Заглянуть в космос

Уже давно не просто набор стекол в корпусе: чтобы изучать галактики, звезды и туманности телескопы отправляют в космос и опускают глубоко под воду. Какие технологии помогают сегодня смотреть далеко

Галилео Галилей первым направил трубу, которая увеличивает изображение, в небо, чтобы изучать звезды и другие небесные тела. В 1609 году он создал свою первую зрительную трубу с трехкратным увеличением, а позже построил полуметровый телескоп с восьмикратным увеличением.  Само слово телескоп происходит от древнегреческого tele – далеко и skopeo – смотрю.

Устройство первых телескопов было достаточно простым.  В корпусе располагалось две линзы: выпуклый объектив и окуляр – вогнутая рассеивающая линза. Такая конструкция давала достаточно малое поле зрения и слабую яркость. Годами ученые совершенствовали телескопы.  Иоган Кеплер предложил конструкцию с двумя собирающими линзами. Исаак Ньютон заменил выпуклую линзу сферическим зеркалом и добился 40-кратного увеличения. Лоран Кассегрен предложил двухзеркальную схему, где первое зеркало было параболическим, а в качестве второго рефлектора выступал выпуклый гиперболоид. В конце XVII века были разработаны практически все схемы, которые потом только совершенствовались.

Сегодня телескопы помогают изучать все диапазоны электромагнитного спектра: существуют оптические телескопы, радиотелескопы, рентгеновские и гамма аппараты. Детекторы нейтрино называют нейтринными телескопами.

На земле

Чтобы получить новые знания об отдаленных космических телах сейчас не получится взять переносной телескоп. Аппараты для изучения неба – это уже давно полноценные исследовательские станции.

Один из самых совершенных сегодня телескопов – парная установка обсерватории Кека. Телескопы обсерватории были крупнейшими в мире до 2007 года, пока не ввели в работу  Большой Канарский телескоп GTC. Обсерватория Кека – это два зеркальных телескопа. Шестиугольные зеркала диаметром в 10 метров состоят из 36 элементов каждое. Спектрометр обсерватории работает в ближнем инфракрасном диапазоне, именно в этой обсерватории открыта большая часть экзопланет. Искажения, которые дает атмосфера, устраняет система адаптивной оптики. Оба телескопа связаны интерферометром: аппараты находятся на расстоянии около 85 метров, и их связь позволила добиться разрешения, аналогичного телескопу с 85-метровым зеркалом.

Новые знания о Вселенной могут дать и перспективные разработки в области оптики: наземные телескопы с главным зеркалом диаметром более 20 м. Их называют Экстремально большими телескопами, и пока ни один из них не построен. Существуют проекты Тридцатиметрового телескопа, Большого Магелланова телескопа и Чрезвычайно большого телескопа. Ученые рассчитывают, что размеры зеркал, которые установят на исследовательские станции, и новое поколение адаптивной оптики обеспечат чистоту и разрешение изображений больше, чем те, что предоставляет телескоп Хаббл.

Подальше от городов, там, где наиболее маленькие электромагнитные помехи от радио, телевидения и радаров устанавливают гигантские тарелки с направленной в небо антенной. Радиотелескопы принимают и обрабатывают радиоволны и волны других диапазонов электромагнитного спектра от звезд, планет, галактик и квазаров.

Антенны объединяют в общую сеть – они работают по тому же принципу, что и оптический телескоп, но фокусируют принимаемые радиоволны. Самый большой в мире радиотелескоп работает в Китае: его площадь равна 30 футбольным полям, а периметр – 1,6 километра. Одна из его задач – изучать Вселенную на стадии ее развития по радиоизлучению: когда не было звезд, отсутствовало и оптическое излучение.

В космосе

Земная атмосфера задерживает гамма- излучение, рентгеновское и ультрафиолетовое излучения космических объектов. Чтобы без атмосферных помех изучать отдаленные космические объекты, телескопы выводят на орбиту. Первым орбитальным телескопом стал советский спутник «Космос–215», который запустили в 1968 году.

Космический телескоп Хаббл – самый известный из астрономических спутников, но на орбите крутятся десятки аппаратов с различными функциями. Телескопы изучают информацию, которая поступает в виде абсолютно различных излучений. Гамма-лучи излучаются сверхновыми  нейтронными звёздами, пульсарами и чёрными дырами – атмосфера Земли поглощает их, поэтому для сбора подобной информации необходимо выходить за ее пределы. Гамма-лучи представляют собой электромагнитные волны с чрезвычайно малой длиной волны, менее 0.1 А.

Рентгеновские телескопы воспринимают с орбиты поток фотонов от скопления галактик и их ядер, черных дыр, остатков сверхновых. Рентгеновские телескопы могут использовать несколько методов для фокусирования лучей. Чаще остальных используют Телескопы Вольтера – это оптические системы, которые используют только зеркала косого падения. Рентгеновский луч падает на такое зеркало под очень маленьким углом к поверхности отражения и как бы скользит вдоль поверхности. Обычные зеркала и линзы не подходят для рентгеновских телескопов, потому что большая часть излучения просто проходит через материал или поглощается в нём.

Космические телескопы также изучают Вселенную, фиксируя и анализируя видимое излучение, микроволновое, радио и инфракрасное. Именно в инфракрасном диапазоне будет работать перспективный телескоп «Джеймс Уэбб». Диаметр его главного зеркала будет шесть с половиной метров – это больше чем у Хаббла в 2,7 раза. Приёмники инфракрасного излучения позволят ему фиксировать экзопланеты с температурой, близкой к земной.

Под водой

С марта 2021-го года исследовать Вселенную помогает телескоп на дне Байкала. Нейтринный телескоп изучает потоки нейтрино сверхвысоких энергий от астрофизических источников. Чтобы зарегистрировать такие нейтрино, нужна или чистая вода природных водоемов , или очищенная — в искусственных. Большой объем воды увеличивает пространство, в котором может пройти нейтрино, а чистота исключает примеси, которые способны повлиять на процесс пролета нейтрино и его регистрации.

Нейтрино — это нейтральные частицы, у которых нет заряда, очень малая масса, а скорость приближается к скорости света. Нейтрино очень слабо взаимодействуют с окружающим веществом, ученые считают, что нейтрино могут почти без изменений долетать до Земли из недр рождающихся или умирающих галактик и давать информацию о том, что и где происходило во Вселенной миллионы лет назад.

Фото на главной странице: lnpdm / ru.123rf.com

Источники: Википедия, spacegid.com, new-science.ru, galspace.spb.ru