честь доктора Нэнси Грейс Роман, которая скончалась в 2018 году..

В Научный институт космического телескопа (STScI), расположенный в Балтиморе, который курирует ХабблНаучные операции, также будет контролировать Джеймс Уэбб а также Роман телескопы, когда они находятся в эксплуатации. Директору ГИБДД доктору Кеннету Сембаху пришлось сказать о выборе имени:

«Доктор. Нэнси Грейс Роман была опытным ученым и лидером, а также стойкой защитницей Хаббла и других Великих обсерваторий НАСА. Она также решительно поддержала создание STScI. Мы думали о ней как о коллеге и друге и были рады приветствовать ее в Институте на нашем ежегодном весеннем научном симпозиуме в 2017 году....

«Для нас большая честь быть частью ее непреходящего наследия. Вся наша команда готова поддержать астрономическое сообщество и гарантировать, что Римский космический телескоп полностью раскроет свой научный потенциал ».

Подходящий преемник

Как уже отмечалось, RST будет обладать чувствительностью и способностью покрывать большую зону обзора, что дает ему возможность съемки, равную «100 Хабблов.Это стало возможным благодаря 18 квадратным детекторам телескопа, каждый с 4096 × 4096 пикселей, которые позволяют RST покрывать площадь примерно в 1,33 раза больше размера полной Луны (тогда как Хаббл покрывала площадь около 1% диаметра полной луны).

WFI использует 300-мегапиксельную камеру для захвата изображений в многополосной ближней инфракрасной части спектра. Тем временем CGI будет подавлять свет, исходящий от далеких звезд, который в противном случае затруднил бы обнаружение более мелких и более тусклых объектов. В совокупности эти инструменты позволят Роман чтобы увидеть части Вселенной, которые иначе были бы невидимы.

Еще одно преимущество RST — его гало-орбита в точке Лагранжа L2 Солнце-Земля, примерно 1,6 миллиона км (1 миллион миль) от Земли. Это даст ему беспрепятственный обзор космоса и возможность проводить наблюдения практически непрерывно..

В RST ожидается, что за пятилетнюю миссию соберет около 20 петабайт (ПБ) данных — это 2,0 × 1016 байтов! Для сравнения: Библиотека Конгресса США (одна из крупнейших библиотек в мире) содержит примерно 15 терабайт (ТБ) данных — или 1,5 × 1013. Это значит, что Роман будет собирать данные, эквивалентные более чем 2666 библиотекам Конгресса в год!

В целом ожидается, что RST сделает несколько открытий, которые приведут к успехам во многих областях астрофизики. Это будет включать открытие тысяч планет за пределами Солнечной системы и их описание, что поможет завершить растущую перепись экзопланет..

Есть также способ, которым это позволит астрономам изучать кометы, астероиды, карликовые планеты и «Океанские миры»Прямо в нашем собственном дворе. Помимо всего этого, RST пробьет завесу космического «Темные века»И раскрыть, что происходило в самые ранние эпохи Вселенной..

Короче говоря, астрономы надеются, что RST ответит на некоторые из самых глубоких и сложных вопросов о нашей Вселенной — одиноки ли мы? Как и когда все началось? Как она развивалась с тех пор? Когда образовались первые галактики? Что мы на самом деле знаем обо всем этом?

Объекты ближе к дому

Роман’Ожидается, что наблюдения позволят многое узнать о Солнечной системе и о типах содержащихся в ней объектов. Это особенно верно в отношении Пояс Койпера, массивное кольцо из обломков и айтероидов, которое находится на краю Солнечной системы. Использование его ИК-фильтров, что позволит телескопу отображать большую часть ближнего инфракрасного диапазона K, который простирается от 2,0 до 2,4 микрон., Роман сможет изучить эти маленькие темные предметы и лучше понять их состав..

Как и Главный пояс астероидов и многие другие семейства астероидов в Солнечной системе, объекты в этой области, по сути, являются остатками материала протопланетного диска, который вращался вокруг нашего Солнца примерно 4,5 миллиарда лет назад. Этот материал, состоящий из газов, кремнезема и более тяжелых элементов, сам был остатком от рождения Солнца..

В течение следующих нескольких сотен миллионов лет этот материал образовал планеты нашей Солнечной системы. В то время как более плотные и более каменистые астероиды сегодня встречаются в Главном поясе (или вокруг различных планет), считается, что пояс Койпера состоит в основном из объектов с более высоким содержанием летучих (например, воды, аммиака, метана, углекислого газа и т. Д.)..

Поскольку объекты пояса Койпера (KBO) остались в основном неизменными с первых дней существования Солнечной системы, их изучение покажет, как формировалась и развивалась наша система. Изучение этого региона также позволит лучше понять долгопериодические кометы, которые, как известно, происходят здесь и, как полагают, сыграли жизненно важную роль в распределении воды по всей Солнечной системе..

Он также может раскрыть больше в виде транснептуновых объектов (TNO), некоторые из которых могут быть достаточно большими, чтобы их можно было классифицировать как карликовые планеты (или планетоиды). С начала 2000-х годов и открытия TNO, сравнимых по размеру с Плутоном (Седна, Эрида, Хаумеа, Макемаке и т. Д.), Ученые задавались вопросом, сколько еще этих меньших планет может быть там..

Объекты по соседству

Одна из самых захватывающих вещей Роман сможет делать прямые снимки маленьких каменистых планет, которые вращаются ближе к своим звездам. Здесь, как ожидается, будут обнаружены планеты, похожие на Землю, которые вращаются в околосолнечной зоне обитаемости (HZ) звезды. Однако получить изображения этих планет довольно сложно из-за ограничений современных инструментов..

Это где Роман’Передовая оптика и технология коронографа будут иметь решающее значение. Обладая необходимой чувствительностью для разрешения отдельных планет и блокирования затемняющего света родительских звезд, а также межзвездной пыли и газа, которые поглощает видимый свет, RST сможет характеризовать их атмосферу, определять их химический состав и определять потенциальные признаки жизни (также известные как «биосигнатуры»).

Он также будет работать совместно с другими обсерваториями, используя набор инфракрасных камер и широкое поле зрения для идентификации различных объектов для последующих исследований. Обсерватории, такие как JWST или Hubble, будут проводить их, используя преимущества своего различного диапазона возможностей построения изображений — например, JWST может видеть больше инфракрасного спектра..

Роман также позволит проводить исследования экзопланет с использованием метода гравитационного микролинзирования. Этот метод использует эффект, предсказанный Общей теорией относительности Эйнштейна, когда свет от удаленного источника усиливается (или «линзируется») гравитационной силой промежуточного объекта..

В этом случае астрономы будут использовать «звезду-линзу», проходящую между их лучом зрения и более далекой «звездой-источником», чтобы усилить свет, исходящий от последней. Это позволяет им обнаруживать вращающиеся планеты на основе усиленного света, отраженного их атмосферой и поверхностью..

Роман также воспользуется транзитом. Это когда свет от звезды периодически тускнеет, потому что ее лицо пересекает планета. Используя эти два метода, НАСА оценивает, что Роман мог обнаружить 100000 экзопланет.

РоманУсовершенствованный ИК-пакет также позволит ему изучать диски околозвездных обломков. Согласно наиболее широко распространенной теории, планеты образуются из материи, аккрецирующей с этих дисков. К сожалению, такие диски очень трудно визуализировать в видимом свете, но они ярко излучают в инфракрасном спектре. Просматривая больше этих систем, Роман будут свидетелями планетных систем, которые все еще находятся на ранних этапах формирования.

В прошлом прямая визуализация и микролинзирование редко использовались для исследования экзопланет. Благодаря РоманЧувствительности и инструментов, он сможет завершить перепись экзопланет, Кеплер начал и получить более полное представление об архитектуре планетных систем, что даст подсказки о формировании планет и их обитаемости..

В центре Млечного Пути

Другая часть Вселенной, которую Роман прольет свет на центр нашей собственной галактики. Прямо сейчас астрономам трудно наблюдать сердце Млечного Пути из-за межзвездной среды (ISM). ISM, состоящий из облаков пыли и газа, которые дрейфуют между звездами, рассеивает и поглощает свет..

Поскольку Солнечная система встроена в диск Млечного Пути, мы видим центр нашей галактики с ребра. К тому времени, когда свет прошел из сердца галактики и достиг Земли (примерно 26 000 световых лет), он рассеивается до такой степени, что становится бесполезным для наших инструментов. Однако инфракрасный свет может более свободно проходить через эти облака, потому что он распространяется более длинными волнами..

РоманИК-фильтры смогут улавливать этот свет через облака пыли, которые в три раза плотнее, чем раньше, что поможет нам больше узнать о структуре и населении Млечного Пути. В частности, астрономы с нетерпением ждут возможности наблюдать за центром нашей галактики в течение коричневые карлики — класс «неудавшихся звезд», которые не были достаточно массивными, чтобы подвергнуться ядерному синтезу.

Хорошо известно, что когда звезды подвергаются гравитационному коллапсу в конце своей жизни (и взрываются в виде сверхновой), они засевают свое окружение новыми элементами, которые со временем формируются внутри них. Считается, что этот процесс влияет на формирование звезд и планет вблизи галактического центра..

Какие космические секреты откроет римский телескоп?
Художественная визуализация римского космического телескопа Нэнси Грейс (RST). Источник: НАСА

Изучая состав коричневых карликов в этом регионе, астрономы узнают больше об объектах, расположенных недалеко от сердца нашей галактики, и проведут сравнения с объектами, расположенными в спиральных рукавах. Еще раз, это даст ценную информацию о том, как эволюционируют галактики, подобные нашей..

«Темная» вселенная

RST также будет наблюдать миллиарды звездных систем и галактик, чтобы нанести на карту их трехмерное положение, что позволит астрономам измерить, как их распределение изменилось с течением времени. При этом, Роман предоставит еще один способ измерения скорости расширения космоса (также известного как Постоянная Хаббла-Леметра) за последние 13 миллиардов лет.

Это могло бы устранить расхождения с предыдущими измерениями и позволить астрономам установить более жесткие ограничения на темную энергию. Он также будет исследовать сверхновые звезды и скопления галактик, отображая распределение галактик в трех измерениях. Эти исследования наложат более жесткие ограничения на роль Темной Энергии в космической эволюции..

Роман также будет использовать технику, известную как слабое гравитационное линзирование, при котором галактики изменяют кривизну пространства-времени вокруг себя, заставляя свет искривляться при его прохождении. Этот метод будет полезен для измерения массы галактик, предоставив новые возможности для проверки общей теории относительности и определения того, какая часть из них является темной материей..

Согласно современным космологическим моделям, темная материя и темная энергия составляют 95% от общего массоэнергетического содержания Вселенной. Хотя эти явления были выведены из обширных наблюдений и испытаний с использованием общей теории относительности, полная степень ее роли в эволюции Вселенной остается неопределенной..

К началу времени!

РоманКомплект инфракрасного излучения позволит ему наблюдать свет на частотах от видимого (V-диапазон) до ближнего инфракрасного диапазона K. Это соответствует длинам волн от 0,5 до 2,3 микрон (мкм) и температурам до 773 ° С (1425 ° F). Как сказал Джордж Хелу, директор Инфракрасный центр обработки и анализа (IPAC) в Калтехе, объяснил:

«Роман будет видеть вещи, которые в 100 раз слабее, чем могут видеть лучшие наземные исследования в K-диапазоне, из-за преимуществ космоса для инфракрасной астрономии. Невозможно предсказать все загадки, которые Роман поможет разгадать с помощью этого фильтра ».

В дополнение к более тусклым звездам, дискам обломков и коричневым карликам эти возможности позволят Роман изучить Вселенную в том виде, в каком она появилась всего через полмиллиарда лет после Большого взрыва (считается, что ее возраст составляет около 4% от ее нынешнего возраста). Это совпадает с космическими «темными веками», когда формировались первые звезды и галактики, постепенно рассеивая горячую плазму, пронизывающую Вселенную..

Когда сформировались первые галактики, они выпустили достаточно фотонов, чтобы рассеять эту плазму, что и делает раннюю Вселенную «темной». Изучая эти структуры, когда они вышли из тьмы, Роман сможет изучить, как эти галактики эволюционировали с тех пор, и как материя структурирована и распределяется по космосу..

Впереди захватывающие времена

Как вы, наверное, догадались, Римский космический телескоп имеет амбициозные цели. Вдобавок ко всему, у него есть довольно большие туфли, которые нужно заполнить — так как он идет по пятам Хаббл а также Кеплер. Тем не менее, от этой обсерватории с метким названием ожидаются большие успехи, и то, что она готова раскрыть, будет не чем иным, как новаторским..

Спустя годы (или десятилетия) ожидания ученые, наконец, смогут ответить на те вопросы, которые не давали им уснуть по ночам. Вопросы вроде:

  • Как зародилась жизнь в нашей Солнечной системе?
  • Есть ли еще обитаемые планеты??
  • Что лежит в основе галактики Млечный Путь?
  • Как эволюционировали галактики за последние 13 миллиардов лет?
  • Какую роль в космической эволюции сыграли темная материя и темная энергия??

RST — одна из нескольких обсерваторий следующего поколения, которые выйдут в космос в этом десятилетии. Несколько наземных телескопов, оснащенных новейшей оптикой и передовыми технологиями, также вступят в строй до конца 2020-х годов. В сочетании с улучшениями в обмене данными и анализе маловероятно, что какая-либо часть Вселенной будет для нас «темной» надолго.!