Космические телескопы для чего нужны
Почему мы помещаем телескопы в космос?
Помещение телескопа в космос имеет свои ограничения. Во-первых, он не может быть слишком большим, потому что он должен находиться внутри ракеты, запускающей его — это же закладывает ограничения по весу. Наша способность ремонтировать его также будет ограничена, если что-то пойдет не так: к примеру, НАСА несколько раз ремонтировала Хаббл, пока имелась возможность достаточно дешевых запусков с помощью шаттлов, да и сам телескоп летает несильно выше МКС. Но тот же телескоп Уэбба будет вращаться на орбите вокруг Солнца, и запуск ремонтной миссии с людьми к нему будет стоить даже дороже, чем постройка нового телескопа. И, наконец, достаточно очевидный факт — космические миссии очень дорогие. Так почему мы все равно этим занимаемся?
Основная причина, по которой мы помещаем телескопы в космос — это обход атмосферы Земли, чтобы мы могли получить более четкое представление о планетах, звездах и галактиках, которые мы изучаем. Наша атмосфера действует как защитный купол, позволяющий пропускать только излучение с определенными длинами волн, блокируя остальные.
В большинстве случаев это хорошо. Никакой крем, защищающий кожу от Солнца, не смог бы нас спасти, если бы мы подвергались бомбардировке высокоэнергетическими рентгеновскими или гамма-лучами всякий раз, когда выходили на улицу. Но это защита означает, что нам не повезло, когда дело доходит до сбора данных в этих диапазонах длин волн в наземных исследованиях. Мы не можем попросить атмосферу сделать какие-либо специальные исключения для света, который мы надеемся изучить нашими телескопами.
Длины волн в атмосфере Земли
Некоторые виды излучения, такие как вышеупомянутые гамма- и рентгеновские лучи, а также большая часть излучения в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, вообще не могут наблюдаться с Земли, потому что они полностью заблокированы атмосферой. Вывод телескопов в космос, за пределы земной атмосферы — это единственный способ увидеть, как выглядит Вселенная в этих длинах волн.
Так почему мы не можем просто наблюдать на длинах волн, которые не полностью заблокированы атмосферой? Это все равно, что пытаться собрать пазл, когда не хватает половины кусочков. Без наблюдений в инфракрасном диапазоне, например, мы бы не поняли, как формируются звезды. Они проводят большую часть своей жизни, светясь в оптическом диапазоне, который мы можем наблюдать с Земли, но вот рождаются они из коллапсирующих облаков газа и пыли, которые излучают в основном в инфракрасном диапазоне. Звезды остаются окутанными этой пылью, и, таким образом, оказываются невидимыми в оптическом диапазоне на самых ранних этапах своей жизни.
Наши исследования черных дыр были бы сильно ограничены без возможности наблюдать их на рентгеновских длинах волн. Черные дыры не могут наблюдаться напрямую, ибо от их гравитации не может вырваться даже свет — поэтому их и называют «черными». Но по мере того, как они собирают окружающий их материал во вращающийся диск, называемый аккреционным, этот материал начинает излучать на рентгеновских длинах волн. Наблюдения в этом диапазоне может дать информацию о массе и размерах черной дыры.
Что такое атмосферная турбулентность?
Но космические телескопы предназначены не только для наблюдений в тех диапазонах длин волн, которые полностью блокирует наша атмосфера. Хотя наша атмосфера позволяет видимому свету проходить сквозь нее, мы по-прежнему выводим на орбиту оптические телескопы, такие как Хаббл. А виновата в этом атмосферная турбулентность, или движения воздуха в атмосфере, которые искажают свет от далеких звезд — особенно сильно это сказывается при съемке с большой выдержкой. В итоге фотографии, сделанные на Земле, оказываются менее четкими, чем сделанные в космосе. Кстати, вы, скорее всего, не раз наблюдали эффект атмосферной турбулентности — мерцание звезд: разумеется, на самом деле они светят непрерывно.
Радиотелескоп Аресибо в Пуэрто-Рико.
Наземные телескопы также зависят от погоды. На земле мы, как правило, устанавливаем оптические и инфракрасные телескопы высоко на горных вершинах или в пустынях, где количество осадков минимально, чтобы мы могли максимизировать количество ночей с ясным небом. Также эти места помогают избежать светового загрязнения из соседних городов, и обычно воздух в них максимально чист и прозрачен. Но в любом случае будут пасмурные или дождливые ночи, когда телескопам на земле не повезет.
Существуют также некоторые длины волн, при наблюдении в которых атмосфера вообще не играет никакой роли (она в них прозрачна), и исследования могут проводиться даже в пасмурных или дождливых условиях. Например, длинные радиоволны не задерживаются атмосферой или облаками. Серьезным ограничивающим фактором для четкости изображений, получаемых радиотелескопами по сравнению с оптическими телескопами, как правило, является размер телескопа, а не атмосфера. Поэтому радиотелескопы строят там, где удобно ставить очень большие тарелки — например, в карстовых известняковых воронках в пуэрториканских джунглях.
Что такое адаптивная оптика?
Астрономы разрабатывают методы улучшения наблюдений здесь, на Земле, чтобы наши наземные телескопы могли лучше конкурировать с космическими, по крайней мере, в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне. Адаптивная оптика, например, позволяет астрономам корректировать искажения или размытия изображений атмосферой с помощью деформируемых зеркал. Наблюдая ближайшую яркую звезду к нужной астрономической цели, приборы могут моделировать движения атмосферы в режиме реального времени. Затем эта модель снова используется в реальном времени для корректировки формы зеркала телескопа, чтобы устранить атмосферные искажения.
Но что если планета или галактика, которую вы хотите наблюдать, находится на небе далеко от яркой звезды, которую можно использовать для этого моделирования? В этом случае астрономы просто стреляют гигантским лазером в небо и наблюдают за искажениями луча — достаточно круто!
Телескоп Хаббла помог нам измерить скорость расширения и возраст Вселенной, детально отобразить различные космические тела в нашей Солнечной системе и наблюдать катастрофические взрывы сверхновых, которыми заканчивается жизнь некоторых звезд. Космический телескоп Спитцера показал нам галактики со времен, когда Вселенная была еще очень молода, и рассказал нам очень много всего о звездных системах за пределами нашей собственной. Мы можем наблюдать многое с земли, но именно космические телескопы имеют решающее значение для раскрытия большей части тайн Вселенной.
Не только «Хаббл»: космические телескопы настоящего и будущего
В 1610 году Галилео Галилей и Симон Мариус независимо друг от друга открыли спутники Юпитера, что стало одним из важнейших научных событий того времени. Почти четыре века спустя запуск космического телескопа «Хаббл» положил начало новой революции в астрономии.
Главная проблема оптической астрономии — неоднородность земной атмосферы. Области с разной плотностью, скоростью движения воздуха приводят к мерцанию звезд, видимому невооруженным глазом. Это делает космос единственным местом, где телескоп может получить действительно четкое и исчерпывающее представление о Вселенной.
В этом материале рассказывается про самые значимые проекты космических телескопов, тогда как крупнейшим наземным обсерваториям у нас посвящен отдельный обзор.
Также астрофизик Сергей Попов рассказал РБК Трендам о том, как новые технологии превратили астрономию в модную и востребованную науку. Почему не стоит ждать, что в будущем мы «переедем» на другую планету и какой вообще нам всем толк от этих астрономических открытий?
Выпуск подкаста «Лекции не будет» РБК Трендов с Сергеем Поповым о том, почему мы никогда не сможем переселиться на другую планету:
Космический телескоп «Хаббл»
Телескоп «Хаббл», названный в честь Эдвина Хаббла, был запущен на орбиту 24 апреля 1990 года. Это совместный проект NASA и Европейского космического агентства, задуманный как обсерватория общего назначения для исследования Вселенной в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах волн. Входит в число Больших обсерваторий NASA.
20 мая 1990 года телескоп сделал первую фотографию звездного скопления NGC 3532.
«Хаббл» вращается вокруг Земли на высоте около 540 км и наклонен на 28,5 градусов к экватору. Чтобы совершить один оборот, ему требуется 95 минут.
Орбитальный телескоп провел более 1 млн наблюдений и предоставил данные, которые астрономы использовали, чтобы написать свыше 18 тыс. рецензируемых научных публикаций (от формирования планет до гигантских черных дыр). Эти документы упоминались в других публикациях более 900 тыс. раз.
Чем известен «Хаббл»
13 июня 2021 года компьютер, отвечающий за научное оборудование «Хаббла», перестал реагировать на команды с Земли. Устранить поломку инженерно-научной группе, обслуживающей телескоп, удалось только к 16 июля 2021 года.
У орбитального «Хаббла» есть два аккаунта в Twitter — Hubble NASA и Hubble ESA, два официальных YouTube канала — NASA и ESA, а также аккаунты в Instagram и Facebook.
Изображения и данные, полученные с космического телескопа «Хаббл», показывают галактики такими, какими они были миллиарды лет назад.
Космическая рентгеновская обсерватория «Чандра»
Обсерватория «Чандра» — это телескоп, специально разработанный для обнаружения рентгеновского излучения из очень горячих районов Вселенной, таких как взорвавшиеся звезды, скопления галактик и материя вокруг черных дыр. Обсерватория получила свое имя в честь одного из крупнейших астрофизиков XX века Субрахманьяна Чандрасекара, известного своими работами о белых карликах. Входит в число Больших обсерваторий NASA.
Запуск состоялся 23 июля 1999 года. Предполагалось, что телескоп прослужит пять лет. В итоге «Чандра» стала самой продолжительной астрономической миссией без обслуживающих экспедиций.
На счету «Чандры» тысячи запечатленных космических объектов и явлений, которые помогли ученым лучше понять устройство нашей Вселенной и процессы, происходящие в ней. Телескоп показывает остатки взорвавшихся звезд, обнаруживает черные дыры по всей Вселенной, отслеживает отделение темной материи при столкновении галактик и многое другое.
Чем известна «Чандра»
Следить за жизнью «Чандры» можно в Twitter, на YouTube-канале, а также в Instagram и Facebook.
Космический гамма-телескоп «Ферми»
Телескоп «Ферми» — это международная многоцентровая обсерватория, изучающая космос в диапазоне гамма-излучения.
Изначально аппарат назывался Gamma-ray Large Area Space Telescope или GLAST. Но 26 августа 2008 года NASA переименовало телескоп в честь итальянского физика Энрико Ферми, лауреата Нобелевской премии по физике 1938 года.
Запуск телескопа состоялся 11 июня 2008 года. С тех пор «Ферми» обращается вокруг Земли на высоте 565 км. Он сканирует все небо каждые три часа в поисках гамма-лучей с энергией от 20 МэВ до более 300 ГэВ. Один оборот вокруг нашей планеты телескоп делает за 95 минут.
Картируя все небо каждые три часа, «Ферми» открывает самые экстремальные явления во Вселенной: от гамма-всплесков и струй черных дыр до пульсаров, остатков сверхновых и происхождения космических лучей.
Чем известен «Ферми»
«Ферми» не ведет такую активную социальную жизнь, как его коллеги. У телескопа есть аккаунт в Twitter (не обновляется с осени 2019 года) и страница на Facebook (последнее обновление — в сентябре 2020 года).
Орбитальный телескоп TESS
TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) — космический телескоп, предназначенный для открытия экзопланет транзитным методом (фиксация характерных провалов яркости, вызванных прохождением планеты на фоне звезды). Разработан учеными MIT в рамках Малой исследовательской программы NASA.
Орбитальный телескоп был запущен 18 апреля 2018 года на борту ракеты SpaceX Falcon 9. TESS — первый спутник NASA Astrophysics, запущенный по контракту со SpaceX.
Телескоп наблюдает за космическими объектами с высокоэллиптической околоземной орбиты (HEO). Впервые в качестве силы, стабилизирующей траекторию, используется гравитационное притяжение Луны
В первый год работы телескоп наблюдал Южное полушарие небесной сферы. Участок неба был разбит на 13 секторов, на каждый из которых TESS потратил 27 дней. 18 июля 2019 года первый этап миссии был завершен. По такому же принципу телескоп отработал год и в Северном полушарии. С августа 2020 года аппарат приступил к расширенной миссии, которая продлится, как ожидается, до сентября 2022 года.
В результате TESS охватил своим взглядом около 75% площади неба, открыл порядка 66 подтвержденных экзопланет и зафиксировал свидетельства более чем 2 100 планет-кандидатов, вращающихся вокруг ярких соседних звезд. В будущем уже телескоп Джеймса Уэбба изучит эти планеты-кандидаты и определит, могут ли они поддерживать жизнь.
Чем известен TESS
У телескопа есть аккаунт в Twitter. Также информацию о деятельности TESS можно найти на странице NASA Exoplanets в Facebook.
Орбитальная обсерватория «Спектр-РГ»
Орбитальная астрофизическая обсерватория «Спектр-РГ» предназначена для построения полной карты Вселенной в рентгеновском диапазоне энергий. Это проект Федеральной космической программы России с участием Германии.
Обсерватория состоит из двух зеркальный телескопов: немецкого eROSITA, работающего в мягком рентгеновском диапазоне, и российского ART-XC, работающего в жестком рентгеновском диапазоне. ART-XC — первый в России телескоп с оптикой косого падения.
13 июля 2019 года обсерватория была запущена с космодрома Байконур.
Исследования «Спектра-РГ» продлятся 6,5 лет. Из них четыре года телескоп будет сканировать звездное небо, а оставшиеся 2,5 года — работать в режиме точечного наблюдения объектов во Вселенной по заявкам мирового научного сообщества. Местом для аппарата выбрана точка Лагранжа (L2) в 1,5 млн км от Земли.
По заверениям «Роскосмоса», за время миссии «Спектр-РГ» обнаружит около 100 тыс. массивных скоплений галактик, порядка 3 млн сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик, сотни тысяч звезд с активными коронами, десятки тысяч звездообразующих галактик и многие другие объекты, в том числе неизвестной природы, а также детально исследует свойства горячей межзвездной и межгалактической плазмы.
Ожидается, что в 2025 году будет завершена и обнародована самая точная карта Вселенной, построенная телескопами «Спектра-РГ».
Телескоп Джеймса Уэбба
Телескоп Джеймса Уэбба (JWST) — это амбициозный научный проект орбитальной инфракрасной обсерватории NASA в сотрудничестве с европейскими и канадскими космическими агентствами. Запуск запланирован не ранее ноября 2021 года.
В отличие от «Хаббла», «Уэбб» не предназначен для обслуживания. Запаса хладагента на нем хватит примерно на десять лет. Чтобы обеспечить корректную работу на протяжении этого срока, все критически важные подсистемы телескопа дублируются.
Ожидается, что регулярные научные данные и изображения начнут поступать с «Уэбба» примерно через шесть месяцев после запуска.
Телескоп Джеймса Уэбба станет самым большим, мощным и сложным космическим телескопом, когда-либо созданным и запущенным в космос. Размер главного зеркала, шириной в 6,5 м и площадью собирательной поверхности в 25 кв. м, позволит «Уэббу» наблюдать далекие галактики на расстоянии более 13 млрд световых лет.
Телескоп разместится в 1,5 млн км от Земли в противоположную от Солнца сторону во второй точке Лагранжа (L2). Он будет видеть около 39% неба в любой момент времени. Поскольку телескоп должен отвернуться от теплых и близких объектов, способных помешать ему, он не сможет наблюдать Солнце, Меркурий, Венеру, Землю или Луну.
Четыре научных инструмента имеют уникальные особенности, которые позволят астрономам изучать различные космические объекты:
У телескопа есть аккаунт в Twitter, YouTube-канал, а также страницы в Instagram и Facebook.
Оптический телескоп «Сюньтянь»
Телескоп Китайской космической станции (CSST) «Сюньтянь» или «Небесный часовой» — автономный орбитальный модуль с оптическим телескопом.
Запуск «Сюньтянь» запланирован на 2024 год. Телескоп будет вращаться вокруг Земли по той же орбите, что и китайская модульная станция. Он сможет периодически приближаться и стыковаться с ней, чтобы экипаж проводил необходимый ремонт и менял приборы.
Огромная линза делает «Небесного часового» сопоставимым с «Хабблом». При этом обзор китайского телескопа будет в 300 раз больше при таком же высоком разрешении. Благодаря широкому полю зрения он сможет наблюдать до 40% пространства в течение десяти лет.
Телескоп Китайской космической станции будет вести наблюдение в ближнем ультрафиолетовом и видимом свете, а также исследовать свойства темной материи, формирование и эволюцию галактик.
Космическая обсерватория «Спектр-УФ»
Международный проект космической обсерватории «Спектр-УФ» будет исследовать Вселенную в ультрафиолетовом и видимом диапазонах электромагнитного спектра с высоким угловым разрешением, а также регистрировать гамма-излучение в энергетическом диапазоне от 10 КэВ до 10 МэВ. Основную работу по проекту ведут Россия и Испания.
Космический телескоп с зеркалом диаметром 1,7 м оснастят спектрографами высокого и низкого разрешения, чтобы получать спектры высокого разрешения, и камерами для построения высококачественных изображений в ультрафиолетовом диапазоне. Он сможет конкурировать с телескопом «Хаббл».
«Спектр-УФ» будет заниматься не поиском планет, но изучит физико-химический состав планетных атмосфер в Солнечной системе и за ее пределами, физические и химические свойства межзвездного и околозвездного вещества (газа и пылевых частиц), природу активных галактических ядер, химическую эволюцию галактик. Важная задача «Спектра-УФ» — поиск скрытого вещества, то есть газа и пыли, трудноразличимых для уже существующих телескопов.
Сроки старта миссии «Спектр-УФ» несколько раз переносились. Ожидается, что обсерватория начнет работу осенью 2025 года. Запуск запланирован с космодрома «Восточный».
Что такое телескоп и зачем он нужен?
Что такое телескоп и зачем он нужен?
Родиной телескопа является Голландия. В 1608 году мастера по изготовлению очков изобрели в этой стране зрительную трубу, прообраз современного телескопа.
Однако первые чертежи телескопов были обнаружены ещё в документах итальянского художника и изобретателя Леонардо да Винчи. На них стояла дата 1509 года.
Современные телескопы для большего удобства и стабильности ставятся на специальную подставку. Их основными частями являются объектив и окуляр.
Объектив расположен в дальней от человека части телескопа. В нём находятся линзы или вогнутые зеркала, поэтому оптические телескопы делят на линзовые и зеркальные.
Окуляр расположен в ближней от человека части прибора и обращён к глазу. Он также состоит из линз, которые увеличивают изображение объектов, формируемых объективом. В некоторых современных телескопах, которыми пользуются астрономы, вместо окуляра установлен дисплей, показывающий изображения космических объектов.
Профессиональные телескопы отличаются от любительских тем, что обладают большим увеличением. С их помощью астрономы смогли сделать множество открытий. Учёные ведут наблюдения в обсерваториях за другими планетами, кометами, астероидами и чёрными дырами.
Благодаря телескопам они смогли более подробно изучить спутник Земли – Луну, которая находится от нашей планеты на относительно небольшом по космическим меркам расстоянии – 384403 км. Увеличения этого прибора позволяют отчётливо рассмотреть кратеры лунной поверхности.
Любительские телескопы продаются в магазинах. По своим характеристикам они уступают тем, которыми пользуются учёные. Но с их помощью можно также увидеть кратеры Луны, кольца Сатурна, пролетающие мимо Земли кометы и астероиды и многое другое.
Телескопы в астрономии
Общие исторические сведения
На сегодняшний день существует несколько типов телескопов, различающихся принципом действия:
К телескопам также относятся нейтринные детекторы и детекторы гравитационных волн.
Первые телескопы представляли собой приборы оптического типа. Еще в работах Леонардо да Винчи есть упоминания о приборе с оптическими линзами, пусть и примитивной системы. Но самый первый рабочий телескоп был создан Иоанном Липперсгеем в 1608 году, хотя есть предположение, что отцом первого телескопа является Захарий Янсен.
Рисунок 1. Телескоп Липперсгея
Систему Липперсгея доработал Галилей, который модернизировал ее в телескоп-рефрактор, что позволило проводить более эффективные исследования космоса. На протяжении всей своей жизни Галилей постоянно вносил улучшения в конструкцию своего телескопа – его последняя модель имела увеличение 32х.
Само название «телескоп» впервые предложил греческий математик Иоаннис Димисианос в 1611 году, так как до этого свои приборы Галилей называл perspicillum – «очки».
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
На протяжении ХХ века конструкция телескопа постоянно совершенствовалась. В 1937 году был изобретен телескоп работающих на радиоволнах. Впоследствии появились более продвинутые системы, работающие практически во всем волновом спектре.
Оптические телескопы
Все оптические телескопы можно разделить на три группы по их устройству:
Астрономы, занимающие научной деятельностью, для исследования Солнца используют специализированные телескопы, имеющих отличия в конструкции.
Рисунок 2. Оптический телескоп
Радиотелескопы
Для изучения космических объектов, излучающих радиоволны, используются радиотелескопы. Такой телескоп состоит из антенны и радиометра, задачей которого является замер энергетических параметров радиоизлучения.
Так как радиоволнового диапазона ширина намного больше, чем у оптического, для фиксации радиолучей используют различные конструкции телескопов. Для исследования метрового (длинноволнового) диапазон которого составляет от десяти до сотен МГц, применяются телескопы с множеством простейших приемников, например диполей. Для исследования сантиметровых и дециметровых волн, имеющих частоту в десятки ГГц, применяют мощные вращающиеся параболические антенны.
Объединение несколько радиотелескопов в одну систему позволяет усилить их разрешающую способность, поэтому для создания радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой объединяют несколько радиотелескопов, расположенных в разных точках Земли.
Рисунок 3. Радиотелескоп
Космические телескопы
Несмотря на хорошую проходимость оптического сигнала в атмосфере, из-за когерентного рассеивания у света с различной частотой различается и пропускная способность, что приводит к искажению звездного спектра. Также на качество картинки влияет и неоднородность атмосферы, поэтому расположенные на поверхности планеты телескопы имеют ограничение разрешения в одну угловую секунду. Чтобы этого избежать, телескопы устанавливают на максимальном возвышении, где атмосфера более разреженная.
При размещении телескопа за пределами атмосферы удается полностью избежать погрешностей при передаче изображения – в этом случае качество картинки зависит лишь от предела дифракции.
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
При уменьшении длины волны до УФ, рентгеновского диапазона или диапазон гамма-излучения, уменьшается и пропускная способность земной атмосферы. Поэтому исследования этих волновых диапазонов также производятся с помощью телескопов, расположенных в космическом пространстве.
Современные радиотелескопы представляют собой связанные между собой станции-радиоинтерферометры, так как по отдельности у них слишком маленькое разрешение.
Самым мощным и известным космическим телескопом является «Хаббл», названный так в честь выдающегося американского астронома Эдвина Хаббла. Он представляет собой целую астрономическую обсерваторию, расположенную на орбите, работающую в автоматическом режиме. «Хаббл» был выведен на орбиту в 1990 году. Он имеет разрешающую способность в 0.1 угловой секунды и работает в ИК-диапазоне.
Не нашли нужную информацию?
Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.
Гарантия низких цен
Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.
Доработки и консультации включены в стоимость
В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.
Вернем деньги за невыполненное задание
Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.
Тех.поддержка 7 дней в неделю
Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.
Тысячи проверенных экспертов
Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».
Гарантия возврата денег
Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!
Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока
Гарантия возврата денег
В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы
Отзывы студентов о нашей работе
«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами
Используя «Всё сдал!», вы принимаете пользовательское соглашение
и политику обработки персональных данных
Сайт работает по московскому времени:
Принимаем к оплате 
