L vesmírné dalekohledy Staly se jedním z nejlepších nástrojů, které máme pro špehování vesmíru z vnějšku zemské atmosféry. Jejich umístěním na oběžnou dráhu nebo do strategických bodů, jako jsou Lagrangeovy body, se vyhneme problémům, jako jsou... turbulence vzduchu, světelné znečištění nebo absorpce určitých vlnových délek, a to nám umožňuje vidět vesmír s jasností, která je ze Země prostě nemožná.
Během posledních několika desetiletí byla rozmístěna rozmanitá flotila vesmírných observatoří, které pokrývají celé elektromagnetické spektrumOd nejenergičtějších gama paprsků až po rádiové vlny, včetně rentgenového, ultrafialového, viditelného světla, infračerveného záření a mikrovln. Byly také vypuštěny mise k detekci částic, jako je kosmické záření, a dokonce byly vyvinuty prototypy gravitačních vlnových teleskopů. Klidně a podrobně prozkoumáme hlavní typy vesmírných teleskopů, jejich nejreprezentativnější mise a hlavní projekty, které jsou na obzoru.
Co je to vesmírný dalekohled a proč je tak důležitý?
Vesmírný dalekohled je v podstatě astronomická observatoř Jsou instalovány na kosmické lodi nebo družici, která operuje nad atmosférou. Na rozdíl od pozemních dalekohledů mohou tyto platformy pozorovat oblasti spektra (jako je rentgenové záření, gama záření nebo extrémní ultrafialové záření), které atmosféra téměř úplně blokuje, a také se vyhýbají zkreslení, která rozmazávají optické obrazy pozorované z pozemních observatoří.
V závislosti na typu záření, které studují, se vesmírné teleskopy dělí na gama záření, rentgenové záření, ultrafialové záření, optické záření, infračervené záření, mikrovlny a rádiové vlnyKromě toho existují mise věnované vysokoenergetickým částicím (kosmickému záření) a nově vznikající projekty pro detekci gravitačních vln z vesmíru. Každé z těchto pásem odhaluje jiný vesmír: od černých děr a gama záblesků až po slabou záři kosmického mikrovlnného pozadí nebo rozložení temné hmoty.
Gama teleskopy: nejextrémnější vesmír
Gama dalekohledy měří fotony extrémně vysoká energie pocházející z prudkých astrofyzikálních jevů. Toto záření je absorbováno zemskou atmosférou, takže ho můžeme studovat pouze ze stratosférických balónů nebo, ještě lépe, z obíhajících satelitů či sond v hlubokém vesmíru.
Typickými zdroji gama záření jsou supernovy, neutronové hvězdy, pulsary a černé díry v binárních systémech nebo aktivních galaktických jádrech. Kromě toho existují záhadné záblesky gama záření, extrémně krátké, ale nesmírně energetické záblesky, jejichž povaha je studována po celá desetiletí.
V průběhu času bylo vypuštěno mnoho gama observatoří. Mezi průkopníky patřily sovětské sondy. Proton-1, Proton-2 a Proton-4všechny na nízké oběžné dráze Země v 60. letech 20. století. Po nich následovaly mise jako například SAS 2 Malý astronomický satelit NASA 2 Cos-B z ESA, nebo HEAO 3 Američan, který kombinoval přístroje pro vysoké energie.
Během 80. a 90. let 20. století byly klíčové projekty, jako např. granát (francouzsko-sovětská spolupráce), satelit Gamma a především Comptonova observatoř gama záření (CGRO) Z NASA, součást série Great Observatories. CGRO pozorovala oblohu v letech 1991 až 2000 na nízké oběžné dráze Země, mapovala stovky zdrojů gama záření a pomáhala klasifikovat gama záblesky do různých typů.
Později následovaly specializované mise, jako např. LEGRI (Nízkoenergetický gama zobrazovač) Španělština, HETE 2 zaměřená na přechodné výbuchy, Evropská observatoř INTEGRÁLNÍ nebo satelit Rychlýschopné rychle detekovat záblesky gama záření a nasměrovat své přístroje ke sledování vývoje tohoto jevu. V posledních letech vynikly následující: AGILNÍse Fermiho gama vesmírný dalekohled a experiment GAP, umístěný na misi JAXA na heliocentrické oběžné dráze, která studuje polarizaci gama záblesků.
Rentgenové dalekohledy: Rentgenové záření vesmíru
Rentgenové teleskopy se zaměřují na fotony vysoká energie, ale méně extrémní než gama zářeníAtmosféra toto záření také blokuje, takže tato pozorování jsou možná pouze z balónů ve vysokých nadmořských výškách nebo na oběžné dráze. Rentgenové záření je emitováno z kup galaxií a aktivních galaktických jader až po zbytky supernov, rentgenové dvojhvězdy s bílými trpaslíky, neutronové hvězdy a černé díry, stejně jako některé zdroje v naší vlastní sluneční soustavě, jako je Měsíc, ačkoli v tomto případě velká část jasnosti pochází z odraženého slunečního rentgenového záření.
Mezi prvními observatořemi X vynikají následující: Uhuru (1970), první družice věnovaná výhradně tomuto pásmu. Následovaly mise jako např. LET (Astronomický nizozemský satelit), Ariel V.indický Aryabhatase SAS-C z NASA nebo z observatoří pro vysoké energie HEAO-1 a HEAO-2 (ten druhý známý jako Einsteinova observatoř), což drasticky vylepšilo katalogy zdrojů rentgenového záření.
Japonsko sehrálo klíčovou roli se satelity, jako například Hakucho (CORSA-b), tenma, Ginga, ASCA nebo později, Suzaku y HitomiDůležitý byl i Evropan. EXOSAT a ruština Astron, který kombinoval ultrafialová a rentgenová pozorování na vysoce eliptické oběžné dráze.
V 90. a 2000. letech dorazily mise, které jsou dnes skutečnými měřítky. ROSAT Provedl hloubkový soupis zdrojů měkkého rentgenového záření; BeppoSAX Díky svým schopnostem sledování rentgenového záření sehrál zásadní roli v lokalizaci záblesků gama záření; a Rossiho rentgenový časovací průzkumník (RXTE) Umožnilo to studium variability systémů s černými dírami a neutronovými hvězdami v nebývalých detailech.
Mezi ty, kteří jsou stále aktivní, patří Rentgenová observatoř Chandra (NASA) a XMM-Newton (ESA), obě na vysoce eliptických drahách, které umožňují dlouhá nepřetržitá pozorování. Novější jsou NuSTAR, specializující se na tvrdé rentgenové záření, indická observatoř Astrosatčínský dalekohled HXMT, rusko-německý Spectr-RG a mise zaměřené na polarimetrii, jako například IXPEA XRISM o XPoSat a Einsteinova sonda, které rozšiřují možnosti ve spektroskopii a variabilitě rentgenového záření.
Ultrafialové dalekohledy: pohled za hranice fialové
Ultrafialové teleskopy se specializují na vlnové délky mezi přibližně 10 a 320 nanometrůToto záření je z velké části absorbováno atmosférou, takže ho můžeme studovat pouze z horních vrstev atmosféry, z povrchu Měsíce nebo z vesmíru. Slunce, četné horké hvězdy a mnoho galaxií vyzařují velké množství UV záření, které je klíčové pro analýzu procesů tvorby hvězd a chemického složení.
Mezi první UV mise patří OAO-2 (Hvězdář) y OAO-3 Copernicus Dalekohledy NASA Orion 1 a Orion 2 umístěné na sovětských vesmírných stanicích. Jedním unikátním případem byla Kamera/spektrograf pro daleké ultrafialové záření instalovaný astronauty Apolla 16 na povrchu Měsíce, který umožňoval provádět UV pozorování z prostředí bez atmosféry.
Satelit LET Měl také UV přístroje, ale velký skok udělal Mezinárodní průzkumník ultrafialového záření (IUE)Společná mise ESA, NASA a Spojeného království fungovala téměř dvě desetiletí na vysoce eliptické oběžné dráze a stala se skutečným pracantem pro spektroskopické studium ultrafialového záření. Dalekohled poskytl SSSR. Astron, také citlivý na toto pásmo.
El Hubbleův vesmírný dalekohledAčkoli je známý svými snímky ve viditelném světle, disponuje velmi výkonnými přístroji v blízké ultrafialové oblasti, které mu umožnily zkoumat hvězdné atmosféry, oblasti formování hvězd a mladé hvězdokupy. Po něm následovaly mise jako například EUVE (Extreme Ultraviolet Explorer), observatoř Astro 1 a Astro 2, Nebo FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer), zaměřený na daleké ultrafialové záření.
Již v 21. století projekty jako např. BRAMBOROVÉ HRANOLKY, Mise GALEX Pro studium vývoje galaxií v UV záření vyslala korejská družice Kaistsat 4a novější mise, jako např. IRIS, orientovaná na oblast slunečního přechodu, japonská observatoř Hisakisuborbitální experimenty, jako např. Experiment s raketou Venus Spectralnebo dalekohledy umístěné na Měsíci, jako například Měsíční ultrafialový dalekohled (LUT). Astrosat Kombinuje také UV přístroje a solární mise, jako například Aditya-L1 Patří sem pozorování v tomto rozsahu od Lagrangeova bodu L1.
Vesmírné optické dalekohledy: viditelné světlo nepřekonatelné kvality
Optická astronomie je nejklasičtější: zaměřuje se na vlnové délky mezi přibližně 400 a 700 nanometrůUmístění optického dalekohledu ve vesmíru eliminuje atmosférické turbulence a většinu absorpce, což vede k snímkům s extrémně vysokým rozlišením. Tyto přístroje se používají k pozorování planet, hvězd, mlhovin, galaxieprotoplanetární disky a prakticky jakýkoli objekt, který září ve viditelném světle.
Jedním z prvních významných milníků bylo Hipparcos (ESA), která se věnuje přesné astrometrii: měření poloh a paralax hvězd za účelem určení jejich vzdáleností. Na konci 80. a začátku 90. let 20. století způsobila revoluci v hvězdných katalogech. Krátce poté, v roce 1990, Hubbleův vesmírný dalekohled, společný projekt NASA a ESA, který je dodnes v provozu na nízké oběžné dráze kolem Země.
Hubble pozoruje primárně ve viditelném a blízkém ultrafialovém záření, ačkoli po servisní misi získal i další možnosti. v blízkosti infračerveného zářeníDíky své stabilitě a ostrosti poskytl některé z nejznámějších snímků vesmíru, umožnil vysoce přesná měření Hubbleovy konstanty a odhalil detaily vzdálených galaxií, kulových hvězdokup, planetárních disků a mnoho dalšího.
Mezi další optické observatoře na oběžné dráze patří malý kanadský dalekohled MOST, francouzsko-evropský COROTvěnované exoplanetám a hvězdným oscilacím nebo souhvězdí nanosatelitů BRITEMise jako například RychlýAčkoli byly vytvořeny ke studiu gama záblesků, zahrnují také optické přístroje pro sledování vývoje těchto jevů.
V oblasti exoplanet, satelit Kepler Znamenalo to zlom, když se pomocí tranzitní techniky z heliocentrické oběžné dráhy objevily tisíce světů. Následovala observatoř TESS z NASA a evropské mise CHEOPS, jehož cílem bylo charakterizovat již známé exoplanety ze synchronní oběžné dráhy se Sluncem. Astrosat Zahrnuje také optické přístroje a projekty jako například GaiaNacházejí se v Lagrangeově bodě L2 a dále zpřesnily astrometrii a vytvořily nejpřesnější trojrozměrnou mapu naší galaxie.
Infračervené dalekohledy: odhalení chladného a temného vesmíru
Infračervené světlo má nižší energie než viditelné světlo Je ideální pro studium chladných nebo velmi vzdálených objektů, jejichž jasnost byla v důsledku rozpínání vesmíru posunuta směrem k červenému světlu. V infračervené oblasti pozorujeme chladné hvězdy (včetně hnědých trpaslíků), prachové mraky, ve kterých dochází k tvorbě hvězd, protoplanetární disky a velmi vzdálené galaxie.
Mezi první velké projekty patří PŮJDETEkterý vytvořil první kompletní infračervenou mapu oblohy a objevil prachové disky kolem hvězd, jako jsou Fomalhaut, Beta Pictoris a Vega. Pak přišel japonský dalekohled Infračervený dalekohled ve vesmírua Evropská observatoř ISO (Infračervená vesmírná observatoř), která zkoumala oblohu v širokém infračerveném rozsahu z vysoce eliptické dráhy.
Vojensko-vědecká mise MSX Poskytoval také infračervená data, zatímco satelit SWAS Zaměřovala se na submilimetrové vlnové délky, které jsou klíčové pro studium molekul v mezihvězdných oblacích. WIREBohužel se po počátečním neúspěchu nepodařilo dosáhnout svého cíle.
El Spitzerův vesmírný dalekohledVesmírný dalekohled, součást Velkých observatoří NASA, studoval střední a vzdálenou infračervenou oblast z oběžné dráhy přitahované Sluncem a přinesl působivé výsledky v oblasti formování hvězd, infračervených galaxií a exoplanet. Japonská mise Akari rozšířil tyto studie, zatímco observatoř Herschel Dalekohled ESA/NASA, umístěný v Lagrangeově bodě L2, byl největším infračerveným dalekohledem vypuštěným do vesmíru, dokud mu v roce 2013 nedošlo hélium.
Satelit MOUDRÝ Zmapovala oblohu v celém středním infračerveném spektru a detekovala vše od blízkých asteroidů až po velmi vzdálené galaxie. A současná hvězda je Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST)Také v L2 je navržen pro pozorování primárně v infračervené oblasti. Jeho obrovské 6,5metrové segmentované zrcadlo a kryogenní přístroje mu umožňují studovat první galaxie, formování hvězd a planet a atmosféry exoplanet s nebývalými detaily. Mise bude pracovat také v blízké infračervené a viditelné oblasti světla. Euclid z ESA, zaměřený na temnou hmotu a temnou energii z L2.
Mikrovlnné dalekohledy: ozvěna Velkého třesku
Mikrovlnné vesmírné dalekohledy se používají především k měření s velkou přesností kosmické mikrovlnné pozadífosilní záře Velkého třesku. Z těchto pozorování se určují klíčové kosmologické parametry, jako je stáří vesmíru, jeho obsah temné hmoty a temné energie a jeho geometrie ve velkém měřítku.
Družice byla v tomto pásmu průkopníkem. COBE Průzkumník kosmického pozadí NASA, který jako první změřil drobné teplotní anizotropie kosmického mikrovlnného pozadí. Později švédská observatoř Odin Kombinovala mikrovlnné a submilimetrové studie na nízké oběžné dráze Země.
Dalším velkým skokem byla mise WMAP Wilkinsonova mikrovlnná anizotropní sonda NASA, umístěná v Lagrangeově bodě L2, dramaticky zpřesnila měření COBE a stanovila takzvaný „standardní kosmologický model“. ESA následně vypustila satelit. PlanckTaké na L2 získala dosud nejpřesnější mapu kosmického pozadí, než byla po skončení mise přesunuta na bezpečnou heliocentrickou dráhu.
Vesmírné radioteleskopy: interferometrie v planetárním měřítku
Přestože je atmosféra pro rádiové vlny relativně průhledná, umístění antén ve vesmíru nám umožňuje... interferometrie s velmi dlouhou základní linií kombinací oběžného radioteleskopu s anténami na zemském povrchu. Korelací signálů se dosahuje úhlového rozlišení ekvivalentního dalekohledu o velikosti vzdálenosti mezi nimi, což je ideální pro studium extrémně kompaktních struktur.
Klíčovým úkolem v této oblasti bylo HALCA (VSOP), vypuštěný japonskou agenturou ISAS. Obíhal Zemi po vysoce eliptické dráze, která poskytovala základní linii až desítky tisíc kilometrů. S mimořádným rozlišením pozoroval zbytky supernov, masery, gravitační čočky a aktivní galaktická jádra.
V nedávné době ruský projekt Spektr-R (RadioAstron) Tyto možnosti dále rozšířila extrémně protáhlou oběžnou dráhou (z 10 000 na téměř 390 000 km), čímž spolu s pozemními radioteleskopy vytvořila jeden z největších interferometrických systémů, jaké kdy byly postaveny.
Detektory částic a kosmického záření ve vesmíru
Kromě fotonů zahrnuje mnoho vesmírných misí přístroje schopné detekovat kosmické záření a energetické částice pocházející ze Slunce, naší galaxie nebo extragalaktických zdrojů. Některé z těchto kosmických paprsků dosahují extrémně vysokých energií, které jsou spojeny s procesy, jako jsou relativistické výtrysky z aktivních galaktických jader.
Mezi prvními misemi s detektory částic byly ty sovětské. Proton-1 a Proton-2, který měřil protony a elektrony na nízké oběžné dráze Země. Družice HEAO 3 Zahrnoval také přístroje pro studium kosmických jader.
Byl uveden na trh v 90. letech SAMPEX (NASA/DE), zaměřený na energetické částice v zemské magnetosféře. Experiment AMS-01 Krátce letěl na misi raketoplánu, aby otestoval alfa magnetický spektrometr, předchůdce AMS-02, trvale instalovaný na Mezinárodní vesmírné stanici, který má hledat antihmotu a stopy po temné hmotě.
Mise PAMELASpolupráce evropských a ruských agentur studovala tok vysokoenergetických částic na nízké oběžné dráze Země. Mezitím KOZOROŽEC NASA zkoumá neutrální energetické atomy, aby zmapovala interakci mezi slunečním větrem a mezihvězdným prostředím, a satelity, jako například VLHKÝ (Čína) zkoumají vysokoenergetické elektrony, pozitrony a gama záření a hledají nepřímé signály temné hmoty.
Vesmírné dalekohledy s gravitačními vlnami
Gravitační vlny jsou vlnky v časoprostoru Tyto signály jsou produkovány událostmi, jako je slučování černých děr nebo neutronových hvězd. Na Zemi detektory jako LIGO a Virgo tyto signály již změřily, ale dalším velkým cílem je přenést gravitační interferometrii do vesmíru, kde lze postavit mnohem delší ramena, citlivá na nižší frekvence.
Prvním technologickým krokem bylo Lisa Pathfinderová (ESA), demonstrační mise, která testovala zkušební systémy řízení hmotnosti a laserové interferometrie na heliocentrické oběžné dráze. Její úspěch vydláždil cestu pro budoucí projekt LISA (Laser Interferometer Space Antenna), plánovaná na 30. léta 21. století, která se bude skládat ze tří satelitů od sebe vzdálených miliony kilometrů, tvořících trojúhelník a schopných sledovat gravitační vlny z masivních zdrojů v kosmologickém měřítku.
Hlavní observatoře a vlajkové lodě
V rámci své flotily vesmírných dalekohledů NASA propagovala řadu Velké observatořekaždý z nich se zaměřoval na část spektra. Výše zmíněný Hubble Zahrnuje viditelné a blízké ultrafialové záření (s trochou infračerveného záření), CGRO Specializoval se na gama záření, tj. Rentgenová observatoř Chandra zkoumá měkké rentgenové záření a Spitzerův vesmírný dalekohled Věnoval se infračervenému záření.
Kromě toho existuje řada misí, které sice formálně nebyly Velkými observatořemi, ale měly obrovský dopad: PŮJDETE jako první infračervený sledovač oblohy; Astron y granát v sovětské sféře; ISO evropský; exoplanetární COROT; IUE v ultrafialovém záření; sluneční observatoř SOHOkanadský satelit SCISAT-1 studovat zemskou atmosféru; průkopníci rentgenového záření Uhuru, HEAOastrometrický HipparcosKompaktní kanadský dalekohled MOSTnebo japonsky ASTRO-F (Akari), mezi mnoha dalšími.
V kosmologické oblasti mise jako např. WMAP y Planck umožnily přesné určení parametrů standardního kosmologického modelu. Při vysokých energiích observatoře jako například INTEGRÁLNÍ y Rychlý Pokračují v detekci přechodných jevů, zatímco projekty jako INTEGRÁL, WMAP, Spektr-R o Odin Poskytly ucelenější pohled na energetické záření a rozsáhlou strukturu vesmíru.
Noví giganti: James Webb, Roman, Euclid a další
El Vesmírný dalekohled Jamese Webba Stala se přední observatoří aktuálního desetiletí. Provozována společně NASA, ESA a CSA z Lagrangeova bodu L2 je navržena ke studiu všech fází historie vesmíru: od prvních galaxií přes formování planetárních systémů až po analýzu atmosfér exoplanet. Její infračervené snímky umožnily například srovnání mezi pozorováními galaxií, jako je NGC 628, a snímky pořízenými Hubbleovým teleskopem, a odhalily dosud neviděné detaily v prachu a plynu.
Díky Webbovi byli identifikováni kandidáti, kteří extrémně starověké galaxiePoskytuje úžasně jasné snímky zbytků supernov a detailní pohledy na planety ve sluneční soustavě. Jeho úspěch je postaven na čtyřiceti desetiletích zkušeností s předchozími infračervenými dalekohledy, jako jsou IRAS, ISO, Spitzer a Akari, které položily technologický a vědecký základ.
S ohledem na blízkou budoucnost NASA připravuje Římský vesmírný dalekohled (dříve WFIRST), rovněž v L2, určený ke studiu temné energie, rozsáhlých struktur a populace exoplanet s velmi širokým zorným polem. V oblasti exoplanet bude ESA vyvíjet TALÍŘ, který se zaměří na vyhledávání a charakterizaci obyvatelné exoplanety kolem hvězd podobných Slunci.
Mezi nejambicióznější projekty patří: Observatoř obyvatelných světůnavrženo k detailnímu studiu planet o velikosti Země v obyvatelných zónách a k hledání biosignatury v jejich atmosférách. K tomu bude využíván technik, jako jsou koronografy nebo případně externí plachty (starshades), které dokáží blokovat světlo hvězdy a odhalit slabý signál planety.
Rentgenový dalekohled ATHENA Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (ATE), projekt spolupráce mezi ESA, NASA a JAXA, je navržen ke studiu supermasivních černých děr, kup galaxií a horkého plynu, který vyplňuje vesmír ve velkém měřítku. V oblasti gravitačních vln je cílem mise... LISA Bude to velká vesmírná observatoř pro sledování srážek masivních černých děr a dalších kompaktních systémů.
Existuje také řada konceptů budoucnosti pod záštitou Program zrání technologií Great Observatory (GOMAP) a tzv Nové velké observatoře, které se zaměřují na období po roce 2040 a usilují o vývoj technologií potřebných k výstavbě ještě větších a přesnějších dalekohledů, a to jak v optickém i infračerveném spektru, tak i ve vysokých energiích.
Další projekty a mise ve vývoji
Vedle velkých jmen existuje celá řada projektů, které zaplní novou generaci vesmírných dalekohledů. NASA pracuje na... TOLIMANzaměřila se na studium systému Alfa Centauri a hledání potenciálně obyvatelných planet pomocí vysoce přesné astrometrie. Čína zase připravuje teleskop Xuntian, optická observatoř, kterou lze za účelem údržby připojit k čínské vesmírné stanici a která nabídne velmi široké zorné pole.
Mezi další mise na obzoru patří monitor proměnných objektů Monitor prostorově proměnných objektů, spektroskopická observatoř SPHERExse AstroSat-2 Indický jako náhrada za Astrosat neboli evropský dalekohled ARIEL, specializující se na analýzu atmosfér exoplanet z L2. Všechny se připojí k současné flotile, aby pokryly různé energetické rozsahy a vědecké cíle.
Vyvíjejí se také nové sluneční observatoře a mise zaměřené na lepší studium naší hvězdy. Pochopení sluneční bouře a výrony koronální hmoty Je nezbytný pro ochranu satelitů, energetických sítí a komunikačních systémů na planetě, která je stále více závislá na technologiích. Mise jako například SOHO o PROBA-3Tyto veteránské přístroje vydláždily cestu pro novou generaci přístrojů jak na oběžné dráze Země, tak i v určitých bodech systému Slunce-Země.
Při pohledu na celkový obraz, od Galilea, který v 17. století namířil skromný dalekohled na Slunce, až po kolosální observatoře v L2 schopné pozorovat mladé galaxie, je jasné, že každá nová generace vesmírných dalekohledů Rozšiřuje naše hranice: detekujeme vzdálenější galaxie, sledujeme supermasivní černé díry, analyzujeme chemické složení exoplanetárních atmosfér a zpřesňujeme kosmologické parametry. Vše nasvědčuje tomu, že nadcházející observatoře – Webb, Roman, Euclid, PLATO, ARIEL, LISA, Habitable Worlds Observatory a další – nám nejen pomohou zodpovědět klasické otázky o původu a vývoji vesmíru, ale také nám přinesou nové záhady, které jsme si ani nepředstavovali.
