В 1990 году был запущен космический телескоп Хаббл, что привело к революции в астрономии. Но для многих целей Земля по-прежнему остается лучшим местом для жизни.
Когда вы думаете о том, что находится там, в бездне глубокого космоса, смотрите ли вы на планеты в нашей Солнечной системе или на самые отдаленные галактики, видимые во Вселенной, большинство людей думают, что инструмент об использовании для получения лучших изображений и данных космического телескопа Хаббла. Находясь на высоте сотен миль над земной атмосферой, такие проблемы, как облака, атмосферные искажения, турбулентность воздуха или даже загрязнение, не вызывают беспокойства. Изображения настолько четкие, насколько позволяют камеры и оптика на борту, и из своего положения за пределами планеты он может смотреть в любом направлении, в котором мы захотим. Используя его, мы видели чудеса, о которых даже не догадывались; Хаббл показал нам, как на самом деле выглядит Вселенная.
И тем не менее, есть вещи, которые мы можем делать с земли, которые бесспорно превосходят все, что мы можем делать из космоса. Мы можем создавать изображения и собирать данные, которые просто невозможно получить из космоса. Используем ли мы наземные телескопы, обсерватории на воздушном шаре или даже высотный самолет, есть много веских причин оставаться здесь, на Земле. Конечно, полет над атмосферой и получение всенаправленной перспективы, которую дает вам полет в космос, являются определенными победами для поклонников космического телескопа; адаптивная оптика или нетронутая наблюдательная площадка никак не могут конкурировать с обсерваторией, у которой нет Земли, с которой можно было бы соперничать. Но есть несколько очень веских причин заниматься астрономией на земле, поскольку есть преимущества, которые вы теряете, как только отправляетесь в космос. Вот пятерка лучших.
1.) Технология космического телескопа устарела еще до его запуска Чтобы запустить космический телескоп, вам нужно решить, что вы попытаетесь сделать с этим, спроектировать и построить свои инструменты, интегрировать их на борту обсерватории, а затем запустить ее. Для такой миссии, как космический телескоп Джеймса Уэбба, разработка инструментов была завершена в начале десятилетия; инструмент, созданный сегодня, будет включать в себя передовые технологии примерно за семь лет. Обслуживание телескопа в космосе дорого, рискованно, а в некоторых случаях (например, когда ваш телескоп находится вне досягаемости космического корабля с экипажем) практически невозможно. А если ваша обсерватория на земле? Просто вытащите старый инструмент и вставьте новый, и ваш старый телескоп снова станет ультрасовременным на пределе своих оптических характеристик.
2.) На земле можно построить большую обсерваторию, чем в космосе Я уже слышу ваше возражение: если вы просто потратите на это достаточно денег, вы сможете запустить такой большой телескоп, как захотите. Это правда, но только до определенного момента. В частности, до того момента, когда ваша космическая обсерватория должна поместиться в запускающую ее ракету! Космический телескоп Хаббл имеет диаметр всего 2,4 метра; самый большой космический телескоп, который когда-либо летал, - это Herschel ЕКА, его высота составляет 3,5 метра. Джеймс Уэбб будет больше из-за его сегментированной конструкции, но каждый сложенный сегмент должен поместиться на борту ракеты, которая его запустит. Даже в мечтах НАСА концепция космического телескопа LUVOIR достигает 15,1 метра в поперечнике. Однако на земле нет ограничений ни по размеру, ни по весу, и проектируются и строятся три независимых телескопа 30-метрового класса: GMTO, ELT и TMT. В области радио мы можем пойти еще дальше, как показали такие объекты, как Аресибо и FAST. В астрономии размер имеет значение!
3.) Вам никогда не придется беспокоиться о неудачном запуске Когда-нибудь слышали об орбитальной углеродной обсерватории НАСА, предназначенной для наблюдения за перемещением CO2 через атмосферу из космоса? Вероятно, нет, так как спутник не отделился от ракеты в течение первых нескольких минут запуска; вся ракетно-космическая сборка упала в океан всего через 17 минут после первого взлета. Ракета, которая запустит космический телескоп Джеймса Уэбба, Ariane 5, имела 82 успешных запуска подряд, а всего два месяца назад потерпела частичный отказ. Многие космические миссии закончились печально из-за сбоя во время запуска, развертывания или вывода на орбиту; после запуска практически невозможно исправить отказ космического корабля, если что-то пойдет не так. С земли этого никогда не произойдет.
4.) Наземная инфраструктура намного превосходит все, что есть в космосеХотите, чтобы ваш космический корабль был прохладным? Лучше возьмите с собой всю охлаждающую жидкость, которая вам понадобится на время миссии, и/или надейтесь, что ваша пассивная система охлаждения никогда не выйдет из строя. Нужно защитить себя от солнца? Убедитесь, что вы всегда указываете в правильном направлении, и надейтесь, что ваши гироскопы никогда не подведут. У вас есть оптический компонент, который изнашивается, выходит из строя или выходит из строя? В космосе вы застряли с тем, что у вас есть. Но на земле у вас могут быть экстравагантные средства обслуживания на месте. Неисправное, грязное или поврежденное зеркало можно заменить; инфракрасные телескопы можно охлаждать бесконечно долго; ремонт может производиться руками человека в режиме реального времени; новые детали и люди могут быть доставлены в любой момент. Это замечательный подвиг, что Хаббл просуществовал почти 30 лет, но для этого потребовалось несколько миссий по обслуживанию (и немного удачи). На земле телескопы, которым уже полвека, все еще возвращают передовую науку. Конкурса нет.
5.) На Земле вы можете наблюдать откуда угодно Как только ваша обсерватория отправится в космос, гравитация и законы движения зафиксировать в любой момент времени, где именно будет находиться этот космический корабль. Множество астрономических раритетов можно увидеть отовсюду, но есть и зрелищные события, которые требуют, чтобы вы находились в очень определенном месте в определенный момент времени. Крайним примером этого являются покрытия, когда удаленный небольшой объект в Солнечной системе проходит перед фоновой звездой, но только на короткое время в определенном месте. Спутник Нептуна Тритон и первый пункт назначения New Horizons после Плутона, MU69, оба затмевают фоновые звезды, причем Тритон делает это регулярно. Космическим телескопам никогда не удавалось поймать их, но благодаря мобильным обсерваториям, таким как SOFIA НАСА, мы узнали, как атмосфера Тритона меняется в зависимости от времени года, и даже обнаружили маленькую луну вокруг MU69! Поскольку мы не кладем все яйца в корзину космических телескопов, мы можем заниматься уникальной наукой, которую позволяет свет, падающий на наш мир.
В качестве бонуса два основных преимущества полета в космос можно эффективно компенсировать с земли правильными технологическими инновациями. Строя наши обсерватории на очень больших высотах в местах, где воздух еще , например, на вершине Мауна-Кеа или в чилийских Андах , мы можем немедленно исключить большую часть атмосферной турбулентности из уравнения. Добавление адаптивной оптики, где известный сигнал (например, яркая звезда или искусственная звезда, созданная лазером, отражающимся от слоя натрия в атмосфере на высоте 60 километров) существует, но выглядит размытым, может позволить нам создать правильный « зеркальной формы», чтобы убрать размытие этого изображения и, следовательно, всего остального света, который приходит вместе с ним. Дополнительные улучшения, такие как одновременное использование нескольких направляющих, позволяют достичь 99% того, что вы получаете из космоса, но с увеличением светосилы в десятки или даже сотни раз.
И, наконец, атмосфера в значительной степени прозрачна не только для видимого света, но и для широкого диапазона длин волн. Эти «атмосферные окна» позволяют нам заглянуть куда угодно во Вселенной, пока свет может проникать внутрь. В то время как гамма-лучи, рентгеновские лучи и многие длины волн инфракрасного диапазона действительно можно увидеть только из космоса, существуют огромные диапазоны электромагнитного спектра, которые буквально столь же хороши для наблюдения с Земли. Радиоволны - самый ошеломляющий пример этого, когда частоты на многие порядки столь же нетронуты от земли, как и от космоса. Также существует ряд высокоэффективных атмосферных окон в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном свете.
Есть много веских причин заниматься астрономией из космоса, и целый ряд впечатляющих объектов, которые мы можем видеть, и длины волн, которые мы можем исследовать, которые в противном случае закрыты для нас с земли. Но с точки зрения универсальности, надежности, технического обслуживания, размера и самых современных технологий Земля по-прежнему остается лучшим местом для жизни. По мере того, как высотные места и обсерватории на воздушных шарах или самолетах становятся все более распространенными, нам все меньше и меньше приходится беспокоиться о старейшем враге астрономов: облаках. Если мы сможем сохранить наше небо ясным и темным, земная астрономия продолжит раскрывать новые секреты Вселенной для грядущих поколений.