Astronomi gelap

Astronomi gelap

Alexey Levin
"Mekanik Popular" №8, 2016

Kita hidup dalam dunia yang gelap dan sejuk. Walaupun alam semesta bersinar dengan bintang dan quasar, terdapat banyak lagi objek yang tidak bercahaya di dalamnya. Antaranya ialah planet dan planetoid, komet, kerdil coklat, gas keadaan dan cakera habuk dan awan gas gergasi – pengasas bintang-bintang baru. Suhu objek ini berbeza dari beberapa sedozen hingga kira-kira seribu kelvin, jadi mereka mengeluarkan sinaran elektromagnet inframerah yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Sinaran yang sama juga datang kepada kita dari galaksi yang sangat jauh, yang cahaya di jalan ke Bumi mengalami perubahan besar.

Rangkaian inframerah mempunyai jiran yang agak dihormati. Sisi kanan (dari sisi gelombang yang lebih pendek) bersempadan dengan spektrum optik, dan kiri mempunyai rangkaian submillimeter di mana kelompok gas kosmik yang paling sejuk dengan suhu ciri sekitar 10 K "bersinar". Observasi astronomi inframerah objek angkasa. Ia datang ke barisan hadapan sains ruang angkasa yang baru-baru ini, tetapi sekarang ia berkembang dengan pesat.

Langkah pertama

Sinar Inframerah menemui astronom hebat William Herschel, dan tidak secara tidak sengaja. Pada tahun 1790-an, dia terlibat dalam pemerhatian teleskopik bintik-bintik matahari, dan menggunakan penapis warna untuk melindungi matanya. Ia kemudiannya mendapati bahawa kulit berasa hangat berbeza bergantung pada warna penuras. Pada tahun 1800, Herschel berjaya mengatasi kesan haba cahaya matahari, mengurai ke dalam warna individu menggunakan prisma kaca dan mengukur tahap pemanasan di bahagian-bahagian yang berlainan spektrum. Menemukan bahawa suhu naik paling banyak di zon merah, dia meletakkan termometer di belakang sempadannya dan melihat bahawa pemanasan itu berterusan. Ia telah mendedahkan radiasi yang tidak kelihatan, yang dipanggil Herschel inframerah. Pada separuh kedua abad ke-19, ahli astronomi mula menguasai instrumen baru untuk pengukuran haba – termokopel, termolab, radiometer dan bolometer platinum, yang menggunakan pergantungan kuat terhadap rintangan logam ini pada suhu. Kejayaan pertama adalah sangat sederhana, namun dari masa ke masa kaedah-kaedah ini mendedahkan beratus-ratus garisan penyerapan dalam lingkungan IR berhampiran dan menengah spektrum solar dan dengan itu memperoleh maklumat mengenai komposisi atmosfera matahari.Dengan bantuan mereka, radiasi inframerah sejumlah bintang terang dianalisis dan suhu mereka ditentukan. Termokopel vakum, yang dicipta oleh profesor MSU P. N. Lebedev (yang pertama yang mengukur tekanan cahaya) dan disesuaikan dengan keperluan astronomi oleh William Koblenz, membawa manfaat yang besar kepada penyelidikan ini. Semasa pemerhatian sedemikian, supergiants pertama Rigel dan alpha Hercules ditemui.

Rajah menunjukkan kesan lensa graviti, di mana bidang graviti galaksi yang berdekatan mengubah arah radiasi galaksi yang jauh, meningkatkannya

Mungkin penemuan paling penting era itu dibuat pada tahun 1930 oleh ahli astronomi Amerika asal Switzerland, Robert Trampler. Dia menemui penyerapan cahaya bintang di luar angkasa dan dengan betul membenarkannya untuk menghamburkan pada zarah-zarah antara habuk interstellar. Sebenarnya, Trumpler datang ke kesimpulan ini berdasarkan pemerhatian optik, tetapi hasilnya adalah sumbangan terbesar kepada astronomi IR.

Ia adalah masa untuk menjadi

Pada dekad pertama separuh kedua abad kedua puluh, astronomi inframerah memperoleh sumber perkakasan yang kuat, secara radikal memperluaskan keupayaannya.Gudangnya termasuk bolometers semikonduktor yang sangat sensitif, prototaip yang dicipta di makmal tentera pada tahun-tahun sebelumnya (lihat Bagaimana perang membantu sains: astronomi tempur, Mekanik Popular, No. 7, 2015). Kaedah penyejukan pengesan dengan gas cecair – pertama dengan nitrogen dan kemudian helium – telah dibangunkan (untuk tujuan ini, ahli astronomi Amerika Frank Lowe mencipta dewar logam khas, yang digunakan walaupun sekarang). Kesemua ini memungkinkan untuk melakukan pemerhatian berasaskan tanah di semua kawasan di IR dan dekat IR yang bersifat telus kepada sinaran terma. Malah, pengesan Lowe juga dapat mengesan sinaran dengan panjang gelombang sehingga satu milimeter, tetapi pengukuran tersebut memerlukan altitud tinggi dan platform ruang.

Penciptaan pengesan semikonduktor membawa kepada penampilan teleskop IR. Instrumen pertama dengan bukaan 152 sentimeter mula beroperasi pada tahun 1970 di pemerhatian di Gunung Lemmon di Arizona. Pada separuh kedua tahun 1970-an, tiga teleskop dengan bukaan antara 300 hingga 380 cm dilihat di Chile dan Hawaii. Pada akhir tahun 1974, Balai Cerap Kuiper Amerika, sebuah teleskop IR 90 sentimeter di atas kapal angkut pengangkutan tentera yang ditukar, mendapat jam tangan dua puluh tahun.Dengan bantuannya, cincin Uranus, wap air di atmosfera Musytari dan Saturnus dikesan dan maklumat dikumpulkan pada sintesis nuklei berat dalam letupan supernova 1987A.

Pencapaian utama astronomi IR pada tahun 1950-an-1970 adalah pemerhatian terhadap proses kelahiran bintang-bintang dari runtuhan awan gas, penemuan serpihan debu di sekeliling bintang-bintang binasa, dan pengumpulan data di debu bintang.

Kematangan kosmik

Tetapi revolusi benar dalam astronomi inframerah telah dibuat oleh kapal angkasa, yang mampu melakukan pemerhatian sepanjang masa di semua bahagian spektrum IR. Platform orbit pertama dengan teleskop IR adalah satelit IRAS Amerika (Satelit Astronomi Inframerah), yang dilancarkan pada 25 Januari 1983 dari Pangkalan Udara Vandenberg. Ia dicipta hanya dalam tempoh tujuh tahun dengan penyertaan ahli-ahli British dan Belanda. Dia bekerja selama sepuluh bulan, kerana pada akhir bulan November bekalan penyejuk penyejuk helium cair telah habis (ini adalah percubaan pertama yang berjaya untuk melancarkan peralatan kriogenik ke ruang angkasa). Pada masa ini, IRAS memantau 96% sfera langit di lapan frekuensi di empat kumpulan julat inframerah tengah dan jauh dengan panjang gelombang 12, 25, 60 dan 100 mikron.

IRAS, tahun: 1983.Balai Cerap Orbital Inframerah, dilancarkan dari kosmodrome Vandenberg menggunakan roket penggalak Delta-3910

IRAS berat sedikit lebih daripada satu tan dan membawa teleskop yang agak kecil dengan cermin 60 sentimeter dan 62 pengesan dalam satah fokus. Walaupun saiznya yang sederhana, ia ternyata menjadi salah satu satelit astronomi paling berjaya dalam sejarah keseluruhan angkasawan. Beliau mendedahkan kira-kira tiga ratus ribu sumber inframerah sebelum ini yang tidak diketahui, termasuk banyak gergasi merah dan galaksi yang terang dengan pembentukan bintang aktif. Data dari IRAS membawa kepada penemuan galaksi yang sensasi dengan pencahayaan yang sangat tinggi dalam julat IR, lima pesanan magnitud yang lebih tinggi daripada kilauan Bima Sakti. Mereka dibenarkan mengesan protostar massa yang rendah, tiga asteroid dan enam komet dalam sistem suria kita yang belum mempunyai masa untuk memanaskan badan. Dengan bantuan mereka, cakera rata nipis telah ditemui di sekeliling Vega, bintang paling terang dalam tongkat Lyra, yang timbul selepas pembentukannya dari awan debu gas primer. Kemudian dibuktikan bahawa cakera tersebut (mereka dipanggil berpecah atau pecah) mengelilingi banyak bintang dan boleh mengandungi bukan sahaja habuk, tetapi juga pepejal.Dan ini bukan senarai lengkap.

Kejayaan misi IRAS membuka jalan menuju perkembangan teleskop inframerah ruang lain. Pada tahun 1983, ESA meluluskan projek stesen angkasa ISO (Balai Cerap Ruang Inframerah), yang pada 17 November 1995 dihantar dari kosmodrom ke Kura ke orbit berhampiran bumi yang sangat panjang (1000 km di perigee dan 70 500 – di apogee). Teleskopnya mempunyai aperture 60 sentimeter yang sama seperti teleskop IRAS, tetapi melampaui kemungkinan kemungkinan merakam sinaran terma. Kameranya dilengkapi dua susunan sensor, masing-masing mengandungi 1024 (32 × 32) pengesan inframerah, yang memungkinkan untuk melakukan pemerhatian di bahagian 2.5-17 μm. (Teknologi untuk menghasilkan matriks sedemikian telah dibuat oleh perintah Pentagon untuk sistem panduan pelayaran peluru berpandu, tetapi ia telah dikurangkan pada pertengahan 1980-an.) Instrumen lain memberikan pemerhatian sehingga batas atas zon jauh inframerah, yang memungkinkan untuk mengesan lokasi awan antara bintang-bintang. Dalam kepekaan dalam band berhampiran 12 mikron, ISO melebihi IRAS dengan faktor empat puluh, dan dalam resolusi spasial oleh dua puluh. Selain itu, dia bekerja lebih lama. Dengan jangka hayat yang dianggarkan satu setengah tahun, stesen itu, disebabkan penggunaan helium cair yang perlahan, beroperasi secara normal sehingga April 1998!

ISO, tahun: 1995.Teleskop ruang orbit, yang dilancarkan dari kosmodrome Kourou menggunakan kenderaan pelancaran "Arian-4"

Secara keseluruhannya, instrumen ISO dijalankan sebanyak 26,000 pemerhatian, yang membentuk asas penemuan. Mereka memungkinkan untuk mengesan molekul karbon dioksida dan hidrogen fluorida di ruang bintang dan wap air di atmosfera Titan, satelit Saturn yang terbesar. Mereka memberikan maklumat yang berharga mengenai proses kelahiran bintang-bintang dalam tempoh 8 bilion tahun yang lalu dan menunjukkan bahawa planet-planet baru boleh timbul bukan sahaja di sekitar pencahayaan yang baru lahir, seperti yang dipercayai pada masa itu, tetapi di sekitar bintang-bintang yang sangat tua. Dan sebagainya.

Teleskop Angkasa Spitzer Amerika yang dilancarkan dari Cape Canaveral pada 25 Ogos 2003 menjadi pewaris yang layak kepada stesen IRAS dan ISO. Ia masih berfungsi, bukan sahaja di bumi berhampiran, tetapi di orbit berhampiran solar. Stok peti sejuk kering pada Mei 2009, tetapi kamera inframerah walaupun dalam keadaan ini beroperasi di dua band gelombang paling pendek (3.6 dan 4.5 μm) dari empat sebelumnya. Melalui aperture, teleskop ini tidak lebih baik daripada pendahulunya (85 cm vs 60), tetapi setiap empat modul kamera utamanya dilengkapi dengan matriks 65,536 (256 × 256) pengesan.Oleh kerana kepekaannya yang tinggi, Spitzer dapat memerhatikan objek yang muncul lebih awal daripada 3 bilion tahun selepas Big Bang, yang cahayanya datang ke Bumi dengan peralihan merah kira-kira tiga (ISO mampu menangani redshifts sama dengan satu, dan IRAS hanya dengan tiga tenth).

Spitzer, tahun: 2003. Kapal angkasa untuk tujuan saintifik, yang dilancarkan dari tapak pelancaran di Cape Canaveral oleh kenderaan pelancaran Delta-2

Terima kasih kepada Spitzer, ahli astronomi mendapat gambaran hampir lengkap dari langit inframerah dan dapat memahami butiran halus struktur dan evolusi galaksi inframerah. Pada tahun 2005, dua kumpulan penyelidik buat kali pertama mengesan radiasi inframerah dari planet extrasolar – satelit bintang HD 209458, dibuka pada tahun 1999. Kemudian, instrumen Spitzer, menggunakan fotometri inframerah transit, mendedahkan puluhan exoplanet dan terus berbuat demikian sekarang. Contohnya, pada 30 Julai 2015, pasukan Spitzer mengesahkan kewujudan planet batu HD 219134b dari kelas super bumi, yang hanya 21 tahun cahaya jauh dari Bumi. Spitzer juga mengumpulkan maklumat yang luas mengenai proses tanaman tanaman berhampiran dengan bintang-bintang jenis solar. Peralatannya membolehkan penemuan beberapa lubang hitam supermasif dan cakera pemecahan yang mengelilingi berpuluh-puluh kerdil putih.

"Herschel" – sementara bahagian atas

Sebagai tambahan kepada teleskop ruang inframerah yang tersenarai, ada orang lain yang tidak begitu terkenal (contohnya, teleskop teleskop Jepun yang mengusir Akari, yang bekerja dari awal tahun 2006 hingga akhir November 2011). Walau bagaimanapun, kepimpinan di kawasan ini telah diambil oleh Balai Cerap Eropah Herschel, dihantar ke angkasa pada 14 Mei 2009, bersama-sama dengan pemerhatian microwave Planck. Seperti Spitzer, ia bergerak di sepanjang trajektori heliosentrik yang (tidak seperti rakan Amerika) berayun di sekitar titik Lagrange yang kedua, dan oleh itu terus pada jarak yang sama dari planet kita (Spitzer adalah kira-kira 15 juta km di belakang Bumi dalam setahun) . Dia membuat pemerhatian terakhir pada 29 April 2013 – sekali lagi, disebabkan oleh kekurangan helium. Datanya diarsipkan sepenuhnya dan dibuka untuk digunakan oleh saintis. Dengan diameter cermin utama 3.5 m, Herschel adalah dan masih kekal sebagai teleskop angkasa terbesar.

Gerschel, tahun: 2009. Teleskop angkasa, yang dilancarkan dari kosmodrom Kourou dengan bantuan kereta pelancaran Ariane-5

Instrumen Herschel ditala untuk melihat spektrum luas 55-672 μm, meliputi hampir seluruh kawasan inframerah jauh dan sebahagian daripada submillimeter.Oleh itu, dia diasah untuk memerhatikan kedua-dua bahagian yang paling sejuk ruang berhampiran, dan objek yang sangat jauh, dilahirkan kurang daripada satu bilion tahun selepas Big Bang. Herschel memerhatikan kelahiran bintang-bintang dari awan gas dan debu, pembentukan dan evolusi galaksi pertama, menganalisis komposisi kimia gas interstellar dan atmosfera planet, komet dan asteroid. Dan dia mengatasi semua tugas ini.

Melihat ruang dalam. Sinaran debu kosmik galaksi dalam kumpulan inframerah dan submillimeter jauh. Imej yang diperoleh dengan pemerhatian ruang Gerschel

Kami diminta mengulas mengenai keputusan ahli astronomi Herschel dari Balai Cerap Eropah Selatan Evantia Khatsiminouglu, yang banyak bekerja dengan mereka. Beliau menyatakan bahawa data-data ini digunakan secara aktif setakat ini, jadi masih terlalu awal untuk menilai sepenuhnya sumbangan Herschel. Tetapi masih jelas bahawa pemerhatian telah terbukti menjadi sumber maklumat berharga. Sebagai contoh, terima kasih kepada beliau, kita sekarang tahu bahawa air laut dalam bentuk ais pernah menjadi sebahagian daripada nukleus comer dan berada di Bumi semasa pengeboman komet permukaannya.Ini menunjukkan bahawa banyak exoplanet batu dapat memperoleh lembangan air yang luas dengan cara yang sama.

Hasil lain yang menarik adalah pengesanan molekul oksigen di ruang bintang. Walaupun unsur ini berada di kedudukan ketiga selepas hidrogen dan helium dari segi pengedarannya di alam semesta, awan kosmik oksigen molekul mula-mula ditemui agak baru-baru ini, pada tahun 2007. Penemuan ini, dibuat dengan bantuan peralatan satelit saintifik Sweden "Odin", pengesahan yang diperlukan, yang diperoleh terima kasih kepada "Herschel". Secara umum, "Herschel" sepenuhnya membenarkan harapan yang berkaitan dengannya.

Masa depan. Tutup dan tidak begitu

Para astronom mengharapkan banyak dari James Webb Space Telescope, yang akan melakukan pemerhatian di kawasan itu dari 0.6 hingga 27 mikron. Dengan bukaan 6.5 m, ini akan menjadi instrumen yang sangat besar, walaupun pada skala daratan, dan resolusinya akan sepuluh kali lebih tinggi daripada Spitzer. Pada mulanya ia diandaikan bahawa ia akan menelan belanja sebanyak $ 1.6 bilion dan dihantar ke titik kedua Lagrange pada tahun 2011. Walau bagaimanapun, menurut ramalan terkini, pelancaran itu akan berlaku tidak lebih awal dari Oktober 2018,dan kos projek bersama oleh NASA, ESA dan Agensi Angkasa Kanada akan mendekati $ 9 bilion dan melebihi harga Collier Hadron Besar.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: