#чтиво | Три гигантских телескопа помогут увидеть юную Вселенную
Макет Giant Magellan Telescope. Одного из трех гигантов, которые будут построены в течение десяти лет.
Вселенная хранит множество старых и тщательно охраняемых секретов. Но вместе с тремя невероятно большими телескопами, каждый из которых оснащен зеркалом, размером с несколько теннисных кортов, некоторые из тайн могут быть раскрыты. От свойств темной материи до того, как сформировалась Вселенная после Большого взрыва, а также других интересных вещей, которые так интересуют ученых, возможно, многое станет известно с завершением строительства огромных «глаз», всматривающихся в космос.
Ученые очень надеются, что конкурирующие между собой телескопы — которые начнут функционировать в течение десяти лет — смогут увидеть зарождающуюся Вселенную: от цельного и горячего начала до холодного структурированного государства, где материя сконцентрировалась внутри объектов, а свет начал гулять по космосу.
«Мы говорим о промежутке от 100 миллионов до 500 миллионов лет после создания вселенной. Это время, когда зародились первые звезды, химические элементы и черные дыры, а также другие загадочные объекты», — говорит Джерри Гилмор, астроном Кэмбриджского университета.
Гигантские телескопы взглянут в прошлое (но не переместятся, стоит отметить), когда появился первый свет, испускаемый объектами. Вселенная взорвалась как воздушный шарик сразу после Большого взрыва, и некоторые места образовались так далеко отсюда, что сейчас только-только прибывают первые отблески света с их источников. Изучение этого света поможет выявить структуру и химический состав первых объектов во Вселенной, которые уловил телескоп Хаббла еще до того, как появились первые теории, постулирующие их существование. Качественное наблюдение, скорее всего, приведет к зарождению новых гипотез о появлении пространства и времени. Возможно, прольет свет на то, что было до Большого взрыва.
Расходы на строение монстров-телескопов варьируются от 900 миллионов долларов до 1,6 миллиарда долларов за каждый: Гигантский Магелланов Телескоп (Giant Magellan Telescope, GMT), Тридцатиметровый Телескоп (Thirty Meter Telescope, TMT) и Европейский Очень Большой Телескоп (European Extremely Large Telescope, E-ELT). Телескопы будут оснащены зеркалами диаметром 24,5, 30 и 39,3 метров соответственно — что существенно превышает характеристики всех существующих на сегодняшний день оптических телескопов. Самый крупный из современных телескопов имеет 10,4 метра в диаметре. Новое поколение «земных глаз» будет в 5-200 раз превышать прошлые мощности, в зависимости от поставленной задачи.
Университеты, государственные учреждения и прочие научные организации всего мира поспешили внести средства в один из выбранных проектов, тем самым забронировав для себя время работы телескопа в будущем, говорит Патрик Маккарти, астроном из Обсерватории Карнеги в Калифорнии. Доля в наработках обеспечит учреждения работой на ближайшие десятки лет.
«Если у вас [астрономов] нет средств, вам придется заниматься чем-то другим, чтобы оставаться на плаву», — говорит Маккарти.
И хотя все три проекта по-прежнему нуждаются в финансировании, они уже вступили в начальную фазу строительства. Инженеры GMT расчистили для себя скальное плато в Чили прошлой весной. В октябре они закончили устанавливать первое из семи кривых зеркал, которые станут сегментами глаза телескопа. А TMT и E-ELT (которые будут построены на Гавайях и в Чили соответственно) пока испытывают тестовые зеркала. Все три группы уже начали работать над инструментарием.
Макет E-ELT.
Похожие графики работы обещают жесткую конкуренцию, и тем не менее, хотя каждый телескоп может похвастать уникальным размером и преимуществами в конструкции, никто не переживает о том, какой из них первым включится в работу.
«Мы уверены, что останется еще много чего, что можно открыть в космосе, и даже если вы опоздаете на три года, вы не потеряете миллиард долларов», — говорит Дэвид Силва, директор Национальной оптической астрономической обсерватории в Таксоне, штат Аризона, которую финансирует Национальный научный фонд. Он же ведет переговоры о возможном партнерстве с TMT в будущем.
Телескопы будут достаточно мощными, чтобы увидеть суету и шум других миров.
«Исследование экзопланет — это сфера, где мы едва вскопнули поверхность, и она треснет яичной скорлупой, как только мы активируем телескопы», — говорит Роджер Энжел, астроном из Аризонского университета, бдящий за установкой зеркал на GMT.
Напомним, не так давно ученые обнаружили самую маленькую экзопланету. Что они увидят на ее поверхности, если взглянут, например, в глазок GMT?
Телескопы будут наблюдать за спектральными изменениями, которые говорят о смене времен года — а значит, и об активной атмосфере — на планетах, вращающихся вокруг звезд. Они даже могут раздразнить наше любопытство, обнаружив химические отходы жизнедеятельности внеземной жизни.
«Полагают, что на биохимическом уровне свидетельства существования жизни везде одни и те же», — говорит Маккарти. Пока марсоход Кьюриосити ищет ее следы, роясь на поверхности Марса (кстати, небезуспешно), — «мы будем делать то же самое удаленно, с помощью спектроскопии экзопланет».
Возможность отследить формирование галактик и скоплений материи в космосе поможет установить новые ограничения свойств темной материи — невидимого скопления частиц, которое составляет 84% материи во Вселенной.
Наблюдение за событиями в самых экстремальных условиях во Вселенной — на краю сверхмассивных черных дыр, которые безумно волнуют ученых — поможет им проверить законы общей теории относительности и квантовой механики с беспрецедентной точностью.
«Мы будем смотреть на излучение, которое производят умирающие звезды, поглощаемые черной дырой», — говорит Гилмор. — «Будут фотоны излучаться по одиночке или небольшими пучками — это прольет свет на структуру пространства-времени вокруг черной дыры». Ранее это было невозможным, поскольку «вам пришлось бы поселиться по соседству с черной дырой (а что будет — читайте здесь), либо вести наблюдения с очень и очень высоким разрешением».
Телескопы следующего поколения полагаются на технологию, которую называют адаптивной оптикой. Она устраняет искажающее влияние турбулентной атмосферы Земли на входящий свет.
«Вы используете лазеры, чтобы создать искусственные звезды в небе, а потом используете их как средства для анализа турбулентности, стоящей на пути линии зрения телескопа», — объясняет Силва.
Обнаруженная турбулентность оценивается десятки раз в секунду с тем, чтобы кривые зеркала внутри телескопа могли не путаться в атмосферных искажениях. Небольшие телескопы, включая десятиметровые телескопы Кека на Гавайях, уже используют адаптивную оптику. Но вот масштабирование подобной технологии для использования на телескопах в два-четыре раза больших диаметров «лежит на пределе или за пределами вычислений в режиме реального времени», говорит астроном.
Адаптивная оптика в действии.
Если технология будет функционировать по плану, GMT, TMT и E-ELT будут работать с оптическим и почти инфракрасным светом — преобладающими типами электромагнитного излучения во вселенной — так же четко, как если бы находились на орбите. Космический телескоп Джеймса Уэбба, который будет запущен в 2018 году на пять лет и стоит более 8 миллиардов долларов, будет дополнять эти обсерватории лучшей чувствительностью в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне. Но космические телескопы, как правило, более дорогие и менее надежные, чем их земные аналоги.
«Не исключено, что наземные телескопы смогут работать до 50 лет», — отмечает Силва.
В то же время, троица телескопов может совершить перевороты в областях астрономии, физики и космологи. В дополнение к запланированным экспериментам, ученые надеются найти нечто принципиально новое, например, связанное с тем, что, по последним наблюдениям, темная энергия пронизывает всю вселенную насквозь.
«Когда новые телескопы заработают», — говорит Маккарти, — «мы проведем немного времени, просто вглядываясь в чистый кусок неба, с целью увидеть то, чего мы никогда не видели раньше».
Если вам интересно почитать о лучших обсерваториях и телескопах землян, существующих на сегодняшний день, обязательно загляните сюда.
Источник: simonsfoundation.org