Прадстаўленне гэтага мастака паказвае начны выгляд надзвычай вялікага тэлескопа, які дзейнічае на Серо Армазоне на поўначы Чылі. Тэлескоп паказаны пры дапамозе лазераў для стварэння штучных зорак у атмасферы. (ESO / L. Calçada)

5 прычын, чаму астраномія лепш з зямлі, чым у космасе

У 1990 годзе быў запушчаны касмічны тэлескоп Хабл, які прывёў да рэвалюцыі ў астраноміі. Але для многіх мэтаў Зямля ўсё яшчэ застаецца лепшым.

Калі вы задумваецеся пра тое, што там знаходзіцца ў бездані глыбокага космасу, будзь вы глядзіце на планеты нашай Сонечнай сістэмы ці самыя далёкія галактыкі, успрымальныя ва Сусвеце, інструмент, які большасць людзей думае пра выкарыстанне для лепшых малюнкаў і дадзеных гэта касмічны тэлескоп Хабл. Паднятыя сотні міль над атмасферай Зямлі, такія праблемы, як аблокі, атмасферныя скажэнні, бурлівае паветра і нават забруджванне навакольнага асяроддзя, не выклікаюць праблем. Выявы такія ж рэзкія, як гэта дазваляюць камеры і оптыка на борце, і з пазіцыі, якая знаходзіцца ў свеце, яна можа выглядаць у любым кірунку, у якім мы хочам. Выкарыстоўваючы яго, мы бачылі цуды, падобныя на якія мы ніколі не ўяўлялі; Хабл паказаў нам, як сапраўды выглядае Сусвет.

У гэтым малюнку параўноўваюцца два віды на стварэнне туманнасці Арла, знятыя з Хаблам 20 гадоў адзін ад аднаго. Новы малюнак злева адлюстроўвае амаль той самы рэгіён, што і ў 1995 годзе справа. Аднак у новым здымку з большай выразнасцю выкарыстоўваецца шырокая палявая камера 3 Хаббла, устаноўленая ў 2009 годзе, каб захапіць святло ад святлівага кіслароду, вадароду і серы. Наяўнасць абодвух малюнкаў дазваляе астраномам вывучыць, як структура слупоў змяняецца з цягам часу, і дэманструе адзін з найлепшых прыкладаў таго, што можна даведацца, робячы астраномію ў космасе. (WFC3: NASA, ESA / Хабл і каманда па спадчыне Хабла WFPC2: NASA, ESA / Хабл, STScI, Дж. Хестэр і П. Сковен (Арызонскі дзяржаўны універсітэт))

І тым не менш, ёсць рэчы, якія мы можам зрабіць з зямлі, якія бясспрэчна пераўзыходзяць усё, што мы можам зрабіць з космасу. Мы можам ствараць выявы і збіраць дадзеныя, якія проста немагчыма зрабіць з космасу. Мы выкарыстоўваем наземныя тэлескопы, паветраныя шары, абсерваторыі альбо нават вышынныя самалёты, на Зямлі застаецца шмат важкіх прычын. Несумненна, пралятаючы над атмасферай і атрымліваць усёнакіраваную перспектыву, якая адпраўляецца ў космас, дае вам пэўныя перамогі для прыхільнікаў касмічнага тэлескопа; няма магчымасці адаптыўнай оптыкі або некранутай назіральнай пляцоўкі скласці канкурэнцыю абсерваторыі, у якой няма Зямлі. Але ёсць некалькі важкіх прычын займацца астраноміяй на зямлі, бо ёсць перавагі, якія вы губляеце ў той момант, калі вы адпраўляецеся ў космас. Вось пяцёрка лепшых.

Прыродныя прыборы на борце модуля ISIM апускаюцца і ўсталёўваюцца ў галоўную зборку JWST ў 2016 годзе. Гэтыя прыборы былі завершаны шмат гадоў раней і нават не атрымаюць першага выкарыстання не раней 2019 года. (НАСА / Крыс Ган)

1.) Тэхналогія касмічнага тэлескопа састарэла яшчэ да запуску. Для таго, каб запусціць касмічны тэлескоп, вам трэба вырашыць, што вы збіраецеся паспрабаваць зрабіць з ім, спраектаваць і стварыць свае прыборы, інтэграваць іх на борт абсерваторыі, а затым запусціць яго. Для такой місіі, як касмічны тэлескоп Джэймса Уэбба, дызайн яго прыбораў быў завершаны ў пачатку дзесяцігоддзя; Інструмент, пабудаваны сёння, меў бы прыблізна сем гадоў убудаванай у яго цудоўнай тэхналогіі. Абслугоўванне тэлескопа ў космасе дорага, рызыкоўна, а ў некаторых выпадках (напрыклад, калі ваш тэлескоп знаходзіцца па-за межамі касмічнага карабля, які перавозіць экіпаж), практычна немагчымы. Але калі ваша абсерваторыя знаходзіцца на зямлі? Проста высуньце стары прыбор і высуньце новы, і ваш стары тэлескоп зноў стане сучасным, да мяжы яго аптычнага дызайну.

У цяперашні час будуецца 25-метровы гіганцкі тэлескоп Магелан і стане самай вялікай новай наземнай абсерваторыяй на Зямлі. Рукі павука, у якіх утрымліваецца другаснае люстэрка на месцы, спецыяльна распрацаваны такім чынам, што іх зрок трапляе непасрэдна паміж вузкімі прамежкамі ў люстэрках GMT. Гэта самы маленькі з трох прапанаваных тэлескопаў 30-метровага класа, і ён большы, чым у любой касмічнай абсерваторыі, якая нават была задумана. Ён павінен быць завершаны да сярэдзіны 2020-х. (Гіганцкі тэлескоп Магелан / карпарацыя GMTO)

2.) Вы можаце пабудаваць вялікую абсерваторыю на зямлі, чым вы можаце ў космасе. Я ўжо чую ваша пярэчанне: калі вы толькі выдаткавалі на гэта дастаткова грошай, вы маглі б запусціць такі вялікі тэлескоп, колькі вам хацелася. Гэта сапраўды так, але толькі да пэўнага моманту. У прыватнасці, да таго, што ваша касмічная абсерваторыя павінна змясціцца ў ракету, якая запускае яе! Касмічны тэлескоп Хабл дыяметрам усяго 2,4 метра; Самы вялікі касмічны тэлескоп, які калі-небудзь ляцеў, - гэта "Гершэль" (ESA), размешчаны на 3,5 метра. Джэймс Уэбб стане большым дзякуючы сваёй сегментаванай канструкцыі, але кожны складзены сегмент павінен змяшчацца на борце ракеты, якая будзе запускаць яго. Нават у марах НАСА, канцэпцыя касмічнага тэлескопа LUVOIR дасягае 15,1 метра папярок. Але на зямлі не існуе ні абмежаванняў памеру, ні вагі, і тры незалежныя 30-метровыя тэлескопы праектуюцца і будуюцца: GMTO, ELT і TMT. У радыё мы можам ісці яшчэ больш, бо паказалі такія аб'екты, як Арэсіба і ФАСТ. У астраноміі памер мае значэнне!

12 снежня 2017 года выратаванне 82-й запар паспяховай місіі Ariane 5 з Французскай Гвіяны. Гэты рэйс, VA240, павінен прадстаўляць тое, што бачыць JWST пры запуску ў 2019 годзе. для касмічных пускаў мы маем толькі адзін шанец. (Arianespace)

3.) Вам ніколі не прыйдзецца турбавацца пра правал запуску. Вы калі-небудзь чулі аб арбітальнай вугляроднай абсерваторыі НАСА, прызначанай для прагляду, як CO2 перамяшчаўся па атмасферы з космасу? Магчыма, не, бо спадарожнік не здолеў аддзяліцца ад ракеты на працягу першых хвілін запуску; Увесь сродак ракетна-касмічных апаратаў урэзаўся ў акіян толькі праз 17 хвілін пасля таго, як ён упершыню ўзляцеў. Ракета, якая запускае касмічны тэлескоп Джэймса Уэбба, Ariane 5, мела 82 поспехі ў запуску пасля таго, як толькі два месяцы таму пацярпела частковы правал. Шмат касмічных місій скончылася з-за няўдачы пры запуску, разгортванні або ўсталёўцы арбіты; Пасля запуску практычна немагчыма выправіць няспраўнасць касмічнага карабля, калі нешта не зман. З зямлі, што ніколі не адбудзецца.

Першае святло, 26 красавіка 2016 года, 4 Star Laser Guide (4LGSF). Гэтая ўдасканаленая адаптыўная сістэма оптыкі дае велізарны прагрэс ад зямлі, але гэта адзін з прыкладаў фантастычнай інфраструктуры, якую можна будаваць, падтрымліваць, атрымаць доступ, адрамантаваць або замяніць з зямлі. (ESO / F. Kamphues)

4.) Наземная інфраструктура значна пераўзыходзіць усё, што ёсць у космасе. Хочаце захаваць хаду касмічнага карабля? Лепш прынясіце ўвесь цепланосбіт, які вам спатрэбіцца на працягу місіі, і / альбо спадзяюся, што ваша пасіўная сістэма астуджэння ніколі не пашкодзіць. Трэба засцерагчы сябе ад Сонца? Пераканайцеся, што вы заўсёды паказваеце ў правільным кірунку і спадзяйцеся, што гіраскопы ніколі не падвядуць. У вас ёсць аптычны кампанент, які дэградуе, выходзіць з ладу альбо няспраўнасці? У космасе вы затрымаліся з тым, што ў вас ёсць. Але на месцы, вы можаце мець экстравагантныя тэхнічныя сродкі на месцы. Няспраўнае, бруднае або пашкоджанае люстэрка можа быць заменены; інфрачырвоныя тэлескопы можна астуджаць бясконца; рамонт можа быць зроблены чалавечымі рукамі ў рэжыме рэальнага часу; Могуць быць адпраўлены новыя часткі і людзі ў самыя кароткія тэрміны. Гэта выдатны подзвіг, які Хаббл доўжыцца амаль 30 гадоў, але для гэтага спатрэбіцца некалькі службовых задач (і пашанцавала). На зямлі тэлескопы, якія маюць паўстагоддзя, дагэтуль вяртаюцца ўльтрасучасныя навукі. Няма ніякага конкурсу.

Стратасферная абсерваторыя НАСА па інфрачырвонай астраноміі (SOFIA) з адкрытымі дзвярыма тэлескопа. Гэта сумеснае партнёрства паміж НАСА і нямецкай арганізацыяй DLR дазваляе нам даставіць сучасны інфрачырвоны тэлескоп у любое месца на паверхні Зямлі, што дазваляе нам назіраць за падзеямі, дзе б яны ні адбываліся. (НАСА / Карла Томас)

5.) На Зямлі можна назіраць з любой кропкі свету. Пасля таго, як ваша абсерваторыя адправіцца ў космас, гравітацыя і законы руху выправіць у любы момант часу менавіта там, дзе будзе знаходзіцца гэты касмічны апарат. Шмат астранамічных кур'ёзаў можна ўбачыць усюды, але ёсць некаторыя відовішчныя падзеі, якія патрабуюць апынуцца ў вельмі канкрэтным месцы ў пэўны момант часу. Прафесія - надзвычайны прыклад гэтага, калі далёкі маленькі аб'ект у Сонечнай сістэме праходзіць перад фонавай зоркай, але толькі на кароткі момант у пэўным месцы. Месяц Трытон і Нептун, першае месца пасля Плутона, MU69, абедзве затоеныя фонавыя зоркі, прычым трытон робіць гэта рэгулярна. Касмічным тэлескопам ніколі не пашчасціла іх злавіць, але дзякуючы мабільным абсерваторыям, напрыклад, SOFIA НАСА, мы даведаліся, як змяняецца атмасфера Трытона з сезонамі, і мы нават выявілі маленькую Месяц вакол MU69! Паколькі мы не адкладаем усе яйкі ў кошык з тэлескопамі ў космасе, мы можам зрабіць унікальную навуку, якую дазваляе святло, якое паступае ў наш свет.

Вяршыня Мауна-Кеа змяшчае мноства самых перадавых і магутных тэлескопаў у свеце. Гэта звязана з спалучэннем экватарыяльнага размяшчэння Мауна-Кеа, вялікай вышыні, бачнасці якасці і таго, што гэта звычайна, але не заўсёды, вышэй лініі хмары. (Супрацоўніцтва Тэлескопа Subaru)

У якасці бонуса дзве асноўныя перавагі выхаду ў космас можна эфектыўна выраўнаваць з нуля пры дапамозе правільных тэхналагічных інавацый. Пабудуючы нашы абсерваторыі на вельмі высокай вышыні ў месцах, дзе па-ранейшаму знаходзіцца паветра - напрыклад, на вяршыні Мауна-Кеа ці ў Чылійскіх Андах, - мы можам адразу ўзяць з раўнання вялікую долю атмасферных турбулентнасцей. Даданне адаптыўнай оптыкі, дзе вядомы сігнал (напрыклад, яркая зорка ці штучная зорка, створаны лазерам, які адлюстроўвае натрыевы пласт атмасферы на 60 кіламетраў уверх), але з'яўляецца размытым, можа дазволіць нам стварыць патрэбны " люстраная форма ", каб размыць гэтае малюнак, а значыць, і ўвесь іншы святло, якое прыходзіць разам з ім. Дадатковыя ўдасканаленні, такія як выкарыстанне некалькіх накіроўвалых адначасова, могуць дамагчыся 99% таго, што вы дасягаеце з космасу, але з дзясяткамі ці нават сотнямі разоў магутнасцю збору святла.

І, нарэшце, атмасфера ў значнай ступені празрыстая не толькі для бачнага святла, але і да самых розных даўжынь хваль, якія там знаходзяцца. Гэтыя "атмасферныя вокны" дазваляюць зазірнуць у любое месца, якое нам падабаецца ў Сусвеце, пакуль святло можа пракрасціся. У той час як гама-прамяні, рэнтгенаўскія прамяні і мноства інфрачырвоных даўжынь хваль сапраўды відаць толькі з космасу, існуе велізарны дыяпазон электрамагнітнага спектру, які літаральна так жа добра бачны з Зямлі. Радыёхвалі з'яўляюцца самым узрушаючым прыкладам таму, калі многія парадкі велічынь частот такія ж некранутыя ад зямлі, як і з космасу. Існуе шэраг высокаэфектыўных атмасферных вокнаў ультрафіялетавага, бачнага і інфрачырвонага святла.

Прапускальнасць або непразрыстасць электрамагнітнага спектру праз атмасферу. Звярніце ўвагу на ўсе функцыі паглынання гама-прамянёў, рэнтгенаўскіх прамянёў і інфрачырвоных, таму іх лепш за ўсё глядзець з космасу. Аднак на многіх даўжынях хваль, напрыклад, у радыё, зямля настолькі ж добрая. (НАСА)

Ёсць шмат важкіх прычын, каб зрабіць астраномію з космасу, і цэлы шэраг уражлівых аб'ектаў, якія мы бачым, і даўжыні хваль, якія мы можам даследаваць, якія ў адваротным выпадку закрыты нам ад зямлі. Але з пункту гледжання універсальнасці, надзейнасці, абслугоўвання, памераў і найноўшых тэхналогій, Зямля ўсё яшчэ з'яўляецца лепшым месцам. Па меры з'яўлення вышынных месцаў і назіранняў на паветраных шарах або паветраных апаратах усё часцей і часцей нам даводзіцца турбавацца пра найстарэйшую немедыю астранома: аблокі. Калі мы зможам захаваць сваё неба ў цёмным і цёмным стане, зямная астраномія будзе працягваць раскрываць новыя таямніцы пра Сусвет для наступных пакаленняў.

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".