Mums, žmonėms, yra nepasotinamas alkis suprasti Visatą. Kaip sakė Carlas Saganas, „supratimas yra ekstazė“. Tačiau norint suprasti Visatą, reikia geresnių ir geresnių būdų ją stebėti. Ir tai reiškia vieną dalyką: didelius, didžiulius, milžiniškus teleskopus.
Šioje serijoje apžvelgsime būsimus pasaulio super teleskopus:
- Milžiniškojo Magelano teleskopas
- Be galo didelis teleskopas
- 30 metrų teleskopas
- Europos nepaprastai didelis teleskopas
- Didelis apžvalgos teleskopas
- Džeimso Webbo kosminis teleskopas
- Plačiajuosčio lauko infraraudonųjų spindulių teleskopas
Nesunku pamiršti Hablo kosminio teleskopo įtaką mūsų žinių apie Visatą būsenai. Tiesą sakant, tai gali būti geriausias jo sėkmės matas: mes laikome „Hubble“ ir viską, ko mes iš jo sužinojome, savaime suprantamu dalyku. Tačiau kuriami kiti kosminiai teleskopai, įskaitant WFIRST, kurie bus daug galingesni nei „Hablo“. Kiek šie teleskopai praplės mūsų supratimą apie Visatą?
„WFIRST turi galimybę atverti mūsų akis į visatos stebuklus, panašiai kaip tai daro Hablas“. - Johnas Grunsfeldas, NASA mokslo misijos direktoratas
WFIRST gali būti tikrasis Hablo įpėdinis, nors Džeimso Webbo kosminis teleskopas (JWST) dažnai minimas kaip toks. Bet gali būti neteisinga net vadinti WFIRST teleskopu; tiksliau tai vadinti astrofizikos observatorija. Taip yra todėl, kad vienas iš svarbiausių mokslo tikslų yra studijuoti tamsiąją energiją, tą gana paslaptingą jėgą, kuri skatina Visatos plėtimąsi, ir Tamsiąją medžiagą, sunkiai aptinkamą medžiagą, kuri lėtina tą plėtrą.
„WFIRST“ turės 2,4 metro veidrodį, tokio pat dydžio kaip „Hablas“. Bet ji turės kamerą, kuri padidins to veidrodžio galią. Plačiajuosčio lauko priemonė yra 288 megapikselių daugiajuostė artimųjų infraraudonųjų spindulių kamera. Pradėjęs veikti, jis užfiksuos tokius pat aštrius vaizdus kaip ir „Hablo“ vaizdai. Tačiau yra vienas didžiulis skirtumas: plačiajuosčio lauko instrumentas užfiksuos vaizdus, kurie virš 100 kartų viršija dangų, kurį daro Hablas.
Greta plačiajuosčio lauko instrumento, WFIRST turės ir koronagrafinį instrumentą. Koronagrafinis instrumentas paspartins egzoplanetų tyrimą. Jis sunaudos filtrų ir kaukių sistemą, kad pašalintų kitų žvaigždžių šviesą ir prisijaukintų planetas, besisukančias aplink žvaigždes. Tai leis labai išsamiai ištirti egzoplanetų atmosferą - vieną iš pagrindinių būdų nustatyti tinkamumą.
WFIRST planuojama paleisti 2025 m., Nors dar per anksti, kad būtų nustatyta tiksli data. Bet kai jis paleidžiamas, WFIRST planuoja keliauti į Saulės ir Žemės „LaGrange“ tašką 2 (L2.). L2 yra gravitaciniu požiūriu subalansuotas taškas erdvėje, kuriame WFIRST gali atlikti savo darbą be trikdžių. Misija truks apie 6 metus.
„WFIRST turi potencialą atverti savo akis į visatos stebuklus, panašiai kaip tai daro Hablas“, - sakė Johnas Grunsfeldas, astronautas ir NASA Mokslo misijos direktorato asocijuotasis administratorius būstinėje Vašingtone. „Ši misija unikaliai sujungia sugebėjimą atrasti ir apibūdinti mūsų Saulės sistemos ribose esančias planetas su jautrumu ir optika, norint plačiai ir giliai pažvelgti į visatą, siekiant išsiaiškinti tamsiosios energijos ir tamsiosios medžiagos slėpinius.“
Trumpai tariant, yra du pasiūlymai, kas gali būti tamsi energija. Pirmoji yra kosmologinė konstanta, kurioje tamsiosios energijos yra vienodos visame kosmose. Antrasis yra vadinamasis skaliarinis laukas, kuriame tamsiosios energijos tankis gali skirtis laike ir erdvėje.
Nuo 1990 m. Stebėjimai mums parodė, kad Visatos plėtimasis įsibėgėja. Tas pagreitis prasidėjo maždaug prieš 5 milijardus metų. Mes manome, kad „Dark Energy“ yra atsakinga už tą paspartintą plėtrą. Pateikdamas tokius didelius, išsamius kosmoso vaizdus, „WFIRST“ leis astronomams nubraižyti plėtrą bėgant laikui ir didelėse teritorijose. WFIRST taip pat tiksliai išmatuos milijonų galaktikų formas, padėtis ir atstumus, kad galėtų atsekti kosminių struktūrų, įskaitant galaktikų grupes ir jas lydinčią tamsiąją medžiagą, pasiskirstymą ir augimą. Tikimės, kad tai suteiks mums kitą supratimo lygį, kalbant apie „Dark Energy“.
Jei visa tai skamba per daug sudėtingai, pažvelkite į tai taip: Mes žinome, kad Visata plečiasi, ir mes žinome, kad plėtra greitėja. Norime žinoti, kodėl ir kaip ji plečiasi. Šią plėtrą skatinančiai jėgai suteikėme pavadinimą „Tamsioji energija“, o dabar norime sužinoti daugiau apie tai.
Tamsi energija ir Visatos plėtimasis yra didžiulė paslaptis ir klausimas, kuris varo kosmologus. (Jie tikrai nori žinoti, kuo baigsis Visata!) Tačiau daugeliui kitų mums dar svarbesnis yra kitas klausimas: ar mes Visatoje vieni?
Į tą greitą atsakymą nebus, bet bet koks atsakymas, kurį rasime, prasideda nuo egzoplanetų studijavimo, ir tai yra kažkas, kas WFIRST taip pat puikiai tiks.
„WFIRST yra skirtas mokslo sritims, kurias astronomijos bendruomenė laiko prioritetinėmis,“ - teigė NASA Astrofizikos skyriaus Vašingtone direktorius Paulius Hertzas. „Plačiajuostis instrumentas suteiks teleskopui galimybę užfiksuoti vieną vaizdą su Hablo gyliu ir kokybe, tačiau apimantis 100 kartų didesnį plotą. Koronografas pateiks revoliucinį mokslą, fiksuodamas silpnus, bet tiesioginius tolimų dujinių pasaulių ir superžemių vaizdus. “
„Karūnagrafas teiks revoliucinį mokslą, fiksuojantį silpnus, bet tiesioginius tolimų dujinių pasaulių ir superžemių vaizdus“. - Paulius Hertzas, NASA astrofizikos skyrius
Studijuojant egzoplanetas sunku, kad visos jos yra aplink orbitą skriejančios žvaigždės. Žvaigždės yra tokios ryškios, kad neįmanoma pamatyti jų planetų. Tai yra tarsi spoksoti į švyturį mylios atstumu ir bandyti tyrinėti vabzdį šalia švyturio.
„WFIRST“ įmontuotas koronagrafinis instrumentas bus puikus blokuojant tolimų žvaigždžių šviesą. Tai daro su veidrodžių ir kaukių sistema. Būtent tai leidžia studijuoti egzoplanetas. Exoplanetų savybes galima ištirti tik tada, kai bus tiriama nuo žvaigždės sklindanti šviesa.
Tai leis išsamiai išmatuoti egzoplanetos atmosferos cheminę sudėtį. Atlikdami tai tūkstančiams planetų, galime suprasti, koks yra planetų susidarymas aplink skirtingų rūšių žvaigždes. Tačiau yra keletas koronagrafinio instrumento apribojimų.
Koronagrafinis instrumentas buvo tarsi vėlyvas WFIRST papildymas. Kai kurie kiti „WFIRST“ prietaisai nėra optimizuoti darbui su juo, todėl jo veikimui yra keletas apribojimų. Tai galės mokytis tik dujų milžinai, ir vadinamieji Superžemiai. Šioms didesnėms planetoms tyrinėti nereikia tiek subtilumo vien dėl jų dydžio. Į žemę panašūs pasauliai greičiausiai nebus koronografinio instrumento galia.
Šie apribojimai ilgainiui nėra didelis dalykas. „Coronagraph“ iš tikrųjų yra daugiau kaip technologinis demonstravimas ir jis neatspindi egzoplanetų tyrimo pabaigos žaidimo. Tai, kas išmokta iš šio instrumento, mums padės ateityje. Galbūt WFIRST įpėdinis ateis kažkada, galbūt dešimtmečiais nuo dabar, ir iki to laiko „Coronagraph“ technologija bus labai pažengusi į priekį. Tuo būsimu metu gali būti įmanoma padaryti tiesioginius į Žemę panašių egzoplanetų momentinius vaizdus.
Bet gal mums nereikės taip ilgai laukti.
Yra planas padidinti „Coronagraph“ efektyvumą WFIRST, kuris leistų jam pavaizduoti į Žemę panašias planetas. Jis vadinamas EXO-S Starshade.
„EXO-S Starshade“ yra 34 metrų skersmens dislokuojama šešėliavimo sistema, kuri blokuos žvaigždės spindulius ir nepakenks WFIRST funkcijai. Tai iš tikrųjų būtų atskiras laivas, paleistas atskirai ir išsiųstas pakeliui pasimatyti su WFIRST L2. Jis nebūtų rišamas, tačiau orientuotųsi su WFIRST per kamerų ir kreipiamųjų žiburių sistemą. Tiesą sakant, dalis „Starshade“ galios yra ta, kad ji būtų nutolusi nuo 40 000-50 000 km nuo WFIRST.
Tamsiosios energijos ir egzoplanetos yra WFIRST prioritetai, tačiau visada yra ir kitų atradimų, laukiančių geresnių teleskopų. Neįmanoma numatyti visko, ko išmoksime iš WFIRST. Kai vaizdai yra tokie išsamūs kaip „Hablo“, bet 100 kartų didesni, mes laukiame netikėtumų.
„Ši misija apžiūrės visatą, kad joje rastume įdomiausius objektus.“ - Neilas Gehrelsas, WFIRST projekto mokslininkas
„Be to, kad jaudinanti tamsiosios energijos ir egzoplanetų galimybė,„ WFIRST “visiems astronomams suteiks puikių duomenų lobių lobį“, - teigė Nila Goddardo kosminių skrydžių centro NASA Goddardo kosminių skrydžių centre NASA Goddardo projekto mokslininkas Neilas Gehrelsas Merilande. „Ši misija apžiūrės visatą, kad joje rastume įdomiausius objektus.“
Kai per ateinančius kelerius metus bus įdiegti visi super teleskopai, galime tikėtis nuostabių atradimų. Per 10–20 metų mūsų žinios bus žymiai patobulintos. Ką mes sužinosime apie „Dark Matter“ ir „Dark Energy“? Ką mes žinosime apie egzoplanetų populiacijas?
Šiuo metu atrodo, kad mes tiesiog siekėme geriau suprasti šiuos dalykus, tačiau naudodamiesi „WFIRST“ ir kitais „Super teleskopais“ esame pasirengę atlikti tikslingesnes studijas.
