Почему мы помещаем телескопы в космос?


  • shortstoryf
  • On 18.05.2020

Космический телескоп «Хаббл» и наземная обсерватория Джемини на Гавайях объединили свои силы с космическим аппаратом «Юнона», чтобы исследовать самые мощные ураганы Солнечной системы. А возникают они на расстоянии более чем 800 миллионов километров на газовом гиганте Юпитере.

Команда исследователей во главе с Майклом Вонгом из Калифорнийского университета в Беркли, и включающая в себя Эми Саймон из Центра космических полетов имени Годдарда и Имке де Патер также из Калифорнийского университета, объединила наблюдения «Хаббла» и Джемини в многоволновом диапазоне с данными, полученными крупным планом с орбиты Юпитера с помощью «Юноны». В результате этого было получено новое понимание бурной погоды на этой далёкой планете.

«Мы хотим знать то, как ведёт себя атмосфера Юпитера. Это именно та работа, где совместные усилия космических аппаратов «Юнона» и «Хаббл» и наземной обсерватории Джемини играют важную роль».

И, на самом деле, у Юпитера есть что исследовать. Мощные радиовыбросы, постоянные гигантские ураганы, достигающие более 65 километров от подножия к вершине (это в пять раз больше типичных ураганов на Земле). Сюда же можно отнести и мощные молнии, энергия которых в три раза больше, чем самые мощные молнии, которые когда-либо возникали на Земле.

Эта диаграмма показывает интерпретацию наблюдения структур облаков Юпитера по данным от космического телескопа «Хаббл», межпланетной станции «Юнона» и наземной обсерватории Джемини. Объединив всю информацию, учёные в состоянии видеть, что вспышки молний сгруппированы в активных регионах, в которых присутствуют глубокие облака и где влажный воздух поднимается вверх, чтобы сформировать высокие конвективные башни, подобные дождевым облакам на Земле. Внизу показаны иллюстрации молний, конвективных башен, глубоких облаков и просветов в разрезе по данным трёх обсерваторий. Комбинация этих наблюдений может использоваться для того, чтобы нанести на карту структуру облаков в трёх измерениях и вывести детали циркуляции атмосферных потоков. Плотные, высокие облака формируются в областях с влажным воздухом (активная конвекция). Просветы образуются в местах, где более сухой воздух опускается в низкие слои атмосферы. Источник: NASA, ESA, M.H. Wong (UC Berkeley), A. James and M.W. Carruthers (STScI), and S. Brown (JPL)

Точно также как и всполохи молний на Земле, удары молний на Юпитере действуют в качестве радиопередатчиков, испуская радиоволны, а также видимый свет, когда они вспыхивают в небе.

Каждые 53 дня «Юнона» проходит на низкой орбите над юпитерианскими ураганами и ищет особые системы, которые называются атмосфериками и свистовыми волнами. Они могут использоваться для того, чтобы нанести на карту молнии даже на дневной стороне планеты или в глубоких облаках, где вспышки не будут видны.

Подстраиваясь под каждый проход «Юноны» по орбите, «Хаббл» и Джемини также изучают Юпитер, но уже издалека, предоставляя о планете глобальный вид высокого разрешения, который является ключевым для интерпретации наблюдений «Юноны» крупным планом.

«Прибор «Юноны», фиксирующий микроволновые волны, способен исследовать глубокую атмосферу планеты, выявляя высокочастотные радиоволны, которые могут проникнуть сквозь слои плотных облаков. Данные от «Хаббла» и обсерватории Джемини могут сказать нам, насколько толстый слой облаков находится под межпланетной станцией и как глубоко мы видим внутрь них».

Нанося на оптические изображения от «Хаббла» и инфракрасные тепловые изображения от Джемини карту вспышек молний, обнаруженных «Юноной», исследовательская группа была в состоянии показать, что эти вспышки связаны с тремя комбинациями структур облаков. К ним относят глубокие облака, составленные из воды, большие конвективные башни, созданные быстро поднимающимся влажным воздухом, и ясные регионы, по-видимому, образованные оседанием более сухого воздуха возле конвективных башен.

Данные «Хаббла» позволяют оценить высоту плотных облаков в конвективных башнях, а также глубину невидимых частей облаков. Данные обсерватории Джемини точно указывают на просветы в высотных облаках, благодаря чему появляется возможность получить представление о более низких слоях облаков.

Майкл Вонг предполагает, что молнии чаще всего возникают в особых областях, которые учёные называют как «скрученные нитевидные области». Это предполагает, что влажная конвекция происходит именно в них.

“Эти циклонические вихри могли быть основными генераторами внутренней энергии, помогая ей высвобождаться посредством конвекции. Конечно, этого не происходит везде, но что-то в этих циклонах облегчает конвекцию”.

Открывшаяся возможность выявлять корреляцию между молниями и облаками в недрах Юпитера также даёт исследователям новый инструмент для оценки количества воды в атмосфере Юпитера. Эта оценка важна для понимания того, как Юпитер и другие планеты-гиганты создавались из газа и льда, а это, в свою очередь, позволяет в целом оценить то, как формировалась сама Солнечная система.

Ясно, что по результатам предыдущих космических миссии уже собрано множество данных о Юпитере, но есть и такие, которые до сих пор остаются тайной. К ним можно отнести оценку количества воды в глубокой атмосфере, определение движения тепловых потоков, а также понимание процессов, которые формируют определённые цвета и узоры в облаках. Объединенный итоговый результат будет обеспечивать понимание динамики и пространственной структуры атмосферы.

Наблюдения за Большим Красным Пятном

Благодаря работе телескопа «Хаббл» и обсерватории Джемини, наблюдения Юпитера с помощью «Юноны» также позволили учёным изучить краткосрочные изменения и короткопериодические особенности в Большом Красном Пятне.

Данные, полученные по изображениям от «Юноны», а также от предыдущих миссий к Юпитеру показали странные тёмные особенности в Большом Красном Пятне, которые со временем появляются, исчезают и изменяют форму. По отдельным изображениям было совершенно неясно, вызваны ли они присутствием некоего неизвестного тёмного вещества в высоких слоях облачного покрова, или это просто какие-то отверстия – окна в более глубокий, более тёмный слой облаков.

Теперь же, благодаря появившейся возможности сравнения изображений в видимом свете от «Хаббла» с тепловыми инфракрасными данными от обсерватории Джемини у учёных появилась возможность ответить на этот вопрос. Наблюдения этих обсерваторий за Юпитером проводились с разницей всего в несколько часов между собой. Оказалось, что области, которые выглядят тёмными в видимом свете, очень ярки в инфракрасном. Это указывается на то, что они на самом деле являются отверстиями в исследуемом слое облаков. Эту версию подтверждает тот факт, что области Юпитера без верхнего слоя облаков, испуская инфракрасное излучение в виде тепловой энергии, по данными Джемини также очень сильно светятся. Этого не происходит в областях с облаками, так как они просто не пропускают инфракрасное излучение.

«Это можно сравнить с нашими поделками из тыквы и фонаря. Мы видим, что яркий инфракрасный свет исходит из областей без облаков, но там, где есть облака, эти области свободны от инфракрасного излучения».

«Хаббл» и Джемини как синоптики юпитерианской погоды

Регулярная работа обсерваторий «Хаббл» и Джемини в поддержку миссии «Юноны» оказывается ценной в исследованиях многих других погодных явлений. К таким исследованиям можно отнести оценку изменений в циркуляции ветра, особенностей атмосферных волн и движения различных газов в атмосфере.

Представленные здесь изображения Большого Красного Пятна Юпитера были созданы по данным от космического телескопа «Хаббл» и наземной обсерватории Джемини 1 апреля 2020. Объединяя результаты, астрономы смогли понять, что тёмные особенности в БКП являются отверстиями в облаках, а не вкраплениями тёмного вещества. В верхнем левом углу (общий вид) и в нижнем левом углу (приближение) показано: данные от «Хаббла» в видимом свете об облаках в атмосфере Юпитера. Показаны тёмные особенности в БКП. Верхний правый угол: тепловое инфракрасное изображение этой же области от обсерватории Джемини. Показано тепло, выделяемое в качестве инфракрасной энергии. Более холодные облака показаны как тёмные области. Ниже в середине показано ультрафиолетовое изображение «Хаббла», солнечный свет рассеивается от газов в БКП. Само это пятно в видимом диапазоне выглядит красным, потому что его газы поглощают синие волны. Данные «Хаббла» показывают, что эта газовая дымка продолжает поглощение света даже на более коротких ультрафиолетовых волнах. В нижнем правом углу показано объединение данных «Хаббла» и Джемини в видимом диапазоне (синий цвет) и инфракрасном. Эти наблюдения показывают, что области, яркие в инфракрасном спектре, являются просветами в облаках, то есть местами, в которых хуже блокируется тепловое излучение. Источник: NASA, ESA, and M.H. Wong (UC Berkeley) and team

Эти две обсерватории могут контролировать планету сразу целиком, создавая карты различных данных в нескольких спектрах практически в реальном времени в нескольких длинах волн. Точно таким же образом действуют и метеорологические спутники на орбите Земли, предоставляя общую информацию для узкоспециализированных аппаратов.

«Поскольку теперь мы постоянно получаем эти данные, причём в высоком разрешении и в нескольких диапазонах, мы узнаём настолько больше о погоде Юпитера, как не узнавали о ней никогда раньше. Фактически, сейчас мы имеем эквивалент метеорологического спутника на орбите Юпитера, и мы можем, наконец, начать смотреть на погодные циклы».

Поскольку наблюдения «Хаббла» и Джемини очень важны для интерпретации данных «Юноны», Вонг и его коллеги Саймон и де Пате сделали все обработанные данные доступными для других исследователей через архивы (MAST)!!! в Институте исследования космоса с помощью космического телескопа в Балтиморе.

Результаты работы были изданы в апреле 2020 года в The Astrophysical Journal Supplement Series.

По информации НАСА.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Метки

Hubble Juno Планеты Солнечная система Хаббл Юнона Юпитер

Виды телескопов для наблюдения Вселенной

Наблюдение — это фундаментальная наука, имеющая решающую роль в астрономии и космологии. Большинство исследований всегда подкреплены данными об измерениях. При этом полученные результаты всегда сопоставляются с теориями других исследователей для проверки собственных гипотез.

Основной инструмент, использующийся для измерений в астрономии, — это телескоп. Эксперты в области разработки телескопических приборов рассказали о всех разновидностях этих уникальных инструментов.

Ранее телескопы имели весьма скудные возможности. Астрономам приходилось ждать появления фотонов, чтобы увидеть нужное явление в космосе. Сейчас же технологии позволяют отслеживать самые дальние планеты и находить уникальные небесные тела.

Основные потребители новейших приборов для проведения измерений в космосе — это учены, работающие в Роскосмосе, NASA или ESA.

История создания телескопов

Первостепенно телескоп разрабатывался в качестве оптического прибора, позволяющего наблюдать за космическим пространством. Самая конструкция же телескопа и первые разработки были зафиксированы еще в 13 веке, поскольку технологии в области оптики в тот период вышли на новый уровень.

Галилео Галилей был первым, кто использовал телескоп для изучения планет и Луны в 1609 году. В результате использования телескопа Галилей добился множества открытий: подтверждение гелиоцентрической модели Солнечной системы, полная фаза Венеры, сопоставимая с фазами Луны и подтверждение модели Птолемея.

Типы телескопов

Устройства для получения сведений о размерах космических тел классифицируются по конструкции. Всего существует 5 типов телескопов: устройства на спутнике, оптический, рентгеновский, инфракрасный и радиотелескоп.

Первый вид — оптический, считается самым распространенным. Их назначение — изучение удаленных объектов. Оптические телескопы могут использоваться для изучения космоса практически из любой точки.

Тем не менее существуют значительные отклонения, связанные со спецификой атмосферы, что может привести к неточным результатам наблюдения. Эксперты рекомендуют устанавливать оптические телескопы в горах, поскольку там наименьший уровень загрязнений, что повлияет на результаты наблюдений.

Рентгеновские телескопы используются реже. Они способны точно изучать удаленные объекты, но для более коротких длин волн. Тем не менее использование рентгеновских телескопов возможно только на космических аппаратах, поскольку атмосфера Земли непрозрачна.

Радиотелескопы так же, как и оптические типы устройств считаются самыми распространенными из телескопов. Подобные устройства используются только в радиоастрономии.

Работа такого телескопа осуществляется на основе радиоволн через антенны. Для корректной работы радиотелескопа его часто устанавливают на Земле, поскольку сигналы над атмосферой могут давать сбои.

Последний более совершенный тип телескопов — это устройства на спутнике. Иными словами, там соединены телескоп и сам спутник. Таким образом определяется свет и радиоволны от звезд. Совершенный вид телескопа позволяет изучать объекты любой длине волн.

При этом телескопы на спутниках могут делать снимки радиоволн и фиксировать результаты наблюдений. Обычно такие устройства представляют собой целый исследовательский комплекс. Так, например, обсерватория «Хаббл» на основе использования телескопов на спутниках развивала теорию жизненного цикла Вселенной и открывала признаки новых потенциальных планет.

Фото: palazzoblu.it

Зачем нужен инфракрасный диапазон?

Человеческий глаз не способен уловить излучение в инфракрасном диапазоне. Наше зрение ограничено узким интервалом длин волн от 360 до 730 нанометров, получившем название видимого света. Наблюдая пришедший из глубин Вселенной видимый свет, можно получить большое количество информации о звездах, кометах и даже некоторых планетах. Именно видимый свет служил основным источником информации о космосе до середины XX века.

Идея создания огромного орбитального инфракрасного телескопа родилась еще в 1982 году у европейских ученых. Спустя 27 лет ракета-носитель Ariane-5 стартовала с космодрома во французской Гвиане. В разработке телескопа, «ответственным» за который является Европейское космическое агентство, приняли участие десять стран, в том числе, США и Россия. Общая стоимость проекта составила около 1,1 миллиарда евро.

По мере накопления новых знаний астрономы убедились в том, что наши глаза, даже усиленные мощными линзами телескопов, являются малопригодным инструментом для изучения Вселенной. Видимого света в космосе очень мало и он несет лишь малую толику информации о свойствах космических тел. Одним из главных препятствий для видимого света является пыль, которой заполнено космическое пространство. Диаметр частиц пыли сравним с длинами волн видимого света, поэтому пылинки эффективно отражают и поглощают его.

Пыль неизменно окружает зарождающиеся звезды и планеты по той простой причине, что именно из крошечных космических пылинок и газа формируются огромные космические тела. Пыль не задерживает излучение навсегда — она излучает его, но уже не в оптическом, а в инфракрасном диапазоне. Для телескопов, работающих в оптическом диапазоне, пыль является непреодолимым препятствием, скрывающим объекты наблюдения.

Именно в инфракрасном диапазоне светят холодные области Вселенной. Недавние исследования показали, что многие галактики испускают только инфракрасное излучение. В общей сложности, около половины света, испущенного звездами за все время существования Вселенной, было испущено в инфракрасном диапазоне.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: