В конце января 2020 года НАСА отмечает успехи и наследие одной из своих самых великих обсерваторий – космического телескопа “Спитцер”. Этот аппарат вот уже более 16 лет изучает вселенную в инфракрасном диапазоне. К сожалению, миссия “Спитцера” завершится 30 января этого года.
Отправленный в полёт в 2003 году, “Спитцер” сумел выявить ранее скрытые от посторонних глаз особенности известных космических объектов и привёл к открытиям, охватывающим процессы как в нашей собственной Солнечной системе, так и почти на краю обозримой вселенной.
Компьютерное изображение телескопа “Спитцер”. Фон символизирует инфракрасное излучение. Источник: NASA/JPL-Caltech
“Эта обсерватория научила нас тому, как важна инфракрасная астрономия для понимания вселенной, как в нашем ближнем космическом окружении, так и в самых отдалённых галактиках. Успехи, которые мы достигнем во многих областях астрофизики в будущем, будут обусловлены выдающимся наследием “Спитцера””, – Пол Герц, директор по астрофизике в штаб-квартире НАСА.
“Спитцер” был создан для изучения холодных, окружённых пылью и очень старых объектов – трёх физических параметров, которые астрономы могут наблюдать особенно хорошо в инфракрасном свете. Обсерватория чувствительна к диапазону длин волн в инфракрасном спектре, от тех, что начинаются около 700 нанометров до примерно 1 миллиметра. Различные инфракрасные длины волн могут выявить различные особенности вселенной. Например, “Спитцер” может видеть вещи слишком холодные, не способные испускать достаточно видимого света, включая экзопланеты (планеты вне нашей Солнечной системы), коричневые карлики и холодную материю, найденную в межзвёздном пространстве.
Телескоп “Спитцер” готовят к старту в 2003 году на мысе Канаверал. Прежнее название обсерватории – Space Infrared Telescope Facility (SIRTF). Источник: NASA
Что касается старых объектов, то “Спитцер” изучил некоторые из самых отдалённых галактик, когда-либо обнаруженных. Свет от некоторых из них путешествовал миллиарды лет, чтобы дойти до нас, что позволило учёным видеть эти объекты такими, какими они были давным-давно. Работая вместе, “Спитцер” и космический телескоп “Хаббл” (который наблюдает главным образом в видимом свете и на более коротких инфракрасных длинах волн) идентифицировали и изучили самую отдалённую галактику, наблюдаемую на сегодняшний день. Свет, который мы видим из этой галактики, был испущен 13,4 миллиарда лет назад, то есть когда возраст вселенной составлял менее 5% от её нынешнего.
Помимо прочего, обе обсерватории обнаружили, что такие ранние галактики массивнее, чем ожидали учёные. А изучая галактики, расположенные ближе к нам, “Спитцер” углубил наше понимание того, как формировались галактики в течение жизни вселенной.
“Спитцер” также отлично исследует межзвёздную пыль, которая распространена в большинстве галактик. Она смешивается с газом в массивных облаках, где может конденсироваться, образуя звёзды, а остатки этого образования могут рождать планеты. С помощью метода, называемого спектроскопией, “Спитцер” может анализировать химический состав пыли, чтобы узнать о компонентах, образующих планеты и звёзды.
В 2005 году, после того как миссия Deep Impact целенаправленно врезалась в комету Темпель 1, телескоп проанализировал поднятую пыль, предоставив список химических соединений, которые могли бы присутствовать в ранней Солнечной системе. Более того, “Спитцер” обнаружил ранее не наблюдаемое кольцо вокруг Сатурна, состоящее из разреженных частиц пыли, которые не могут видеть обсерватории видимого диапазона.
Кроме того, некоторые инфракрасные волны могут проникать сквозь пыль, в то время как видимый свет не может, что позволяет “Спитцер” выявлять области, которые в противном случае оставались бы скрытыми от наших глаз.
“Это довольно удивительно, когда начинаешь систематизировать всё, что “Спитцер” сделал за свою жизнь, от обнаружения астероидов в нашей Солнечной системе размером не больше лимузина до изучения одних из самых далёких галактик, о которых мы знаем”, – Майкл Вернер, научный сотрудник проекта.
Чтобы углубить знания о своих научных открытиях, ученые обсерватории часто объединяли свои данные с находками многих других обсерваторий, включая две самых крупных – “Хаббл” и рентгеновскую обсерватории “Чандра”.
Некоторые из величайших научных открытий “Спитцера”, в том числе касающиеся экзопланет, не входили в первоначальные научные цели миссии. Команда использовала метод, называемый транзитным, который фиксирует падение интенсивности излучения звезды, возникающее, когда планета проходит перед ней. Таким образом удалось подтвердить наличие двух планет размером с Землю в системе TRAPPIST-1. Затем Спитцер открыл ещё пять планет земного размера в той же системе и предоставил важнейшую информацию об их плотности, выявив самую большую систему землеподобных экзопланет, когда-либо обнаруженных вокруг одной звезды.
“Спитцер” был одной из первых обсерваторий, которая смогла различить свет, исходящий непосредственно от экзопланеты. Эту же свою способность обсерватория использовала и для другого открытия: обнаружения молекул в атмосфере экзопланеты. Предыдущие исследования выявили лишь отдельные химические элементы в атмосфере экзопланет. Она также обеспечила первые измерения вариаций температуры и ветра в атмосфере экзопланеты.
“Когда “Спитцер” только проектировался, учёные еще не нашли ни одной экзопланеты методом транзита, и к моменту запуска обсерватории мы знали только о нескольких. Тот факт, что “Спитцер” стал таким мощным инструментом для поиска экзопланет, хотя изначально он совершенно не разрабатывался для этого, действительно говорит о серьёзных способностях телескопа. И мы получили такие результаты, которые совершенно выбили нас из колеи”, – Шон Кэри, руководитель научного центра по работе со “Спитцером” в центре обработки научных данных НАСА в Калифорнийском технологическом институте.
Одной из главных сильных сторон “Спитцера” является его чувствительность, то есть способность обнаруживать очень слабые источники инфракрасного света. Земля является основным источником инфракрасного излучения, и попытка увидеть слабые инфракрасные источники с Земли похожа на попытку наблюдать звёзды, когда встаёт Солнце. Это главная причина, по которой конструкторы сделали его первой астрофизической обсерваторией именно на околоземной орбите: вдали от тепла нашей планеты детекторам “Спитцера” не пришлось бы бороться с собственным инфракрасным излучением нашей планеты.
Различные инфракрасные длины волн могут выявить различные особенности Вселенной. Некоторые наземные телескопы могут наблюдать в определенных инфракрасных длинах волн и дают ценные научные результаты, но “Спитцер” может достичь большей чувствительности, чем даже гораздо большие наземные телескопы, и наблюдать гораздо более слабые источники, такие как чрезвычайно удалённые галактики. Более того, он был разработан для работы на некоторых инфракрасных длинах волн, которые полностью блокирует атмосфера Земли, делая их недоступными для наземных обсерваторий.
Космический аппарат также может генерировать инфракрасное тепло, поэтому “Спитцер” был разработан так, чтобы оставаться холодным, работая при температурах до минус 267 градусов Цельсия. В 2009 году обсерватория исчерпала свои запасы гелиевого хладагента, что ознаменовало конец ее “холодной миссии”.
Но большое расстояние “Спитцера” от Земли помогло удержать его от слишком сильного нагрева – он всё ещё работает при температуре около минус 244 градуса по Цельсию, а члены команды миссии обнаружили, что они могут продолжать наблюдение на двух инфракрасных длинах волн. “Тёплая миссия” “Спитцера” длится уже более десяти лет, почти вдвое дольше, чем его холодная миссия.
Первоначально инженеры миссии не ожидали, что “Спитцер” будет работать в течение 16 с лишним лет. Этот длительный срок службы привел к наиболее важным научным результатам, но также создал проблемы, поскольку космический аппарат дрейфует всё дальше от Земли.
“В наш план не входило, чтобы “Спитцер” работал так далеко от Земли, поэтому команде пришлось год за годом приспосабливаться, чтобы поддерживать космический аппарат в рабочем состоянии. Но я думаю, что преодоление этой проблемы дало людям большое чувство гордости за миссию”, – Джозеф Хант, руководитель проекта “Спитцер”.
30 января 2020 года инженеры вывели “Спитцер” из эксплуатации и прекратят научную деятельность. Ещё в 2016 году агентство НАСА приняло решение закрыть миссию. Первоначально оно было запланировано на 2018 год в преддверии запуска космического телескопа имени Джеймса Уэбба, который также будет проводить инфракрасные наблюдения. Когда запуск “Уэбба” был отложен, миссия “Спитцера” получила пятое и последнее продление.
По информации НАСА.
Источник: