My lidé máme neukojitelný hlad, abychom pochopili vesmír. Jak řekl Carl Sagan: „Porozumění je extáze.“ Ale abychom pochopili vesmír, potřebujeme lepší a lepší způsoby, jak ho pozorovat. A to znamená jednu věc: velké, obrovské, obrovské dalekohledy.
V této sérii se podíváme na nadcházející superteleskopy světa:
- Obří Magellanův dalekohled
- Ohromně velký dalekohled
- 30 metrový dalekohled
- Evropský mimořádně velký dalekohled
- Velký synoptický průzkumný dalekohled
- James Webb Space Telescope
- Širokouhlý infračervený průzkumný dalekohled
Je snadné zapomenout na dopad Hubbleova vesmírného dalekohledu na náš stav znalostí o vesmíru. Ve skutečnosti by to mohlo být nejlepší měření jeho úspěchu: Bereme Hubble a všechno, co jsme se od něj naučili, za samozřejmost. Vyvíjejí se však i jiné kosmické dalekohledy, včetně WFIRST, který bude mnohem silnější než Hubbleův teleskop. Jak daleko tyto dalekohledy rozšíří naše chápání vesmíru?
"WFIRST má potenciál otevřít naše oči zázrakům vesmíru, stejně jako Hubble." - John Grunsfeld, ředitelství vědecké mise NASA
WFIRST by mohl být skutečným nástupcem Hubbla, i když James Webb Space Telescope (JWST) je často nabízen jako takový. Může však být nesprávné volat dalekohled WFIRST; je přesnější říkat tomu astrofyzikální observatoř. Je to proto, že jedním z jejích primárních vědeckých cílů je studovat Temnou energii, tuto záhadnou sílu, která řídí expanzi vesmíru, a Temnou hmotu, obtížně detekovatelnou hmotu, která tuto expanzi zpomaluje.
WFIRST bude mít zrcadlo 2,4 metru stejné velikosti jako Hubble. Bude však mít fotoaparát, který rozšíří sílu tohoto zrcadla. Wide Field Instrument je 288-megapixelová vícepásmová téměř infračervená kamera. Jakmile bude v provozu, bude zachycovat obrázky, které jsou stejně ostré jako obrázky z Hubblova. Ale je tu jeden obrovský rozdíl: Nástroj Wide Field Instrument zachytí snímky, které pokrývají více než 100krát více než obloha, kterou Hubble dělá.
Vedle nástroje Wide Field Instrument bude mít WFIRST také Coronagraphic Instrument. Koronografický nástroj posílí studium exoplanet. Použije systém filtrů a masek, aby zablokoval světlo od jiných hvězd a zdokonalil se na planetách obíhajících kolem těchto hvězd. To umožní velmi podrobnou studii atmosfér exoplanet, což je jeden z hlavních způsobů určování návykovosti.
WFIRST má být zahájen v roce 2025, ačkoli je příliš brzy na přesné datum. Když však bude spuštěn, plánuje se WFIRST cestovat do LaGrange Point 2 (L2.) LG. L2 je gravitačně vyvážený bod v prostoru, kde WFIRST může dělat svou práci bez přerušení. Mise má trvat asi 6 let.
"WFIRST má potenciál otevřít oči očima divů vesmíru, stejně jako Hubble," řekl John Grunsfeld, astronaut a přidružený správce ředitelství vědeckých misí NASA ve Washingtonu. "Tato mise jedinečně kombinuje schopnost objevovat a charakterizovat planety mimo naši vlastní sluneční soustavu s citlivostí a optikou vypadat široko a hluboko do vesmíru ve snaze odhalit tajemství temné energie a temné hmoty."
Stručně řečeno, existují dva návrhy toho, čím může být temná energie. První je kosmologická konstanta, kde je temná energie v celém vesmíru jednotná. Druhým je tzv. Skalární pole, kde se hustota temné energie může lišit v čase a prostoru.
Od 90. let nám pozorování ukázala, že expanze vesmíru se zrychluje. Toto zrychlení začalo asi před 5 miliardami let. Myslíme si, že temná energie je zodpovědná za tuto zrychlenou expanzi. Tím, že WFIRST poskytne takové velké a podrobné snímky vesmíru, umožní astronomům mapovat expanzi v čase a na velkých plochách. WFIRST bude také přesně měřit tvary, polohy a vzdálenosti milionů galaxií, aby sledoval distribuci a růst kosmických struktur, včetně shluků galaxií a temné hmoty, která je doprovází. Doufáme, že nám to poskytne další úroveň porozumění, pokud jde o temnou energii.
Pokud to všechno zní příliš komplikovaně, podívejte se na to tímto způsobem: Víme, že vesmír se rozšiřuje a víme, že expanze se zrychluje. Chceme vědět, proč se rozšiřuje a jak. Pojmenovali jsme „Temnou energii“ síle, která řídí tuto expanzi, a teď o ní chceme vědět víc.
Temná energie a expanze vesmíru je obrovské tajemství a otázka, která pohání kosmology. (Opravdu chtějí vědět, jak skončí vesmír!) Ale pro mnoho z nás ostatních je další otázka ještě přesvědčivější: Jsme ve vesmíru sami?
Na to nebude žádná rychlá odpověď, ale jakákoli odpověď, kterou najdeme, začíná studiem exoplanet, a to je něco, na čem WFIRST také vynikne.
„WFIRST je navržen tak, aby oslovoval vědecké oblasti, které astronomická komunita označila za nejvyšší priority,“ řekl Paul Hertz, ředitel astrofyzikální divize NASA ve Washingtonu. „Nástroj s širokým polem dá dalekohledu schopnost zachytit jediný snímek s hloubkou a kvalitou Hubbleova tělesa, avšak pokrývající 100krát plochu. Koronograf poskytne revoluční vědu, zachycující slabé, ale přímé obrazy vzdálených plynných světů a super-Země. “
"Koronograf poskytne revoluční vědu, zachycující slabé, ale přímé obrazy vzdálených plynných světů a super-Země." - Paul Hertz, divize astrofyziky NASA
Obtížnost při studiu exoplanet spočívá v tom, že všechny obíhají kolem hvězd. Hvězdy jsou tak jasné, že znemožňují vidět jejich planety v jakémkoli detailu. Je to jako dívat se do majáku daleko a pokusit se studovat hmyz poblíž majáku.
Koronografický nástroj na palubě WFIRST bude vynikat při blokování světla vzdálených hvězd. Dělá to se systémem zrcadel a masek. To umožňuje studium exoplanet. Vlastnosti exoplanet lze zkoumat pouze v případě, že se jedná o světlo z hvězdy.
To umožní podrobná měření chemického složení atmosféry exoplanet. Tím, že to provedeme na tisících planet, můžeme začít chápat vznik planet kolem různých typů hvězd. Koronografický nástroj má však určitá omezení.
Koronografický nástroj byl jakýmsi pozdějším doplňkem WFIRST. Některé další instrumentace na WFIRST nejsou optimalizovány, aby s nimi spolupracovaly, takže existují určitá omezení pro jejich provoz. Bude moci studovat pouze plynové obry a tzv. Super-Země. Tyto větší planety nevyžadují tolik dokonalosti ke studiu, jednoduše kvůli své velikosti. Světy podobné Zemi budou pravděpodobně mimo sílu Coronagraphic Instrument.
Tato omezení nejsou z dlouhodobého hlediska nijak velká. Coronagraph je vlastně spíše demonstrací technologie a nepředstavuje koncovou hru pro studium exoplanet. Cokoli se z tohoto nástroje naučíme, nám v budoucnu pomůže. Někdy, možná po několika desítkách let, bude eventuální nástupce WFIRST a do té doby bude technologie Coronagraph hodně pokročit. V budoucnu budou možná možné přímé snímky pozemských exoplanet.
Ale možná nebudeme muset tak dlouho čekat.
Existuje plán na zvýšení účinnosti Coronagraph na WFIRST, který by mu umožnil zobrazovat planety podobné Zemi. Říká se tomu hvězdný stín EXO-S.
EXO-S Starshade je stínicí systém s průměrem 34 metrů, který bude blokovat hvězdné světlo v zhoršování funkce WFIRST. Ve skutečnosti by to bylo samostatné plavidlo, vypuštěno samostatně a posláno na své setkání s WFIRST na L2. Nebylo by to uvázáno, ale orientovalo by se s WFIRST systémem kamer a směrových světel. Ve skutečnosti je součástí síly hvězdného stínu to, že by to bylo asi 40 000 až 50 000 km od WFIRST.
Dark Energy a Exoplanets jsou priority WFIRST, ale vždy existují další objevy, které čekají na lepší dalekohledy. Není možné předpovídat vše, co se naučíme od WFIRST. S obrázky tak podrobnými, jako jsou Hubbleovy snímky, ale 100krát většími, čekáme na překvapení.
"Tato mise prozkoumá vesmír a najde tam nejzajímavější objekty." - Neil Gehrels, projektový vědec WFIRST
"Kromě svých vzrušujících schopností pro temnou energii a exoplanety poskytne WFIRST poklad všech vynikajících dat pro všechny astronomy," řekl Neil Gehrels, projektový vědec WFIRST z Goddard Space Flight Center v Greenbeltu v Marylandu. "Tato mise prozkoumá vesmír a najde tam nejzajímavější objekty."
Se všemi super dalekohledy přicházejícími do provozu v příštích několika letech můžeme očekávat úžasné objevy. Za 10 až 20 let budou naše znalosti značně pokročit. Co se dozvíme o Dark Matter a Dark Energy? Co budeme vědět o populacích exoplanet?
V tuto chvíli se zdá, že právě toužíme po lepším porozumění těmto věcem, ale s WFIRST a dalšími super dalekohledy jsme připraveni na účelnější studium.
