Ο διαστημικά τηλεσκόπια Έχουν γίνει ένα από τα καλύτερα εργαλεία που έχουμε για την κατασκοπεία του σύμπαντος από έξω από την ατμόσφαιρα της Γης. Τοποθετώντας τα σε τροχιά ή σε στρατηγικά σημεία όπως τα σημεία Lagrange, αποφεύγουμε προβλήματα όπως... αναταραχή αέρα, η φωτορύπανση ή η απορρόφηση ορισμένων μηκών κύματος, και αυτό μας επιτρέπει να βλέπουμε το σύμπαν με μια καθαρότητα που, από το έδαφος, είναι απλώς αδύνατη.
Τις τελευταίες δεκαετίες, έχει αναπτυχθεί ένας ποικίλος στόλος διαστημικών αστεροσκοπείων που καλύπτουν ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμαΑπό τις πιο ενεργητικές ακτίνες γάμμα μέχρι τα ραδιοκύματα, συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων Χ, της υπεριώδους ακτινοβολίας, του ορατού φωτός, της υπέρυθρης ακτινοβολίας και των μικροκυμάτων. Έχουν επίσης ξεκινήσει αποστολές για την ανίχνευση σωματιδίων όπως οι κοσμικές ακτίνες, ενώ έχουν αναπτυχθεί ακόμη και πρωτότυπα τηλεσκοπίων βαρυτικών κυμάτων. Θα εξερευνήσουμε, με ηρεμία και με αρκετή λεπτομέρεια, τους κύριους τύπους διαστημικών τηλεσκοπίων, τις πιο αντιπροσωπευτικές τους αποστολές και τα μεγάλα έργα που βρίσκονται στον ορίζοντα.
Τι είναι ένα διαστημικό τηλεσκόπιο και γιατί είναι τόσο σημαντικό;
Ένα διαστημικό τηλεσκόπιο είναι, στην ουσία, ένα αστρονομικό αστεροσκοπείο Τοποθετημένο σε διαστημόπλοιο ή δορυφόρο που λειτουργεί πάνω από την ατμόσφαιρα. Σε αντίθεση με τα επίγεια τηλεσκόπια, αυτές οι πλατφόρμες μπορούν να παρατηρήσουν περιοχές του φάσματος (όπως ακτίνες Χ, ακτίνες γάμμα ή ακραία υπεριώδη ακτινοβολία) που η ατμόσφαιρα σχεδόν μπλοκάρει, και επίσης αποφεύγουν τις παραμορφώσεις που θολώνουν τις οπτικές εικόνες που φαίνονται από τα επίγεια αστεροσκοπεία.
Ανάλογα με τον τύπο ακτινοβολίας που μελετούν, τα διαστημικά τηλεσκόπια ταξινομούνται σε: ακτίνες γάμμα, ακτίνες Χ, υπεριώδης ακτινοβολία, οπτικές ακτίνες, υπέρυθρες ακτίνες, μικροκύματα και ραδιοκύματαΕπιπλέον, υπάρχουν αποστολές αφιερωμένες σε σωματίδια υψηλής ενέργειας (κοσμικές ακτίνες) και νεοσύστατα έργα για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από το διάστημα. Κάθε μία από αυτές τις ζώνες αποκαλύπτει ένα διαφορετικό σύμπαν: από μαύρες τρύπες και εκρήξεις ακτίνων γάμμα μέχρι την αμυδρή λάμψη του κοσμικού υποβάθρου μικροκυμάτων ή την κατανομή της σκοτεινής ύλης.
Διαστημικά τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα: το πιο ακραίο σύμπαν
Τα τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα μετρούν φωτόνια εξαιρετικά υψηλή ενέργεια που προέρχεται από βίαια αστροφυσικά φαινόμενα. Αυτή η ακτινοβολία απορροφάται από την ατμόσφαιρα της Γης, επομένως μπορούμε να τη μελετήσουμε μόνο από στρατοσφαιρικά μπαλόνια ή, ακόμα καλύτερα, από δορυφόρους σε τροχιά ή ανιχνευτές στο βαθύ διάστημα.
Τυπικές πηγές ακτίνων γάμμα είναι σουπερνόβα, αστέρες νετρονίων, πάλσαρ και μαύρες τρύπες σε δυαδικά συστήματα ή ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες. Επιπλέον, υπάρχουν οι αινιγματικές εκρήξεις ακτίνων γάμμα, εξαιρετικά σύντομες αλλά εξαιρετικά ενεργητικές εκρήξεις των οποίων η φύση έχει μελετηθεί εδώ και δεκαετίες.
Πολυάριθμα αστεροσκοπεία ακτίνων γάμμα έχουν εκτοξευθεί με την πάροδο του χρόνου. Μεταξύ των πρωτοπόρων ήταν οι σοβιετικοί ανιχνευτές. Πρωτόνιο-1, Πρωτόνιο-2 και Πρωτόνιο-4όλα σε χαμηλή τροχιά γύρω από τη Γη τη δεκαετία του 60. Ακολούθησαν αποστολές όπως η SAS 2 Ο Μικρός Αστρονομικός Δορυφόρος 2 της NASA Cos-B από το ESA ή το HEAO 3 Αμερικανός, ο οποίος συνδύαζε όργανα για υψηλές ενέργειες.
Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών του 1980 και του 1990, σημαντικά έργα όπως χειροβομβίδα (Γαλλο-σοβιετική συνεργασία), ο δορυφόρος Gamma και, πάνω απ 'όλα, το Παρατηρητήριο Ακτίνων Γάμμα Κόμπτον (CGRO) Από τη NASA, μέρος της σειράς Great Observatories. Το CGRO παρατήρησε τον ουρανό μεταξύ 1991 και 2000 σε χαμηλή τροχιά γύρω από τη Γη, χαρτογραφώντας εκατοντάδες πηγές ακτίνων γάμμα και βοηθώντας στην ταξινόμηση των εκλάμψεων ακτίνων γάμμα σε διαφορετικούς τύπους.
Αργότερα ήρθαν εξειδικευμένες αποστολές όπως η ΛΕΓΚΡΙ (Απεικόνιση ακτίνων γάμμα χαμηλής ενέργειας) Ισπανικά, το HETE 2 επικεντρώθηκε σε παροδικές εκρήξεις, το Ευρωπαϊκό Παρατηρητήριο INTEGRAL ή ο δορυφόρος Swiftικανό να ανιχνεύει γρήγορα εκρήξεις ακτίνων γάμμα και να κατευθύνει τα όργανά του για να παρακολουθεί την εξέλιξη του φαινομένου. Τα τελευταία χρόνια, έχουν ξεχωρίσει τα ακόλουθα: ΕΥΚΙΝΗΤΟΣ, Η Διαστημικό Τηλεσκόπιο Ακτίνων Γάμμα Fermi και το πείραμα GAP, τοποθετημένο σε μια αποστολή JAXA σε ηλιοκεντρική τροχιά, η οποία μελετά την πόλωση των εκρήξεων γάμμα.
Τηλεσκόπια ακτίνων Χ: Ακτίνες Χ του Κόσμου
Τα τηλεσκόπια ακτίνων Χ εστιάζουν σε φωτόνια υψηλή ενέργεια αλλά λιγότερο ακραία από τις ακτίνες γάμμαΗ ατμόσφαιρα μπλοκάρει επίσης αυτή την ακτινοβολία, επομένως αυτές οι παρατηρήσεις είναι δυνατές μόνο από μπαλόνια μεγάλου υψομέτρου ή σε τροχιά. Οι ακτίνες Χ εκπέμπονται από σμήνη γαλαξιών και ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες σε υπολείμματα υπερκαινοφανών, δυαδικά συστήματα ακτίνων Χ με λευκούς νάνους, αστέρες νετρονίων και μαύρες τρύπες, καθώς και σε ορισμένες πηγές στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα, όπως η Σελήνη, αν και σε αυτήν την περίπτωση μεγάλο μέρος της φωτεινότητας προέρχεται από ανακλώμενες ηλιακές ακτίνες Χ.
Μεταξύ των πρώτων αστεροσκοπείων Χ, ξεχωρίζουν τα ακόλουθα: Uhuru (1970), ο πρώτος δορυφόρος αφιερωμένος αποκλειστικά σε αυτή τη ζώνη. Ακολούθησαν αποστολές όπως η ANS (Αστρονομικός Δορυφόρος Ολλανδίας), Άριελ Ε΄ο Ινδός Aryabhata, Η SAS-C από τη NASA ή από αστεροσκοπεία υψηλής ενέργειας HEAO-1 και HEAO-2 (το τελευταίο γνωστό ως Αστεροσκοπείο Αϊνστάιν), η οποία βελτίωσε δραστικά τους καταλόγους των πηγών ακτίνων Χ.
Η Ιαπωνία έπαιξε καθοριστικό ρόλο με δορυφόρους όπως Χακούτσο (CORSA-b), Τένμα, Ginga, ASCA ή αργότερα, Suzaku y HitomiΤο Ευρωπαϊκό ήταν επίσης σημαντικό. ΕΞΟΣΑΤ και ρωσικά Άστρον, η οποία συνδύαζε παρατηρήσεις υπεριώδους ακτινοβολίας και ακτίνων Χ σε μια εξαιρετικά ελλειπτική τροχιά.
Τις δεκαετίες του 90 και του 2000, έφτασαν αποστολές που πλέον αποτελούν πραγματικά σημεία αναφοράς. ΡΟΖΑΤ Διεξήγαγε μια εις βάθος απογραφή των πηγών μαλακών ακτίνων Χ. BeppoSAX Έπαιξε θεμελιώδη ρόλο στον εντοπισμό εκρήξεων ακτίνων γάμμα χάρη στις δυνατότητες παρακολούθησης ακτίνων Χ που διαθέτει. Εξερευνητής Χρονισμού Ακτίνων Χ Rossi (RXTE) Επέτρεψε τη μελέτη, με πρωτοφανή λεπτομέρεια, της μεταβλητότητας συστημάτων με μαύρες τρύπες και αστέρες νετρονίων.
Είναι ακόμα ενεργοί Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra (NASA) και XMM-Νεύτωνας (ESA), και τα δύο σε εξαιρετικά ελλειπτικές τροχιές που επιτρέπουν μακρές συνεχείς παρατηρήσεις. Πιο πρόσφατα είναι τα NuSTAR, που ειδικεύεται στις σκληρές ακτίνες Χ, το Ινδικό αστεροσκοπείο Αστροσάττο κινεζικό τηλεσκόπιο HXMT, το Ρωσο-Γερμανικό Spectr-RG και αποστολές που επικεντρώνονται στην πολωσιμετρία όπως ΙΧΠΕ, Καθώς και XRISM o XPoSat και Αϊνστάιν Probe, τα οποία διευρύνουν τις δυνατότητες στη φασματοσκοπία και τη μεταβλητότητα των ακτίνων Χ.
Τηλεσκόπια υπεριώδους ακτινοβολίας: κοιτάζοντας πέρα από το βιολετί
Τα υπεριώδη τηλεσκόπια ειδικεύονται σε μήκη κύματος μεταξύ περίπου 10 και 320 νανόμετραΑυτή η ακτινοβολία απορροφάται σε μεγάλο βαθμό από την ατμόσφαιρα, επομένως μπορούμε να τη μελετήσουμε μόνο από την ανώτερη ατμόσφαιρα, την επιφάνεια της σελήνης ή το διάστημα. Ο Ήλιος, πολυάριθμα θερμά αστέρια και πολλοί γαλαξίες εκπέμπουν μεγάλες ποσότητες υπεριώδους φωτός, η οποία είναι το κλειδί για την ανάλυση των διαδικασιών σχηματισμού αστεριών και της χημικής σύνθεσης.
Μεταξύ των πρώτων αποστολών UV είναι OAO-2 (Stargazer) y OAO-3 Κοπέρνικος Τα τηλεσκόπια της NASA Ωρίων 1 και Ωρίων 2 τοποθετημένο σε σοβιετικούς διαστημικούς σταθμούς. Μια μοναδική περίπτωση ήταν η Κάμερα/Φασματογράφος Άπω Υπεριώδους Ακτίνας εγκαταστάθηκε από τους αστροναύτες του Apollo 16 στην επιφάνεια της Σελήνης, γεγονός που επέτρεψε την πραγματοποίηση παρατηρήσεων στην υπεριώδη ακτινοβολία από ένα περιβάλλον χωρίς ατμόσφαιρα.
Ο δορυφόρος ANS Διέθετε επίσης όργανα υπεριώδους ακτινοβολίας, αλλά το μεγάλο άλμα έγινε από Διεθνής Εξερευνητής Υπεριώδους Ακτινοβολίας (IUE)Η κοινή αποστολή της ESA, της NASA και του Ηνωμένου Βασιλείου λειτούργησε για σχεδόν δύο δεκαετίες σε μια εξαιρετικά ελλειπτική τροχιά, αποτελώντας πραγματικό εργαλείο για τη φασματοσκοπική μελέτη του υπεριώδους φωτός. Η ΕΣΣΔ συνέβαλε με το τηλεσκόπιο. Άστρον, επίσης ευαίσθητο σε αυτή τη ζώνη.
El Διαστημικό Τηλεσκόπιο ΧαμπλΑν και φημίζεται για τις εικόνες του στο ορατό φως, διαθέτει πολύ ισχυρά όργανα στο εγγύς υπεριώδες φάσμα, τα οποία του έχουν επιτρέψει να εξετάσει αστρικές ατμόσφαιρες, περιοχές σχηματισμού άστρων και νεαρά σμήνη. Ακολούθησαν αποστολές όπως... EUVE (Extreme Ultraviolet Explorer), το παρατηρητήριο Άστρο 1 και Άστρο 2, ή το ΑΣΦΑΛΕΙΩΝ (Φασματοσκοπικός Εξερευνητής Άπω Υπεριώδους Φάσματος), με επίκεντρο την άπω υπεριώδη ακτινοβολία.
Ήδη στον 21ο αιώνα, έργα όπως CHIPS, η αποστολή Γκαλεξ Για να μελετήσει την εξέλιξη των γαλαξιών στην υπεριώδη ακτινοβολία, ο κορεατικός δορυφόρος Κάιστσατ 4και πιο πρόσφατες αποστολές όπως IRIS, προσανατολισμένο προς την περιοχή ηλιακής μετάβασης, το Ιαπωνικό αστεροσκοπείο Χισάκιυποτροχιακά πειράματα όπως Πείραμα Φασματικού Πυραύλου Αφροδίτηςή τηλεσκόπια τοποθετημένα στη Σελήνη όπως το Τηλεσκόπιο υπεριώδους ακτινοβολίας (LUT) με βάση τη Σελήνη. Αστροσάτ Συνδυάζει επίσης όργανα UV και ηλιακές αποστολές όπως Aditya-L1 Αυτές περιλαμβάνουν παρατηρήσεις σε αυτό το εύρος από το σημείο Lagrange L1.
Διαστημικά οπτικά τηλεσκόπια: ορατό φως απαράμιλλης ποιότητας
Η οπτική αστρονομία είναι η πιο κλασική: εστιάζει σε μήκη κύματος μεταξύ περίπου 400 και 700 νανόμετραΗ τοποθέτηση ενός οπτικού τηλεσκοπίου στο διάστημα εξαλείφει την ατμοσφαιρική αναταραχή και το μεγαλύτερο μέρος της απορρόφησης, με αποτέλεσμα εικόνες εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης. Αυτά τα όργανα χρησιμοποιούνται για την παρατήρηση πλανητών, αστεριών, νεφελωμάτων, γαλαξίεςπρωτοπλανητικοί δίσκοι και σχεδόν οποιοδήποτε αντικείμενο που λάμπει στο ορατό φως.
Ένα από τα πρώτα σημαντικά ορόσημα ήταν Ίππαρκος (ESA), αφιερωμένο στην αστρομετρία ακριβείας: μέτρηση των θέσεων και των παραλλαξών των αστεριών για τον προσδιορισμό των αποστάσεών τους. Στα τέλη της δεκαετίας του 80 και στις αρχές της δεκαετίας του 1990, έφερε επανάσταση στους καταλόγους αστεριών. Λίγο αργότερα, το 90, το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χαμπλ, ένα κοινό έργο της NASA και της ESA που εξακολουθεί να λειτουργεί σήμερα σε χαμηλή τροχιά γύρω από τη Γη.
Το Hubble παρατηρεί κυρίως στο ορατό και σχεδόν υπεριώδες φως, αν και μετά από μια αποστολή συντήρησης του δόθηκαν και πρόσθετες δυνατότητες. κοντά στο υπέρυθροΧάρη στη σταθερότητα και την ευκρίνειά του, έχει παράσχει μερικές από τις πιο εμβληματικές εικόνες του σύμπαντος, επέτρεψε εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις της σταθεράς Hubble και αποκάλυψε λεπτομέρειες για μακρινούς γαλαξίες, σφαιρωτά σμήνη, δίσκους που σχηματίζουν πλανήτες και πολλά άλλα.
Άλλα τροχιακά οπτικά αστεροσκοπεία περιλαμβάνουν το μικρό καναδικό τηλεσκόπιο ΠΙΟ, το Γαλλο-Ευρωπαϊκό ΚΟΡΟΤαφιερωμένο σε εξωπλανήτες και αστρικές ταλαντώσεις ή στον αστερισμό των νανοδορυφόρων BRITEΑποστολές όπως SwiftΑν και δημιουργήθηκαν για τη μελέτη εκρήξεων ακτίνων γάμμα, περιλαμβάνουν επίσης οπτικά όργανα για την παρακολούθηση της εξέλιξης αυτών των φαινομένων.
Στον τομέα των εξωπλανητών, ο δορυφόρος Kepler Σηματοδότησε ένα σημείο καμπής, ανιχνεύοντας χιλιάδες κόσμους χρησιμοποιώντας την τεχνική της διέλευσης από μια ηλιοκεντρική τροχιά. Ακολούθησε το αστεροσκοπείο TESS από τη NASA και την ευρωπαϊκή αποστολή Χέοπα, με στόχο τον χαρακτηρισμό ήδη γνωστών εξωπλανητών από σύγχρονη τροχιά με τον Ήλιο. Αστροσάτ Ενσωματώνει επίσης οπτικά όργανα και έργα όπως ΓαίαΒρίσκονται στο σημείο L2 Lagrange, και έχουν βελτιώσει περαιτέρω την αστρομετρία, δημιουργώντας τον πιο ακριβή τρισδιάστατο χάρτη του γαλαξία μας.
Υπέρυθρα τηλεσκόπια: αποκαλύπτοντας το κρύο, σκοτεινό σύμπαν
Το υπέρυθρο φως έχει χαμηλότερη ενέργεια από το ορατό φως Είναι ιδανικό για τη μελέτη ψυχρών ή πολύ μακρινών αντικειμένων των οποίων η φωτεινότητα έχει μετατοπιστεί προς το ερυθρό λόγω της διαστολής του σύμπαντος. Στο υπέρυθρο, παρατηρούμε ψυχρά αστέρια (συμπεριλαμβανομένων των καφέ νάνων), νέφη σκόνης που σχηματίζουν άστρα, πρωτοπλανητικούς δίσκους και πολύ μακρινούς γαλαξίες.
Ανάμεσα στα πρώτα μεγάλα έργα είναι IRASτο οποίο παρήγαγε τον πρώτο πλήρη υπέρυθρο χάρτη του ουρανού και ανακάλυψε δίσκους σκόνης γύρω από άστρα όπως το Φομαλχώ, το Βήτα Πικτόρις και το Βέγα. Στη συνέχεια εμφανίστηκε το ιαπωνικό τηλεσκόπιο Υπέρυθρο τηλεσκόπιο στο διάστημακαι το Ευρωπαϊκό Παρατηρητήριο ISO (Υπέρυθρο Διαστημικό Παρατηρητήριο), το οποίο εξερεύνησε τον ουρανό σε ένα ευρύ υπέρυθρο φάσμα από μια εξαιρετικά ελλειπτική τροχιά.
Η στρατιωτική-επιστημονική αποστολή MSX Παρείχε επίσης δεδομένα υπέρυθρης ακτινοβολίας, ενώ ο δορυφόρος SWAS Επικεντρώθηκε σε μήκη κύματος υποχιλιοστομέτρου, κλειδί για τη μελέτη μορίων σε διαστρικά νέφη. WIREΔυστυχώς, δεν κατάφερε να επιτύχει τον στόχο του μετά από μια πρώιμη αποτυχία.
El Διαστημικό Τηλεσκόπιο ΣπίτζερΤο Διαστημικό Τηλεσκόπιο, μέρος των Μεγάλων Αστεροσκοπείων της NASA, μελέτησε το μέσο και το άπω υπέρυθρο φάσμα από μια τροχιά που προσελκύει τον ήλιο, παράγοντας θεαματικά αποτελέσματα σχετικά με τον σχηματισμό άστρων, τους υπέρυθρους γαλαξίες και τους εξωπλανήτες. Η ιαπωνική αποστολή Ακάρι επέκτεινε αυτές τις μελέτες, ενώ το παρατηρητήριο Herschel Το τηλεσκόπιο ESA/NASA, που βρίσκεται στο σημείο L2 Lagrange, ήταν το μεγαλύτερο υπέρυθρο τηλεσκόπιο που εκτοξεύτηκε μέχρι που έμεινε από ήλιο το 2013.
Ο δορυφόρος ΣΟΦΌΣ Χαρτογράφησε τον ουρανό σε ολόκληρο το μέσο υπέρυθρο, ανιχνεύοντας τα πάντα, από κοντινούς αστεροειδείς μέχρι πολύ μακρινούς γαλαξίες. Και το τρέχον αστέρι είναι το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (JWST)Επίσης, στο L2, έχει σχεδιαστεί για να παρατηρεί κυρίως στο υπέρυθρο. Ο τεράστιος τμηματικός καθρέφτης 6,5 μέτρων και τα κρυογονικά του όργανα του επιτρέπουν να μελετήσει τους πρώτους γαλαξίες, τον σχηματισμό αστεριών και πλανητών, καθώς και τις ατμόσφαιρες εξωπλανητών με πρωτοφανή λεπτομέρεια. Η αποστολή θα λειτουργεί επίσης στο εγγύς υπέρυθρο και στο ορατό φως. Ευκλείδης από τον ESA, με επίκεντρο τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια από το L2.
Τηλεσκόπια μικροκυμάτων: η ηχώ της Μεγάλης Έκρηξης
Τα διαστημικά τηλεσκόπια μικροκυμάτων έχουν χρησιμοποιηθεί κυρίως για τη μέτρηση με μεγάλη ακρίβεια κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθροη απολιθωμένη λάμψη της Μεγάλης Έκρηξης. Από αυτές τις παρατηρήσεις, καθορίζονται βασικές κοσμολογικές παράμετροι, όπως η ηλικία του σύμπαντος, η περιεκτικότητά του σε σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια, και η γεωμετρία του σε μεγάλη κλίμακα.
Ο δορυφόρος ήταν πρωτοπόρος σε αυτή τη ζώνη. COBE Το Cosmic Background Explorer της NASA, το οποίο μέτρησε για πρώτη φορά τις μικροσκοπικές ανισοτροπίες θερμοκρασίας του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου. Αργότερα, το σουηδικό αστεροσκοπείο Odin Συνδύασε μελέτες μικροκυμάτων και υποχιλιοστομετρικών ακτίνων σε χαμηλή τροχιά της Γης.
Το επόμενο μεγάλο άλμα ήταν η αποστολή WMAP Ο ανιχνευτής ανισοτροπίας μικροκυμάτων Wilkinson της NASA, που βρίσκεται στο σημείο Lagrange L2, βελτίωσε δραματικά τις μετρήσεις του COBE και καθιέρωσε το λεγόμενο «τυπικό κοσμολογικό μοντέλο». Στη συνέχεια, η ESA εκτόξευσε τον δορυφόρο. PlanckΕπίσης, στο L2, απέκτησε τον πιο ακριβή χάρτη του κοσμικού υποβάθρου μέχρι σήμερα, πριν αποσυρθεί σε ασφαλή ηλιοκεντρική τροχιά μετά το τέλος της αποστολής.
Διαστημικά ραδιοτηλεσκόπια: συμβολομετρία σε πλανητική κλίμακα
Αν και η ατμόσφαιρα είναι σχετικά διαφανής στα ραδιοκύματα, η τοποθέτηση κεραιών στο διάστημα μας επιτρέπει να... πολύ μακράς βασικής παρεμβολής συνδυάζοντας ένα τροχιακό ραδιοτηλεσκόπιο με κεραίες στην επιφάνεια της Γης. Συσχετίζοντας τα σήματα, επιτυγχάνεται μια γωνιακή ανάλυση ισοδύναμη με ένα τηλεσκόπιο ίσο με το μέγεθος της μεταξύ τους απόστασης, η οποία είναι ιδανική για τη μελέτη εξαιρετικά συμπαγών δομών.
Μια βασική αποστολή σε αυτόν τον τομέα ήταν ΧΑΛΚΑ (VSOP), που εκτοξεύτηκε από την ιαπωνική υπηρεσία ISAS. Περιφερόταν γύρω από τη Γη σε μια εξαιρετικά ελλειπτική τροχιά, παρέχοντας μια γραμμή βάσης έως και δεκάδων χιλιάδων χιλιομέτρων. Παρατήρησε υπολείμματα σουπερνόβα, μέιζερ, βαρυτικούς φακούς και ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες με εξαιρετική ανάλυση.
Πιο πρόσφατα, το ρωσικό έργο Spektr-R (RadioAstron) Επέκτεινε περαιτέρω αυτές τις δυνατότητες με μια εξαιρετικά επιμήκη τροχιά (από 10.000 σε σχεδόν 390.000 χλμ.), σχηματίζοντας, μαζί με τα επίγεια ραδιοτηλεσκόπια, ένα από τα μεγαλύτερα συστήματα συμβολομετρίας που κατασκευάστηκαν ποτέ.
Ανιχνευτές σωματιδίων και κοσμικών ακτίνων στο διάστημα
Εκτός από τα φωτόνια, πολλές διαστημικές αποστολές περιλαμβάνουν όργανα ικανά να ανιχνεύουν κοσμικές ακτίνες και ενεργειακά σωματίδια που προέρχονται από τον Ήλιο, τον γαλαξία μας ή εξωγαλαξιακές πηγές. Ορισμένες από αυτές τις κοσμικές ακτίνες φτάνουν σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες, που σχετίζονται με διεργασίες όπως οι σχετικιστικοί πίδακες από ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες.
Μεταξύ των πρώτων αποστολών με ανιχνευτές σωματιδίων ήταν οι σοβιετικές Πρωτόνιο-1 και Πρωτόνιο-2, το οποίο μέτρησε πρωτόνια και ηλεκτρόνια σε χαμηλή τροχιά γύρω από τη Γη. Ο δορυφόρος HEAO 3 Ενσωματώνει επίσης όργανα για τη μελέτη των κοσμικών πυρήνων.
Κυκλοφόρησε τη δεκαετία του '90 SAMPEX (NASA/DE), με επίκεντρο τα ενεργητικά σωματίδια στη μαγνητόσφαιρα της Γης. Το πείραμα AMS-01 Πέταξε για λίγο σε μια αποστολή διαστημικού λεωφορείου για να δοκιμάσει το φασματόμετρο άλφα μαγνητικού, πρόδρομος του AMS-02, μόνιμα εγκατεστημένο στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό για την αναζήτηση αντιύλης και ενδείξεων σκοτεινής ύλης.
Η αποστολή PAMELAΜια συνεργασία μεταξύ ευρωπαϊκών και ρωσικών υπηρεσιών μελέτησε τη ροή σωματιδίων υψηλής ενέργειας σε χαμηλή τροχιά γύρω από τη Γη. Εν τω μεταξύ, IBEX Η NASA εξετάζει ουδέτερα ενεργειακά άτομα για να χαρτογραφήσει την αλληλεπίδραση μεταξύ του ηλιακού ανέμου και του διαστρικού μέσου, και δορυφόρους όπως ΝΤΑΜΠ (Κίνα) ερευνούν ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας, ποζιτρόνια και ακτίνες γάμμα σε αναζήτηση έμμεσων σημάτων σκοτεινής ύλης.
Διαστημικά τηλεσκόπια βαρυτικών κυμάτων
Τα βαρυτικά κύματα είναι κυματισμοί του χωροχρόνου Αυτά τα σήματα παράγονται από γεγονότα όπως η συγχώνευση μαύρων τρυπών ή αστέρων νετρονίων. Στη Γη, ανιχνευτές όπως το LIGO και το Virgo έχουν ήδη μετρήσει αυτά τα σήματα, αλλά το επόμενο σημαντικό βήμα είναι η μεταφορά της βαρυτικής συμβολομετρίας στο διάστημα, όπου μπορούν να κατασκευαστούν πολύ μεγαλύτεροι βραχίονες, ευαίσθητοι σε χαμηλότερες συχνότητες.
Το πρώτο τεχνολογικό βήμα ήταν Λίζα ανιχνευτής (ESA), μια αποστολή επίδειξης που δοκίμασε τα δοκιμαστικά συστήματα ελέγχου μάζας και συμβολομετρίας λέιζερ σε ηλιοκεντρική τροχιά. Η επιτυχία της άνοιξε το δρόμο για το μελλοντικό έργο. LISA (Διαστημική Κεραία Συμβολόμετρου Λέιζερ), σχεδιασμένο για τη δεκαετία του 2030, το οποίο θα αποτελείται από τρεις δορυφόρους που χωρίζονται από εκατομμύρια χιλιόμετρα και σχηματίζουν ένα τρίγωνο και θα είναι ικανό να παρακολουθεί βαρυτικά κύματα από τεράστιες πηγές σε κοσμολογική κλίμακα.
Σημαντικά αστεροσκοπεία και εμβληματικές αποστολές
Μέσα στον στόλο των διαστημικών τηλεσκοπίων της, η NASA προώθησε μια σειρά από Μεγάλα Παρατηρητήριατο καθένα επικεντρώθηκε σε ένα μέρος του φάσματος. Τα προαναφερθέντα Hubble Καλύπτει το ορατό και το εγγύς υπεριώδες (με κάποια υπέρυθρη ακτινοβολία), το CGRO Ειδικεύτηκε στις ακτίνες γάμμα, τις Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra εξερευνά τις μαλακές ακτίνες Χ και το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Σπίτζερ Αφιερώθηκε στις υπέρυθρες ακτίνες.
Επιπλέον, υπάρχουν ορισμένες αποστολές που, αν και δεν είναι επίσημα Μεγάλα Αστεροσκοπεία, έχουν τεράστιο αντίκτυπο: IRAS ως ο πρώτος υπέρυθρος ιχνηλάτης ουρανού· Άστρον y χειροβομβίδα στη σοβιετική σφαίρα· το ISO Ευρωπαϊκός· ο εξωπλανήτης ΚΟΡΟΤ? Ο IUE σε υπεριώδη ακτινοβολία· το ηλιακό παρατηρητήριο SOHO; ο καναδικός δορυφόρος SCISAT-1 να μελετήσουν την ατμόσφαιρα της Γης· οι πρωτοπόροι των ακτίνων Χ Uhuru, HEAO; το αστρομετρικό ΊππαρκοςΤο συμπαγές καναδικό τηλεσκόπιο ΠΙΟή Ιαπωνικά ASTRO-F (Ακάρι), μεταξύ πολλών άλλων.
Στον κοσμολογικό τομέα, αποστολές όπως WMAP y Planck έχουν επιτρέψει τον ακριβή προσδιορισμό των παραμέτρων του τυπικού κοσμολογικού μοντέλου. Σε υψηλές ενέργειες, αστεροσκοπεία όπως INTEGRAL y Swift Συνεχίζουν να ανιχνεύουν παροδικά φαινόμενα, ενώ έργα όπως INTEGRAL, WMAP, Spektr-R o Odin Έχουν παράσχει μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα της ενεργειακής ακτινοβολίας και της μεγάλης κλίμακας δομής του σύμπαντος.
Οι νέοι γίγαντες: Τζέιμς Γουέμπ, Ρόμαν, Ευκλείδης και όχι μόνο
El Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb Έχει γίνει το κορυφαίο αστεροσκοπείο της τρέχουσας δεκαετίας. Λειτουργεί από κοινού από τη NASA, την ESA και την CSA από το σημείο Lagrange L2 και έχει σχεδιαστεί για να μελετά όλες τις φάσεις της ιστορίας του σύμπαντος: από τους πρώτους γαλαξίες έως τον σχηματισμό των πλανητικών συστημάτων και την ανάλυση της ατμόσφαιρας των εξωπλανητών. Οι υπέρυθρες εικόνες του έχουν επιτρέψει συγκρίσεις, για παράδειγμα, μεταξύ παρατηρήσεων γαλαξιών όπως ο NGC 628 και εκείνων που λήφθηκαν από το Hubble, αποκαλύπτοντας προηγουμένως άγνωστες λεπτομέρειες σε σκόνη και αέριο.
Χάρη στον Webb, έχουν εντοπιστεί υποψήφιοι για εξαιρετικά αρχαίοι γαλαξίεςΠαρέχει εκπληκτικά καθαρές εικόνες υπολειμμάτων σουπερνόβα και λεπτομερείς απόψεις πλανητών στο Ηλιακό Σύστημα. Η επιτυχία του βασίζεται σε τέσσερις δεκαετίες εμπειρίας με προηγούμενα υπέρυθρα τηλεσκόπια όπως τα IRAS, ISO, Spitzer και Akari, τα οποία έθεσαν τις τεχνολογικές και επιστημονικές βάσεις.
Κοιτάζοντας προς το εγγύς μέλλον, η NASA προετοιμάζει το Ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο (πρώην WFIRST), επίσης στο L2, σχεδιασμένο για τη μελέτη της σκοτεινής ενέργειας, της δομής μεγάλης κλίμακας και του πληθυσμού των εξωπλανητών με πολύ ευρύ οπτικό πεδίο. Στον τομέα των εξωπλανητών, η ESA θα αναπτύξει PLATO, η οποία θα επικεντρωθεί στην αναζήτηση και τον χαρακτηρισμό κατοικήσιμοι εξωπλανήτες γύρω από άστρα παρόμοια με τον Ήλιο.
Μεταξύ των πιο φιλόδοξων έργων, ξεχωρίζουν τα εξής: Παρατηρητήριο Κατοίκων Κόσμωνσχεδιασμένο για να μελετά λεπτομερώς πλανήτες στο μέγεθος της Γης σε κατοικήσιμες ζώνες και να αναζητά βιογραφίες στις ατμόσφαιρές τους. Για να το πετύχει αυτό, θα χρησιμοποιήσει τεχνικές όπως κορωνογράφημα ή πιθανώς εξωτερικά πανιά (αστροσκιάσεις) ικανά να μπλοκάρουν το φως του άστρου και να αποκαλύψουν το αμυδρό σήμα του πλανήτη.
Τηλεσκόπιο ακτίνων Χ ΑΘΗΝΑ Το Προηγμένο Τηλεσκόπιο για Αστροφυσική Υψηλών Ενεργειών (ATE), μια συνεργασία μεταξύ της ESA, της NASA και της JAXA, έχει σχεδιαστεί για να μελετά υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, σμήνη γαλαξιών και το θερμό αέριο που γεμίζει το σύμπαν σε μεγάλη κλίμακα. Στον τομέα των βαρυτικών κυμάτων, η αποστολή LISA Θα είναι το σπουδαίο διαστημικό παρατηρητήριο για την παρακολούθηση συγκρούσεων τεράστιων μαύρων τρυπών και άλλων συμπαγών συστημάτων.
Υπάρχουν επίσης πολυάριθμες έννοιες του μέλλοντος υπό την ομπρέλα του Πρόγραμμα Ωρίμανσης Τεχνολογίας Great Observatory (GOMAP) και τα λεγόμενα Νέα Μεγάλα Αστεροσκοπεία, τα οποία κοιτάζουν πέρα από το 2040 και επιδιώκουν να αναπτύξουν την τεχνολογία που απαιτείται για την κατασκευή ακόμη μεγαλύτερων και πιο ακριβών τηλεσκοπίων, τόσο σε οπτικό και υπέρυθρο φάσμα όσο και σε υψηλές ενέργειες.
Άλλα έργα και αποστολές σε ανάπτυξη
Παράλληλα με τα μεγάλα ονόματα, υπάρχει μια ολόκληρη σειρά από έργα που θα συμπληρώσουν την επόμενη γενιά διαστημικών τηλεσκοπίων. Η NASA εργάζεται πάνω σε... ΤΟΛΙΜΑΝεπικεντρώθηκε στη μελέτη του συστήματος Άλφα Κενταύρου σε αναζήτηση δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών χρησιμοποιώντας αστρομετρία υψηλής ακρίβειας. Η Κίνα, από την πλευρά της, προετοιμάζει το τηλεσκόπιο Ξουντιάν, ένα οπτικό παρατηρητήριο που μπορεί να συνδεθεί με τον κινεζικό διαστημικό σταθμό για συντήρηση και θα προσφέρει ένα πολύ ευρύ οπτικό πεδίο.
Άλλες αποστολές στον ορίζοντα περιλαμβάνουν την παρακολούθηση μεταβλητών αντικειμένων Παρακολούθηση αντικειμένων μεταβλητού χώρου, το φασματοσκοπικό παρατηρητήριο SPHEREx, Η AstroSat-2 Ινδικό ως αντικατάσταση του Astrosat, ή του ευρωπαϊκού τηλεσκοπίου ARIEL, που ειδικεύεται στην ανάλυση ατμοσφαιρών εξωπλανητών από το L2. Όλα αυτά θα ενταχθούν στον τρέχοντα στόλο για να καλύψουν διαφορετικά ενεργειακά εύρη και επιστημονικούς στόχους.
Αναπτύσσονται επίσης νέα ηλιακά αστεροσκοπεία και αποστολές αφιερωμένες στην καλύτερη μελέτη του άστρου μας. Κατανόηση του ηλιακές καταιγίδες και στεμματικές εκτινάξεις μάζας Είναι απαραίτητο για την προστασία δορυφόρων, δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας και συστημάτων επικοινωνιών σε έναν πλανήτη που εξαρτάται ολοένα και περισσότερο από την τεχνολογία. Αποστολές όπως SOHO o PROBA-3Αυτά τα βετεράνα όργανα έχουν ανοίξει τον δρόμο για μια νέα γενιά οργάνων τόσο στην τροχιά της Γης όσο και σε συγκεκριμένα σημεία του συστήματος Ήλιου-Γης.
Κοιτάζοντας τη συνολική εικόνα, από τον Γαλιλαίο που έστρεψε ένα μέτριο τηλεσκόπιο προς τον Ήλιο τον 17ο αιώνα μέχρι τα κολοσσιαία αστεροσκοπεία στο L2 ικανά να δουν νεογέννητους γαλαξίες, γίνεται σαφές ότι κάθε νέα γενιά διαστημικών τηλεσκοπίων Διευρύνει τα όριά μας: ανιχνεύουμε πιο μακρινούς γαλαξίες, παρακολουθούμε υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, αναλύουμε τη χημική σύνθεση των εξωπλανητικών ατμοσφαιρών και βελτιώνουμε τις κοσμολογικές παραμέτρους. Όλες οι ενδείξεις είναι ότι τα επερχόμενα αστεροσκοπεία - Webb, Roman, Euclid, PLATO, ARIEL, LISA, Habitable Worlds Observatory και άλλα - όχι μόνο θα μας βοηθήσουν να απαντήσουμε σε κλασικά ερωτήματα σχετικά με την προέλευση και την εξέλιξη του σύμπαντος, αλλά θα θέσουν και νέα αινίγματα που δεν είχαμε καν φανταστεί.
