Машины времени в космосе

Как и столетия назад, телескопы остаются основными приборами астрономии и астрофизики. Правда, сегодня они получают информацию не только видимого диапазона волн. Все телескопы — своего рода машины времени, ведь доходящие до них электромагнитные волны, обладая конечной скоростью, несут данные о состоянии объектов в прошлом; такие приборы можно использовать для достижения самых разнообразных научных целей, а не только для решения приоритетных задач плана. Понятно, что основное внимание в ближайшие десять лет уделено построению новых телескопов как в космосе, так и на Земле. В обоих этих случаях есть конкретные программы трех уровней финансирования. Крупные орбитальные проекты обходятся дороже миллиарда долларов, средние — более трехсот миллионов, мелкие — дешевле. Наземные крупные проекты оценивают выше 135 миллионов долларов, средние — от четырех миллионов, мелкие — до четырех миллионов. Мы остановимся на десятке крупных и средних проектов, расположенных в порядке важности их реализации.

Высший приоритет получил космический проект полутораметрового телескопа, работающего в ближней инфракрасной области спектра с невысоким спектроскопическим разрешением (Wide-Field Infrared Survey Telescope, WFIRST). Он позволит дать ответы на фундаментальные вопросы о природе темной энергии, в открытии которой, как особо отмечено, ученые США должны сыграть главную роль. Использование инфракрасного излучения связано с тем, что оно проникает сквозь облака межзвездной пыли, и поэтому такой телескоп способен заглядывать далеко в глубь космоса. Запуск запланирован на 2020 год, технический риск провала проекта невысок. В Евросоюзе аналогичные задачи решает проект «Евклид».

Для определения влияния темной энергии на эволюцию Вселенной прибор позволит применять три различных подхода. Первый — измерение слабого гравитационного линзирования света, с помощью которого можно отслеживать области скопления темного вещества. Второй подход — это точное картирование и определение расстояний до сверхновых звезд, с тем чтобы по их движению вычислить распределение темного вещества в пространстве. Третий — изучение акустических барионных осцилляций, то есть динамики колебаний межзвездного вещества, которая связана с распределением материи в пространстве. Также предполагается исследовать этим телескопом большое количество звезд в центральном ядре — балдже — Млечного Пути: астрономы будут искать изменения их яркости при микролинзировании, чтобы обнаружить экзопланеты. В сочетании с обзорными данными космического телескопа «Кеплер», работающего в диапазоне 0,4–0,865 мкм, «перепись» планетных систем поможет определить вероятность встречаемости подобных Земле планет на орбитах различных звезд. Телескоп детально изучит нашу и ближайшие галактики, что позволит понять особенности устройства внутригалактических структур и механизмы их формирования.

WFIRST дополнит инфракрасные данные земных телескопов и результаты наблюдений орбитального телескопа Уэбба (James Webb Space Telescope), который запустят в 2015 году. «Уэбб» будет способен разглядывать экзопланеты, однако столь острое зрение сопряжено с недостатком: у него слишком малое поле. Поэтому искать экзопланеты или разгадывать загадки темной энергии на «Уэббе» нельзя.

Второй по важности крупный проект — продолжение космической программы «Эксплорер» (Explorer Program Augmentation). Созданные в ее рамках приборы и выполненные на них исследования — самые дорогостоящие за два прошедших десятилетия. Наиболее известны три из них: микроволновой телескоп WMAP (Wilkinson Microwawe Anisotropy Probe), который построил карту анизотропии реликтового излучения, рентгеновский телескоп Swift, изменивший наше понимание природы космических рентгеновских взрывов (ему же принадлежит рекорд обнаружения самых дальних объектов Вселенной), и инфракрасный телескоп (Wide Field Infrared Survey Explorer), изучающий самые холодные звезды и самые яркие галактики, а также некоторые плохо различимые близкие к Земле астероиды и кометы. Менее крупные «Эксплореры» исследуют широкий круг проблем — от вспышек на Солнце до эволюции галактик.

Орбитальная антенна LISA (Laser Interferometer Space Antenna) для их обнаружения гравитационных волн от слияния двух черных дыр. Изображение с сайта lisa.nasa.gov

Другой крупный проект — лазерная интерферометрическая космическая антенна (Laser Interferometer Space Antenna, LISA), она же гравитационный телескоп, открывает новую область науки — обнаружение длинных гравитационных волн в дополнение к поискам коротких волн в земных условиях. Антенна состоит из трех отдельных спутников, движущихся по гелиоцентрической орбите за Землей на угловом расстоянии в двадцать градусов и расположенных в вершинах равностороннего треугольника. Ее чувствительности хватит для того, чтобы заметить слияние черных дыр с массами от десяти тысяч до десяти миллионов солнечных масс (конечно, если теоретики ничего не напутали и такие волны действительно существуют). Когда гравитационные волны будут обнаружены — а безуспешная охота за ними идет уже более полувека, — наблюдения за ними позволят понять механизмы роста галактик, а также проверить выводы общей теории относительности. Антенна даст возможность составить список компактных двойных систем в Галактике. Создание пробного гравитационного телескопа намечено на 2012 год. В случае успеха полноценную интерферометрическую космическую антенну запустят до 2025 года.

Две следующие космические программы отнесены к классу проектов среднего уровня. Цель первой, названной «Развитие техники для поиска новых миров» (New Worlds Technology Development Program), состоит в финансировании предварительных научных и технических исследований по будущей космической программе, которая начнется после 2020 года. Она будет направлена на получение изображений планет земного типа, которые должны находиться в зонах обитаемости, то есть на тех орбитах, где может существовать жидкая вода. Также планируется определение химического состава атмосфер экзопланет по их спектрам. Если через пять лет принципиальные вопросы будут решены, то программа продолжится.

Вторая космическая программа среднего уровня — проект по совершенствованию техники изучения микроволн (Inflation Probe Technology Development Program) — также предваряет исследования, которые пройдут после 2020 года. Цель программы — измерение поляризационных соотношений реликтового фона, вызванных гравитационными волнами в первые моменты после рождения Вселенной. Полученные данные должны подтвердить теорию расширения и открыть путь к экзотической физике ранней Вселенной. Прогресс на этом пути обеспечивают наземные телескопы, суборбитальные аппараты и недавно запущенный спутник «Планк». Если ожидаемые соотношения удастся обнаружить, то к их серьезному изучению приступят после 2020 года.

Поиск по сайту: