Niesamowity rozwój teleskopów na podczerwień NASA

Teleskop Webba otworzył nowe okno na Wszechświat, ale opiera się na misjach sprzed 40 lat, w tym na Spitzerze i na podczerwonym satelicie astronomicznym.

25 grudnia NASA Będzie to druga rocznica wystrzelenia Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba – największego i najpotężniejszego obserwatorium kosmicznego w historii. Przejrzystość jego obrazów zainspirowała świat, a naukowcy dopiero zaczynają badać korzyści naukowe, jakie ze sobą niesie.

Sukces Webba opiera się na czterdziestu latach istnienia teleskopów kosmicznych, które wykrywają również światło podczerwone (niewidoczne gołym okiem) — w szczególności na pracy dwóch wycofanych teleskopów NASA, które w zeszłym roku obchodziły duże rocznice: w styczniu minęła 40. rocznica wystrzelenia teleskopu. podczerwonego satelity astronomicznego (IRAS), natomiast w sierpniu minęła 20. rocznica wystrzelenia Kosmicznego Teleskopu Spitzera.

NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba Projekt ten opiera się na czterdziestoletnich pracach teleskopów kosmicznych, które również wykrywają światło podczerwone, w szczególności dwóch innych wycofanych z użytku teleskopów NASA: satelity astronomicznego w podczerwieni (IRAS) i Kosmicznego Teleskopu Spitzera. Źródło: NASA/Laboratorium Napędów Odrzutowych-Instytut Technologiczny w Kalifornii

To dziedzictwo jest wyraźnie widoczne na zdjęciach NASA Rho Ophiuchi, jednego z najbliższych Ziemi obszarów gwiazdotwórczych. To był IRAS Uruchomiono pierwszy teleskop na podczerwień Na orbitę Ziemi, ponad atmosferą blokującą większość fal podczerwonych. Gęste obłoki gazu i pyłu Rho Ophiuchi blokują światło widzialne, ale widzenie w podczerwieni IRAS uczyniło z niego pierwsze obserwatorium zdolne przeniknąć te warstwy i odkryć nowonarodzone gwiazdy czające się głęboko w ich wnętrzu.

Dwadzieścia lat później liczne detektory podczerwieni Spitzera pomogły astronomom określić bardziej szczegółowy wiek wielu gwiazd w regionie, dostarczając wglądu w to, jak do tego doszło. Młode gwiazdy Cały wszechświat ewoluuje. Bardziej szczegółowy obraz w podczerwieni Webba pokazuje dżety wystrzeliwane z młodych gwiazd, a także otaczające je dyski materii – tworzące przyszłe układy planetarne.

Chmury gazu i pyłu w przestrzeni kosmicznej — takie jak pokazana tutaj Rho Ophiuchi — emitują głównie światło podczerwone, którego ludzkie oko nie jest w stanie wykryć. IRAS, pierwszy teleskop na podczerwień na orbicie okołoziemskiej, wykonał zdjęcia tego regionu w 1983 roku i ujawnił wcześniej ukryte cechy, w tym nowo powstające gwiazdy znajdujące się głęboko w pyle. Źródło obrazu: NASA/JPL-Caltech

Innym przykładem jest usta Wielkiej Ryby, gwiazdy otoczonej dyskiem gruzu podobnym do pasa asteroid. Czterdzieści lat temu dysk był jednym z kluczowych odkryć IRAS, ponieważ również silnie sugerował istnienie co najmniej jednej planety w czasie, gdy nie odkryto jeszcze żadnej egzoplanety. Późniejsze obserwacje Spitzera wykazały, że dysk składa się z dwóch części – zimnego obszaru zewnętrznego i ciepłego obszaru wewnętrznego – i dostarczyły więcej dowodów na istnienie planet.

Wiele innych teleskopów, w tym NASA Kosmiczny teleskop HubbleOd tego czasu badali usta dużej ryby, a na początku tego roku zdjęcia wykonane przez Webba dały naukowcom najdokładniejszy jak dotąd obraz struktury dysku. Ujawniło dwa niewidoczne pierścienie skał i gazu na wewnętrznym dysku. Połączenie prac pokoleń teleskopów rzuca światło na historię paszczy wielkiej ryby.

Rho Ophiuchi została również sfotografowana przez należący do NASA Kosmiczny Teleskop Spitzera. Spitzer miał szersze pole widzenia i lepszą rozdzielczość niż jego poprzednicy, zapewniając bardziej szczegółowy obraz regionu, a także więcej informacji na temat powstawania gwiazd. Źródło obrazu: NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA

Badanie astronomiczne w podczerwieni

Kiedy w 1983 r. wystrzelono IRAS, naukowcy nie byli pewni, co odkryje misja. Nie mogli też przewidzieć, że promieniowanie podczerwone będzie ostatecznie wykorzystywane w niemal każdej dziedzinie astronomii, łącznie z badaniami wszechświata Ewolucja galaktyk, Cykl życia gwiazd, Źródło rozproszonego pyłu kosmicznegoatmosfery egzoplanet, Ruchy asteroid i innych obiektów bliskich ZiemiA nawet natura jednej z największych kosmicznych tajemnic w historii, Ciemna energia.

IRAS utorował drogę europejskiemu przywództwu Obserwatorium kosmiczne w podczerwieni (ISO) i Obserwatorium Kosmiczne Herschel; the Japoński satelita AKARI; należący do NASA Wide Field Infrared Survey Explorer (WISE), pokładowe obserwatorium SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), a także wiele innych Obserwatoria balonowe.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba odsłonił Rho Ophiuchi jak nigdy dotąd, pokazując astronomom nowe cechy obszaru gwiazdotwórczego na tym oszałamiającym zdjęciu z roku 2023. Webb opiera się na dziedzictwie teleskopów na podczerwień, takich jak IRAS i Spitzer. Źródło zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (STScI)

„Światło podczerwone ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia, skąd pochodzimy i jak tu dotarliśmy, w największej i najmniejszej skali astrofizycznej” – powiedział Michael Werner, astrofizyk w Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA w południowej Kalifornii. Werner, który specjalizuje się w obserwacjach w podczerwieni, pracował jako naukowiec w ramach projektu w Spitzera. „Wykorzystujemy światło podczerwone, aby spojrzeć wstecz w przestrzeń i czas, aby pomóc nam zrozumieć, jak powstał współczesny wszechświat. Światło podczerwone pozwala nam badać powstawanie i ewolucję gwiazd i planet, co mówi nam o historii naszego Układu Słonecznego .

Artystyczna koncepcja satelity astronomicznego na podczerwień (IRAS) na orbicie. Źródło: NASA/JPL

Do Spitzera

Jeśli IRAS jest misją eksploracyjną, Spitzer ma za zadanie zanurzyć się głęboko w świat podczerwieni. Wiele planetarnych celów Webba z pierwszego roku było już zrealizowanych Studiował u Spitzera, który dzięki szerokiemu polu widzenia i stosunkowo wysokiej rozdzielczości realizował szerokie cele naukowe. Podczas swojej 16-letniej misji Spitzer odkrył nowe cuda na krańcach wszechświata (w tym niektóre… Najdalsze galaktyki, jakie kiedykolwiek zaobserwowano W tym czasie) naszego Układu Słonecznego (jak A Nowy pierścień wokół Saturna). Badaczy ze zdziwieniem odkryło także, że teleskop jest idealnym narzędziem do fotografowania planet Badanie egzoplanet (planety poza naszym Układem Słonecznym), czego nie spodziewali się, budując.

To zdjęcie przedstawia artystyczną wizję Kosmicznego Teleskopu Spitzera. W tle widać zdjęcie w podczerwieni Spitzera płaszczyzny Drogi Mlecznej. Źródła: NASA/JPL

„Za pomocą dowolnego teleskopu nie zbiera się danych dla samego ich zbierania; „Zadajesz konkretne pytanie lub serię pytań” – powiedział Sean Curry, były dyrektor Centrum Naukowego Spitzera w IPAC, centrum przetwarzania danych i nauki w Caltech. „Pytania, które możemy zadać Webbowi, są bardziej złożone i różnorodne ze względu na wiedzę, którą zdobyliśmy przy użyciu teleskopów takich jak Spitzer i IRAS”.

Koncepcja teleskopu kosmicznego autorstwa Jamesa Webba. Źródło: NASA

Na przykład Carey powiedział: „Badaliśmy egzoplanety za pomocą Spitzera i Hubble’a i dowiedzieliśmy się, co można zrobić w terenie za pomocą teleskopu na podczerwień, jakie typy planet są najciekawsze i czego można się o nich dowiedzieć. Kiedy więc Webb wystartował, wskoczyliśmy na niego. Egzoplaneta Ucz się od początku.”

Należąca do NASA misja Spektrofotometr do historii kosmosu, ery rejonizacji i eksploratora lodu (SPHEEx) pomoże astronomom zrozumieć ewolucję naszego wszechświata i powszechność składników życia w układach planetarnych w naszej galaktyce. Źródło: Kalifornijski Instytut Technologii

Webb toruje także drogę przyszłym misjom w podczerwieni. Nadchodząca misja NASA SPHEREx (Spectrofotometr historii kosmosu, epoki rejonizacji i badacza lodu), a także kolejne flagowe obserwatorium agencji, Rzymski Teleskop Kosmiczny Nancy Grace, będą w dalszym ciągu badać Wszechświat w podczerwieni.

Artystyczna koncepcja rzymskiego teleskopu kosmicznego Nancy Grace. Źródło: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA

Więcej o misjach

IRAS był wspólnym projektem NASA, Holenderskiej Agencji Programu Aerokosmicznego i brytyjskiej Rady ds. Badań Naukowych i Inżynieryjnych. Misją zarządzało dla NASA Laboratorium Napędów Odrzutowych (JPL). California Institute of Technology w Pasadenie zarządza Laboratorium Napędów Odrzutowych dla NASA.

JPL zarządzała misją Kosmicznego Teleskopu Spitzera dla Dyrekcji Misji Naukowych NASA w Waszyngtonie aż do wycofania misji w styczniu 2020 r. Działania naukowe prowadzono w Centrum Nauki Spitzera w Kalifornijskim Instytucie Technologii. Operacje statków kosmicznych odbywały się w Lockheed Martin Aerospace Corporation w Littleton w Kolorado. Dane są archiwizowane w Infrared Science Archive zarządzanym przez IPAC w Caltech.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest wiodącym na świecie obserwatorium nauk o kosmosie. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spogląda poza odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. WEB to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami Europejską Agencją Kosmiczną (ESA).Europejska Agencja Kosmiczna) i CSA (Kanadyjska Agencja Kosmiczna).