Omet ovog umjetnika prikazuje noćni prikaz izuzetno velikog teleskopa u pogonu Cerro Armazones na sjeveru Čilea. Teleskop je prikazan pomoću lasera za stvaranje umjetnih zvijezda visoko u atmosferi. (ESO / L. Calçada)

5 razloga zašto je astronomija bolja od zemlje nego iz svemira

1990. godine lansiran je svemirski teleskop Hubble, što je dovelo do revolucije u astronomiji. Ali u mnoge svrhe, Zemlja je i dalje najbolje mjesto za biti.

Kada razmišljate o onome što je vani u ponoru dubokog svemira, bilo da gledate planete u našem Sunčevom sustavu ili najudaljenije galaksije koje su vidljive u Svemiru, instrument koji većina ljudi razmišlja o korištenju za najbolje slike i podatke je svemirski teleskop Hubble. Na stotinama kilometara iznad Zemljine atmosfere, problemi poput oblaka, atmosferskih izobličenja, uzburkanog zraka ili čak zagađenja nisu briga. Slike su oštre koliko omogućuju kamere i optika na brodu, a iz svog položaja izvan svijeta, ona može gledati u bilo kojem smjeru u kojem želimo. Pomoću nje vidjeli smo čuda kakva nikada nismo zamislili; Hubble nam je pokazao kako Svemir doista izgleda.

Ova slika uspoređuje dva pogleda na stvorenje maglice Orla snimljeni s Hubbleom u razmaku od 20 godina. Nova slika, slijeva, bilježi gotovo isto područje kao i 1995., s desne strane. No, novija slika koristi Hubbleu široko polje 3, instaliranu 2009. godine, za privlačenje svjetlosti iz užarenog kisika, vodika i sumpora s većom jasnoćom. Imajući obje slike omogućuje astronomima da prouče kako se struktura stupova mijenja s vremenom i prikazuje jedan od najboljih primjera onoga što možemo naučiti radeći astronomiju u svemiru. (WFC3: NASA, ESA / Hubble i Hubble Heritage tim WFPC2: NASA, ESA / Hubble, STScI, J. Hester i P. Scowen (Državno sveučilište Arizona))

Pa ipak, postoje stvari koje možemo učiniti sa zemlje koje su neosporno superiorne u odnosu na sve što možemo učiniti iz svemira. Postoje slike koje možemo stvoriti i podaci koje možemo prikupiti, a koje je jednostavno nemoguće napraviti iz svemira. Bez obzira na to koristimo li zemaljske teleskope, opservatorije na balonima ili čak i visokoleteću letjelicu, postoji mnogo dobrih razloga da ostanemo ovdje na Zemlji. Svakako, leteći iznad atmosfere i primati svesmjernu perspektivu koja vam ide u svemir, definitivne su pobjede za zaljubljenike u svemirski teleskop; ne postoji način da se prilagodljiva optika ili netaknuto promatračko mjesto mogu natjecati s opservatorijom sa kojim se Zemlja ne može boriti. Ali postoje vrlo uvjerljivi razlozi da se bavite astronomijom na terenu, jer postoje prednosti koje izgubite odmah kad odete u svemir. Evo prvih pet.

Znanstveni instrumenti na ISIM modulu spuštaju se i ugrađuju u glavni sklop JWST-a 2016. Ti su instrumenti bili kompletni prije godina i neće imati prvu upotrebu najranije do 2019. godine. (NASA / Chris Gunn)

1.) Tehnologija svemirskog teleskopa je zastarjela, čak i prije nego što je lansirana. Da biste pokrenuli svemirski teleskop, morate odlučiti što ćete pokušati učiniti s njim, dizajnirati i izraditi svoje instrumente, integrirati ih u promatračnicu i potom ga pokrenuti. Za misiju poput svemirskog teleskopa James Webb, dizajn njegovih instrumenata bio je gotov početkom desetljeća; instrument izgrađen danas bi imao oko sedam godina vrhunske tehnologije integrirane u njega. Servisiranje teleskopa u svemiru skupo je, rizično, a u nekim slučajevima (kao kad je vaš teleskop izvan dosega svemirske letjelice posade), gotovo nemoguće. Ali ako je vaš opservatorij na terenu? Jednostavno iskočite stari instrument i dodajte novi, a stari je teleskop još jednom najsuvremeniji, do granica optičkog dizajna.

25-metarski teleskop Gigel Magellan trenutno je u izgradnji i predstavljat će najveću novu zemaljsku opservatoriju. Spidar ruke, koje se drže na mjestu sekundarnog zrcala, posebno su dizajnirane tako da njihova vidna točka pada izravno između uskih praznina u GMT zrcalima. Ovo je najmanji od tri predložena teleskopa 30 metara i veći je od bilo kojeg svemirskog opservatorija koji je uopće zamišljen. Trebao bi biti gotov do sredine 2020-ih. (Giant Magellan Telescope / GMTO Corporation)

2.) Na terenu možete izgraditi veći opservatorij nego što možete u prostoru. Već mogu čuti vaš prigovor: da ste samo potrošili dovoljno novca na njega, mogli biste pokrenuti veliki teleskop koliko ste željeli. To je točno, ali samo do određenog trenutka. Konkretno, sve do točke kada se vaš svemirski opservatorij mora uklopiti u raketu koja ga lansira! Svemirski teleskop Hubble promjera je samo 2,4 metra; najveći svemirski teleskop koji je ikada letio je ESA-in Herschel, visok 3,5 metra. James Webb bit će veći zbog svog segmentiranog dizajna, ali svaki presavijeni segment mora se uklopiti u raketu koja će ga lansirati. Čak i u NASA-inim snovima, koncept svemirskog teleskopa LUVOIR izlazi na visini od 15,1 metar. Ipak, na terenu ne postoje ni dimenzije ni težine, a tri neovisna teleskopa klase 30 metara dizajniraju se i grade: GMTO, ELT i TMT. U radio stanici možemo ići i veći, kao što su pokazali objekti poput Areciboa i FAST-a. U astronomiji, veličina je bitna!

Dana 12. prosinca 2017. godine, drugi put 82. uzastopne uspješne misije Ariane iz Francuske Gvajane. Ovaj let, VA240, trebao bi biti reprezentativan onome što JWST vidi prilikom lansiranja 2019. Neka bude uspješan; za svemirske lansiranja imamo samo jednu priliku. (Arianespace)

3.) Nikad se ne morate brinuti zbog neuspjeha lansiranja. Jeste li ikada čuli za NASA-in Orbitaran karbon opservatorij, osmišljen da vidi kako se CO2 kretao kroz atmosferu iz svemira? Vjerojatno ne, jer se satelit nije uspio odvojiti od rakete tijekom prvih nekoliko minuta lansiranja; čitav sklop raketa i svemira srušio se u ocean samo 17 minuta nakon što je prvo poletio. Raketa koja će lansirati svemirski teleskop James Webb, Ariane 5, imala je 82 uzastopna lansiranja, prije nego što je prije samo dva mjeseca doživjela djelomični neuspjeh. Mnoge svemirske misije završile su tmurno zbog neuspjeha tijekom lansiranja, razmještanja ili ubacivanja u orbitu; Nakon što ste lansirali, praktički je nemoguće ispraviti grešku svemirske letjelice kada nešto pođe po zlu. Sa zemlje se to nikada neće dogoditi.

Prvo svjetlo, 26. travnja 2016., 4 zvjezdice Laser Guide (4LGSF). Ovaj napredni prilagodljivi optički sustav pruža ogroman napredak od zemlje, ali je jedan primjer fantastične infrastrukture koja se može izgraditi, održavati, pristupati, popravljati ili zamijeniti sa zemlje. (ESO / F. Kamphues)

4.) Prizemna infrastruktura daleko je bolja od svega što imate u svemiru. Želite zadržati svoju svemirsku letjelicu hladnom? Bolje donesite svu rashladnu tekućinu koja će vam trebati za vrijeme misije i / ili se nadam da se vaš pasivni sustav hlađenja nikada neće oštetiti. Trebate se zaštititi od Sunca? Obavezno usmjeravajte uvijek u pravom smjeru i nadajte se da vam žiroskopi nikada neće uspjeti. Imate optičku komponentu koja degradira, radi ili oštećuje kvar? U svemiru ste zaglavili s onim što imate. Ali na terenu možete imati ekstravagantne prostore za održavanje na licu mjesta. Neispravno, prljavo ili oštećeno ogledalo može se zamijeniti; infracrveni teleskopi mogu se hladiti neograničeno; popravci se mogu obavljati ljudskim rukama u stvarnom vremenu; nove dijelove i ljude možete isporučiti u tren oka. Izvanredan je podvig koji Hubble traje gotovo 30 godina, ali za njegovo ostvarenje potrebno je više misija (i malo sreće). Na terenu se teleskopi stari pola stoljeća još uvijek vraćaju vrhunskim znanostima. Nema natjecanja.

NASA-in Stratosferski opservatorij za infracrvenu astronomiju (SOFIA) s otvorenim vratima teleskopa. Ovo zajedničko partnerstvo između NASA-e i njemačke organizacije DLR omogućava nam uzimanje vrhunskog infracrvenog teleskopa na bilo koje mjesto na Zemljinoj površini, omogućavajući nam promatranje događaja gdje god da se pojave. (NASA / Carla Thomas)

5.) Na Zemlji je možete promatrati s bilo kojeg mjesta gdje želite. Jednom kada vaša opservatorija krene u svemir, gravitacija i zakoni kretanja poprave u bilo koje vrijeme točno tamo gdje će se nalaziti ta svemirska letjelica. Mnogo astronomskih znatiželja može se vidjeti odasvud, ali postoje neki spektakularni događaji koji zahtijevaju da se nađete na vrlo specifičnoj lokaciji u određenom trenutku. Okupacije su ekstremni primjer toga, gdje udaljeni, mali objekt Sunčevog sustava prolazi ispred pozadinske zvijezde, ali samo nakratko na određenom mjestu. Neptunov mjesec Triton i New Horizons, prvo mjesto nakon Plutona, MU69, obje zvijezde u pozadini, a Triton to čini redovito. Svemirski teleskopi nikada nisu imali tu sreću da ih uhvate, ali zahvaljujući mobilnim opservatorijama poput NASA-ine SOFIA, saznali smo kako se Tritonova atmosfera mijenja sa godišnjim dobima, a čak smo otkrili i mali mjesec oko MU69! Budući da sva svoja jaja ne stavljamo u košaru za svemirske teleskope, možemo učiniti jedinstvenu znanost koju svjetlost koja stiže u naš svijet omogućava.

Vrh Mauna Kea sadrži mnoge najnaprednije, najmoćnije teleskope na svijetu. To je zbog kombinacije ekvatorijalnog položaja Mauna Kea, velike nadmorske visine, viđenja kvalitete i činjenice da je općenito, ali ne uvijek, iznad linije oblaka. (Suradnja Subaru Teleskopa)

Dvije glavne prednosti odlaska u svemir kao bonus mogu se učinkovito izjednačiti s temelja s pravim tehnološkim inovacijama. Izgradnjom naših opservatorija na vrlo velikim nadmorskim visinama na mjestima gdje je još uvijek zrak - poput vrha Mauna Kea ili u čileanskim Andama - možemo odmah izvući velik udio atmosferskih turbulencija iz jednadžbe. Dodatak prilagodljive optike, gdje poznati signal (poput sjajne zvijezde ili umjetne zvijezde stvoren laserom koji odražava sloj natrijuma u atmosferi, 60 kilometara naviše) postoji, ali izgleda mutno, može nam omogućiti stvaranje pravog " zrcalni oblik "za uklanjanje zamagljivanja te slike, a time i sve ostale svjetlosti koje dolaze uz nju. Dodatna poboljšanja, poput upotrebe više vodiča istovremeno, mogu postići 99% onoga što postignete iz svemira, ali s desecima ili čak stotinama puta većom snagom za skupljanje svjetlosti.

I na kraju, atmosfera je u velikoj mjeri prozirna ne samo za vidljivu svjetlost, već i za razne valovne duljine koje su vani. Ti „atmosferski prozori“ omogućuju nam da zavirimo bilo gdje u Svemiru dokle god svjetlost može proći. Iako se gama zrake, X-zrake i mnoge infracrvene valne duljine doista mogu vidjeti samo iz svemira, postoje ogromni rasponi elektromagnetskog spektra koji su doslovno jednako dobri za gledanje sa Zemlje. Radio valovi su najčudesniji primjer toga, gdje su mnogi redoslijedi veličine frekvencija jednako netaknuti od zemlje kao i iz svemira. Postoji mnoštvo visoko učinkovitih atmosferskih prozora u ultraljubičastom, vidljivom i infracrvenom svjetlu.

Propusnost ili neprozirnost elektromagnetskog spektra kroz atmosferu. Imajte na umu sve apsorpcijske značajke gama zraka, X-zraka i infracrvenog zračenja, zbog čega se najbolje promatraju iz svemira. Međutim, pri mnogim valnim duljinama, kao što je radio, tlo je jednako dobro. (NASA)

Mnogo je dobrih razloga za astronomiju iz svemira, a čitav je niz impresivnih predmeta koje možemo vidjeti i valnih duljina koje možemo istražiti, a koji su nam inače zatvoreni od tla. Ali što se tiče svestranosti, pouzdanosti, održavanja, veličine i najmodernije tehnologije, Zemlja je i dalje najbolje mjesto. Kako postajališta s visine i opservatoriji na balonu ili zrakoplovu postaju sve češći, sve se manje moramo brinuti o najstarijoj nemezi astronoma: oblacima. Ako uspijemo održati nebo čistim i tamnim, astronomija koja se temelji na Zemlji nastavit će otkrivati ​​nove tajne o Svemiru generacijama koje dolaze.

Starts With A Bang je sada na Forbesu, a objavljen je na Mediumu zahvaljujući našim pristalicama Patreona. Ethan je autor dvije knjige, Beyond The Galaxy i Treknology: The Science of Star Trek od Tricorders do Warp Drive-a.