Шляхом поширення нашого зору далеко за межі уявлення наших предків,
ці дивні інструменти, телескопи, відкрили шлях до глибшого
та досконалішого розуміння природи. - Рене Декарт, 1637
Тисячоліттями людство зачаровано вдивлялося в нічне небо
не розуміючи, що зірки нашої Галактики - Молочного Шляху – такі самі сонця
або мільярди схожих галактик, що складають решту Всесвіту.
Ми - всього лише крихітна мить в історії Всесвіту,
що налічує 13.7 мільярда років.
Лише за допомогою ока, як інструмента спостереження, в нас не було б можливості
знайти планетні системи інших зірок, або виявити
існування життя десь у Всесвіті.
Сьогодні ми наближаємося до розуміння законів Всесвіту,
існування життя у якому може стати найпомітнішою
віхою астрономічних відкриттів.
Я - доктор Джей, - буду вас супроводжувати у вивченні історії телескопу –
дивовижного інструменту, який довів, що може бути
справжнім порталом людства у Всесвіт.
1. Нові обрії.
Чотири століття тому, в 1609 році,
людина вийшла в поле неподалік від свого будинку.
та спрямувала свій, власноруч зроблений телескоп, на Місяць, планети та зірки.
Це був Галілео Галілей.
Астрономія більше ніколи не буде колишньою.
400 років потому, як Галілей вперше спрямував телескоп в небо,
астрономи використовують велетенські дзеркала на віддалених гірських вершинах для досліджень зоряного неба.
Радіотелескопи фіксують найменші випромінювання відкритого космосу.
Вчені навіть запустили телескопи в космос,
подалі від спотворюючих ефектів нашої атмосфери.
Те, що вони побачили - почало захоплювати подих!
Але Галілей не був насправді винахідником телескопу.
Ця честь належить Гансу Ліпперсгею,
непримітному голандсько-німецькому виробнику лінз для окулярів.
Однак Ганс Ліпперсгей ніколи не використовував свій телескоп, щоб спостерігати за зірками
– натомість, він думав, що його новий винахід буде корисним,
переважно, мореплавцям та військовим.
Ліпперсгей жив в Міддельбурзі, на той час великому торгівельному місті
в юній Голандській республіці.
У 1608 році Ліпперсгей встановив, що,спостерігаючи,за віддаленим об'єктом
крізь опуклу і увігнуту лінзи, отримаємо його збільшення за умови,
що лінзи будуть розміщені на правильній відстані одна від одної.
Так народився телескоп!
У вересні 1608 Ліпперсгей показав свій новий винахід
принцові Голандії - Моріссу.
Він не міг обрати кращої миті,
тому, що на той час Нідерланди та Іспанія
були у стані вісімдесятирічної війни.
Нова підзорна труба могла збільшувати об'єкти і, тим самим, виявляла
ворожі кораблі та війська, які знаходились надто далеко
та не були помітні неозброєному оку.
Дійсно корисний винахід!
Але Голандський уряд ніколи не надавав Ліпперсгею патент на його телескоп.
Причина була в тому, що інші комерсанти також заявили про цей винахід,
особливо конкурент Ліпперсгея - Захарія Янсен.
Ця суперечка про авторство не вирішена і донині.
І тому дійсне походження телескопа залишається сховане під завісою таємниці.
Італійський астроном Галілео Галілей - один із засновників сучасної фізики
почув про телескоп і вирішив побудувати свій.
"Близько 10 місяців тому, до мене дійшла звістка про те,
що якийсь Флемінг сконструював підзорну трубу, за допомогою якої видимі об'єкти,
хоча і дуже віддалені від ока спостерігача,
були виразно видні, як наближені."
Галілей - видатний науковець свого часу -
був палким прибічником нової ідеї будови Всесвіту, що поширювалася
польським астрономом Миколою Коперником,
який передбачав, що Земля обертається довкола Сонця, а не навпаки.
На основі почутого про голандський телескоп, Галілей
побудував свої власні інструменти,
які були значно кращої якості.
"Врешті-решт, не шкодуючи ані сил, ані засобів, мені вдалося
побудувати для себе такий чудовий інструмент, що
об'єкти спостереження здавалися мені в тисячі разів більшими
ніж видимі нашим природнім зором."
Настав час спробувати телескоп.
"Я прийшов до думки та переконання,
що поверхня Місяця не гладка та однорідна і точно сферична,
як передбачало багато філософів,
але нерівна, вкрита западинами,
майже така, як земна."
Пейзаж, заповнений кратерами, горами та долинами -
світ подібний до нашого!
Кілька тижнів потому, в січні 1610 року, Галілей поглянув на Юпітер.
Близько до планети він побачив 4 іскри світла,
які змінювали своє положення на небі ніч за ніччю разом з Юпітером.
Це було схоже на повільний, космічний танок іскор світла, що кружляють навколо планети.
Чотири супутники Юпітера стануть відомі пізніше
як Галілєєві.
Що ще відкрив Галілей?
Фази Венери!
Так само як і Місяць, Венера зростає і зменшується
від серпа до повноі фази і навпаки.
Дивні утворення з кожного боку Сатурну.
Темні плями на обличчі Сонця.
І, звичайно ж, зірки.
Тисячі зірок, можливо, навіть мільйони.
Кожна дуже слабка, щоб її можна було помітити неозброєним оком.
Вийшло так, неначе людство раптово втратило свою пов'язку на очах.
Попереду було відкриття цілого Всесвіту.
Новина про телескоп поширювалась всією Європою, як лісова пожежа.
В Празі, при дворі Імператора Рудольфа Другого, Йоган Кеплер
покращив конструкцію інструменту.
В Антверпені голандський картограф Майкл ван Лангрен
створив перші надійні карти Місяця, що показували, як він вважав,
континенти та океани.
Йоган Гевелій, заможний пивовар з Польщі,
будував великі телескопи для своєї обсерваторії в Данцизі.
Ця обсерваторія була настільки велика, що займала дахи трьох його будинків!
Але, можливо, найкращі інструменти свого часу
були сконструйовано Крістіаном Гюйгенсом в Голандії.
В 1655 році Гюйгенс відкрив Титан, найбільший "місяць" Сатурну.
Декількома роками потому його спостереження дозволили відкрити систему кілець Сатурну -
те, що Галілей так і не зрозумів.
Останнє, але не менш важливе – Гюйгенс побачив темні плями.
та яскраві полярні шапки на Марсі.
Чи існує життя на Марсі, в цьому чужому світі?
Це питання непокоїть астрономів і зараз.
Всі перші телескопи були рефракторами.
Вони використовували лінзи для збирання зоряного світла.
Пізніше лінзи були замінені дзеркалами.
Перший телескоп-рефлектор було винайдено Нікколо Зуккі,
і пізніше покращено Ісааком Н'ютоном.
В кінці вісімнадцятого століття найбільші дзеркала в світі
створив Віл'ям Гершель, органіст,що перетворився на астронома
та працював разом з власною сестрою Каролін.
В їх будинку в Бате, в Англії, Гершелі заливали розпечений дочервона
розплавлений метал у форми, а потім, коли заготівка остигала
полірували її поверхню, щоб вона могла відбивати світло.
Протягом свого життя Гершель побудував більше 400 телескопів.
Найбільший з них був настільки великим, що вимагав чотирьох слуг
для управління різноманітними мотузками, колесами та тягами,
щоб слідувати руху зірок небом,
викликаному, звичайно, обертанням Землі.
Гершель, як картограф, досліджував небеса та
заносив до каталога сотні нових туманностей і подвійних зорь.
Він також відкрив той факт, що наш Молочний (Чумацький) Шлях представляє собою плоский диск.
Він виміряв рух Сонячної Системи крізь цей диск,
вивчаючи відносний рух зірок і планет.
13 березня 1781 року він відкрив нову планету - Уран.
Майже двісті років потому, автоматична міжпланетна станція NASA Voyager 2
наблизила до нас цей віддалений світ, дала можливість астрономам поглянути на нього.
У квітучій та родючій сільській місцевості центральної Ірландії, Вільям Парсонс,
третій граф Росса, побудував найбільший телескоп дев'ятнацатого сторіччя.
Завдяки власному металевому дзеркалу діаметром 1.8 метра,
велетень став відомий як "Левіафан з міста Парсон".
В рідкі ясні безмісячні ночі, Граф сідав до окуляру
та відправлявся у подорож Всесвітом.
В туманність Оріона - тепер відому як сузір'я Косарів,
в Крабоподібну туманність – залишок від вибуху наднової зірки,
і в туманність Виру.
лорд Росс був першим, хто відзначив її форму у вигляді грандіозної спіралі
Галактика, така ж як і наша, з хитромудрими хмарами темного пилу та гарячого газу,
мільярдами окремих зірок, та - хто знає –
можливо, навіть планет, подібних до Землі.
Телескоп став нашим кораблем
в дослідженні Всесвіту.
2. Чим більше - тим краще!
Вночі ваші очі адаптуються до темряви.
Ваші зіниці розширюються, даючи можливість більшої кількості світла потрапити в очі.
Як наслідок, ви можете бачити тьмяніші об'єкти - ледь помітні оку зірки.
А тепер уявіть власні зіниці діаметром один метр.
Ви б виглядали вельми дивно, але у вас був би надприродний зір!
Завдяки телескопу ми його отримали!
Цей прилад -ніби воронка.
Головна лінза (або дзеркало) збирає світло зірок та спрямовує його у ваше око.
Чим більша лінза (або дзеркало) телескопа, тим тьмяніше об'єкти,які ми побачимо за його допомогою.
Отже розмір дійсно є все.
Але наскільки великим можна зробити телескоп?
Насправді, не дуже, якщо це рефрактор.
Світло від зірок повинне пройти через головну лінзу,
яку ви можете підтримувати лише по краях.
Якщо ви виготовите дуже велику лінзу, вона буде важкою і почне деформуватися під власною вагою
що приведе до спотворення зображення.
Найбільший рефрактор в історії був виготовлений у 1897 році, в Йєркській обсерваторії біля Чикаго.
Його головна лінза – об'єктив – була більше 1 метра в діаметрі.
але його труба сягала неймовірної довжини в вісімнадцять метрів.
Із створенням Йєркського телескопа творці рефракторів досягли можливої межі.
Ви хочете ще більших телескопів?
Поміркуйте про дзеркала!
У рефлекторах, світло відбивається дзеркалом замість того, щоб проходити крізь лінзу.
Це означає, що ви можете зробити дзеркало значно тонше, ніж лінзу,і можете підтримувати його знизу.
В результаті ви зможете будувати дзеркала значно більші, ніж лінзи.
Великі дзеркала з'явилися в південній Каліфорнії століття тому.
У той час, Гора Вілсон була віддаленим піком у диких горах Сан Габрієль.
Небо було чисте і ночі були темні.
Саме тут, Джордж Елері Хейл спочатку побудував полутораметровий телескоп
який був менший, ніж давно відправлений на відпочинок Левіафан Лорда Роса , але він був значно кращої якості,
і також знаходився в значно кращих астрономічних умовах.
Хейл умовив місцевого бізнесмена Джона Хукера профінансувати будівництво інструменту діаметром два с половиною метра.
Тонни скла та сталевих конструкцій були внесенні на гору Вілсон.
Телескоп Хукера був закінчений у 1917 році.
Він залишається найбільшим телескопом у світі наступні 30 років.
Велике знаряддя космічної артилерії, готове атакувати Всесвіт.
Він так і зробив!
Неймовірний розмір нового телескопа
викликав зміни в самому підході до спостережень.
Астрономам більше не потрібно було вдивлятися в окуляр нового гіганта
замість цього вони годинами збирали світло на фотопластини.
Ніколи до цього ніхто не вдивлявся так далеко в космос.
Спіральні туманності виявилися наповненими по самі вінця окремими зірками.
Чи не є вони такими ж зоряними системами , як і наш Молочний Шлях?
У Туманності Андромеди, Едвін Хаббл відкрив зірки особливого типу,
які міняють свою яскравість з точністю хронометра.
На основі своїх спостережень Хаббл зміг визначити відстань до Туманності Андромеди:
майже мільйон світлових років.
Спіральні тумманості, такі як Туманність Андромеди були точно окремі, самостійні галактики.
Але це була не найнеймовірніша річ.
Більшість з цих галактик віддалялися від Молочного Шляху.
На горі Вілсон, Хаббл відкрив, що сусідні галактики віддалялися з малими швидкостями...
тоді як віддалені галактики – з великими.
Висновок?
Всесвіт розширюється.
Телескоп Хукера надав можливість ученим зробити найфундаментальніше астрономічне відкриття двадцятого століття.
Завдяки телескопу, ми змогли відновити історію Всесвіту.
Менше ніж 14 мільярдів років назад, Всесвіт народився
у величезному вибуху часу і простору, матерії та енергії, який називають
Великим.
Крихітні квантові брижі виросли у щільні згустки первісного бульйону ,
з якого потім сконденсувалися галактики
приголомшуючої різноманітності розмірів і форм.
Ядерний синтез в ядрах старих зірок став джерелом нових атомів –
вуглецю, кисню, заліза, золота.
Вибухи найновіших викидали ці важкі елементи знову в космос.
Матеріал для формування нових зірок
і планет!
Колись, десь, якось, прості органічні молекули еволюціонували в живі організми.
Життя – це диво у Всесвіті, що весь час змінюється.
А людство - зоряний пил.
Це велика вистава та історія без кінця ,
що донесена до нас спостереженнями за допомогою телескопів.
Уявіть – без телескопа ми б знали тільки про шість планет,
один місяць і декілька тисяч зірок.
Астрономія залишилася б немовлям.
Як закопані клади, скарби Всесвіту волають
до допитливих з прадавніх часів.
Володарі, політики і промисловці, так само як і люди науки,
відчули привабливість невідомих просторів космосу і, з початком використання телескопів
межа досліджень швидко поширилась на весь Всесвіт.
У Джорджа Елері Хейла була одна велика мрія:
побудувати телескоп в два рази більший за попереднього рекордсмена.
Зустрічайте – прима астрономії двадцятого століття
–п'ятиметровий телескоп Хейла на горі Паломар.
Більше п'ятисотен тон рухливої ваги, що настільки точно відбалансовани,
що рухаються з грацією балерини.
Його дзеркало масою сорок тон виявляє зірки в сорок мільйонів разів тьмяніше, ніж видимі неозброєним оком.
Почав свою роботу у 1948 році, телескоп Хейла дав нам неперевершенні зображення планет...
зоряних скупчень, туманностей і галактик.
Гігант Юпітер зі своїми багаточисельними місяцями.
Прекрасна тумманість Вогонь.
Тьмяні джгути газу в Туманності Оріону.
Але чи можемо ми зробити ще больше?
Радянські астрономи спробували в кінці сімдесятих років.
Високо в горах Кавказу вони побудували Великий Телескоп Азимутальний
з головним дзеркалом шість метрів у діаметрі.
Але і він не зміг виправдавочікувань,що на нього покладали...
Він був дуже великий, дуже коштовний та дуже вередливий.
Невже будівельники телескопів повинні здатися?
Чи повинні вони поховати надії на ще більші телескопи?
Чи досягла історія телескопа свого передчасного кінця?
Звичайно, ні.
Сьогодні у нас в експлуатації є телескопи з дзеркалом діаметром десять метрів.
і ще більші знаходяться на креслярській дошці.
Яке було рішення?
Нові технології.
3. Порятунок технологією
Сучасні автомобілі не виглядають як модель Форда Т
так само і сучасні телескопи абсолютно відрізняються від їх класичних предків
– таких, як 5-тиметровий телескоп Хейла.
З одного боку, їх монтування значно менші.
Старі монтування були екваторіальними – такими, де одна вісь
була завжди паралельна осі обертання Землі
Аби рухатися згідно руху зоряного неба, телескоп повинен був всього лише
обертатися довкола цієї вісі з тією ж швидкістю з якою обертається Земля.
Начебто просто, але дуже громіздко.
Сучасні альт-азімутальні монтування значно компактніші.
З такими монтуваннями телескопи подібні до гармат.
Потрібно просто обрати висоту і азимут.
Єдина проблема – рухатися згідно руху небесної сфери.
Для цього телескоп доводиться обертати довкола обох осей з різними швидкостями.
І це стало можливим лише коли телескопи набули керування комп'ютерами.
Маленьке монтування простіше побудувати
більш того, воно вміщується в менший купол. Це теж зменшує вартість
і покращує якість зображення.
Як приклад розглянемо два телескопи Кек на Гаваях.
Не дивлячись на те, що їх десятиметрові дзеркала у два рази більші порівняно
з дзеркалом телескопа Хейла , кожен з них
вміщується до меншого купола.
Дзеркала телескопів також розвивалися.
Раніше вони були товстими та важкими.
Сучасні стали тонкими і легкими.
Дзеркала великого діаметра відливаются в гігантських печах, що обертаются.
Вони великі ,як і раніше, але завтовшки двадцять сантиметрів.
Їх складні вузли, що підтримують тонке дзеркало, не дозволяють йому
розтріскуватися під власною вагою.
Плунжери і актуатори, керовані комп'ютерами , допомагають сберігати поверхню
у відмінній формі.
Такі системи називаються системами активної оптики.
Ідея полягає в тому, аби компенсувати і виправити деформації головного дзеркала,
що виникли як наслідок дії сили тяжіння, вітра або температури.
Сучасне тонке дзеркало важить значно менше власних попередників.
Це означає, що всі опорні вузли включаючи монтування
стали набагато тонші і легші.
І дешевші!
Ось телескоп з дзеркалом три цілих шість десятих, виготовлений за новою технологією.
Він побудований європейськими астрономами в кінці вісімдесятих .
Це випробувальний майданчик для багатьох технологій,
що використовують при будівництві сучасних телескопів.
Навіть його башта не має нічого спільного з традиційними куполами телескопів.
Телескоп, виготовлений за новою технологією, велики крок вперед.
Прийшов час здолати шестиметровий бар'єр.
Обсерваторія Мауна-кеа знаходиться на вищій точці над Тихим Океаном,
на висоті 4200 метрів над рівнем моря.
На пляжах Гаваїв туристи насолоджуються сонцем і серфінгом.
а високо над ними астрономи стикаються із заморожуючими температурами
та боязню висоти в своєму пошуку відкриттів загадок Всесвіту.
Телескопи Кек – одні з найбільших в світі.
Їх десятиметрові дзеркала тонкі, як вафля.
Мозаїчні, як кахельна підлога,складаються з 36 шестикутних сегментів
кожен з яких керується з точністю до нанометра.
Вони – справжні гіганти, спрямовані в небо.
Це храми науки.
Захід над Мауна Кеа.
Телескопи Кек починають збирати фотони з далеких куточків космосу.
Їх дзеркала-близнята разом працюють ефективніше
у порівнянні з попередніми телескопами.
Що у нас сьогодні?
Пара галактик, що взаємопоглинаються. Вони віддалені на мільярди світлових років від Землі?
Вмираюча зірка, що робить останній видих в планетарну туманність?
Або, можливо, планета поза сонячною системою, де є життя?
У Сьерро Парана, в пустелі Атакама, в Чилі – найсухішому місці Землі –
ми знайдемо найбільшу будь-коли побудовану астрономічну машину -
Європейський Дуже Великий Телескоп.
Це чотири телескопи,
дзеркало кожного розміром 8.2 метра.
Анту.
Куйен.
Меліпал.
Епун.
Імена, дані індійцями Мапучо Сонцю, Місяцю, Південному Хресту та Венері.
Ці великі дзеркала були відлиті в Германії, полірувалися у Франції, були привезені в Чилі...
і потім були повільно транспортовані через пустелю.
На заході стулки башт відкриваються
і зоряне світло потрапляє на дзеркала.
Відбуваються нові відкриття.
Лазер пронизує зоряне небо.
Він проектує штучну зірку в атмосферу
на висоті 90 км над нашими головами.
Хвильові сенсори вимірюють
як атмосфера спотворює зображення цієї зірки.
Потім надшвидкі комп'ютери дають вказівки гнучкому дзеркалу, як
воно повинне деформуватися, аби скорегувати це спотворення.
Як наслідок, зірки перестають мерехтіти.
Це називається адаптивна оптика - найбільший, найчарівніший фокус
сучасної астрономії.
Наш погляд на Всесвіт спотворює атмосфера,
але з адаптивною оптикою зображення дуже різкі.
Інша частина оптичного чаклунства – інтерферометрія.
Ідея полягає в тому, аби взяти зображення, що отримали два телескопа,
і поєднати їх в одне, дотримуючись
відносних зсувів у світлових хвилях.
Якщо це зробити досить точно, наслідком буде те, що обоє телескопа
діятимуть неначе вони були б частиною одного колосального дзеркала
розміром з відстань між ними.
Як наслідок, інтерферометрія дає вашому телескопу зір орла.
Це дозволяє меншим телескопам виявляти деталі,
які інакше були б видимі лише у значно більший телескоп.
Два близнюки Кек на Мауна Кеа регулярно об'єднуються
у інтерферометр.
У Європейського Дуже Великого Телескопа всі чотири телескопи можуть працювати разом.
На додаток до них можуть використовуватися ще декілька менших
телескопів для збільшення чіткості картинки.
Є і інші великі телескопи.
Субару і Північний близнюк на Мауна-кеа.
Південний близнюк і телескоп Магеллан у Чилі.
Великий бінокулярний телескоп в Арізоні.
Всі вони знаходяться в найкращіх астрономічних умовах:
високо та сухо, чисто та темно.
Їх очі -великі басейни .
Всі вони укомплектовані адаптивною оптикою , аби компенсувати
спотворюючі ефекти атмосфери.
І інколи, у них з'являється роздільна здатність віртуального бегемота
завдяки інтерферометрії.
Ось, що вони нам показали.
Планети.
Туманності.
Справжні розміри і сплюснуті форми деяких зірок.
Холодна планета, що обертається довкола коричневого карлика.
Гігантські зірки, що огинають ядро нашої Галактики,
керовані гравітацією чорної діри.
Великій крок з часів Галілея.
4. Від срібла до кремнію
Минуло 400 років, як Галілео Галілей захотів показати всім,
що він побачив за допомогою свого телескопа. Йому довелося малювати від руки.
Ніздрювате обличчя Луни.
Танок супутників Юпітера.
Плями на Сонці.
Або зірки Оріону.
Він опублікував свої малюнки в маленькій книжці
"Зоряний Вісник".
В той час це був єдиний спосіб поділитися своїми відкриттями
з іншими людьми.
Майже два століття астрономам потрібно було вміти малювати.
Дивлячись в окуляр телескопа, вони малювали
детальні зображення того, що бачили.
Повний пейзаж Луни.
Вихор в атмосфері Юпітера.
Тонка вуаль газу у віддаленій туманності.
Інколи вони перебільшували те, що бачили.
Темні лінії на поверхні Марса вважалися каналами
і передбачали наявність життя на поверхні червоної планети.
Тепер ми знаємо, що канали були оптичною ілюзією.
Що астрономам дійсно було потрібно, так це спосіб об'єктивно
фіксувати світло, зібране телескопами без необхідності
пропускати його через свої мозок і олівець.
На допомогу прийшла фотографія.
Це перший дагеротип Місяця,
виготовлений в 1840 році Генрі Дрейпером.
Фотографії на той момент було всього 15 років,
але астрономи швидко зрозуміли її революційні можливості.
Як працювала фотографія?
У чутливій емульсії фотопластини знаходяться
маленькі зерна галогеніду срібла.
Під дією світла вони стануть чорні.
Ми отримаємо негативне зображення зоряного неба
з темними зірками на білому фоні.
Але реальна перевага в тому, що фотопластина
може експонуватися годинами.
За допомогою очей, адаптованих до освітленості нічного неба
ви не побачите більше зірок ,
навіть якщо дивитися на них дуже довго.
Але за допомогою фотопластини
ви можете збирати і накопичувати світло годинами
так, чим триваліша експозиція,тим вона покаже більше і більше зірок.
І ще більше.
І ще.
І потім ще небагато.
У 50-х роках минулого століття, в обсерваторії Маунт Паломар
для фотографування всього північного неба використовувався телескоп Шмідта.
Майже дві тисячі фотопластин, кожна експонована близько години.
Скринька із скарбами відкриттів.
Фотографія зробила з астрономії справжню науку.
Об'єктивну, вимірну, відтворювану.
Але срібло було повільним
і вам доводилося терпіти це.
Цифрова революція змінила все.
Кремній замінив срібло.
Пікселі замінили зерна.
Навіть у споживчих камерах ми більше не використовуємо фотоплівки.
Замість цього, зображення записуються на чіп , чутливий до світла -
Прилад із Зарядовим Зв'язком (або ПЗЗ).
Професійні ПЗЗ вкрай ефективні
і, аби зробити їх ще чутливішими,
їх охолоджують нижче за нуль градусів Цельсію за допомогою рідкого азоту.
Реєструється практично кожен фотон .
Як наслідок- експозиція набагато коротша.
Що обсерваторія Маунт Паломар досягала за годину
ПЗЗ може зробити за декілька коротких хвилин.
Використовуючи менший телескоп.
Кремнієва революція ще далека від завершення.
Астрономи побудували великі ПЗЗ камери
з сотнями мільйонів пікселів
і ще більші знаходяться у розробці.
Великою гідністю цифрових камер є те, що вони -цифрові.
Вони призначені для того, щоб працювати з комп'ютерами.
Астрономи використовують спеціальне програмне забезпечення
для обробки спостереження.
Витягування, або посилення контрасту відкриває найтьмяніші деталі
туманностей або галактик.
Колірне кодування покращує видимість
погано помітних деталей.
Більш того, комбінуючи багато зображень одного об'єкту ,
отриманих за допомогою фільтрів різних кольорів
ми можемо створювати дивні композиції
які розмивають межі науки та мистецтва.
Ви теж можете дістати користь від цифрової астрономії.
Ще ніколи не було так просто
знайти чудові зображення космосу,
які знаходяться від вас на відстані всього одного клацання мишкою!
Роботизовані телескопи, укомплектовані чутливими електронними детекторами
продовжують спостерігати небо прямо зараз.
Телескоп SLOAN у Нью-Мексіко сфотографував
занатував в каталог сотні мільйонів небесних об'єктів,
виміряв відстані до мільйона галактик
і відкрив сотні тисяч нових квазарів.
Але однієї зйомки не вистачить-
Всесвіт постійно змінюється.
З'являються та зникають крижані комети, залишаючи на згадку про себе
розсіяні в просторі уламки.
Повз нас пролітають астероїди.
Далекі планети обертаються довкола своїх материнських зірок
затуляючи на якийсь час частину їх світла.
Вибухають найновіші, в той час, як десь народжуються нові зірки.
Спалахують пульсари, вибухають джерела гамма-променів чорні діри накопичують речовину.
Для того, щоб стежити за всіма цими грандіозними забавками Природи
астрономи хочуть виконувати фотографування всього зоряного неба щороку.
Кожного місяця.
Кожного тиждня.
Принаймні в цьому полягає амбітна мета Великого Синоптичного Дослідницького Телескопа.
Якщо його завершать в 2015 році ,то його трехгигапіксельная камера
відкриє справжнє "вікно"- веб-камеру у Всесвіт.
Для того, щоб виконати мрії астрономів
цей телескоп-рефлектор фотографуватиме практично все небо кожні три ночі.
5. Спостерігаємо те,що не бачимо.
Коли ви слухаєте вашу улюблену музику, ваші вуха сприймають...
широкий діапазон частот від низького гуркоту басів
до вібрацій високих тонів.
Тепер уявіть, що ваші вуха чутливі до дуже обмеженого
діапазону частот.
Ви-пропустили найцікавіше!
Саме у такій ситуації знаходяться астрономи.
Наші очі чутливі до дуже вузького діапазону
світлових частот ,
але ми абсолютно не чутливі до інших форм
електромагнітного випромінювання.
Але у Всесвіті є багато об'єктів, які випромінюють...
у інших частинах електромагнітного спектру.
Наприклад, в тридцятих роках, абсолютно випадково було відкрито,
що з глибин космосу до нас приходять радіохвилі.
Деякі з цих хвиль подібні до частот
радіо, але вони значно слабкіші
та , звичайно, на них нема чого слухати.
Аби налаштуватися на радіо Всесвіту, вам потрібно
щось подібне до приймача,а саме радіотелескоп.
Для довгих хвиль радіотелескоп працює, як дзеркало-тарілка .
Це дуже схоже на головне дзеркало оптичного телескопа.
Але, оскільки радіохвилі значно довші за хвилі видимого світла,
поверхня цієї тарілки не має бути такою ж гладкою,
як поверхня дзеркала.
І з цієї причини значно простіше будувати...
великі радіотелескопи, ніж оптичні телескопи більшого розміру.
Для радіохвиль набагато простіше створювати ефекти інтерферометріі
для збільшення рівня деталізації
шляхом поєднання сприйняття світла від двох окремих телескопів
неначебто вони були частиною однієї гігантської тарілки.
Дуже Великий Масив в Нью-Мексіко, наприклад
складається з 27 окремих антен , кожна діаметром в 25 метрів.
Вони рухаються незалежно одна від одної
і, в найбільш розширеній конфігурації віртуальна тарілка, імітована масивом
еквівалентна розміру радіотелескопа діаметром 36 кілометрів.
Одже,як Всесвіт виглядає в радіохвилях?
По-перше наше Сонце світить дуже яскраво в радіодіапазоні.
Так само, як і центр нашої Галактики Чумацький Шлях.
Але є ще дещо.
Пульсари – це дуже щільні зоряні мерці
які випромінюють радіохвилі дуже вузьким променем.
На додаток до всього, вони обертаються з частотою
сотні обертів за секунду.
Пульсари виглядають, як «радіоблискавки»,
Ми сприймаємо від них послідовність швидких радіоімпульсів ,
що постійно повторюється.
Звідси їх назва - пульсари.
Радіоджерело, відоме як Касіопея А,
насправді - залишок найновішої, що вибухнула в сімнадцятому столітті.
Центавр А, Лебідь А і Дева А – це все гігантські галактики
які випромінюють величезні об'єми радіохвиль.
Кожна галактика живиться масивною чорною дірою, що знаходиться в її центрі.
Деякі з цих радіогалактік і квазарів є настільки потужними джерелами,
що сигнали від них приймаються на відстані у десять мільярдів світлових років.
І потім є ще слабке, відносно короткохвильове випромінювання,
що наповнює весь Всесвіт,
відоме як космічне реліктове випромінювання -
відлуння Великого Вибуху.
світанок Всесвіту.
У кожної частини електромагнітного спектру є власна частина історії.
На міліметрових і субмілліметрових довжинах хвиль астрономи вивчають
утворення галактик та походження
зірок, планет нашого Молочного Шляху...
Але більшість цього випромінювання блокується водяною парою нашої атмосфери.
Спостерігати його потрібно високо та в сухому кліматі.
Наприклад, у Ліано Чайнантор.
На висоті п'яти кілометрів над рівнем моря це сюрреалістичне плато
у північному Чилі стало будівельним майданчиком АБММ -
Атакамського Великого Міліметрового Масива.
Після свого завершення у 2014 році АБММ стане найбільшою астрономічною обсерваторією
з будь-коли побудованих.
64 антени кожна вагою 100 тонн, працюватимуть в унісон.
Величезні вантажівки розвозитимуть їх ділянкою , розміром з Лондон ,
...для збільшення деталізації зображень або звозити їх близько одна до одної
аби забезпечити широкий поле зору.
Кожне переміщення здійснюватиметься з точністю до міліметра.
багато об'єктів Всесвіту випромінюють в інфрачервоному діапазоні.
Відкрите Уїльямом Гершелем, інфрачервоне випромінювання також називають
«тепловим» тому, що воно випромінюється відносно теплими об'єктами.
Навіть людьми.
Ви краще знаєте інфрачервоне випромінювання, ніж думаєте,
тому що на Землі це випромінювання використовується
у приладах нічного бачення і відеокамерах.
Для прийому інфрачервоного випромінювання від віддалених об'єктів астрономи використовують
дуже чутливі датчики, які охолоджуються до температури всього декілька градусів
вище за абсолютний нуль, аби знизити їх власне теплове випромінювання.
Сьогодні, більшість великих оптичних телескопів обладнані інфрачервоними камерами.
Вони дозволяють бачити крізь космічні хмари пилу, відкриваючи
новонароджені зірки усередині них - щось, що не може бути видно в оптичному діапазоні.
Візьмемо для прикладу це зображення відомих зоряних ясель в Оріоні.
Але погляньте, наскільки велика різниця у порівнянні з тим ,що видно
в інфрачервоній камері!
Можливість бачити в інфрачервоному світлі також дуже допомагає у вивченні
найбільш віддалених галактик.
Нові зірки в юній галактиці світять дуже яскраво в ультрафіолетовому світлі
але йому доводиться подорожувати мільярди років
крізь Всесвіт, що розширюється.
Розширення розтягує світлові хвилі так, що коли вони досягають нас,
вони зміщуються в інфрачервоний діапазон.
Цей стильний інструмент – телескоп Маджік в Ла Палма.
Він веде пошук зоряним небом у гамма-променях
найбільш енергетичній формі випромінювання в Природі.
На щастя для нас, смертельні гамма-промені, поглинаються
атмосферою Землі.
але вони залишають сліди, які вивчають астрономи.
Після входження в атмосферу, ці промені виробляють каскади
високоенергетичних часток
що, у свою чергу, викликає тьмяне свічення, яке може бачити телескоп Маджік.
А ось обсерваторія Пієрре Аугер в Аргентині.
Це навіть не виглядає як телескоп.
Пієрре Аугер складається з 1600 детекторів на площі 3000
квадратних кілометрів.
Вони ловлять розпад часток, з яких складаються космічні промені від віддалених найновіших
і чорних дір.
І як щодо детекторів нейтрино, які будуються в глибоких шахтах
або під поверхнею океану, або в антарктичному льоді.
Чи можна назвати їх телескопами?
Чому ні?
Вони спостерігають за Всесвітом, не зберігаючи інформацію
подібну електромагнітному спектру.
Нейтрино – частки, які постійно створюються Сонцем
та під час вибухів найновіших.
Вони також були створені Великим Вибухом.
На відміну від елементарних часток, нейтрино можуть проникати крізь звичайну
матерію, рухаючись із швидкістю світла без електричного заряду.
Не дивлячись на те, що ці частки важко вивчати, їх дуже багато.
Кожну секунду більше 50 трильйонів нейтрино від сонця
пронизують вас.
Нарешті, астрономи і фізики об'єднали зусилля
аби побудувати детектори гравітаційних хвиль.
Ці "телескопи" не фіксують випромінювання і не ловлять частки.
Замість цього вони вимірюють крихітні брижі у самій структурі простору-часу -
згідно концепції, передбаченої Альбертом Ейнштейном у теорії відносності.
З такою приголомшуючою кількістю інструментів
астрономи відкрили повний спектр електромагнітного випромінювання і пішли навіть далі.
Але деякі спостереження просто не можуть виконуватися з поверхні Землі.
Сучасна відповідь?
Космічні телескопи.
6. За межами Землі
Космічний телескоп Хаббл-
найвідоміший телескоп в історії.
І є через що.
Хаббл зробив революцію в багатьох розділах астрономії.
Відповідно сучасним стандартам, дзеркало Хаббла насправді мале-
всього 2.4 метра в діаметрі.
Але він розташувався поза кордонами цього світу.
Високо над спотворюючим впливом атмосфери.
Як наслідок-неперевершено різке зображення Всесвіту.
Ще Хаббл може сприймати світло в ультрафіолетовому і інфрачервоному діапазонах
що недосяжно для наземних телескопів
оскільки ці випромінювання блокуються атмосферою.
Камери і спектрографи, деякі з яких величиною з телефонну будку,
реєструють світло безмежного космосу і розкладають його на складові.
Так само, як і будь-який наземний телескоп, Хаббл час від часу вимагає вдосконалення.
Астронавти у відкритому космосі виконують місії обслуговування телескопа.
Деталі, що зламалися, та старі інструменти
повинні замінюватися новими
високотехнологічними приладами.
Хаббл став форпостом спостережень у астрономії
і змінил наше бачення космосу.
Завдяки своєму гострому зору Хаббл спостерігав сезонні зміни на Марсі
падіння комети на поверхню Юпітера
ребро кільця Сатурну
і навіть поверхню крихітного Плутона.
Він відслідкував життєвий цикл зірок від самого їх народження та дитинства
у яслах з хмар газу, насичених пилом, до останньої миті
у вигляді примарних туманностей, що повільно видихаються в космос зірками,що вмирають
або титанічних вибухів найновіших, які майже затьмарюють блиском свою материнську галактику.
Глибоко в туманності Оріону Хаббл навіть виявив ясла
нових сонячних систем – пилові диски довкола новонароджених зірок
які скоро можуть сконденсуватися в планети.
Космічний телескоп вивчив тисячі окремих зірок
у гігантських кульових найбільш старих зоряних скупченнях Всесвіту
І, звичайно, галактики.
Ніколи ще астрономи не бачили стільки подробиць.
Величні спіралі, пилові диски, що поглинають світло, несамовиті зіткнення.
Тривалі експозиції темних ділянок неба виявили
тисячі слабких галактик у мільярдах світлових років від Землі.
Фотони, які випромінювалися в той час, коли Всесвіт був ще немовлям.
Вікно у минуле, крізь яке нове світло
осяяло безперервний розвиток космосу.
Хаббл – не єдиний телескоп у нашому зоряному небі.
Є ще космічний телескоп Спітцер, запущений у серпні 2003 року
і який еквівалентом Хаббла для інфрачервоної астрономії.
Дзеркало Спітцера всього 85 сантиметрів у діаметрі.
Телескоп постійно ховається за тепловим захистом
від Сонця.
Його детектори знаходяться у посудинах Дьюара, наповнених рідким гелієм.
Вони охолоджуються до температури лише декілька градусів
вище за абсолютний нуль
тим самим стаючи надчутливими.
Спітцер відкрив нам пиловий Всесвіт.
Темні, непрозорі хмари пилу, що нагрівається зсередини,
світяться в інфрачервоному світлі.
Ударні хвилі від зіткнень галактик збирають пил в кільця
та хвильові структури, що стають новими зоряними яслами.
Пил також є наслідком вмирання зірки.
Спітцер виявив, що планетарні туманності та залишки найновіших наповнені частками пилу –
необхідною умовою для створення будівельних блоків майбутніх планет.
На інших інфрачервоних хвилях Спітцер може побачити зірки,
приховані в темних надрах газопильової хмари.
Нарешті, спектрографи космічних телескопів вивчили
атмосфери позаземних планет – газових гігантівподібних до Юпітера ,
які обертаються довкола своїх зірок лише за декілька днів.
А як щодо рентгенівських та гамма-променів?
Вони повністю поглинаються атмосферою Землі
і без космічних телескопів астрономи були б абсолютно безпорадні
перед цими енергетичними формами випромінювання.
Рентгенівські та гамма-телескопи ,що має людство поза атмосферою Землі,відкривають гарячий,
енергетичний і несамовитий Всесвіт галактичних скупчень, чорних дір
вибухів надновіших і зіткнень галактик.
Хоча їх важко будувати.
Енергетичне випромінювання проходить крізь звичайне дзеркало.
Рентгенівські промені можуть бути сфокусовані лише комірчастими дзеркальними оболонками, зробленими з чистого золота.
Гамма-промені вивчаються за допомогою складних мікроканальних камер
або складених сцинциляторів, які виділяють короткі спалахи звичайного світла
що викликаються фотонами гамма-променів
У дев'яностих роках минулого століття НАСА використовувала Гамма-обсерваторію Комптона.
У той час це був найбільший і наймасивніший
науковий супутник з відомих.
Повнофункціональна фізична лабораторія в космосі.
У 2008 році на зміну Комптону прийшов ГЛАСТ-
телескоп широкого огляду в гамма-променях.
Він займатиметься вивченням високоенергетичного Всесвіту-
від темної матерії до пульсарів.
Зараз астрономи мають два космічні рентгенівські телескопи -
обсерваторія Чандра НАСА та ІКС-ММ Ньютонівська обсерваторія Європейського Космічного Агенства.
Вони вивчають найбільш розжарені місця у Всесвіті.
Так зоряне небо виглядає в рентгенівських променях.
Витягнуті плями – це хмари газу, нагрітого до мільйонів градусів
ударними хвилями від вибухів найновіших.
Яскраві крапки це рентгенівські подвійні – нейтронні зорі або
чорні діри, що висмоктують матерію із зірки – компаньйона.
Гарячий газ, падаючи, випромінює рентгенівські промені.
Так само рентгенівські телескопи виявляють надважкі чорні діри
у ядрах віддалених галактик.
Матерія, що затягується всередину чорних дір за спіраллю, сильно розігрівається та починає випромінювати рентгенівські промені
перед тим, як впасти всередину чорної діри та зникнути назавжди.
Гарячий, але розріджений газ також наповнює простір між окремими галактиками
у скупченні галактик.
Інколи, цей внутрікластерний газ може нагріватися ще більше
під час зіткнення або об'єднання скупчень галактик.
Гамма-вибухи ще більше захоплюють уяву та є найбільш енергоспоживчими
подіями у Всесвіті.
Ці катастрофи-завершальні вибухи дуже важких
зірок, що швидко обертаються.
Менш ніж за секунду, вони можуть вивільняти енергію більше, ніж Сонце виробляє
за 10 мільярдів років.
Хаббл, Спітцер, Чандра, ІКС-ММ Ньютон і ГЛАСТ -
все це сучасні багатофункціональні інструменти.
Але деякі космічні телескопи значно менші і концентруються
виключно на певних завданнях.
візьмемо наприклад КОРОТ.
Діяльність цього французького супутника присвячена цілком зоряній сейсмології та вивченню
планет поза сонячною системою.
Або супутник НАСА Свіфт – комбінована рентгенівська та гамма-обсерваторія
розроблена з метою вивчення гамма-вибухів.
І ще є ВМАП, супутник Вілкинсона для вивчення мікрохвильової анізотропії.
Всього за два роки в космосі, він вже склав карту
фонового космічного випромінювання з винятковою точністю.
ВМАП дав можливість космологам якнайкраще побачити початкові
фази Всесвіту, яким він був 13 мільярдів років тому.
Відкриття кордонів космосу – найбільш захоплюючий крок
В історії телескопа.
А що далі?
7. Що далі?
У Арізоні створено перше дзеркало
гігантського телескопа Магеллан.
Цей інструмент буде споруджений на обсерваторії Лас Кампанас
у Чилі.
Сім його дзеркал, кожне більше восьми метрів,
розташуються подібно до пелюстків квітки.
Вони сприйматимуть у чотири рази більше світла
у порівнянні з сучасними телескопами.
Каліфорнійський тридцятиметровий телескоп, що планують побудувати в 2015 році
-величезна копія телескопа Кек.
Сотні індивідуальних сегментів будуть складати гігантське дзеркало
висотою з шестиповерховий будинок.
А Європа планує побудувати Європейський надвеликий телескоп.
Він матиме дзеркало діаметром сорок два метри, що
удвічі більше у порівнянні з тридцятиметровим телескопом і
розміром з олімпійський басейн.
Ці велетні майбутнього, оптимізовані під інфрачервоні спостереження
будуть укомплектовані чутливими приладами, адаптивною оптикою.
Вони повинні виявити перші покоління галактик
і зірок в історії Всесвіту.
Саме вони можуть забезпечити нас першою справжньою фотографією диска
планети, що знаходиться в іншій сонячній системі.
Для радіоастрономів 42 метри – пустощі.
Вони підключать багато менших інструментів, аби створити,синтезувати
значно більший приймач.
У Нідерландах конструюється низькочастотний масив
або ЛОФАР.
Волоконна оптика пов'яже 30 000 антен з центральним суперкомп'ютером.
Ця нова конструкція не має рухомих частин,
але вона може спостерігати об'єкти у восьми різних напрямах одночасно.
Технологія ЛОФАР, можливо, буде використана
у Масиві «Квадратний Кілометр», який зараз є
межею мрій радіоастрономів.
Цей міжнародний масив, можливо, побудують в Австралії або Південній Африці.
Великі тарілкові антени та маленькі приймачі всі разом
створюватимуть неймовірно детальні радіозображення неба.
І, зі своєю загальною площею один квадратний кілометр,
новий масив буде найчутливішим інструментом
з будь-коли створених.
Еволюціонуючі галактики, квазари, мерехливі пульсари -
жодне джерело радіовипромінювання не сховається
від стежачих очей Кілометрового Масиву.
Цей інструмент навіть шукатиме можливі радіосигнали
позаземних цивілізацій.
І як щодо космосу?
Після свого п'ятого і останнього обслуговування, Космічний телескоп Хаббл
продовжуватиме свою діяльність до 2013 року або трошки більше.
Одночасно буде створений його спадкоємець.
Зустрічайте космічний телескоп Джеймса Вебба - інфрачервону космічну обсерваторію
названу на честь колишнього директора НАСА.
У космосі його 6.5- метрове сегментоване дзеркало розвертатиметься
як квітка, що розквітає. Кожний сегмент у сім разів чутливіший
за дзеркало Хаббла.
Потужний захист від Сонця дасть можливість зберігати оптику та чутливі вимірювальні прилади
у постійній тіні, дозволяючи їм працювати
при температурі -233 градуси за Цельсієм.
Космічний телескоп Джеймса Вебба не буде виведений на орбіту Землі.
Замість цього він знаходитиметься на відстані півтора мільйони кілометрів
від нашої планети, на орбіті довкола Сонця.
Півстоліття тому телескоп Хейла на горі Паломар
був найбільшим телескопом в історії людства.
А зараз значно більший телескоп знаходитиметься у глибинах космосу.
Ми можемо лише здогадуватися про ті хвилюючі відкриття, які він зробить.
Залишайтеся з нами!
Тим часом, сучасні інженери постійно пропонують
революційні конструкції нових телескопів.
У Канаді вчені побудували так званий телескоп з рідким дзеркалом.
У телескопа такого типу світло відбивається не твердим дзеркалом
а зігнутою поверхнею резервуару, що обертається.
Його наповнюють рідкою ртуттю.
Ртутні телескопи можуть дивитися лише вертикально вгору ,що є недоліком конструкції,
але їх перевага у малій вартості
та відносній простоті.
Радіоастрономи мріють помістити масив маленьких антен, подібний ЛОФАР
на поверхню Місяця, якнайдалі
від впливу земних джерел радіовипромінювань.
Хто знає, може у майбутньому
на зворотному боці Місяця побудуємо великий оптичний телескоп...
Використовуючи космічні телескопи і затьмарюючі диски
астрономи сподіваються значно поліпшити гостроту зору своїх рентгенівських приладів
...але у майбутньому.
Можливо, вони зможуть отримати зображення
кордону чорної діри.
Можливо у майбутньому телескоп зможе відповісти на одне з найфундаментальніших питань, що хвилює людство –
чи самотні ми у Всесвіті?
Ми вже знаємо, що існують інші сонячні системи.
Ми підозрюємо, що там є навіть такі планети як Земля-
з рідкою водою.
Але..
...чи є там життя?
Виявлення подібних планет поза Сонячною системою -справа важка.
Вони ховаються від астрономів в інтенсивному світлі,
що випромінюють їх власні зорі.
Інтерферометри, що мандрують у темряві космосу,
можуть дати нову відповідь.
Прямо зараз НАСА розглядає проект під назвою
-«Шукач планет земного типа».
А в Європі вчені розробляють Масив Дарвіна.
Шість космічних телескопів будуть працювати разом, обертаючись орбітою довкола Сонця.
Лазери управлятимуть відстанями між ними з точністю до нанометра.
Всі разом вони володітимуть неймовірною роздільною здатністю
прибираючи світло від зірок , так, що учені отримають можливість побачити
планети інших зірок.
Далі астрономи повинні вивчити світло, відбите планетами
яке ,можливо ,несе спектральні відбитки планетної атмосфери.
Хто знає, може, через 15 років ми зможемо
знайти залишки кисню, метану та озону -
підписів життя.
Всесвіт наповнений сюрпризами.
Зоряне небо ніколи не втомлюється приголомшувати нас.
Не дивно, що сотні тисяч прихильників астрономії всієї Землі
кожну ясну ніч
мандрують Всесвітом.
Їх телескопи значно кращі у порівнянні з іструментами,
які використовував Галілей.
Їх цифрові знімки інколи перевершують ті, які були зроблені
професіоналами всього лише декілька десятиліть тому.
Астрономічним пошукам розуміння космосу, дослідженню Всесвіту за допомогою телескопа
всього 400 років.
І як і раніше, ще дуже багато територій, не відмічених на карті.
Ми пройшли довгий шлях з часів, коли Галілей почав наносити на карту зірки
за допомогою свого телескопа чотири століття тому .
Сьогодні ми як і раніше спостерігаємо Всесвіт за допомогою телескопів
не лише із Землі, але й з безмежних просторів космосу.
Природа людини міцно повязана , мабуть, з
нашою нескінченною винахідливосттю та цікавістю.
Ми лише почали відповідати на деякі
найбільш величні питання.
Ми нанесли на карту більше,ніж 300 планет
поза Сонячною Системою і виявили органічні молекули на планетах ,
що обертаються довкола віддалених яскравих зірок.
Ці неймовірні відкриття можуть комусь здатися межею людських досліджень,
але найкраще, без сумніву, ще попереду...
Ви теж можете приєднатися до першовідкривачів.
Дивіться і дивуйтеся!Це-Всесвіт!