Примеры телескопов (работающих по состоянию на февраль 2013 г.
), работающих на длинах волн всего электромагнитного спектра.
Обсерватории располагаются выше или ниже той части спектра, которую они обычно наблюдают. Когда в 1990 году был запущен космический телескоп «Хаббл», мы собирались использовать его для проведения целой партии измерений.
Нам предстояло увидеть отдельные звезды в далеких галактиках, которых мы никогда раньше не видели; измерить глубокую Вселенную способом, который раньше был невозможен; заглянуть в области звездообразования и увидеть туманности в беспрецедентном разрешении; запечатлеть извержения на спутниках Юпитера и Сатурна в деталях, что раньше было невозможно.
Но самые крупные открытия — темная энергия, сверхмассивные черные дыры, экзопланеты, протопланетные диски — оказались неожиданными.
Сохранится ли эта тенденция с телескопами Джеймса Уэбба и WFIRST? Наш читатель спрашивает:
Если не фантазировать о какой-то радикально новой физике, какие результаты Уэбба и WFIRST могут вас удивить больше всего?Чтобы сделать такой прогноз, нам нужно знать, на какие измерения способны эти телескопы.
Представление художника о завершенном и запущенном телескопе Джеймса Уэбба.
Обратите внимание на пятислойную защиту телескопа от солнечного тепла.
Джеймс Уэбб — космический телескоп нового поколения, который будет запущен в октябре 2018 года.
[После написания оригинальной статьи дата запуска была перенесена на
март-июнь 2019 г.– ок.
перевод].
Когда она полностью заработает и остынет, она станет самой мощной обсерваторией в истории человечества.
Его диаметр составит 6,5 м, апертура превысит хаббловскую в семь раз, а разрешение почти в три раза.
Он будет охватывать длины волн от 550 до 30 000 нм — от видимого света до инфракрасного.
Он сможет измерять цвета и спектры всех наблюдаемых объектов, максимизируя пользу почти каждого полученного фотона.
Его расположение в космосе позволит нам видеть все в воспринимаемом им спектре, а не только те волны, для которых атмосфера частично прозрачна.
Концепция спутника WFIRST, запуск которого запланирован на 2024 год. Он должен предоставить нам наиболее точные измерения темной энергии и другие невероятные космические открытия.
WFIRST — это флагманская миссия НАСА на 2020-е годы, запуск которой в настоящее время запланирован на 2024 год. Телескоп не будет большим, он не будет инфракрасным и не будет охватывать ничего, кроме того, что не может сделать «Хаббл».
Он просто сделает это лучше и быстрее.
Насколько лучше? Хаббл, изучая определенный участок неба, собирает свет со всего поля зрения и способен фотографировать туманности, планетные системы, галактики, скопления галактик, просто собрав множество изображений и сшив их вместе.
WFIRST будет делать то же самое, но с полем зрения в 100 раз большим.
Другими словами, все, что может сделать Хаббл, WFIRST может сделать в 100 раз быстрее.
Если взять те же наблюдения, что и во время эксперимента Hubble eXtreme Deep Field, когда Хаббл наблюдал один и тот же участок неба в течение 23 дней и обнаружил там 5500 галактик, то WFIRST нашел бы за это время более полумиллиона.
Изображение из эксперимента Hubble eXtreme Deep Field, нашего самого глубокого наблюдения Вселенной на сегодняшний день.
Но нас больше всего интересуют не те вещи, которые мы знаем, которые мы откроем с помощью этих двух замечательных обсерваторий, а те, о которых мы пока ничего не знаем! Главное, что нам нужно, чтобы предвидеть эти открытия, — это хорошее воображение, представление о том, что мы еще можем найти, и понимание технической чувствительности этих телескопов.
Для того, чтобы Вселенная произвела революцию в нашем мышлении, совсем не обязательно, чтобы обнаруживаемая нами информация радикально отличалась от того, что мы знаем.
Вот семь кандидатов на то, что могут открыть Джеймс Уэбб и WFIRST! 
Сравнивая размеры недавно открытых планет, вращающихся вокруг тусклой красной звезды TRAPPIST-1, с Галилеевы спутники Юпитер и внутренняя часть Солнечной системы.
Все планеты, обнаруженные вокруг TRAPPIST-1, по размерам схожи с Землей, но звезда лишь близка по размерам к Юпитеру.
1) Богатая кислородом атмосфера на потенциально обитаемом мире размером с Землю.
Год назад поиски миров размером с Землю в обитаемых зонах звезд типа Солнца были на пике.
Но открытие Проксимы b и семи миров размером с Землю вокруг TRAPPIST-1, миров размером с Землю, вращающихся вокруг маленьких красных карликов, вызвало бурю ожесточенных споров.
Если эти миры обитаемы и если у них есть атмосфера, то относительно большие размеры Земли по сравнению с размерами их звезд позволяют предположить, что мы сможем измерить содержание их атмосфер во время транзита! Поглощающее действие молекул — углекислого газа, метана и кислорода — может стать первым косвенным свидетельством существования жизни.
Джеймс Уэбб сможет это увидеть, и результаты могут потрясти мир! 
Сценарий «Большого разрыва» разыграется, если мы обнаружим увеличение силы темной энергии с течением времени.
2) Доказательства нестабильности темной энергии и возможного начала Большого Разрыва.
Одна из главных научных целей WFIRST — наблюдение за звездами на очень больших расстояниях в поисках сверхновых типа Ia. Те же события позволили нам открыть темную энергию, но вместо десятков или сотен она будет собирать информацию о тысячах событий, расположенных на огромных расстояниях.
И это позволит нам измерять не только скорость расширения Вселенной, но и изменение этой скорости во времени с точностью в десять раз большей, чем сегодня.
Если темная энергия будет отличаться от космологической постоянной хотя бы на 1%, мы ее найдем.
И если оно всего на 1% по величине превысит отрицательное давление космологической постоянной, наша Вселенная закончится Большим Разрывом.
Это определенно станет неожиданностью, но Вселенная у нас только одна, и нам надлежит прислушаться к тому, что она готова сообщить о себе.
Самая далекая известная сегодня галактика, подтвержденная Хабблом с помощью спектроскопии, видна нам такой, какой она была, когда Вселенной было всего 407 миллионов лет.
3) Звезды и галактики возникли в более ранние времена, чем предсказывают наши теории.
Джеймс Уэбб своими инфракрасными глазами сможет заглянуть в прошлое, когда Вселенной было 200-275 миллионов лет – всего 2% от ее нынешнего возраста.
Это должно охватывать большую часть первых галактик и позднее образование первых звезд, но мы также можем найти доказательства того, что предыдущие поколения звезд и галактик существовали еще раньше.
Если окажется именно так, то это будет означать, что гравитационный рост с момента появления космического микроволнового фонового излучения (380 000 лет) до момента образования первых звезд пошел не так.
Это определенно будет интересная задача! 
Ядро галактики NGC 4261, как и ядра огромного количества галактик, демонстрирует признаки присутствия сверхмассивной черной дыры как в инфракрасном, так и в рентгеновском диапазоне.
4) Сверхмассивные черные дыры, появившиеся до первых галактик.
Начиная с тех пор, как мы можем измерить, до того времени, когда Вселенной было около миллиарда лет, в галактиках существовали сверхмассивные черные дыры.
Стандартная теория предполагает, что эти черные дыры возникли из первых поколений звезд, которые слились вместе и упали в центр скоплений, а затем накопили материю и превратились в сверхмассивные черные дыры.
Стандартная надежда состоит в том, чтобы найти подтверждение этой закономерности и черные дыры на ранних стадиях роста, но будет сюрпризом, если мы обнаружим их уже полностью сформировавшимися в этих очень ранних галактиках.
Джеймс Уэбб и WFIRST смогут пролить свет на эти объекты, а обнаружение их в любой форме станет крупным научным прорывом! 
Планеты, открытые Кеплером, отсортированные по размеру по состоянию на май 2016 года, когда был выпущен самый крупный образец новых экзопланет. Наиболее распространенные миры немного больше Земли и немного меньше Нептуна, но миры с малой массой могут быть просто не видны Кеплеру.
5) Маломассивные экзопланеты, составляющие всего 10% земных, могут быть наиболее распространенными.
Это специализация WFIRST: поиск микролинзирования на больших участках неба.
Когда звезда проходит перед другой звездой, с нашей точки зрения, искривление пространства производит увеличивающий эффект с предсказуемым увеличением и последующим уменьшением блеска.
Присутствие планет в системе переднего плана изменит световой сигнал и позволит нам распознавать их с повышенной точностью, распознавая меньшие массы, чем любой другой метод. С помощью WFIRST мы будем исследовать все планеты массой до 10% массы Земли — планеты размером с Марс.
Являются ли миры, подобные Марсу, более распространенными, чем земные? WFIRST может помочь нам это выяснить! 
Иллюстрация CR7, первой галактики, в которой обнаружены звезды населения III, первые звезды во Вселенной.
Джеймс Уэбб сможет сделать настоящую фотографию этой и других подобных галактик 6) Первые звезды могут быть более массивными, чем те, которые существуют сейчас.
Изучая первые звезды, мы уже знаем, что они сильно отличаются от нынешних: они почти на 100% состояли из чистого водорода и гелия, без других элементов.
Но другие элементы играют важную роль в охлаждении, излучении и предотвращении слишком большого размера звезд на ранних стадиях.
Самая большая известная сегодня звезда расположена в туманности Тарантул , и в 260 раз массивнее Солнца.
А ведь в ранней Вселенной могли быть звезды в 300, 500 и даже 1000 раз тяжелее Солнца! Джеймс Уэбб должен дать нам шанс это выяснить и рассказать кое-что удивительное о самых ранних звездах во Вселенной.
Истечение газа в карликовых галактиках происходит во время активного звездообразования, из-за чего обычная материя улетает, а темная остается.
7) Темная материя, возможно, не так доминировала в ранних галактиках, как в сегодняшних галактиках.
Возможно, мы, наконец, сможем измерить галактики в отдаленных частях Вселенной и определить, меняется ли соотношение обычной материи и темной материи.
При интенсивном образовании новых звезд нормальная материя вытекает из галактики, если только галактика не очень велика – а это значит, что в ранних, тусклых галактиках нормальной материи должно быть больше относительно темной материи, чем в тусклых галактиках, расположенных недалеко от нас.
Такое наблюдение подтвердило бы нынешнее понимание темной материи и бросило бы вызов теориям модифицированной гравитации; противоположное наблюдение могло бы опровергнуть теорию темной материи.
Джеймс Уэбб с этим справится, но накопленная статистика наблюдений WFIRST действительно всё прояснит. 
Представление художника о том, как могла бы выглядеть Вселенная в момент формирования первых звезд
Это всего лишь возможности, и их слишком много, чтобы перечислять здесь.
Весь смысл наблюдений, сбора данных и проведения научных исследований заключается в том, что мы не знаем, как устроена Вселенная, пока не зададим правильные вопросы, которые помогут нам это выяснить.
Джеймс Уэбб сосредоточится на четырех основных вопросах: первый свет и реионизация , скопление и рост галактик, рождение звезд и образование планет, а также поиск планет и возникновение жизни.
WFIRST сосредоточится на темной энергии, сверхновых, барионные акустические колебания , экзопланеты — как микролинзирование, так и прямое наблюдение, и наблюдения больших участков неба в ближнем инфракрасном диапазоне, что значительно превысит возможности предыдущих обсерваторий, таких как 2MASS и WISE. 
Инфракрасная карта всего неба, полученная космическим кораблем WISE. WFIRST значительно превысит пространственное разрешение и глубину резкости, доступные в WISE, что позволит нам смотреть глубже и дальше.
У нас есть потрясающее понимание современной Вселенной, но вопросы, на которые Джеймс Уэбб и WFIRST ответят, задаются только сегодня, основываясь на том, что мы уже узнали.
Может оказаться, что сюрпризов на всех этих фронтах не будет, но более вероятно, что мы не только обнаружим сюрпризы, но и наши догадки об их природе окажутся совершенно неверными.
Одна из прелестей науки в том, что никогда не знаешь, когда и как Вселенная удивит вас чем-то новым.
И когда это произойдет, перед всем развитым человечеством появится величайшая возможность: это позволит нам узнать что-то совершенно новое и изменит наше понимание нашей физической реальности.
Итан Сигел – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами Галактики» [ За пределами Галактики ] и «Трекнология: наука о Звездном пути» [ Трекнология ].
Теги: #астрономия #Популярная наука #телескопы #телескопы #Джеймс Уэбб #вселенная #WFIRST #спросить Итана
-
Фейерабенд, Пол
19 Oct, 24 -
Unity И Vive: Учебное Пособие
19 Oct, 24 -
5 Способов Сканирования Веб-Сайта
19 Oct, 24
