Отнасяйки зрителните ни възприятия далеч отвъд царството на въображението
на предците ни, тези чудесни инструменти - телескопите, отварят пътя към
по-дълбоко и по-съвършено разбиране на природата. Рене Декарт, 1637 г.
Хиляди години човечеството се е вглеждало в хипнотизиращото нощно небе,
без да осъзнава, че звездите в нашия Млечен път са други Слънца
или да разпознава милионите сходни галактики, които съставляват нашата Вселена,
както и да разбира, че нашето съществуване е само едно мигновение от
13.7 милиарда годишната история на Вселената.
Ако използваме само нашите очи като инструмент, ние не сме в състояние
да открием планетни системи около други звезди или да разберем
дали съществува живот някъде другаде из Вселената.
Днес ние сме напреднали в разкриването на много
загадки на Вселената и живеем
в епоха на най-забележителни астрономически открития.
Аз съм д-р Джей и ще бъда вашият гид за телескопа -
този забележителен инструмент, който се превърна в
портал на човечеството към Вселената.
ОЧИ КЪМ НЕБЕТО 400 години изследвания с телескоп
1. Нов поглед към небето
Преди четири века, през 1609 г. един човек излезе
в полето край дома си.
Той насочи своя ръчно изработен телескоп към Луната, планетите и звездите.
Неговото име бе Галилео Галилей.
Астрономията никога вече нямаше да бъде същата.
Днес, 400 г. след мига, когато Галилей за първи път насочи телескоп към небето,
астрономите използват гигантски огледала на отдалечени върхове, за да изследват небесата.
Радиотелескопи се вслушват в шумоленето и на най-тихия шепот от далечния Космос.
Учените дори изпратиха телескопи в Космоса,
високо над смущаващите влияния на нашата атмосфера.
И гледката беше зашеметяваща!
Не Галилей, обаче, е изобретил телескопа.
Това дължим на Ханс Липерхей, един позабравен
холандско-немски производител на очила.
Но Ханс Липерхей никога не използвал телескопа си, за да гледа към звездите.
Той смятал, че от неговото ново изобретение ще се възползват
предимно мореплавателите и военните.
Липерхей идва от Мидълбург, тогава голям търговски град
в новата Холандска република.
През 1608 г. Липерхей открива, че, когато гледа отдалечен обект
през изпъкнала и вдлъбната лещи, обектът изглежда увеличен, ако
двете лещи са разположени на подходящо разстояние една от друга.
Така се ражда телескопът!
През септември 1608 г. Липерхей показал новото си изобретение на
холандския принц Мориц.
Едва ли е имало по-подходящ момент за това, защото
по същото време Холандия водила
80 годишната война с Испания.
Новият далекоглед можел да увеличава предметите и да открива
противникови кораби и войски, отдалечени толкова, че не се виждали
с невъоръжено око.
Действително, много полезно изобретение!
Но холандското правителство така и не издало патент за телескопа на Липерхей.
Причината за това е, че други предприемачи също претендирали за изобретението,
особено конкурентът на Липерхей - Захариас Янсен.
Спорът така и останал нерешен.
И до днес истинският произход на телескопа остава забулен в мистерия.
Италианският астроном Галилео Галилей, бащата на съвременната физика,
чул за телескопа и решил сам да си направи такъв.
„Преди около 10 месеца до ушите ми стигна съобщение, че някакъв
фламандец е конструирал далекоглед, чрез който видими предмети,
въпреки че са много далече от окото на наблюдателя, се виждали ясно
като че ли са наблизо.”
Галилей бил най-големият учен на своето време.
Подкрепял, също така, и новия възглед за света, проповядван
от полския астроном Николай Коперник, който предположил, че
Земята обикаля около Слънцето, а не обратно.
Въз основа на това, което чул за холандския телескоп, Галилей
конструирал свои собствени инструменти.
Те били с много по-добро качество.
„Накрая, без да жаля сили и средства, аз успях
да конструирам за себе си толкова превъзходен инструмент, че
нещата, които виждах с него, изглеждаха почти хиляда
пъти по-големи, отколкото с нашето природно зрение.”
Време било да изпробва своя телескоп върху небето.
„Стигнах до становище и убеждение, че повърхността
на Луната не е гладка, еднородна и идеално кръгла
както много философи считат,
а е неравна, грапава и обсипана с вдлъбнатини и издатини,
не много различна от лицето на Земята.
Един ландшафт от кратери, планини и равнини.
Един свят като нашия!”
След няколко седмици, през януари 1610 г., Галилей се взира в Юпитер.
Близо до планетата той видял четири светли точки, които променяли
своето положение на небето нощ след нощ заедно с нея.
Нещо като бавен космически балет на спътници, обикалящи около планетата.
Тези четири светли точки ще станат известни като
Галилеевите спътници на Юпитер.
Какво още е открил Галилей?
Фазите на Венера!
Също както Луната, Венера изтънява и се изпълва от тънък сърп до
пълен диск и след това обратно.
Странни придатъци от двете страни на Сатурн.
Тъмни петна по повърхността на Слънцето.
И, разбира се, звезди.
Хиляди, може би дори милиони.
Всяка от които е прекалено слаба, за да се види с невъоръжено око.
Все едно човечеството изведнъж свалило превръзката от очите си.
Цяла една Вселена предстояло да бъде открита.
Новината за телескопа се разпространява из Европа като горски пожар.
В Прага, в двора на император Рудолф ІІ, Йохан Кеплер
подобрил устройството на инструмента.
В Антверпен, холандският картограф Михаел ван Лангрен създал
първите правдоподобни карти на Луната, показващи, според неговите представи,
континенти и океани.
Ян Хевелий, богат полски пивовар, построил грамадни
телескопи в своята обсерватория в Гданск.
Тази обсерватория била толкова голяма, че се простирала върху три покрива!
Но, вероятно, най-добрите инструменти за времето си били конструирани
от Кристиан Хюйгенс в Холандия.
През 1655 г. Хюйгенс открива най-големия спътник на Сатурн - Титан.
Няколко години по-късно наблюденията му разкриват системата от пръстени на Сатурн.
Нещо, което останало загадка за Галилей.
И, не на последно място, Хюйгенс забелязал тъмни петна и ярки
полярни шапки по повърхността на Марс.
Възможно ли е да има живот в този далечен чужд свят?
Въпросът занимава астрономите и до ден днешен.
Първите телескопи били рефрактори, които използват
лещи, за да събират и фокусират звездната светлина.
По-късно лещите са заменени с огледала.
Първият отражателен телескоп е построен от Николо Зуки
и впоследствие, усъвършенстван от Исак Нютон.
В края на 18 век най-големите огледални телескопи
били изработвани от Уилям Хершел - органист, превърнал се в астроном,
който работил заедно със сестра си Каролина.
В дома им в Бат, Англия, братът и сестрата Хершел отливали
разтопен метал във форми и когато той изстивал
те го полирали така, че да отразява светлината на звездите.
През живота си Хершел изработил повече от 400 телескопа.
Най-големият от тях бил толкова огромен, че били нужни четирима слуги,
които да задвижват всичките въжета, колела и ръчки,
необходими, за да се проследява движението на звездите по нощното небе,
предизвиквано, разбира се, от въртенето на Земята.
Като истински инспектор, Хершел изследвал небето и
създал каталози на стотици нови мъглявини и двойни звезди.
Също така, той открил, че Млечния Път трябва да представлява плосък диск.
И даже определил движението на Слънчевата система през този диск,
като наблюдавал относителните движения на звездите и планетите.
И тогава, на 13 март 1781 г., той открил нова планета - Уран.
Чак 200 г. по-късно космическият кораб Вояджър на NASA
даде възможност на астрономите да погледнат отблизо този далечен свят.
В плодородната и пищна провинция в централна Ирландия, Уилям Парсънс, третият граф Рос,
построил най-големия телескоп на 19 век.
С огромното си 1.8 m в диаметър метално огледало, гигантският
телескоп станал известен като "Левиатанът от Парсънстаун".
В редките ясни безлунни нощи, графът сядал зад окуляра
и отплувал на пътешествие през Вселената.
Към мъглявината в Орион - сега считана за звездна ясла.
Към мистериозната Ракообразна мъглявина - остатък от взрив на свръхнова.
А мъглявината „Водовъртеж”?
Лорд Рос е първият, отбелязал нейната величествена спирална форма.
Галактика като нашата, инкрустирана с облаци от тъмен прах и светещ газ,
милиарди отделни звезди, и, кой знае -
може би и планети, подобни на Земята.
Телескопът се превърнал в нашия кораб за изследване на Вселената.
2. По-големият е по-добър
През нощта очите ви се адаптират към тъмнината.
Зениците ви се разширяват, за да пропуснат повече светлина в очите.
В резултат на това можете да видите по-неясни обекти и по-слаби звезди.
Сега си представете, че имате еднометрови зеници.
Ще изглеждате твърде странно, но от друга страна, ще имате свръхестествено зрение!
Ето това правят телескопите за нас.
Телескопът е като фуния.
Неговата главна леща или огледало събира светлината от небесните обекти и я насочва към очите ви.
Колкото по-голяма е лещата или огледалото на телескопа, толкова по-слаби обекти могат да се видят.
Така че всичко зависи от размера.
Но колко голям може да е телескопът?
Е, не твърде голям, ако е рефрактор.
Звездната светлината трябва да премине през главната леща.
А тя може да се опира само на краищата си.
Ако лещата е твърде голяма, тя става прекалено тежка и започва да се деформира от собствената си тежест.
Това означава, че изображението ще се изкриви.
Най-големият рефрактор в историята е завършен през 1897 г. в Йъркската обсерватория близо до Чикаго.
Диаметърът на главната му леща е малко повече от един метър.
Но тубусът му бил дълъг цели 18 m.
Със завършването на Йъркския телескоп, създателите на телескопи-рефрактори до голяма степен достигнали границите на възможностите си.
Искате по-големи телескопи?
Мислете за огледала тогава.
При телескопите-рефлектори светлината от небесните обекти се отразява от огледало вместо да преминава през леща.
Огледалото може да е по-тънко от лещата и да се подпира от задната страна.
Следователно могат да се изработват много по-големи огледала, отколкото лещи.
В южна Калифорния големите огледала се появиха преди век.
Тогава Маунт Уилсън беше самотен връх в необятната пустош на планината Сан Габриел.
Небето беше ясно, а нощите – тъмни.
На това място Джордж Елъри Хейл пръв построи 1.5 m телескоп.
По-малък от вече недействащия Левиатан на Лорд Рос, но с много по-добро качество.
И на много по-добро място.
Хейл убедил местния бизнесмен Джон Хукър да финансира 2.5 m инструмент.
Тонове стъкло и стомана бяха качени на Маунт Уилсън.
Телескопът Хукър бе завършен през 1917 г.
Той остава най-големият телескоп на света през следващите 30 г.
Внушителна космическа артилерия, готова да атакува Вселената.
И тя атакува.
Заедно с невъобразимия размер на новия телескоп настъпиха
промени и в начина, по който се виждаше изображението.
Астрономите вече не се взираха в окуляра на новия гигант.
Вместо това събираха светлината върху фотографски плаки часове наред.
Никой, никога преди това, не беше поглеждал толкова далече в Космоса.
Спиралните мъглявини се оказаха преливащи от звезди.
Биха ли могли и те да са огромни звездни системи като нашия Млечен Път?
В мъглявината Андромеда Едуин Хъбъл открива специален тип звезда,
която променя блясъка си с точността на часовник.
Чрез своите наблюдения Хъбъл успява да определи разстоянието до Андромеда:
почти един милион светлинни години.
Спиралните мъглявини, като Андромеда, се оказаха отделни галактики.
Но това не беше единственото невероятно нещо.
Оказа се, че повечето от тези галактити се отдалечават от Млечния Път.
От Маунт Уилсън Хъбъл открива, че близките галактики се отдалечават с малки скорости,
докато далечните галактики се разбягват много по-бързо.
Какъв е изводът?
Вселената се разширява.
Телескопът Хукър дава на астрономите най-голямото астрономическо откритие на ХХ век.
Благодарение на телескопа ние проследихме историята на Вселената.
Преди по-малко от 14 милиарда години Вселената се е родила
в гигантска експлозия на време и пространство, материя и енергия, наречена
Големия Взрив.
Миниатюрни квантови флуктуации се превърнали в плътни образувания в първичния бульон.
От тях се образували галактиките.
Впечатляващо разнообразие от размери и форми.
Ядреното сливане в недрата на звездите създало нови атоми.
Въглерод, кислород, желязо, злато.
Взривовете на свръхнови разпръснали тези тежки елементи обратно в Космоса.
Материал за образуването на нови звезди.
И планети!
Някога, някъде, някак обикновени органични молекули еволюирали в живи организми.
Животът е чудо във вечно променящата се Вселена.
Ние сме звезден прах.
Невероятна гледка и зашеметяваща история.
Разкрити пред очите ни благодарение на наблюденията с телескопи.
Представете си: без телескопа бихме знаели само за шест планети,
една Луна и няколко хиляди звезди.
Астрономията все още би живяла детството си.
Като зоровени съкровища, границите на Вселената са примамвали
авантюристите от незапомнени времена.
Принцове и владетели, политициили индустриалци, наравно с хората на науката
са били съблазнявани от неизследваните морета на Космоса и благодарение на тяхното
материално съдействие областта на проучвания бързо се разширявала.
Джордж Елъри Хейл имал една последна мечта:
да построи телескоп двойно по-голям от предишния.
Представям ви гранд-дамата на астрономията на ХХ век.
5 m телескоп Хейл на планината Паломар.
Повече от 500 тона движеща се маса, при това толкова прецизно балансирана,
че се движи грациозно като балерина.
40 т му огледало ни показва звезди, които са 40 милиона пъти по-слаби, отколкото можем да видим с очите си.
Завършен през 1948 г., телескопът Хейл ни даде ненадминати изображения на
звездни купове, мъглявини и галактики.
Гигантът Юпитер с многото му луни.
Впечатляващата мъглявина Пламък.
Слаби струйки газ в мъглявината Орион.
Но можем ли да мислим за още по-големи телескопи?
Е, съветските астрономи се опитаха през 70-те години на миналия век.
Високо в Кавказ те построиха Большой Телескоп Азимутальный,
закичен с 6 m главно огледало.
Но той така и не оправда очакванията.
Просто беше твърде голям, твърде скъп и твърде труден за работа.
Дотук ли спряха строителите на телескопи?
Трябваше ли да погребат мечтите си за още по-големи инструменти?
До преждевременния си край ли стигна историята на телескопите?
Разбира се че не.
Днес имаме 10 m телескопи в действие.
Проектират се дори още по-големи.
Какво е решението?
Нови технологии.
3. Спасение в технологията
Така, както модерните коли не приличат вече на Форд модел Т, така и съвременните
телескопи са доста различни от техните класически предшественици,
като 5 m телескоп Хейл.
Първо, защото техните монтировки са по-малки.
Старата монтиравка е екваториалната, където една от осите
е винаги монтирана паралелнона оста на въртене на Земята.
С цел да следи движениетона небето, телескопът просто
трябва да се върти около тази ос със същата скорост, с която се върти Земята.
Лесно, но изискващо доста пространство.
Съвременните алт-азимуталнимонтировки са много по-компактни.
С такава монтиравка, телескопът се насочва почти като оръдие.
Просто се избира местоположение, височина и всичко е готово.
Проблемът е да се следва движението на небето.
Телескопът трябва да се върти около двете оси и с различни скорости.
По същество, това стана възможно едва след като телескопът започна за се управлява от компютър.
По-малките монтировки са по-евтини за изработка.
Освен това, те се побират в по-малки куполи, което също намалява разходите
и подобрява качеството на изображенията.
Да вземем за пример телескопите-близнаци Кек на Хаваите.
Въпреки че техните 10 m огледала са двойно по-големи от това
на телескопа Хейл, независимо от това те се побират в по-малък купол
от този на планината Паломар.
Огледалата на телескопите също се усъвършенстват.
Преди са били дебели и тежки.
Днес те са тънки и много леки.
Огледала, достигащи няколко метра ширина, се отливат в гигантски, въртящи се пещи.
И въпреки това, те остават тънки, по-малко от 20 cm.
Сложна поддържаща конструкция предпазва тънкото огледало
от счупване от собствената си тежест.
Компютърно контролирани бутала също помагат на огледалото да
запази перфектната си форма.
Тази система се нарича „активна оптика”.
Идеята е да се компенсира и коригира всякаква деформация в главното огледало,
причинена от гравитация, вятър или температурни промени.
Пък и тънкото огледало тежи по-малко.
Това означава, че цялата поддържаща структура, включително монтировката,
може да бъде много по-подредена и лека.
И по-евтина!
Това е 3.6 m New Technology телескоп,
построен от европейски астрономи в края на 80-те години.
Той служи като опитно поле за много от новите технологии
в строенето на телескопи.
Дори и неговата кула няма нищо общо с традиционните куполи за телескопи.
New Technology телескопът имаше огромен успех.
Беше време да се прескочи шест метровата граница.
Обсерваторията Мауна Кеа се намира на най-високата точка в Тихия океан
на 4200 m над морското равнище.
На хавайските плажове туристите се наслаждават на слънцето и сърфа.
Но високо над тях астрономите се сблъскват с ниските температури
и височинната болест с цел да разкрият тайните на Вселена.
Телескопите Кек са сред най-големите в света.
Техните огледала са с диаметър 10 m, но са тънки като вафли.
Облепени с плочки като под на баня, те се състоят от 36 хексагонални сегмента,
всеки от които е контролиран с точност до нанометър.
Това са истински гиганти, отдадени на наблюдението на небесата.
Катедрали на науката.
Нощ се спуска над Мауна Кеа.
Телескопите Кек започват да събират фотони, идващи от най-далечните краища на Космоса.
Комбинирани, техните огледала-близнаци са ефективно по-големи
от всички, правени досега.
Какъв ще бъде уловът тази нощ?
Двойка сблъскващи се галактики, на разстояние милиарди светлинни години?
Умираща звезда, изпускаща последния си дъх в планетарна мъглявина?
Или може би извън слънчева планета, убежище на извънземен живот?
На Серо Паранал в Чилийската пустиня Атакама – най-сухото място на Земята –
се намира най-голямата астрономическа машина, строена досега:
европейският Very Large Telescope – VLT.
VLT всъщност е четири телескопа в един.
Всеки носещ по едно 8.2 m огледало.
Анту.
Кюйен.
Мелипал.
Йепун.
Така местните индианци Мапуче наричат Слънцето, Луната, Южния кръст и Венера.
Огромните огледала са отлети в Германия, полирани във Франция, докарани с кораб в Чили
и след това бавно транспортирани през пустинята.
Със залеза куполът на телескопа се отваря.
Звездната светлината обсипва огледалата на VLT.
Правят се нови открития.
Лазер пронизва нощното небе.
Той проектира изкуствена звезда в атмосферата
на 90 km над нас.
Сензори измерват колко е изкривено изображението на звездата
от атмосферната турбуленция.
Тогава бързи компютри задават на огледалото колко трябва
да се деформира, с цел да се коригира това изкривяване.
Фактически, за да не трептят звездите.
Тава се нарича „адаптивна оптика” и е големия магически номер
на астрономията днес.
Без нея, нашият поглед към Вселената ще бъде замъглен от атмосферата.
Но използвайки я, нашите изображения са остри като бръснач.
Друга част от оптическата магия е известна като интерферометрия.
Идеята е да се отведе светлината от два отделени телескопа
и да се събере в една точка, като се запазва
относителното отместване на светлинните вълни.
Ако това се направи досатъчно прецизно, резултатът е, че двата телескопа
действат като част от единично огромно огледало,
голямо колкото разстоянието между телескопите.
Ефектът е, че интерферометрията ни дава орлов поглед.
Това позволява на по-малките телескопи да достигнат ниво,
достъпно само за големите телескопи.
Телескопите-близнаци Кек на Мауна Кеа редовно се обединяват
и работят като интерферометър.
В случая на VLT, всичките четири телескопа могат да работят заедно.
Като допълнение, няколко по-малки помощни телескопа могат да
се присъединят и така качеството на изображението да се подобри.
Големи телескопи са разположени по цялото земно кълбо.
Субару и Джемини Север на Мауна Кеа.
Джемини Юг и телескопите Магелан в Чили.
Големият Бинокулярен Телескоп в Аризона.
Те са построени на най-подходящите места.
На високо и сухо, ясно и тъмно.
Очите им са с размерите на плувни басейни.
Всички са екипирани с адаптивна оптика, за да противодействат на ефекта на
замъгляване от атмосферата.
И понякога достигат разделителна способност на виртуален звяр,
благодарение на интерферометрията.
Ето какво ни показват.
Планети.
Мъглявини.
Действителните размери и смачкани форми на някои звезди.
Студена планета, обикаляща около кафяво джудже.
И гигантски звезди, въртящи се около ядрото на нашата галактика Млечен Път,
насочвани от гравитацията насвръхмасивна черна дупка.
Извървяли сме доста път от Галилео Галилей насам.
4. От сребро до силиций
Преди 400 години, когато Галилео Галилей искал да покаже на хората какво
вижда през телескопа си, той трябвало да рисува.
Сипаничавото лице на Луната.
Танцът на спътниците на Юпитер.
Слънчевите петна.
Или звездите в Орион.
Галилео събрал рисунките си и ги публикувал в малка книжка
„Звездният вестоносец”.
Това било единственият начин да сподели откритията си
с другите.
В продължение на повече от два века, астрономите също трябвало да бъдат и художници.
Взирайки се през окуляра, те правели детайлни
рисунки на това, което виждат.
Застиналият пейзаж на Луната.
Буря в атмосферата на Юпитер.
Финото було от газ на отдалечена мъглявина.
И понякога обяснявали видяното погрешно.
Тъмните линии по повърхноста на Марс били считани за канали,
което предполагало наличието на цивилизован живот на червената планета.
Сега ние знаем, че каналите са оптична илюзия.
Това, от което астрономите се нуждаели, било обективен начин за регистриране
на светлината, събирана от телескопите, без да е нужно информацията първо
да минава през техните умове и писалки.
Фотографията дошла на помощ.
Първата дагеротипна фотография на Луната.
Тя била направена през 1840 г. от Хенри Дрейпър.
Фотографията била на по-малко от 15 г., но астрономите
вече се възползвали от нейните революционни възможности.
Как работела фотографията?
Чувствителната емулсия на фотографската плака съдържала
малки зрънца сребърен халогенид.
Изложени на светлина, те почерняват.
Така резултатът бил негативно изображение на небето,
с тъмни звезди на светъл фон.
Но истинското предимство на фотографската плака било, че
експозицията можела да трае часове наред.
Когато наблюдавате нощното небе с очите си,
след като те се адаптират към тъмнината, вие не виждате все повече
звезди, само заради това, че гледате по-дълго.
Но с фотографската плака можете да направите точно това.
Може да събирате и натрупвате светлината с часове наред.
Така по-дългата експозиция разкрива повече звезди.
И още.
И после още...
През петдесетте години на двадесети век, телескопът Шмид в обсерваторията Паломар
бил използван за фотографиране на цялото северно небе.
Близо 2000 фотографски плаки, всяка от които експонирана почти час.
Златна мина за изследователите.
Фотографията превърнала наблюдателната астрономия в истинска наука.
Обективна, измерима и възпроизведима.
Но среброто действало бавно.
Трябвало търпение.
Цифровата революция промени всичко това.
Силицият замени среброто.
Пикселите – зрънцата.
Дори в любителските фотоапарати вече не използваме фотографски филм.
Вместо това, образите се записват върху светлочувствителен чип:
Charge Coupled Device, или накратко CCD.
Професионалните CCD са изключително ефективни.
За да станат още по-чувствителни, те се охлаждат
много под 0 градуса Целзий с помощта на течен азот.
Почти всеки фотон бива регистриран.
В резултат на това, продължителността на експозициите се съкращава значително.
Това, което Звездният обзор на обсерваторията Паломар е постигал за един час,
днес CCD камерата прави за няколко минути.
С по-малък телескоп.
Силициевата революция далеч не е приключила.
Астрономите са конструирали огромни CCD камери
със стотици милиони пиксели.
А предстои и още.
Голямото предимство на цифровите изображения е, че те са... цифрови.
Готови са за компютърна обработка.
Астрономите използват специализирани програми, за да обработват
своите наблюдения на небето.
Чрез разтегляне или увеличаване на контраста се разкриват и най-неясните подробности
на мъглявините и галактиките.
Оцветяването показва структури,
които иначе биха се забелязали трудно.
Нещо повече, чрез наслагване на множество образи на един и същи обект,
заснети през различни цветни филтри,
могат да се постигнат поразителни изображения, размиващи границата
между наука и изкуство.
И вие можете да се възползвате от цифровата астрономия.
Никога не е било толкова лесно да се насладите на невероятни
изображения от Космоса.
От снимките на Вселената ви дели само едно кликване с мишката!
Роботизирани телескопи, снабдени с чувствителни електронни детектори,
в настоящия момент държат под око цялото небе.
Телескопът Sloan в Ню Мексико е фотографирал
и каталогизирал повече от 100 милиона небесни обекта,
измерил е разстоянието до милиони галактики и е открил
стотици хиляди нови квазари.
Но един обзор не е достатъчен.
Вселената е постоянно променящо се място.
Заледени комети идват и си отиват, като оставят разпръснати отломки
след себе си.
Астероиди профучават.
Далечни планети обикалят около своите звезди-майки,
като препречват за кратко част от светлината им.
Свръхнови експлоадират, а другаде се раждат нови звезди.
Пулсари проблясват, източници на гама лъчи се взривяват, черни дупки поглъщат.
За да проследят тези величествени игри на природата, астрономите
биха искали да извършват обзори на цялото небе всяка година.
Или всеки месец.
Или два пъти седмично.
Поне това е амбициозната цел на Големия Синоптичен Телескопа.
Ако бъде завършен през 2015 г., неговата 3 гигапикселова камера ще отвори
нов прозорец към Вселената.
Повече от сбъдвайки мечтите на всички астрономи, този телескоп
ще фотографира почти цялото небе на всеки три нощи.
5. До видиш невидимото
Когато слушате любимата си музика, вие настройвате ушите си
в много широк честотен диапазон, от най-ниското басово боботене
до най-високите вибрации.
Представете си сега, че вашите уши са чувствителни само за много ограничен
диапазон от честоти.
Бихте пропуснали най-интересното!
Но астрономите се намират точно в такава ситуация.
Нашите очи са чувствителни само към много тесен диапазон
от светлинния честотен спектър: видимата област.
Но ние сме абсолютно слепи за всички останали форми на
електромагнитното излъчване.
Все пак, във Вселената има много обекти, които излъчват
в други части от електромагнитния спектър.
Например, през 1930-те случайно бе открито,
че от дълбините на космоса идват радиовълни.
Някои от тези вълни имат същата честота, както вашата любима
радиостанция, но те са по-слаби и, разбира се,
нама нищо за слушане.
За да се настроите на радио Вселена, вие се нуждаете
от приемник: радиотелескоп.
За всички, освен за най-дългите дължини на вълните, в наши дни радиотелескопите са просто чинии.
Много подобни на главното огледало на оптичните телескопи.
Но поради това, че радиовълните са много по дълги от видимите,
повърхността на чинията не трябва да бъде толкова прецизна
както тази на огледалата.
И това е причината, поради която е много по-лесно да се построи
голям радиотелескоп, отколкото голям оптичен телескоп.
Също така, в радиодиапазона е много по-лесно да се прави интерферометрия.
Интерферометрията е метод, при които чрез комбиниране на светлина от
два отделни телескопа се получава по-детайлна картина, все едно
е регистрирана от единична огромна чиния.
Телескопът Very Large Array в Ню Мексико, например, се състои от
27 отделни антени, всяка с диаметър 25 m.
Всяка антена може да се мести самостоятелно и в
най-голямата си конфигурация виртуалната чиния
е с диаметър 36 km.
И така, как Вселената изглежда в радиовълни?
За начало, нашето Слънце блести много ярко в радиодиапазона.
Както и центърът на нашата Галактика - Млечния път.
Но има и още.
Пулсарите са много плътни звездни тела, които излъчват радиовълни
само в много тесен сноп.
Освен това, те се въртят със скорост до няколко стотин
оборота в секунда.
Така ефектът е, че пулсарите изглеждат като въртящ се морски радиофар.
Това, което виждаме от тях, е много правилна и бърза
последователност от много кратки радиопулсации.
От тук идва и името им.
Радиоизточника, известен като Касиопея А, всъщност е
остатък от свръхнова, която е избухнала през 17 век.
Центавър А, Лебед А и Дева А са гигантски галактики, които
излъчват огромен поток от радиовълни.
Всяка галактика се захранва от масивна черна дупка в центъра й.
Някои от тези радиогалактики и квазари са толкова мощни, че
техният сигнал може да бъде уловен от разстояние 10 милиарда светлинни години.
Съществува слабо, относително късовълново радиосвистене,
което изпълва цялата Вселена.
То е известно като космическо микровълново фоново лъчение
и е отзвук от Големия взрив.
Истинското ехо от горещото начало на Вселената.
Всяка част от спектъра разказва своя собствена история.
Чрез милиметровите и субмилиметровите вълни астрономите изучават
формирането на галактиките в ранната Вселена и произхода на
звездите и планетите в нашия Млечен път.
Но по-голяма част от това излъчване е блокирано от водните пари в нашата атмосфера
и за да го наблюдаваме трябва да отидем на високо и сухо.
Например в равнината Чахнантор.
На 5 km над морското равнище, това сюрреалистично плато
в северната част на Чили, е строителната площадка на ALMA:
the Atacama Large Millimeter Array.
Когато бъде готова през 2014 г., ALMA ще бъде най-голямата астрономическа
обсерватория, строена някога.
64 антени, всяка тежаща по 100 тона, ще работят в унисон.
Огромни влекачи ще ги разпръскват на площ голяма колкото Лондон,
за да се увеличат детайлите на изображението, или ще ги събира,
за да има по-голямо зрително поле.
Всяко движение ще се извършва с милиметрова прецизност.
Много от обектите във Вселената излъчват в инфрачервената област.
Открито от Уилям Хершел, инфрачервеното излъчване е наричано още
„топлинно излъчване”, защото се излъчва от всички сравнително топли обекти,
включително и хората.
Вие може би сте по-добре запознати с инфрачервеното лъчение, отколкото си мислите.
Защото на Земята този вид лъчение се използва от
специалните очила и камери за нощно виждане.
Но за да регистрират слабата инфрачервена светлина от далечен обект, астрономите
се нуждаят от чувствителни детектори, охладени до само няколко градуса
над абсолютната нула, за да се подтисне тяхното собствено топлинно излъчване.
Днес, по-голяма част от големите оптични телескопи са снабдени и с инфрачервени камери.
Те ни позволяват да погледнем през космически прахов облак, разкривайки
новородените звезди вътре, нещо, което не може да бъде видяно във видима светлина.
Например, вземете известното оптично изображение на звездния инкубатор в Орион.
Но вижте колко е различен, когато се погледне с очите на
инфрачервена камера!
Възможността да се наблюдава в инфрачервения диапазон е много полезна и при изучаването на
най-далечните галактики.
Новородените звезди в младите галактики светят много силно в ултравиолета.
Но след това тази ултравиолетова светлина трябва да пътува милиарди години през
разширяващата се Вселена.
Разширението удължава светлинните вълни, така че когато ние ги регистрираме,
те са отместени към близката инфрачервена област.
Този елегантен инструмент е телесопът MAGIC на Ла Палма.
Той търси в небето космически гама лъчи,
които са най-енергетичните от лъченията в природата.
За наш късмет смъртоностните гама лъчи се блокират от
Земната атмосфера.
Но те оставят след себе си отпечатъци, които астрономите могат да изследват.
След като ударят атмосферата, те произвеждат каскада от
енергетични частици.
Те, от своя страна, предизвикват слабо светене, което телескопът MAGIC може да види.
Ето това е обсерваторията „Пиер Оже” в Аржентина.
Тя дори не прилича на телескоп.
„Пиер Оже” се състои от 1600 детектора, разпръснати на площ от
3000 квадратни километра.
Те улавят частици, идващи от космическите лъчи на далечни свръхнови
и черни дупки.
А нещо за неутринните детектори, построени в дълбоки мини или под
повърхността на океана, или в антарктическия лед.
Може ли да ги наречем телескопи?
Е, защо не?
Преди всичко, те наблюдават Вселената, независимо че не събират данни от
електромагнитния спектър.
Неутриното е неуловима частица, която се заражда в Слънцето
и при експлозиите на свръхнови.
Те са се образували дори и по време на Големия взрив.
За разлика от останалите елементарни частици, неутриното може да премине през нормалната
материя, да се движи със скорост близка до скоростта на светлината и няма електричен заряд.
Въпреки че тези частици може би са трудни за изучаване, те са страшно много.
Всяка секунда повече от 50 трилиона електронни неутрино от Слънцето
минават през вашето тяло.
И накрая, астрономи и физици са обединили силите си за да построят детектори на
гравитационни вълни.
Тези „телескопи” не наблюдават излъчване и не ловят частици.
Вместо това, те измерват фини колебания в самата структура на пространство-времето,
концепция, предсказана от теорията на относителността на Алберт Айнщайн.
Със зашеметяващо разнообразие от инструменти астрономите разкриват пълния
спектър на електромагнитното излъчване и дори се осмеляват да погледнат извън него.
Но някои наблюдения просто не могат да се правят от Земята.
Какво е решението?
Космически телескопи.
6. Отвъд Земята
Космическият телескоп Хъбъл.
Той определено е най-известният телескоп в историята.
И то с причина.
Хъбъл предизвика революция в много области на астрономията.
Според съвременните стандарти огледалото на телескопа Хъбъл е много малко.
Диаметърът му е едва 2.4 m,
обаче се намира буквално извън този свят.
Разположен високо над замъгляващия ефект на атмосферата, той има изключително
ясен поглед към Вселената.
И в допълнение, телескопът може да вижда светлината от ултравиолетовата и близката инфрачервена област.
Светлината от тези области не може да бъде наблюдавана от наземните телескопи,
заради поглъщането и в атмосферата.
Камери и спектрографи, някои големи колкото телефонна кабина,
регистрират светлината от далечни космически обекти.
Подобно на всеки наземен телескоп, Хъбъл бива модернизиран от време на време.
Астронавти извършват необходимите корекции в открития космос.
Счупените части биват подменени.
Остарелите инструменти се заменят с по-нови и
съвременни технологии.
Хъбъл се превърна в работен кон за наблюдателната астрономия.
И измени нашите представи за Космоса.
Благодарение на острия си поглед, Хъбъл наблюдава изменения на сезонните на Марс,
сблъсък на комета с Юпитер,
пръстените на Сатурн в профил
и дори повърхността на малкия Плутон.
Той разкри цикъла на звездната еволюция, от раждането на звездите и бебешките им дни
в люлката на отрупаните с прах газови облаци по дългия им път до тяхното последно сбогом:
във вид на деликатни мъглявини, издухвани бавно в пространството от умиращите звезди,
или като титанични избухвания на свръхнови, които почти превъзхождат по яркост родните са галактики.
Дълбоко в мъглявината Орион, Хъбъл видя дори месторождението на нови
слънчеви системи: дискове от прах около новородени звезди, които могат скоро
да се кондензират в планети.
Космическият телескоп изучи хиляди звезди в гигантски кълбовидни
купове, представляващи най-старото поколение звезди във Вселената.
И галактики, разбира се.
Никога преди астрономите не бяха виждали толкова детайли.
Величествени спирали, поглъщащи прахови ивици, яростни стълкновения.
Изключително дълги експозиции в тъмни области на небето откриха
хиляди слаби галактики на милиони светлинни години разстояние.
Фотони, които са били излъчени, когато Вселената е била още млада.
Прозорец към далечното минало, разпръскващ светлина от
вечно изменящия се Космос.
Хъбъл не е единственият телескоп в Космоса.
Това е космическият телескоп Спицер на NASA, изстрелян през август 2003 г.
В определен смисъл той е еквивалентът на Хъбъл в инфрачервената област.
Огледало на Спицер е с диаметър само 85 cm.
Телескопът, обаче, е скрит зад защитен екран, който го предпазва от топлинната радиация
идваща от Слънцето.
Детекторите му са скрити в контейнер, пълен с течен хелий.
Там детекторите се охлаждат до едва няколко градуса
над абсолютната нула.
Което ги прави много чувствителни.
Спицер разкри една изпълнена с прах Вселена.
Тъмни, непрозрачни облаци прах светят в инфрачервената област,
когато са нагрети отвътре.
Шокови вълни, предизвикани от галактични сблъсъци, завиват праха в издайнически пръстени
и приливни образувания – нови области за интензивно звездообразуване.
Прах се произвежда и в резултат на смъртта на звездите.
Спицер откри, че планетарните мъглявини и остатъците от свръхнови са богати
на прахови частици, необходимите изграждащи компоненти на бъдещи планети.
При други инфрачервени дължини на вълната, Спицер може да наблюдава директно през прахов
облак, разкривайки звездите вътре, скрити в тъмните недра.
Спектрографът на космическия телескоп изучи също и
атмосферите на планети извън Слънчевата система - газови гиганти като Юпитер,
които се завъртат около звездите си само за няколко дни.
Какво да кажем за рентгеновите и гама лъчите?
Ами те са напълно блокирани от земната атмосфера.
Така че без космически телескопи астрономите биха били напълно слепи
за тези високо енергетични форми на електромагнитното лъчение.
Рентгенови и гама космически телескопи разкриват горещата,
високоенергетична и бурна Вселена с галактични купове, черни дупки
избухващи свръхнови и сливащи се галактики.
Тези телескопи, обаче, се строят много трудно.
Високо енергичното лъчение преминава през обикновеното огледало.
Рентгеновите лъчи могат да бъдат фокусирани само с концентрични огледални сегменти, направени от чисто злато.
Гама лъчите пък, се изучават с помощта на сложни стеноскопи
или сцинтилатори, които произвеждат кратки светлинни импулси,
когато биват ударени от гама фотон.
През 90-те NASA използваше обсерваторията за гама лъчи Комптън.
По това време, тя бе най-големият и най-масивен научен
спътник, изстрелван някога.
Великолепно екипирана физична лаборатория в космическото пространство.
През 2008 г., Комптън бе последван от GLAST:
Космически телескоп за гама лъчи Gamma Ray Large Area Space Telescope.
Той ще изучава всичко във високо енергетичната Вселена, от тъмната
материя до пулсарите.
Междувременно, астрономите имат два рентгенови космически телескопа:
Рентгеновата обсерватория на NASA Чандра и XMM-Newton обсерваторията на ESA
изучават най-горещите точки във Вселената.
Ето как изглежда небето в рентгенови лъчи.
Протяжните обекти представляват газови облаци, нагрети до милиони градуси от
шоковите вълни в остатъците от свръхнови.
Ярките точкови източници са рентгенови двойни звезди: неутронни звезди или
черни дупки, които всмукват вещество от звездата компаньон.
Този горещ, падащ газ илъчва рентгенови лъчи.
По същият начин рентгеновите телескопи разкриват свръхмасивни черни дупки в
ядрата на далечни галактики.
Веществото, падащо по спирала, се загрява достатъчно силно, за да свети в рентгенови лъчи
точно преди да потъне в черната дупка и стане невидимо отвън.
Горещ, но разреден газ запълва пространството между отделните галактики
на даден куп.
Понякога този газ вътре в куповете се сгъстява и нагрява още повече
при сблъсъците и сливанията на галактични купове.
Още по-удивителни са гама избухванията - най-високоенергетичните
събития във Вселената.
Това са катастрофални експлозии на много масивни и
бързо въртящи се звезди.
За по-малко от секунда те излъчват повече енергия, отколкото Слънцето
за 10 милиарда години.
Хъбъл, Спицер, Чандра, XMM-Newton и GLAST,
всички те са многостранно надарени гиганти.
Но някои космически телескопи, обаче, са по-малки и имат
много по-конкретни мисии.
Да вземем например COROT.
Този френски спътник е посветен на звездната сеизмология и изучаването
на планетите извън Слънчевата система.
Или Swift, спътникът на NASA, представляващ комбинирана рентгенова и гамма обсерватория,
проектиран да разкрие мистерията на избухванията в гамма лъчи.
Също WMAP, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, изследващ анизотропията на микровълновия фон.
За малко повече от 2 г. в Космоса той вече бе създал карта на космическото
фоново лъчение с безпрецедентна точност.
WMAP предостави на космолозите най-доброто за сега изображение на една от най-ранните
фази на Вселената, преди повече от 13 милиарда години.
Преминаването на космическата граница бе едно от най-вълнуващите
развития в историята на телескопа.
Какво следва по-нататък?
7. Какво следва?
В Аризона се отлива първото огледало на
Гигантския Телескоп „Магелан” (The Giant Magellan Telescope).
Този огромен инструмент ще бъде построен
в обсерваторията Лас Кампанас в Чили.
Неговите седем огледала, всяко едно с диаметър над 8 m,
ще бъдат аранжирани във формата на цвете.
И заедно ще събират четири пъти повече светлина,
от който и да е съвременнен телескоп.
Тридесет Метровият Телескоп в Калифорния, планиран за 2015 г.,
в действителност е една уголемена версия на Кек.
Стотици отделни сегменти изграждат огромно огледало,
голямо колкото шест етажна сграда.
В Европа са готови плановете за Изключително Големия Телескоп (The European Extremely Large Telescope).
С диаметъра си от 42 m, огледалото му ще има размерите на олимпийски
плувен басейн, с два пъти по-голяма площ от тази
на Тридесет Метровия Teлескоп.
Тези бъдещи чудовища, оптимизирани да работят в инфрачервената спектрална област,
ще бъдат екипирани с чувствителни инструменти и адаптивна оптика.
Те трябва да ни разкрият първите поколения от галактики
и звезди в историята на Вселената.
Твърде възможно е, благодарение на тях, да получим първото реално изображение
на планета от друга слънчева система.
За радиоастрономите, обаче, 42 m са дреболия.
Те обединяват голям брой по-малки инструменти,
за да направят много по-голям приемник.
В момента в Холандия се изгражда Обсерваторията
за ниско-честотни наблюдения (LOFAR).
Оптични влакна ще свързват 30 000 антени с централен суперкомпютър.
Новаторският дизайн не предвижда подвижни елементи,
но LOFAR може да извършва наблюдения в 8 различни посоки едновременно.
Разработената за LOFAR технология най-вероятно ще бъде използвана при реализирането и на един друг проект,
заемащ първо място в списъка с желания на радиоастрономите -
телескоп с обща площ на антените около един квадратен километър (the Square Kilometre Array).
Този международен радиотелескоп ще бъде изграден в Австралия или Южна Африка.
Големи антени-чинии и малки приемници ще се комбинират,
за да получат невероятно детайлни образи на радионебето.
С обща площ oт 1 квадратен километър, тази система
от антени ще бъде най-чувствителният радиоинструмент
създаван до днес.
Еволюиращи галактики, мощни квазари, проблясващи пулсари,
нито един източник на радио вълни няма да може
да се скрие от зорките очи на този телескоп.
Той дори ще търси възможни радио сигнали
от извънземни цивилизации.
А как стоят нещата с Космоса?
След своята пета и последна обслужваща мисия, космическият телескоп
Хъбъл ще продължи да функционира до около 2013 г.
По това време неговиятнаследник ще бъде изведен на орбита.
Да посрещнем космическия телескоп Джеймс Уеб – инфрачервена
космическа обсерватория, носеща името на бивш ръководител на NASA.
Когато достигне откритото пространство, неговото 6.5 m сегментирано огледало ще се отвори,
подобно на разцъфващо цвете.
Неговата чувствителност ще бъдe 7 пъти по-голяма от тази на Хъбъл.
Голям сенник ще държи постоянно на сянка оптичните елементи
и нискотемпературни инструменти, като им позволява да работят при
смразяващите -233 градуса Целзий.
Космическият телескоп Джеймс Уеб няма да обикаля около Земята.
Вместо това ще бъде паркиран на 1.5 милиона km от нашата
планета, на широка орбита около Слънцето.
Преди половин век телескопът Хейл, разположен в планината Паломар,
бе най-големият в историята.
Днес, дори по-голям телескоп ще лети в дълбините на Космоса.
Можем само да гадаем какви завладяващи открития ще бъдат направи с него.
Бъди готов за тях!
Междувременно, талантливи инженери разработват революционни
планове за нови телескопи постоянно.
В Канада учените построиха телескоп с течно огледало.
При този тип телескопи звездната светлината не се отразява от
солидно огледало, ами от извитата повърхност на въртящ се резервоар,
пълен с течен живак.
Поради дизайна си, живачните телескопи могат да гледат единствено нагоре,
но пък предимството им е, че са относително евтини
и лесни за изграждане.
Радиоастрономите искат да разположат система като LOFAR, съставена от
малки антени, на повърхността на Луната, колкото е възможно по-далече
от земните източницина интерференция.
Кой знае, може би някой ден ще имаме дори и голям оптичен
телескоп върху обратната страна на Луната.
Използвайки космически телескопи и защитни екрани,
ренгеновите астрономите се надяват в бъдеще да подобрят
значително зрението си.
Те дори може да успеят да наблюдават самата повърхност
на черна дупка.
Може би един ден телескопът ще отговори на най-вълнуващия въпрос,
който си задава човечеството: сами ли сме във Вселената?
Вече знаем, че там има и други слънчеви системи.
Подозираме, че дори има планети, подобни на нашата Земя,
с течна вода.
Но,
има ли живот?
Откриването на подобни извънслънчеви планети е трудна задача.
Те често се крият от астрономите в интензивната светлина,
излъчвана от звездата-майка.
Интерферометри, изстреляни в черния Космос,
биха могли да дадат нов отговор.
В момента NASA обсъжда проект, наречен
„Откривател на планети от земен тип”.
А в Европа учените разработват системата „Дарвин”.
Шест космически телескопа кръжат около Слънцето в определен ред.
Лазери контролират разстоянието между тях с точност до нанометър.
Заедно те имат невъобразима разделителна способност, „заглушавайки” напълно
светлината от главната звезда, така че учените да могат да видят
планетите от земен тип около други звезди.
След това астрономите трябва да изследват отразената от планетата светлина.
Тя носи спектралния отпечатък на атмосферата на планетата .
Кой знае, може би след 15 г. ще открием признаци
за наличие на кислород, метан и озон.
Основните индикатори на живота.
Вселената е пълна с изненади.
Небето никога не спира да впечатлява.
Така че не е никак чудно, че всяка ясна нощ
стотици хиляди астрономи-любители по целия свят излизат навън,
за да се потопят в Космоса.
Техните телескопи са много по-добри от инструментите,
използвани от Галилей.
Техните цифрови изображения дори надхвърлят фотографиите,
получавани от професионалистите преди няколко десетилетия.
Походът на астрономите за опознаване на Вселената и
изследванията с телескопи датира едва от 400 години.
Така че все още има неразгадани тайни и неизследвани територии.
Изминали сме дълъг път, откакто преди 4 века Галилей започна
да скицира небесата със своя телескоп.
Днес ние все още наблюдаваме Вселената с телескопи,
но не само от Земята, а и от безкрайния Космос.
Семката на човечеството е скрита в нашите очевидно безкрайни запаси от
изобретателност и любопитство.
Едва сега започваме да намираме отговорите на някои от най-големите
въпроси, които са ни хрумвали.
Вече сме открили около 300 планети около други звезди
в нашата галактика Млечния път и сме регистрирали органични молекули
на планети, кръжащи около далечни звезди.
Тези спиращи дъха открития може би изглеждат като връхна точка в изследванията на човека,
но най-доброто, несъмнено, предстои.
Вие също можете да се присъедините към откривателите.
Погледнете нагоре и си задавайте въпроси.