My ľudia máme neuveriteľný hlad, aby sme pochopili vesmír. Ako povedal Carl Sagan, „Porozumenie je extáza.“ Ale aby sme pochopili vesmír, potrebujeme lepšie a lepšie spôsoby, ako ho pozorovať. A to znamená jednu vec: veľké, obrovské, obrovské teleskopy.
V tejto sérii sa pozrieme na nadchádzajúce super teleskopy na svete:
- Veľký Magellanov teleskop
- Drvivo veľký ďalekohľad
- 30-metrový ďalekohľad
- Európsky mimoriadne veľký ďalekohľad
- Veľký synoptický prieskumný ďalekohľad
- James Webb Space Telescope
- Širokouhlý infračervený prieskumný ďalekohľad
Je ľahké zabudnúť na vplyv Hubbleovho vesmírneho teleskopu na náš stav poznania vesmíru. V skutočnosti by to mohlo byť najlepšie meranie jeho úspechu: Hubble a všetko, čo sme sa od neho naučili, berieme ako samozrejmosť. Vyvíjajú sa však aj ďalšie vesmírne teleskopy vrátane WFIRST, ktorý bude oveľa silnejší ako Hubbleov teleskop. Ako ďaleko tieto teleskopy rozšíria naše chápanie vesmíru?
"WFIRST má potenciál otvoriť naše oči divom vesmíru, podobne ako Hubble." - John Grunsfeld, riaditeľstvo vedeckej misie NASA
WFIRST môže byť skutočným nástupcom Hubbleovho teleskopu, hoci vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST) je často ponúkaný ako taký. Môže byť dokonca nesprávne zavolať ďalekohľad WFIRST; presnejšie by sme to nazvali observatórium astrofyziky. Je to preto, že jedným z jej primárnych vedeckých cieľov je študovať Temnú energiu, túto skôr záhadnú silu, ktorá riadi expanziu Vesmíru, a Temnú hmotu, ťažko zistiteľnú záležitosť, ktorá spomaľuje túto expanziu.
WFIRST bude mať zrkadlo 2,4 metra rovnakej veľkosti ako Hubble. Bude však mať kameru, ktorá rozšíri silu zrkadla. Wide Field Instrument je 288-megapixlová viacpásmová kamera s blízkym infračerveným žiarením. Hneď ako bude v prevádzke, bude snímať obrázky, ktoré sú rovnako ostré ako obrázky z Hubblova. Je tu však jeden obrovský rozdiel: Nástroj Wide Field Instrument zachytí obrázky, ktoré pokrývajú viac ako 100-násobok oblohy, ktorú Hubble robí.
Okrem nástroja Wide Field Instrument bude mať WFIRST aj Koronografický nástroj. Koronografický nástroj urýchli štúdium exoplanet. Na blokovanie svetla od iných hviezd bude využívať systém filtrov a masiek a bude sa zdokonalovať na planétach obiehajúcich okolo týchto hviezd. To umožní veľmi podrobnú štúdiu ovzdušia exoplanet, čo je jeden z hlavných spôsobov určenia obývateľnosti.
Spustenie WFIRST bude naplánované na začiatok roku 2025, presný dátum je však príliš skoro. Po spustení je však plánované, aby WFIRST cestoval do LaGrange Point 2 (L2.) LG. L2 je gravitačne vyvážený bod v priestore, kde WFIRST môže bez prerušenia vykonávať svoju prácu. Misia bude trvať asi 6 rokov.
„WFIRST má potenciál otvoriť naše oči divom vesmíru, rovnako ako Hubble,“ povedal John Grunsfeld, astronaut a pridružený správca riaditeľstva vedeckej misie NASA vo Washingtone. "Táto misia jedinečne kombinuje schopnosť objavovať a charakterizovať planéty mimo našej vlastnej slnečnej sústavy s citlivosťou a optikou, aby sa pozerali široko a hlboko do vesmíru v snahe odhaliť záhady temnej energie a temnej hmoty."
Stručne povedané, existujú dva návrhy toho, čo môže byť temná energia. Prvou je kozmologická konštanta, kde je temná energia jednotná v celom vesmíre. Druhým je tzv. Skalárne pole, kde sa hustota temnej energie môže meniť v čase a priestore.
Od 90. rokov minulého storočia nám pozorovania ukazujú, že rozširovanie vesmíru sa zrýchľuje. Toto zrýchlenie sa začalo asi pred 5 miliardami rokov. Myslíme si, že temná energia je zodpovedná za toto zrýchlené rozšírenie. Tým, že WFIRST poskytne také veľké a podrobné snímky vesmíru, umožní astronómom mapovať expanziu v čase a na veľkých plochách. WFIRST tiež presne zmeria tvary, polohy a vzdialenosti miliónov galaxií, aby sledoval distribúciu a rast kozmických štruktúr, vrátane zhlukov galaxií a temnej hmoty, ktorá ich sprevádza. Dúfame, že nám to poskytne ďalšiu úroveň porozumenia, pokiaľ ide o temnú energiu.
Ak to všetko znie príliš komplikovane, pozrite sa na to takto: Vieme, že vesmír sa rozširuje a vieme, že expanzia sa zrýchľuje. Chceme vedieť, prečo sa rozširuje a ako. Pomenovaniu „Temná energia“ sme dostali silu, ktorá riadi túto expanziu, a teraz o nej chceme vedieť viac.
Temná energia a rozširovanie vesmíru sú obrovské tajomstvá a otázka, ktorá vedie kozmológov. (Skutočne chcú vedieť, ako skončí vesmír!) Ale pre mnohých z nás ostatných je ďalšia otázka ešte naliehavejšia: Sme vo vesmíre sami?
Na túto odpoveď nebude žiadna rýchla odpoveď, ale akákoľvek odpoveď, ktorú nájdeme, začína štúdiom exoplanet, a to je niečo, na čom WFIRST tiež vynikne.
„WFIRST je navrhnutý tak, aby riešil vedecké oblasti, ktoré astronomická komunita označila za najvyššie priority,“ povedal Paul Hertz, riaditeľ astrofyzickej divízie NASA vo Washingtone. „Wide-Field Instrument umožní ďalekohľadu zachytiť jeden obrázok s hĺbkou a kvalitou Hubbleovho teleskopu, ale pokryje 100-krát väčšiu plochu. Koronograf poskytne revolučnú vedu, ktorá zachytí slabé, ale priame obrazy vzdialených plynných svetov a super-Zeme. “
"Koronograf poskytne revolučnú vedu, zachytáva slabé, ale priame obrazy vzdialených plynných svetov a super-Zeme." - Paul Hertz, Divízia astrofyziky NASA
Ťažkosti so štúdiom exoplanet spočívajú v tom, že všetky obiehajú okolo hviezd. Hviezdy sú také jasné, že znemožňujú vidieť ich planéty do detailov. Je to ako pozerať sa do majáka vzdialeného míľ ďaleko a snažiť sa študovať hmyz v blízkosti majáka.
Koronografický prístroj na palube WFIRST bude vynikať pri blokovaní svetla vzdialených hviezd. Robí to so systémom zrkadiel a masiek. To umožňuje štúdium exoplanet. Vlastnosti exoplanet môžu byť skúmané iba vtedy, keď sa pracuje so svetlom z hviezdy.
To umožní podrobné meranie chemického zloženia atmosféry exoplanety. Ak to urobíme na tisícoch planét, môžeme začať chápať vytváranie planét okolo rôznych typov hviezd. Koronografický nástroj má však určité obmedzenia.
Koronografický nástroj bol akýmsi neskorým prírastkom do WFIRST. Niektoré z ďalších prístrojov na WFIRST nie sú optimalizované, aby s nimi mohli pracovať, takže jeho prevádzka má určité obmedzenia. Bude môcť študovať iba plynové giganty a tzv. Super-Zeme. Tieto väčšie planéty nevyžadujú na štúdium toľko jemnosti, jednoducho kvôli svojej veľkosti. Svety podobné Zemi budú pravdepodobne mimo moci Koronografického nástroja.
Tieto obmedzenia nie sú z dlhodobého hľadiska nijaké veľké. Coronagraph je vlastne skôr demonštrácia technológie a nepredstavuje konečnú hru na štúdium exoplanet. Čokoľvek sa z tohto nástroja naučíme, pomôže nám to v budúcnosti. Niektorého dňa, možno aj po desaťročiach, dôjde k nejakému nástupcovi WFIRSTA, a dovtedy bude technológia Coronagraph veľmi pokročilá. V tom budúcom období budú pravdepodobne možné priame snímky exoplaniet podobných Zemi.
Ale možno nebudeme musieť čakať tak dlho.
Existuje plán na zvýšenie účinnosti koronografu na WFIRST, ktorý by mu umožnil zobrazovať planéty podobné Zemi. Hovorí sa tomu hviezdny tieň EXO-S.
EXO-S Starshade je tieniaci systém s priemerom 34 metrov, ktorý blokuje hviezdne svetlo v zhoršovaní funkcie WFIRST. V skutočnosti by to bolo samostatné plavidlo, ktoré by sa vypustilo osobitne a poslalo by sa na stretnutie s WFIRST na L2. Nebolo by to uviazané, ale orientovalo by sa s WFIRST prostredníctvom systému kamier a smerových svetiel. V skutočnosti je súčasťou sily hviezdy tieň, že je vzdialená asi 40 000 až 50 000 km od WFIRST.
Dark Energy a Exoplanets sú priority WFIRST, ale vždy existujú ďalšie objavy, ktoré čakajú na lepšie teleskopy. Nie je možné predpovedať všetko, čo sa naučíme od WFIRST. S obrázkami tak podrobnými, ako sú Hubbleove obrázky, ale 100-krát väčšími, sme na prekvapení.
"Táto misia bude skúmať vesmír a nájsť najzaujímavejšie objekty." - Neil Gehrels, vedec projektu WFIRST
"Okrem svojich zaujímavých schopností pre temnú energiu a exoplanety poskytne WFIRST aj poklad vynikajúcich údajov pre všetkých astronómov," uviedol Neil Gehrels, vedec projektu WFIRST v Goddard Space Flight Center v Greenbelt, Maryland. "Táto misia bude skúmať vesmír a nájsť najzaujímavejšie objekty."
So všetkými super dalekohľadmi prichádzajúcimi do prevádzky v najbližších rokoch môžeme očakávať úžasné objavy. O 10 až 20 rokov sa naše znalosti značne zvýšia. Čo sa dozvieme o temných veciach a temnej energii? Čo budeme vedieť o populáciách exoplanet?
Zdá sa, že práve teraz sa snažíme lepšie porozumieť týmto veciam, ale s WFIRST a ďalšími Super Telescopes sme pripravení na účelnejšie štúdium.
