Рендеринг этого художника показывает ночной вид Чрезвычайного Большого Телескопа, работающего на Серро-Армазоне в северной части Чили. Телескоп показан с использованием лазеров для создания искусственных звезд высоко в атмосфере. (ESO / L. Кальсада)

5 причин, почему астрономия лучше с земли, чем в космосе

В 1990 году был запущен космический телескоп Хаббла, что привело к революции в астрономии. Но для многих целей Земля по-прежнему является лучшим местом для проживания.

Когда вы думаете о том, что находится в бездне глубокого космоса, смотрите ли вы на планеты в нашей Солнечной системе или самые отдаленные галактики, воспринимаемые во Вселенной, инструмент, о котором большинство людей думают, использует для получения наилучших изображений и данных. космический телескоп Хаббл Находясь в сотнях миль над земной атмосферой, такие проблемы, как облака, атмосферные искажения, турбулентный воздух или даже загрязнение, не являются проблемой. Изображения настолько четкие, насколько позволяют камеры и оптика на борту, и, находясь вне мира, могут смотреть в любом направлении, в котором мы хотим. Используя его, мы видели чудеса, о которых мы никогда не мечтали; Хаббл показал нам, как на самом деле выглядит Вселенная.

На этом изображении сравниваются два вида Столпов Творения Орлиной туманности, взятых с Хабблом на расстоянии 20 лет. Новое изображение слева захватывает почти тот же регион, что и в 1995 году, справа. Однако на новом изображении используется широкоугольная камера 3 Хаббла, установленная в 2009 году, для более четкого захвата света от светящегося кислорода, водорода и серы. Наличие обоих изображений позволяет астрономам изучать, как структура столбов изменяется с течением времени, и демонстрирует один из лучших примеров того, что мы можем узнать, занимаясь астрономией в космосе. (WFC3: НАСА, ЕКА / Хаббл и Группа наследия Хаббла WFPC2: НАСА, ЕКА / Хаббл, STScI, Дж. Хестер и П. Скоуэн (Университет штата Аризона))

И тем не менее, есть вещи, которые мы можем сделать из земли, которые, бесспорно, превосходит все, что мы можем сделать из космоса. Есть изображения, которые мы можем создать, и данные, которые мы можем собрать, которые просто невозможно сделать из космоса. Используем ли мы наземные телескопы, аэростатные обсерватории или даже высотный самолет, есть много веских причин оставаться здесь на Земле. Конечно, полет над атмосферой и получение всенаправленной перспективы, которую дает полет в космос, - определенная победа для поклонников космического телескопа; нет никакой возможности адаптивной оптики или нетронутой площадки для наблюдений конкурировать с обсерваторией, с которой не может бороться Земля. Но есть несколько очень веских причин делать астрономию на земле, поскольку есть преимущества, которые вы теряете в тот момент, когда летите в космос. Вот пятерка лучших.

Научные инструменты на борту модуля ISIM были опущены и установлены в основной сборке JWST в 2016 году. Эти инструменты были закончены за много лет до этого, и их даже в первый раз не получат до 2019 года. (НАСА / Крис Ганн)

1.) Технология космического телескопа устарела даже до ее запуска. Чтобы запустить космический телескоп, вам нужно решить, что вы собираетесь с ним делать, спроектировать и собрать ваши инструменты, интегрировать их на борту обсерватории, а затем запустить его. Для такой миссии, как космический телескоп Джеймса Вебба, разработка его приборов была завершена в начале десятилетия; инструмент, созданный сегодня, будет включать в себя около семи лет передовых технологий. Обслуживание телескопа в космосе является дорогостоящим, рискованным, а в некоторых случаях (например, когда ваш телескоп находится вне досягаемости космического корабля с экипажем) практически невозможно. Но если ваша обсерватория на земле? Просто извлеките старый инструмент и вставьте новый, и ваш старый телескоп снова станет самым современным, до предела своего оптического дизайна.

В настоящее время строится 25-метровый гигантский телескоп Магеллана, который станет самой большой новой наземной обсерваторией на Земле. Спидарные рычаги, видимые с удерживанием вторичного зеркала на месте, специально спроектированы так, чтобы их прямая видимость падала прямо между узкими промежутками в зеркалах GMT. Это самый маленький из трех предлагаемых телескопов 30-метрового класса, и он больше, чем любая космическая обсерватория, которая даже была задумана. Оно должно быть завершено к середине 2020-х годов. (Гигантский Магелланов телескоп / GMTO Corporation)

2.) Вы можете построить большую обсерваторию на земле, чем в космосе. Я уже слышу ваше возражение: если вы потратите на это достаточно денег, вы сможете запустить телескоп настолько большой, насколько захотите. Это правда, но только до определенного момента. В частности, вплоть до того момента, когда ваша космическая обсерватория должна соответствовать ракете, запускающей ее! Космический телескоп Хаббл имеет диаметр всего 2,4 метра; Самый большой космический телескоп, который когда-либо летал, - это Гершель ЕКА, на 3,5 метра. Джеймс Уэбб будет больше благодаря своему сегментированному дизайну, но каждый сложенный сегмент должен соответствовать борту ракеты, которая его запустит. Даже в мечтах НАСА концепция космического телескопа LUVOIR достигает 15,1 метра в ширину. Тем не менее, на земле нет ограничений ни по размеру, ни по весу, и три независимых телескопа класса 30 метров разрабатываются и изготавливаются: GMTO, ELT и TMT. В радио мы можем пойти еще дальше, как продемонстрировали такие объекты, как Arecibo и FAST. В астрономии размер имеет значение!

12 декабря 2017 года старт 82-й успешной миссии Ariane 5 из Французской Гвианы. Этот полет, VA240, должен отражать то, что JWST увидит, когда начнет в 2019 году. Пусть он будет успешным; для космических запусков у нас только один шанс. (Arianespace)

3.) Вам никогда не придется беспокоиться о неудаче запуска. Вы когда-нибудь слышали об Орбитальной углеродной обсерватории НАСА, предназначенной для наблюдения за тем, как CO2 перемещается в атмосфере из космоса? Вероятно, нет, так как спутник не смог отделиться от ракеты в течение первых нескольких минут запуска; весь ракетно-космический корабль врезался в океан всего через 17 минут после его первого взлета. Ракета, которая запустит космический телескоп Джеймса Уэбба, Ariane 5, имела 82 последовательных успеха запуска, прежде чем потерпела частичный отказ всего два месяца назад. Многие космические миссии оказались мрачными из-за сбоя во время запуска, развертывания или запуска на орбиту; после запуска практически невозможно исправить сбой космического корабля, если что-то пойдет не так. С земли это никогда не произойдет.

Первый свет, 26 апреля 2016 года, на установке 4 Laser Guide Star Facility (4LGSF). Эта усовершенствованная система адаптивной оптики обеспечивает огромный прогресс с земли, но является одним из примеров фантастической инфраструктуры, которую можно строить, обслуживать, получать к ней доступ, ремонтировать или заменять с земли. (ESO / F. Kamphues)

4.) Наземная инфраструктура намного превосходит все, что у вас есть в космосе. Хотите сохранить свой космический корабль прохладным? Лучше принесите всю охлаждающую жидкость, которая понадобится вам на время выполнения миссии, и / или надеюсь, что ваша пассивная система охлаждения никогда не будет повреждена. Нужно оградить себя от солнца? Убедитесь, что вы всегда указываете в правильном направлении и надеюсь, что ваши гироскопы никогда не подведут. Есть ли оптический компонент, который ухудшает, выходит из строя или имеет неисправность? В космосе вы застряли с тем, что у вас есть. Но на месте, вы можете иметь экстравагантные средства обслуживания на месте. Неисправное, грязное или поврежденное зеркало можно заменить; инфракрасные телескопы можно охлаждать до бесконечности; ремонт может быть сделан руками человека в режиме реального времени; новые детали и люди могут быть отправлены в любой момент. Это замечательный подвиг, который Хаббл продержал в течение почти 30 лет, но он сделал несколько миссий обслуживания (и немного удачи), чтобы сделать это. На самом деле, телескопы, которым полвека, все еще возвращают передовую науку. Там нет конкурса.

Стратосферная обсерватория НАСА по инфракрасной астрономии (SOFIA) с открытыми дверями телескопа. Это совместное партнерство между НАСА и немецкой организацией DLR позволяет нам доставить современный инфракрасный телескоп в любое место на поверхности Земли, что позволяет нам наблюдать за событиями, где бы они ни происходили. (НАСА / Карла Томас)

5.) На Земле вы можете наблюдать откуда угодно. Как только ваша обсерватория отправится в космос, гравитация и законы движения в любой момент времени определят, где именно будет находиться этот космический корабль. Множество астрономических курьезов можно увидеть повсюду, но есть некоторые захватывающие события, которые требуют, чтобы вы были в очень конкретном месте в определенный момент времени. Оккультизации являются крайним примером этого, когда отдаленный маленький объект в Солнечной системе проходит перед фоновой звездой, но только на короткое мгновение в определенном месте. Луна Нептуна Тритон и первое место назначения Нью-Горизонтов после Плутона, MU69, обе скрытые фоновые звезды, причем Тритон делает это регулярно. Космическим телескопам никогда не удавалось поймать их, но благодаря мобильным обсерваториям, таким как SOFIA НАСА, мы узнали, как меняется атмосфера Тритона в зависимости от сезона, и даже обнаружили маленькую луну вокруг MU69! Поскольку мы не кладем все яйца в корзину для телескопов в космосе, мы можем сделать уникальную науку, которую дает свет, приходящий в наш мир.

Саммит Мауна-Кеа содержит множество самых передовых и мощных телескопов в мире. Это связано с сочетанием экваториального местоположения Мауна-Кеа, большой высоты, качественного видения и того факта, что обычно, но не всегда, выше линии облачности. (Subaru телескоп сотрудничество)

В качестве бонуса, два главных преимущества полета в космос могут быть эффективно сопоставлены с земли с правильными технологическими инновациями. Строя наши обсерватории на очень больших высотах в местах, где воздух все еще находится - например, на вершине Мауна-Кеа или в чилийских Андах - мы можем немедленно вывести большую часть атмосферной турбулентности из уравнения. Добавление адаптивной оптики, в которой существует известный сигнал (например, яркая звезда или искусственная звезда, созданная лазером, который отражается от слоя натрия атмосферы на 60 километров вверх), но выглядит размытым, может позволить нам создать правильное « зеркальная форма »для размытия изображения, а следовательно, и всего остального света, который идет вместе с ним. Дополнительные усовершенствования, такие как одновременное использование нескольких направляющих, позволяют достичь 99% того, что вы получаете из космоса, но в десятки или даже сотни раз увеличивают мощность сбора света.

И, наконец, атмосфера в значительной степени прозрачна не только для видимого света, но и для самых разных длин волн. Эти «атмосферные окна» позволяют нам всматриваться во что угодно во Вселенной, пока свет может проходить через них. В то время как гамма-лучи, рентгеновские лучи и многие инфракрасные волны действительно можно увидеть только из космоса, существуют огромные диапазоны электромагнитного спектра, которые буквально так же хорошо видны с Земли. Радиоволны являются самым потрясающим примером этого, когда многие порядки частот столь же чисты от земли, как и от космоса. Существует ряд высокоэффективных атмосферных окон в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном излучениях.

Пропускание или непрозрачность электромагнитного спектра через атмосферу. Обратите внимание на все особенности поглощения в гамма-лучах, рентгеновских и инфракрасных лучах, поэтому их лучше всего смотреть из космоса. Тем не менее, на многих длинах волн, таких как радио, земля так же хороша. (NASA)

Есть много веских причин делать астрономию из космоса, и целый ряд впечатляющих объектов, которые мы можем видеть, и длины волн, которые мы можем исследовать, которые в противном случае закрыты для нас от земли. Но с точки зрения универсальности, надежности, технического обслуживания, размеров и современных технологий Земля по-прежнему остается лучшим местом для проживания. Поскольку высотные местоположения и летающие на воздушном шаре обсерватории становятся все более распространенными, мы должны все меньше и меньше беспокоиться о самой древней враге астронома: облаках. Если мы сможем сохранить наше небо чистым и темным, наземная астрономия продолжит открывать новые секреты о Вселенной для будущих поколений.

Starts With A Bang теперь на Forbes и переиздан на Medium благодаря нашим сторонникам Patreon. Итан является автором двух книг «За галактикой» и «Трекнология: Наука звездного пути от трикодеров до Варп Драйв».