Телескопы прошли долгий путь с момента изобретения первого из них в 1608 году. Так какой же телескоп является самым мощным на сегодняшний день и как далеко он может видеть?
Космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» сделал самое глубокое и чёткое инфракрасное изображение далёкой Вселенной на сегодняшний день. Это изображение скопления галактик SMACS 0723, известное как «Первое глубокое поле Уэбба», изобилует деталями. (Изображение предоставлено НАСА, ЕКА, КСА и STScI)
Первый в мире телескоп, созданный в 1608 году голландским мастером по изготовлению очков Хансом Липперсгеем, привёл к появлению потрясающих технологий, которые впоследствии произвели революцию в нашем понимании Вселенной. Хотя в его телескопе использовались простые линзы, увеличивавшие объекты примерно в три раза, впоследствии учёные усовершенствовали эту концепцию и смогли заглянуть в глубины космоса.
Но некоторые телескопы мощнее других, что позволяет нам наблюдать за далёкими звёздами и галактиками, а исследователям — изучать такие экстремальные явления, как чёрные дыры и кольца Эйнштейна. Так какой же телескоп самый мощный и как далеко он может заглянуть в космос?
Ответ не удивит никого, кто знаком с сегодняшними заголовками: Самым мощным телескопом на данный момент является космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), который был запущен в декабре 2021 года для обнаружения инфракрасного и ближнего инфракрасного излучения, то есть длин волн электромагнитного спектра, невидимых для человека, но воспринимаемых как тепло. Его предшественник и «родственник», космический телескоп «Хаббл», был в первую очередь предназначен для обнаружения видимого света и ультрафиолетового излучения, которое часто исходит от молодых звёзд.
В космосе многие объекты не излучают и не отражают достаточно света в видимом спектре, чтобы их можно было увидеть невооружённым глазом или обнаружить на большом расстоянии. Однако инфракрасное излучение распространяется на такие большие расстояния, что его легче обнаружить. Длинные волны даже обладают преимуществом в виде прохождения сквозь облака пыли, что делает их особенно привлекательными для астрономов, стремящихся заглянуть в самые глубокие уголки Вселенной.
Даже новый мощный телескоп Веры К. Рубин, недавно запущенный в Чили, не может заглянуть так далеко в космос, потому что ему приходится бороться с аномальными препятствиями, такими как пыль.
Когда Вселенная зародилась, она представляла собой раскалённую смесь частиц (протонов, нейтронов и электронов). По мере расширения и остывания Вселенной начали формироваться первые звёзды и галактики. Самые ранние из них, которые мы можем увидеть, появились около 13,7 миллиарда лет назад, то есть всего чуть более ста миллионов лет спустя после Большого взрыва.
«Космический телескоп «Джеймс Уэбб» доказал свою способность видеть 98 % пути до Большого взрыва», — сообщил Live Science в электронном письме Питер Якобсен, доцент кафедры астрофизики Копенгагенского университета в Дании. «Это превосходит надежды и ожидания большинства из нас, кто участвовал в раннем планировании космического телескопа «Джеймс Уэбб».»
Изображения 850 галактик из ранней Вселенной возрастом от 11 до 13 миллиардов лет, сделанные космическим телескопом «Джеймс Уэбб». (Изображение предоставлено: NASA/STScI/CEERS/TACC/С. Финкельштейн/М. Бэгли/З. Левай)
Что уже удалось увидеть JWST?
Большая часть мощности JWST исходит от его большого главного зеркала, Кэрол Кристиан, астрофизик из Научного института космического телескопа в Балтиморе, сообщила Live Science по электронной почте.
Диаметр главного зеркала JWST составляет 21,3 фута (6,5 метра), а общая площадь сбора составляет более 270 квадратных футов (25 квадратных метров). Для сравнения: диаметр главного зеркала «Хаббла» составляет 8 футов (2,4 метра), а площадь сбора — почти 50 квадратных футов (4,5 квадратных метра). Однако оба телескопа могут видеть объекты на расстоянии миллиардовсветовых лет, потому что они находятся в космосе, далеко за пределами земной атмосферы, которая мешает обзору.
Однако JWST также оснащён инфракрасными детекторами, расположенными таким образом, чтобы поглощать свет, отражённый от его больших зеркал, что помогает ему распознавать далёкие источники света, которые не видит «Хаббл».
В то же время земная атмосфера создаёт уникальные проблемы для наземных телескопов. Эти проблемы варьируются от светового загрязнения до «атмосферной турбулентности», то есть хаотичного движения воздуха. Такие факторы могут размывать и искажать изображения, а также ограничивать возможности телескопа по наблюдению за глубокими слоями космоса. В космосе, с другой стороны, темнее и нет этих проблем, поэтому многие из наших самых мощных телескопов находятся далеко за пределами земной атмосферы.
В случае с телескопом «Джеймс Уэбб» он расположен на выгодной позиции почти в 1 миллионе миль (1,5 миллиона километров) от Земли в точке Лагранжа, то есть в точке, где гравитационный баланс позволяет спутникам оставаться стабильными на орбите.
Галактика JADES-GS-z14-0, претендующая на звание самой удалённой во Вселенной, показана на снимке, сделанном космическим телескопом «Джеймс Уэбб». (Изображение предоставлено: NASA, ESA, CSA, STScI, Б. Робертсон (Калифорнийский университет в Санта-Крузе), Б. Джонсон (CfA), С. Такчелла (Кембридж), П. Карджил (CfA).)
Как далеко может заглянуть космический телескоп «Джеймс Уэбб»?
Когда мы смотрим на ночное небо, мы, по сути, смотрим в прошлое. Свет распространяется со скоростью 299 792 458 метров в секунду (186 282 мили в секунду), а это значит, что свет, который доходит до нас от далёких объектов в космосе, старше, чем в момент его испускания. Свету от нашего Солнца требуется 43,2 минуты, чтобы достичь Юпитера, но всего 8 минут, чтобы достичь Земли. Расстояние до самых отдалённых уголков космоса намного больше, что усложняет расчёты. По словам Якобсена, измерить, как далеко телескоп может заглянуть в космос, непросто.
По его словам, астрономам приходится учитывать два препятствия: расширение Вселенной и конечную скорость света. Астрономы обходят эти сложности, измеряя красное смещение далёких небесных тел.
Красное смещение — это то, что мы наблюдаем, когда небесные тела удаляются от нас всё дальше и дальше. По мере расширения Вселенной свет, излучаемый далёкими объектами, становится длиннее и «краснее». Чем дальше и дольше распространяется свет, тем сильнее его красное смещение.
В настоящее время одним из самых далёких известных объектов с красным смещением является галактика JADES-GS-z14-0, — сказал Якобсен. Из-за красного смещения она появилась примерно через 290 миллионов лет после Большого взрыва.
Ещё одним претендентом, информация о котором ещё не была опубликована в рецензируемом научном журнале, является галактика MoM-z14, которая сформировалась всего через 280 миллионов лет после Большого взрыва. Её красное смещение составляло 14,44 — больше, чем у JADES-GS-z14-0, у которой красное смещение равно 14,18.
В одном исследовании был проанализирован набор особенно крупных и удалённых галактик, обнаруженных телескопом JWST, и было установлено, что они могут быть старше, чем предполагают современные модели нашей Вселенной.
JWST доказал, что может заглянуть в космос глубже, чем «Хаббл», который видел только 13,4 миллиарда лет назад.
В то время как космический телескоп «Джеймс Уэбб» в настоящее время является лидером в изучении нашего космического прошлого, на горизонте уже появляются его конкуренты. Китай создаёт космический телескоп, который называется «Телескоп Китайской космической станции». В нём используется технология, позволяющая улавливать больше световых частот, чем в «Джеймсе Уэббе», что даёт возможность получать больше информации из космоса.