Первый из телескопов следующего поколения уже находится в стадии строительства. Нас ждет дерзкая новая наука!
«Мы находим их все меньше и слабее, в постоянно увеличивающемся количестве, и мы знаем, что мы уходим в космос, все дальше и дальше, пока, с самыми слабыми туманностями, которые можно обнаружить с помощью самых больших телескопов, мы достигаем границы известной вселенной». - Эдвин Хаббл
На протяжении всей истории было четыре вещи, которые определяли, сколько информации мы можем получить о Вселенной с помощью астрономии:
- Размер вашего телескопа, который определяет, сколько света вы можете собрать за заданный промежуток времени, а также ваше разрешение.
- Качество ваших оптических систем и камер/ПЗС-матриц, которые позволяют максимально увеличить количество света, превращающегося в полезные данные.
- «Видение» в телескоп, которое может быть искажено атмосферой, но сведено к минимуму большими высотами, неподвижным воздухом, безоблачными ночами и технологией адаптивной оптики.
- И ваши методы анализа данных, которые в идеале могут максимально использовать каждый проходящий фотон света.
За последние 25 лет в наземной астрономии были достигнуты огромные успехи, но они произошли почти исключительно за счет улучшения критериев со 2 по 4. Самым большим телескопом в мире в 1990 году был телескоп Кека. 10-метровый телескоп, и хотя сегодня существует несколько телескопов класса 8-10 метров, 10-метровый по-прежнему остается самым большим классом существующих телескопов.
Более того, мы действительно достигли пределов того, каких улучшений в этих областях можно добиться, не используя большие апертуры. Это не предназначено для того, чтобы свести к минимуму достижения в этих других областях; они были потрясающими. Но важно понимать, как далеко мы продвинулись. Устройства с зарядовой связью (ПЗС), устанавливаемые на телескопы, могут фокусироваться как на широкоугольных, так и на очень узких участках неба, собирая все фотоны в определенной полосе по всему полю зрения или выполняя спектроскопию - расщепление. свет на его отдельные длины волн - для до сотен объектов одновременно. Мы можем втиснуть больше мегапикселей в заданную площадь поверхности. Проще говоря, мы находимся в точке, где практически каждый фотон, проходящий через зеркало телескопа с нужной длиной волны, может быть использован, и где мы можем наблюдать в течение все более и более продолжительных периодов времени, чтобы погружаться все глубже и глубже во Вселенную, если мы придется.
Кроме того, мы прошли долгий путь к преодолению атмосферы, без необходимости запуска телескопа в космос. 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. Таким образом, мы можем дополнительно устранить турбулентные эффекты атмосферы.
И, наконец, значительно улучшились вычислительная мощность и методы анализа данных, благодаря которым можно записывать и извлекать больше полезной информации из тех же данных, что и мы. Это огромный прогресс, но, как и поколение назад, мы все еще используем телескопы того же размера. Если мы хотим проникнуть глубже во Вселенную, к более высокому разрешению и большей чувствительности, мы должны пойти на большие апертуры: нам нужен больший телескоп. В настоящее время есть три крупных проекта, которые соревнуются за первенство: Тридцатиметровый телескоп на вершине Мауна-Кеа, (39-метровый) Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп в Чили и (25-метровый) Гигантский Магелланов Телескоп (GMT), также в Чили.. Они представляют собой следующий гигантский скачок вперед в наземной астрономии, и Гигантский Магелланов Телескоп, вероятно, станет первым, проложив путь в конце прошлого года и при этом первые операции планируется начать только в 2021 году, а полностью ввести в эксплуатацию к 2025 году.
На самом деле технически невозможно сделать одно зеркало такого размера, так как сами материалы будут деформироваться при таком весе. Некоторые подходы заключаются в использовании сегментированной «сотовой» формы зеркал, таких как планы E-ELT, с 798 зеркалами, но это дает явный недостаток: вы получаете большое количество артефактов изображения, которые трудно удалить там, где есть резкие линии.. Вместо этого Гигантский Магелланов Телескоп использует всего семь зеркал (четыре из них уже готовы), каждое чудовищного диаметра 8,4 метра (или 28 футов!), смонтированных вместе. Круглая природа этих зеркал оставляет промежутки между ними, что означает, что вы упускаете небольшую часть своего потенциала сбора света, но результирующие изображения намного чище, с ними легче работать и они свободны от этих неприятных артефактов.
Он также строится на прекрасном месте: в обсерватории Лас-Кампанас, где в настоящее время находятся два 6,5-метровых телескопа Magellan. На высоте почти 2 400 метров (~ 8 000 футов), с ясным небом и без светового загрязнения, это одно из лучших мест для астрономических наблюдений на Земле. Оснащенный теми же передовыми камерами/ПЗС, спектрографом, адаптивной оптикой, системой слежения и компьютеризированными технологиями, которыми сегодня оснащены лучшие в мире телескопы - только увеличенный до 25-метрового телескопа - GMT произведет революцию в астрономии во многих потрясающих направлениях.
1.) Первые галактики: чтобы углубиться во Вселенную, нужно не только компенсировать то, что объекты, которые находятся в два раза дальше, доставляют к вашим глазам только одну четверть света, но расширяющаяся Вселенная заставляет этот свет смещаться в красную сторону или растягиваться до более длинных волн. Наша атмосфера может пропускать только несколько избранных «окна» света, но это на самом деле помогает нам в некотором смысле: ультрафиолетовое излучение, которое блокируется нашей атмосферой от ближайших звезд, таких как Солнце, может смещаться в красную область до видимого (и даже ближней инфракрасной) части спектра на достаточно больших расстояниях. Обнаружить эти галактики проще всего из космоса, но для их подтверждения требуется последующая спектроскопия, которую лучше всего проводить с земли. В идеале, комбинация космического телескопа Джеймса Уэбба (статья «будущее астрономии» на прошлой неделе) и GMT - , который может прямо и недвусмысленно измерять красное смещение и спектральные характеристики этих объектов - , раздвинет границы самых далеких известных галактик в Вселенная дальше, чем когда-либо, и дает нам беспрецедентное представление о том, как формируются и развиваются галактики.
2.) Первые звезды: еще более захватывающим является возможность непосредственного наблюдения и выяснения свойств первых звезд, когда-либо форму во Вселенной. После Большого взрыва, когда Вселенная впервые образовала нейтральные атомы, тяжелых элементов не осталось вообще. Есть водород, дейтерий, гелий-3 и гелий-4, и немного лития-7. Вот и все. Абсолютно ничего другого. Таким образом, первые звезды, сформировавшиеся во Вселенной, должны были состоять только из этих материалов, и ни один из более тяжелых элементов не был обнаружен в 100% звезд нашего Млечного Пути. Чтобы найти эти нетронутые звезды - эти звезды населения III - , мы должны достичь невероятно больших красных смещений. В то время как сегодня мы едва обнаружили одного такого кандидата на эти звезды, GMT должен быть в состоянии обнаружить сотни таких кандидатов. Кроме того, он не только обнаружит больше, но и:
- он должен быть в состоянии определить относительное содержание элементов внутри,
- может измерять концентрации водорода, гелия и, возможно, даже дейтерия и лития,
- может измерить спектры поглощения газовых облаков между нами и ними,
- и может обнаружить их до реионизации Вселенной, когда там еще был нейтральный газ.
Это относится и к первым галактикам, но еще более захватывающе для первых звезд, что позволяет нам увидеть нетронутые образцы Вселенной и понять, насколько большими могут быть эти самые ранние звезды.
3.) Самые ранние сверхмассивные черные дыры: по счастливой случайности мы уже нашли большое их количество в виде квазаров. Наибольшее их количество было обнаружено в ходе крупномасштабных обзоров всего неба, таких как SDSS и 2dF до этого, но для того, чтобы действительно хорошо измерить эти объекты, нам нужно получить их спектры, для чего идеально подойдет GMT. Разница между спектроскопией и фотометрией немного похожа на разницу между черно-белым телевизором и цветным телевизором: они оба могут показывать вам изображение, но со спектроскопией уровень детализации и объем информации, которую вы получаете, увеличиваются. более чем в тысячу раз, так как мы можем узнать, что внутри (и сколько) с помощью спектроскопии, а без нее мы можем только делать предположения. GMT не только даст нам дополнительную спектроскопию того, что обнаружат будущие миссии EUCLID и WFIRST - самые далекие квазары над огромными областями неба, - но и позволит нам найти более далекие квазары (и, следовательно, более молодые, меньшие и более ранние сверхмассивные черные дыры), чем что-либо еще в этом мире (и за его пределами).
4.) Лиман-альфа-лес: когда мы смотрим на самые далекие квазары и галактики, мы не только видим, что далекие свет, но мы видим каждое промежуточное газовое облако между этим объектом и нами на линии прямой видимости. Измеряя характеристики поглощения по пути, мы можем увидеть, как меняется структура и состав Вселенной, что говорит нам о компонентах Вселенной, которые иначе были бы невидимы, таких как нейтрино и темная материя.
Конечно, есть и вся «обычная» астрономия, которую мы можем использовать, включая поиск планет, понимание эволюции звезд и галактик, измерение сверхновых и их остатков, планетарных туманностей и областей звездообразования, скопления, межзвездный и межгалактический газ и многое другое. Возможно, наиболее захватывающими будут достижения, о которых мы не знаем. Никто не мог предсказать, что Эдвин Хаббл откроет расширяющуюся Вселенную, когда 100-дюймовый телескоп Хукера впервые был введен в эксплуатацию; никто не мог предсказать, как Глубокое поле Хаббла откроет Вселенную, когда это изображение было впервые получено. Что GMT найдет в сверхдальней Вселенной?
Вот почему мы смотрим, и это то, чем является наука на переднем крае. Гигантский Магелланов Телескоп будет делать все то, что космические телескопы не могут делать с земли, и делать это лучше, чем любой другой существующий телескоп. В отличие от других запланированных крупных наземных телескопов, он полностью финансируется из частных источников, по нему не возникает никаких политических разногласий, и его строительство уже началось. Будущее любой научной деятельности - и, возможно, астрономии в частности - требует от вас честолюбия и вложений в поиск неизвестного. Мы никогда не узнаем, что находится за пределами наших нынешних границ знаний, если не будем искать, а GMT - это один из важных шагов к тому, чтобы смотреть туда, куда никто никогда не смотрел.
Оставляйте свои комментарии на нашем форуме и ознакомьтесь с нашей первой книгой: Beyond The Galaxy, доступной уже сейчас, а также с нашей богатой наградами кампанией Patreon!