Сергей Попов - Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Наблюдения в ультрафиолете с поверхности Земли также невозможны. Первым крупным проектом (не предназначенным для изучения Солнца) стал спутник IUE (International Ultraviolet Explorer, Международный телескоп УФ-диапазона), выведенный на орбиту в 1978 г. и проработавший почти 20 лет. Хотя это был всего лишь 45-сантиметровый телескоп (небольшой по земным меркам), он впервые смог получить огромное количество ультрафиолетовых спектров самых разных небесных объектов в хорошем разрешении; среди прочего были получены важные результаты по звездным ветрам и межзвездной среде.

Примером эффективной миссии с четкой задачей является ультрафиолетовый спутник GALEX (Galaxy Evolution Explorer, Аппарат для изучения эволюции галактик) с телескопом диаметром 50 см, предназначенный для изучения звездообразования в галактиках. За почти 10 лет работы были получены данные по сотням тысяч галактик, что оказалось крайне востребовано во внегалактической астрономии.

Земная атмосфера непрозрачна и с другой стороны видимой части спектра – в инфракрасном диапазоне. Это излучение характерно для относительно холодных объектов: молодых звезд, молекулярного газа, пыли, протопланетных дисков, так что изучение неба в инфракрасных лучах нужно прежде всего для изучения звездообразования.

В 1983 г. на орбиту была выведена орбитальная обсерватория IRAS (InfraRed Astronomical Satellite, Международный инфракрасный астрономический спутник), задачей которой стало создание первого полного инфракрасного обзора неба. Для этого аппарат был укомплектован 60-сантиметровым телескопом и запасом жидкого гелия (особенностью работы в ИК-диапазоне является необходимость охлаждать детекторы, а иногда и само зеркало до криогенных температур). Именно запас хладагента обычно является лимитирующим фактором для продолжительности подобных миссий. IRAS проработал около года, но долгое время именно его обзор был лучшим в своей области.

Инфракрасные наблюдения позволяют изучать рождение звезд и планет.

В 2010 г. спутник WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer, Аппарат для обзорных съемок в ИК-диапазоне) провел обзор неба в ИК-диапазоне на новом уровне. Хотя он также был оснащен небольшим телескопом диаметром 40 см, однако развитие технологий позволило выйти на совершенно другой уровень результатов без увеличения размеров, массы или стоимости аппарата.

Для изучения отдельных источников в инфракрасном диапазоне уже в XXI в. в космос были выведены космические телескопы Spitzer («Спитцер») и Herschel («Гершель»), которые существенно обогатили наше понимание того, как образуются звезды и планеты. Herschel оснащен цельным зеркалом рекордного (для астрономических космических зеркал) диаметра 3,5 м. Этот рекорд, видимо, будет побит с запуском телескопа James Webb, зеркало которого, впрочем, будет составным, т. е. многосегментным (и раскладным).

Качество изображений, получаемых телескопом Hubble, недоступно наземным инструментам.

Наблюдения из космоса актуальны и для оптического диапазона, поскольку отсутствие атмосферы позволяет получать изображения очень высокого качества. Идеальным примером этого утверждения является работа космического телескопа Hubble. Этот инструмент оснащен 2,4-метровым зеркалом, совсем небольшим по земным меркам, однако по целому ряду параметров телескоп существенно превосходит наземные 10-метровые гиганты. Кроме того, Hubble проводит наблюдения в ближнем УФ- и ближнем ИК-диапазонах, что расширяет его возможности. Возможность ремонтировать и модернизировать инструмент во время специализированных миссий шаттлов позволила достичь очень большой продолжительности научной программы телескопа, что сделало Hubble одним из самых эффективных телескопов в истории. Правда, и самым дорогим (причем с большим отрывом).

Астрометрический спутник Gaia впервые позволит построить трехмерную карту половины нашей Галактики.

Качество изображений важно и для решения астрометрических задач – определения точного положения звезд и их изменений. Первым астрометрическим спутником был Hipparcos который позволил с помощью параллактического метода точно измерить расстояния до большого числа звезд в пределах примерно 1000 световых лет от Солнца. Новый космический аппарат Gaia должен решить эту задачу уже для половины Галактики – вплоть до расстояний почти 30 000 световых лет.

Массовое открытие экзопланет стало возможным благодаря работе спутника Kepler.

Отсутствие атмосферных мерцаний позволяет очень точно измерять блеск звезд и его вариации. Это стало ключевым моментом для обнаружения транзитных экзопланет и астросейсмологических исследований. Первым специализированным аппаратом для этих целей был европейский CoRoT (Convection, Rotation and planetary Transits – Конвекция, вращение и транзиты планет), а еще более эффективным является космический телескоп Kepler, который совершил настоящий прорыв, открыв более 1000 экзопланет и представив около 20 000 кандидатов для дальнейшего подтверждения и изучения.

Для решения некоторых задач требуется относительно быстрый доступ сразу ко всему небу. Хорошим примером такой задачи является изучение реликтового излучения: при наземных наблюдениях доступным оказывается лишь относительно небольшой участок неба, а для проведения полноценного анализа необходимо получить данные со всей небесной сферы. Поэтому именно серия спутников – COBE (Cosmic Background Explorer), WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) и Planck – позволила получить важнейшие для космологии результаты.

Наконец, существуют типы установок, которым на Земле просто не хватит места, в первую очередь это актуально для инструментов, работающих в радиодиапазоне. Первой попыткой в этой области был японский проект VSOP (VLBI Space Observatory Programme), в котором спутник с радиотелескопом на борту находился на относительно низкой орбите, работая «в связке» с наземными инструментами. Вторым стал российский проект «Радиоастрон», в котором удалось создать интерферометр с базой более 300 000 км, достигнув рекордного углового разрешения.

Большие установки потребуются и для регистрации гравитационных волн низкой частоты. На 2032–2034 гг. намечен запуск европейской миссии eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna) – это космический лазерный интерферометр (подобный LIGO или Virgo, см. раздел 13.9 «Детекторы гравитационных волн»), расстояние между спутниками которого составит около миллиона километров. В частности, этот проект позволит зарегистрировать гравитационное излучение от двойных сверхмассивных черных дыр [19] Гравитационные волны от таких источников имеют очень большую длину (миллионы и даже сотни миллионов километров), поэтому наземные установки слишком малы для регистрации таких волн. .

Вывод аппаратов в космос позволяет создавать астрономические установки больших размеров.