Mums, cilvēkiem, ir negausīgs izsalkums izprast Visumu. Kā sacīja Karls Sagans, “izpratne ir ekstazī”. Bet, lai saprastu Visumu, mums ir nepieciešami labāki un labāki veidi, kā to novērot. Un tas nozīmē vienu lietu: lieli, milzīgi, milzīgi teleskopi.
Šajā sērijā mēs apskatīsim gaidāmos pasaules super teleskopus:
- Milzu Magelāna teleskops
- Pārlieku lielais teleskops
- 30 metru teleskops
- Eiropas īpaši lielais teleskops
- Lielais sinoptisko pētījumu teleskops
- Džeimsa Veba kosmiskais teleskops
- Plaša lauka infrasarkano staru teleskops
Ir viegli aizmirst Habla kosmiskā teleskopa ietekmi uz mūsu zināšanu stāvokli par Visumu. Faktiski tas varētu būt labākais tā panākumu mērījums: mēs Hablu un visu, ko no tā esam iemācījušies, uzskatām par pašsaprotamu. Bet tiek izstrādāti citi kosmosa teleskopi, ieskaitot WFIRST, kas būs daudz jaudīgāki nekā Habla. Cik tālu šie teleskopi paplašinās mūsu izpratni par Visumu?
"WFIRST ir potenciāls atvērt mūsu acis uz Visuma brīnumiem, tieši tāpat kā Habla." - Džons Grunsfelds, NASA Zinātniskās misijas direktorāts
WFIRST varētu būt Habla patiesais pēctecis, kaut arī Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST) par tādu bieži tiek pieminēts. Bet var būt nepareizi pat WFIRST saukt par teleskopu; precīzāk to sauc par astrofizikas observatoriju. Tas ir tāpēc, ka viens no tās primārajiem zinātnes mērķiem ir izpētīt tumšo enerģiju, diezgan noslēpumaino spēku, kas virza Visuma paplašināšanos, un Dark Matter - grūti pamanāmu vielu, kas palēnina šo paplašināšanos.
WFIRST būs 2,4 metru spogulis, tāda paša izmēra kā Habls. Bet tam būs kamera, kas paplašinās šī spoguļa jaudu. Platleņķa lauka instruments ir 288 megapikseļu daudzjoslu gandrīz infrasarkanā kamera. Tiklīdz tas darbosies, tas uzņems tikpat asus attēlus kā Habla attēli. Tomēr ir viena milzīga atšķirība: platleņķa lauka instruments uztver attēlus, kas vairāk nekā 100 reizes pārklāj debesis, kuras to dara Habla.
Līdztekus platleņķa lauka instrumentam WFIRST būs koronogrāfiskais instruments. Koronogrāfiskais instruments sekmēs eksoplanetu izpēti. Tā izmantos filtru un masku sistēmu, lai bloķētu citu zvaigžņu gaismu un virzītos uz planētām, kuras riņķo ap šīm zvaigznēm. Tas ļaus ļoti detalizēti izpētīt eksoplanetu atmosfēru, kas ir viens no galvenajiem veidiem, kā noteikt apdzīvojamību.
WFIRST ir paredzēts izlaist 2025. gadā, lai gan vēl ir par drīzu noteikt precīzu datumu. Bet, palaižot to, WFIRST plāno ceļot uz Saules-Zemes LaGrange punktu 2 (L2.) L2 ir gravitācijas līdzsvarots punkts telpā, kur WFIRST var veikt savu darbu bez traucējumiem. Paredzēts, ka misijas ilgums būs aptuveni 6 gadi.
"WFIRST ir potenciāls atvērt mūsu acis uz Visuma brīnumiem, tieši tāpat kā Habla," sacīja Džons Grunsfelds, astronauts un NASA Zinātnes misijas direktorāta asociētais administrators galvenajā mītnē Vašingtonā. "Šī misija unikāli apvieno spēju atklāt un raksturot planētas ārpus mūsu pašu Saules sistēmas ar jutīgumu un optiku, lai plaši un dziļi skatītos Visumā, cenšoties atšķetināt tumšās enerģijas un tumšās matērijas noslēpumus."
Īsumā ir divi priekšlikumi par to, kas var būt tumšā enerģija. Pirmais ir kosmoloģiskā konstante, kurā tumšā enerģija ir vienota visā kosmosā. Otrais ir tas, ko sauc par skalārajiem laukiem, kur tumšās enerģijas blīvums var atšķirties laikā un telpā.
Kopš 1990. gadiem novērojumi mums ir parādījuši, ka Visuma paplašināšanās paātrinās. Šis paātrinājums sākās apmēram pirms 5 miljardiem gadu. Mēs domājam, ka Dark Energy ir atbildīga par šo paātrināto paplašināšanos. Nodrošinot tik lielus, detalizētus kosmosa attēlus, WFIRST ļaus astronomiem plānot paplašināšanos laika gaitā un lielos apgabalos. WFIRST precīzi mērīs arī miljonu galaktiku formas, pozīcijas un attālumus, lai izsekotu kosmisko struktūru, ieskaitot galaktiku kopas un tām pievienoto Tumšo vielu, izplatību un augšanu. Cerība ir tāda, ka tas dos mums nākamo izpratnes līmeni attiecībā uz Dark Energy.
Ja tas viss izklausās pārāk sarežģīti, paskatieties uz to šādi: Mēs zinām, ka Visums paplašinās, un mēs zinām, ka paplašināšanās paātrinās. Mēs vēlamies zināt, kāpēc un kā tas paplašinās. Mēs esam piešķīruši vārdu “Dark Energy” spēkam, kas virza šo paplašināšanos, un tagad mēs vēlamies uzzināt vairāk par to.
Tumšā enerģija un Visuma paplašināšanās ir milzīgs noslēpums un jautājums, kas aizrauj kosmologus. (Viņi tiešām vēlas zināt, kā beigsies Visums!) Bet daudziem no mums pārējiem vēl svarīgāks ir cits jautājums: vai mēs Visumā esam vieni?
Uz to nebūs ātru atbildi, taču jebkura atbilde, ko mēs atrodam, sākas ar eksoplanētu izpēti, un tas ir kaut kas, ar ko WFIRST arī izceļas.
“WFIRST ir izstrādāts, lai pievērstos zinātnes jomām, kuras astronomiskā sabiedrība ir noteikusi par galvenajām prioritātēm,” sacīja NASA Astrofizikas nodaļas Vašingtonā direktors Pols Hercs. “Platleņķa instruments ļaus teleskopam uzņemt vienu attēlu ar Habla dziļumu un kvalitāti, taču tas 100 reizes pārsniedz laukumu. Koronogrāfs sniegs revolucionāro zinātni, uztverot vājos, bet tiešos attālās gāzveida pasaules un superzemes attēlus. ”
"Koronogrāfs sniegs revolucionāro zinātni, uztverot vājos, bet tiešos attālās gāzveida pasaules un superzemes attēlus." - Pols Hercs, NASA astrofizikas nodaļa
Grūtības eksoplanētu izpētē rada tas, ka tās visas ir zvaigznes, kas riņķo apkārt. Zvaigznes ir tik spilgtas, ka to planētas nav iespējams redzēt nevienā detaļā. Tas ir tāpat kā skatīties bākas jūdžu attālumā un mēģināt izpētīt kukaiņu bākas tuvumā.
Koronogrāfiskais instruments uz WFIRST klāja būs izcils, bloķējot tālu zvaigžņu gaismu. Tas tiek darīts ar spoguļu un masku sistēmu. Tas padara eksoplanetu izpēti iespējamu. Eksoplanētu īpašības var pārbaudīt tikai tad, kad tiek apstrādāta zvaigznes spēja.
Tas ļaus detalizēti izmērīt eksoplanētas atmosfēras ķīmisko sastāvu. To darot tūkstošiem planētu, mēs varam saprast planētu veidošanos ap dažāda veida zvaigznēm. Tomēr koronogrāfiskajam instrumentam ir daži ierobežojumi.
Koronogrāfiskais instruments bija sava veida novēlots papildinājums WFIRST. Daži no citiem WFIRST instrumentiem nav optimizēti darbam ar to, tāpēc tā darbībai ir daži ierobežojumi. Tajā varēs studēt tikai gāzes giganti, un tā saucamās Super-Zemes. Šīm lielākajām planētām nav nepieciešams tik daudz smalkumu, lai tās izpētītu, vienkārši to lieluma dēļ. Zemei līdzīgās pasaules, iespējams, atradīsies ārpus koronogrāfiskā instrumenta spēka.
Šie ierobežojumi ilgtermiņā nav nekas liels. Coronagraph faktiski ir vairāk kā tehnoloģiju demonstrācija, un tas nepārstāv eksoplanētas pētījumu gala spēli. Tas, kas tiks iemācīts no šī instrumenta, mums nākotnē palīdzēs. Iespējams, ka kādu dienu, iespējams, desmitiem gadu vēlāk, WFIRST būs pēctecis, un līdz tam laikam Coronagraph tehnoloģija būs daudz progresējusi. Tajā nākotnē varētu būt iespējams tieši Zemei līdzīgu eksoplanētu momentuzņēmumi.
Bet varbūt mums nevajadzēs tik ilgi gaidīt.
Ir plāns uzlabot koronagrāfa efektivitāti WFIRST, kas ļautu tam attēlot Zemei līdzīgas planētas. To sauc par EXO-S Starshade.
EXO-S Starshade ir 34 m diametra dislocējama ēnojumu sistēma, kas bloķēs starlight no WFIRST funkciju pasliktināšanās. Tas faktiski būtu atsevišķs kuģis, kas palaists atsevišķi un nosūtīts ceļā, lai satiktos ar WFIRST L2. Tas nebūtu piesiets, bet orientētos WFIRST caur kameru un virzienrādītāju sistēmu. Faktiski daļa no Starshade spēka ir tāda, ka tā būtu aptuveni 40 000 līdz 50 000 km attālumā no WFIRST.
Tumšā enerģija un eksoplanetes ir WFIRST prioritātes, taču vienmēr ir citi atklājumi, kas gaida labākus teleskopus. Nav iespējams paredzēt visu, ko mēs uzzināsim no WFIRST. Tā kā attēli ir tik detalizēti kā Habla, bet simtreiz lielāki, mēs gaida dažus pārsteigumus.
"Šī misija apsekos Visumu, lai atrastu visinteresantākos objektus." - Neils Gehrels, WFIRST projekta zinātnieks
“Papildus aizraujošajām tumšās enerģijas un eksoplanētu iespējām WFIRST visiem astronomiem nodrošinās izsmalcinātu datu krātuvi,” sacīja Neils Gehrels, WFIRST projekta zinātnieks NASA Goddard kosmosa lidojumu centrā Grīnbeltā, Mērilendā. "Šī misija apsekos Visumu, lai atrastu visinteresantākos objektus."
Tā kā visi super teleskopi nākamajos pāris gados parādīsies tiešsaistē, mēs varam sagaidīt pārsteidzošus atklājumus. Pēc 10 līdz 20 gadiem mūsu zināšanas būs ievērojami progresējušas. Ko mēs uzzināsim par Dark Matter un Dark Energy? Ko mēs uzzināsim par eksoplanētu populācijām?
Pašlaik šķiet, ka mēs tikai tiecamies uz labāku izpratni par šīm lietām, bet ar WFIRST un citiem super teleskopiem mēs esam gatavi mērķtiecīgākiem pētījumiem.
