Земля отделена от остальной Вселенной огромными расстояниями. В исследовании космоса астрономы, в основном, используют свет. Этот главный источник данных перемещается в пустом пространстве, и несет как энергию, так и информацию. Разные телескопы по-разному воспринимают излучение космоса. Рассказываем, как именно.
Что астрономы видят в телескопы?
Когда мы смотрим на астрономические объекты, такие как звезды и галактики, мы не просто видим на больших расстояниях — мы также смотрим назад во времени. Поскольку свету требуется время, чтобы путешествовать, изображение далекой галактики, которое мы видим, является изображением того, как раньше выглядела галактика. Например, галактика Андромеды находится примерно в 2,5 млн световых лет от Земли. Если человек с Земли посмотрит на неё в телескоп, он увидит какой галактика была 2,5 млн лет назад.
Перестань она существовать 1 млн лет назад, земляне еще бы нескоро об этом узнали. Если земляне хотят увидеть галактику такой, какая она есть сейчас, то придется подождать и снова заглянуть на 2,5 млн лет в будущее.
Каким бывает свет?
Видимый свет — свет, который воспринимают человеческие глаза, — бывает разных цветов. Его цвет определяется длиной волны — от 400 до 700 нм, что соответствует цветам от фиолетового до красного. Электромагнитное излучение с длинами волн короче 400 нм или длиннее 700 нм окружает человека повсюду, просто его не видно. Полный диапазон электромагнитного излучения или электромагнитный спектр показан на рисунке ниже.
Вообще, разнообразие электромагнитных волн настолько высокое, что людей можно считать практически слепыми. Это особенно заметно, если сравнить видимый спектр со всем остальным.
Видимый свет является частью электромагнитного спектра, который варьируется от гамма-лучей с очень короткими длинами волн до радиоволн с очень длинными.
Как на самом деле свете светят звезды?
Как и Солнце, каждая звезда излучает свет в широком диапазоне длин волн, во всем видимом спектре и даже за его пределами. Астрономы могут многому научиться, изучая детали спектра света звезды.
Некоторые очень горячие звезды излучают свет в ультрафиолетовых длинах волн (в основном), в то время как некоторые очень холодные звезды — в инфракрасном диапазоне. Есть очень горячие объекты, которые испускают рентгеновские и даже гамма-лучи. Свет от самых слабых и самых далеких объектов имеет форму радиоволн. На самом деле, многие объекты, которые сегодня наиболее интересны астрономам, невозможно увидеть даже невооруженным глазом. Ученые используют телескопы, чтобы обнаруживать слабый свет от далеких объектов и видеть объекты с длинами волн во всем электромагнитном спектре. Для разных целей подходят свои виды телескопов. Одни и те же космические объекты в них могут выглядеть по-разному.
Итак, какие бывают типы телескопов?
Оптические телескопы и видимый свет
Люди производят и используют линзы для увеличения объектов на протяжении тысяч лет. Однако первые настоящие телескопы появились в Европе в конце XVI века. В них использовалась комбинация двух линз, чтобы далекие объекты казались ближе и крупнее. Сам термин «телескоп» ввел итальянский ученый и математик Галилео Галилей. Он построил первый телескоп в 1608 году и впоследствии внес много улучшений в его конструкцию.
Телескопы, основанные на преломлении или изгибе света линзами, называются преломляющими телескопами или просто рефракторами. Все самые ранние телескопы, включая телескоп Галилея, были рефракторами. Многие из небольших телескопов, используемых сегодня астрономами-любителями, являются рефракторами. Они особенно хороши для наблюдения за объектами в солнечной системе — поверхностью Луны или кольцами Сатурна.
Самый большой в мире рефракторный телескоп находится в обсерватории Йеркса Чикагского университета в Висконсине и был построен в 1897 году. Диаметр его самой большой линзы составляет 102 см.
Радиотелескопы
Самые большие оптические телескопы в мире являются отражателями и собирают видимый свет. А самые крупные в мире телескопы созданы для сбора радиоволн — света на более длинных волнах. Такие радиотелескопы очень похожи на спутниковые антенны.
Самый большой телескоп в мире находился в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико до обрушения в прошлом году. Он находился в естественной воронке, которая образовалась, когда вода, протекающая под землей, растворила известняковую породу. Поскольку телескоп устанавливался в землю, его нельзя было навести на разные части неба. Он наблюдать только ту часть неба, которая в данный момент находилась над ним.
Сейчас в Чили на горе Армасонес строится астрономическая обсерватория, главным инструментом которой станет телескоп Extremely Large Telescope (Чрезвычайно большой телескоп) с сегментным зеркалом диаметром в 39,3 м. Он состоит из 798 шестиугольных сегментов диаметром 1,4 метра каждый.
Зеркало позволит собирать в 15 раз больше света, чем любой из существующих на сегодня телескопов. Телескоп будет оснащён уникальной адаптивной оптической системой из 5 зеркал, которая способна компенсировать турбулентность земной атмосферы и даст возможность получать изображения с большей степенью детализации, чем орбитальный телескоп «Хаббл».
Самое большое скопление радиотелескопов — VLA (Very Large Array,Очень Большая Антенная Решетка) — находится в штате Нью-Мексико (США). Это 27 радиотелескопов, которые работают как единая многовибраторная сложная антенна (антенная решетка). Антенны радиотелескопов имеют 25 метров в диаметре.
Космические телескопы: великие обсерватории НАСА
У всех телескопов на Земле есть одно существенное ограничение: электромагнитное излучение, которое они собирают, проходит сквозь атмосферу планеты. Атмосфера блокирует часть излучения в инфракрасной части спектра и почти все излучения в ультрафиолетовом и более высоких диапазонах частот. Кроме того, движение в атмосфере искажает свет. Из-за этого искажения в ночном небе и мерцают звезды.
Чтобы свести к минимуму эти проблемы, многие обсерватории строят на возвышении, где над телескопом меньше атмосферы. Однако лучшее решение — использование космических телескопов, которые вращаются за пределами атмосферы Земли в космосе. Они оснащены инструментами для наблюдения за объектами, которые испускают различные типы электромагнитного излучения — видимый, инфракрасный или ультрафиолетовый свет; а также рентгеновское и гамма-излучение.
Инженеры и ученые НАСА создали и запустили на орбиту Земли четыре большие обсерватории для наблюдения за Вселенной в различных диапазонах электромагнитного спектра.
Космический телескоп «Хаббл», возможно, самый известный космический телескоп. Он вращается вокруг Земли на высоте 589 км и собирает данные в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах волн.
Для изучения гамма-лучей Вселенной НАСА создали Обсерваторию Комптон (Compton Gamma Ray Observatory). Это вторая из «Больших обсерваторий» НАСА после телескопа «Хаббл». Обсерватория названа в честь Артура Комптона, лауреата нобелевской премии по физике. Её запустили на космическом челноке Атлантис в 1991 году, обсерватория проработала до 4 июня 2000 года.
Телескопы рентгеновской обсерватории Чандра используют специальную оптику для наблюдения за удаленными объектами в рентгеновском спектре. Её запустили в 1999 году.
Последняя из четырех «Великих обсерваторий» — космический инфракрасный телескоп «Спитцер». Его вывели на орбиту 25 августа 2003 года, на время запуска «Спитцер» был крупнейшим инфракрасным телескопом в мире. В 2009 году его запас хладагента закончился, но телескоп сохранил частичную работоспособность. 30 января 2020 года миссию завершили, а научное оборудование перевели в режим гибернации.
Читать далее
Самую детальную модель Вселенной опубликовали онлайн. Ее может изучить любой желающий
Физики приблизились к обнаружению пятой силы во время создания идеальных кристаллов