za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Пределы наблюдательной астрономии



 Схема 15-метрового варианта телескопа LUVOIR. Источник.

  На 332-335 страницах свежего 441-страничного отчета NASA по проекту космического телескопа LUVOIR с диаметром зеркала между 8 и 15 метров приведены интересные графики на тему скорого приближения к пределам наблюдательной астрономии:







    В пояснениях ко второму графику говорится, что новый космический телескоп NASA, который будет наблюдать в оптическом диапазоне, станет способным видеть фоновое излучение межгалактического газа (за 100 часовую экспозицию 15-метровый космический телескоп LUVOIR будет способен наблюдать объекты 34-ой звездной величины). Тем самым земная астрономия приближается к наблюдательному пределу в познание Вселенной, преодолеть который будет крайне сложно.

   При этом из первого графика следует, что теоретически новый телескоп при неограниченном времени работы может составить карту Вселенной, состоящую 10 тысяч триллионов пикселей. Это число в миллионы раз меньше оцениваемого числа звезд в наблюдаемой Вселенной: несколько сотен миллиардов крупных галактик, в каждой из которых по несколько сотен миллиардов звезд содержат в общей сложности несколько миллиардов триллионов звезд (10 в 20 степени). Впрочем, существует две возможности увеличить долю наблюдаемых объектов нашей Вселенной.

   Первый путь заключается в создании инфракрасных космических телескопов работающих на средних инфракрасных волнах (несколько десятков микрон). Это связано с тем, что фоновое излучение межгалактического газа в этом диапазоне меньше, чем в видимых лучах:





    Большим преимуществом средних ИК-лучей по сравнению с более коротковолновыми диапазонами (гамма, рентген и УФ) является тот факт, что пик теплового излучения большинства обычных объектов во Вселенной (звезд, планет, комет и астероидов) приходится либо на оптический диапазон, либо на инфракрасный диапазон. Вне этих двух диапазонов в основном наблюдаются небесные объекты с экстремальными температурами (аккреционные диски черных дыр, магнитосферы планет и звезд). Кроме того важно отметить, что при приближении к радиволнам резко вырастает фоновое излучение галактической пыли и газа:



   Когда в ближайшие десятилетия и возможности смены наблюдаемых диапазонов электромагнитного спектра будут исчерпаны, станет актуальным второй путь: использование других физических принципов, которые позволят улучшить возможности обычных однозеркальных телескопов.

   Во-первых, ожидается большее распространение интерферометрии, которая сегодня используется в большинстве случаев лишь в радиодиапазоне. К примеру, в проекте ELF предлагается использовать многозеркальный интерферометр для картографирования поверхности ближайших экзопланет:











 Слайды с конференции IAU-2018

    Для сравнения ранее участники этого проекта предлагали однозеркальный вариант 70-метрового наземного телескопа Colossus.

    Во-вторых, использование гравитационного линзирования ещё больше расширит возможности мировой астрономии. Так расчеты показывают, что приминение скромного 0.5-1 метрового телескопа в гравитационном фокусе Солнца позволяет получать изображения поверхности экзопланеты с километровым разрешением до расстояния в 100 световых лет.



   Так как видимая яркость небольшой экзопланеты на подобном расстояние составляет около 32 звездных величин, несложно посчитать, что подобный телескоп обладает чувствительностью, которая превосходит показатель видимой яркости экзопланеты примерно в миллиард раз. Это означает чувствительность гравитационного телескопа равную около 50-60 звездных величин. И это при использовании небольшого космического телескопа! Подобные инструменты смогу изучать не только поверхность экзопланет, но и каталогизировать небольшие астероиды в системах близких звезд. Когда же и возможности гравитационных телескопов будут исчерпаны, тогда и появится насущная потребность межзвездных полетов.

    Вышеназванные технологии будут использоваться мировой астрономией в ближайшие несколько десятков и сотен лет. А пока земная астрономия переходит в процессе картографирования неба от использования метровых телескопов (вроде широко известного Паломарского Шмидта) к 4-х и 8-ми метровым инструментам:







   К настоящему времени 4-метровые телескопы обсерватории NOAO отсняли уже большую часть неба:








   В тоже время завершается сооружение основных зданий 8-метрового обзорного телескопа LSST (снимок стройки телескопа от 31 августа):



    Конечно, постоянные переносы и удорожание проекта JWST отодвигает реализацию проекта LUVOIR. Тем не менее, необходимость создания этого телескопа очевидна в связи с приближением земных телескопов к пределу, связанному с земной атмосферой:



    Новый телескоп NASA станет незаменим, как для изучения койпероидов, так и ближайших экзопланет, обычных звезд и в ближайших галактиках и в самых далеких галактиках Вселенной:



   По планам камера нового телескопа всего за 1.5 часа наблюдений сможет регистрировать объекты 32-ой звездной величины:



Это позволит изучить экзопланеты у двух сотен звезд до расстояния в 25 парсек:





   Предполагаемый вид Солнечной Системы “глазами” LUVOIR с расстояния в 10 парсек:



   На смоделированном снимке выше уже хорошо виден предел наблюдательной астрономии – свечение отдельных облаков межгалактического газа, фоновых галактик и звезд.

   Используя длительные экспозиции (длительностью до 100 часов) телескоп сможет обнаруживать объекты 35 звездной величины:



   Это позволит телескопу наблюдать отдельные звезды солнечного типа до расстояния в 5.5 миллионов парсек. Наиболее яркие звезды главной последовательности (спектральный класс О) будут регистрироваться до 500 миллионов парсек, что соответствует красном смещению в z=0.1. Радиус обнаружения звезд главной последовательности в области ближайших галактик шириной около 24 миллионов парсек:



   Телескоп сможет изучать химический состав почти у любой звезды в окрестностях Млечного Пути:



   И конечно новый телескоп позволит существенно продвинуться в понимании эволюции первых галактик Вселенной:




Tags: астрономия
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 45 comments
Аж дух захватывает от приближающихся перспектив!
Поразительно. Застать бы еще всю эту красотулину.
А можете осветить подробнее, как возможно на практике использование гравитационного линзирования?

za_neptunie

September 2 2018, 11:53:20 UTC 4 months ago Edited:  September 2 2018, 11:56:57 UTC

По ссылкам ниже можно почитать подробности:

https://www.popmech.ru/science/240651-teleskop-razmerom-s-solnechnuyu-sistemu-gravitatsionnaya-linza/
https://indicator.ru/article/2016/11/15/linza-po-imeni-solnce/

В последней ссылке даже говорят об увеличение в 100 миллиардов раз. Т.е. помещенный в гравитационный фокус Солнца телескоп вроде LUVOIR теоретически сможет наблюдать объекты с видимым блеском около 63 звездных величин. Весь вопрос лишь фон неба позволит это сделать или нет.

В целом насколько я понимаю, чему равно точное значение минимальной яркости фона неба для космических телескопов, это пока большой вопрос. На самых "глубоких" снимках HST примерно до 31 звездной величины чернота ещё преобладает. А с большей чувствительностью ещё никто не заглядывал.

egh0st

4 months ago

ariksu

4 months ago

tnenergy

4 months ago

black_semargl

4 months ago

kouzdra

4 months ago

frank_fqc

4 months ago

т.е., при должном везении, этим орбитальным телескопом можно будет засечь наличие другого орбитального телескопа у соседней звезды ;)

za_neptunie

September 2 2018, 12:15:55 UTC 4 months ago Edited:  September 2 2018, 12:21:09 UTC

Теоретически получается да. Если LUVOIR даже из внутренней части Солнечной Системы в теории может увидеть планеты размером с Землю до 25 парсек, то помещение в гравитационный фокус Солнца даёт ещё дополнительное увеличение в 100 миллиардов раз. Квадратный корень от 100 миллиардов раз равен примерно 300 тысячам. Если поделить диаметр Земли на 300 тысяч, то получается что LUVOIR из гравитационного фокуса Солнца увидит объект с диаметром всего около 40 метров (у самых ближайших звезд естественно ещё меньше, плюс альбедо обычно у металлических объектов выше чем у природных).

kincajou

4 months ago

za_neptunie

4 months ago

kincajou

4 months ago

za_neptunie

4 months ago

egh0st

4 months ago

mitrichu

4 months ago

za_neptunie

4 months ago

Anonymous

4 months ago

Anonymous

4 months ago

Anonymous

4 months ago

какого ж диаметра ELF? И это все на одной "монтировке"?
На сайте проекта написано, что диаметр кольца составляет 40 метров, а в его состав входит 16 5-метровых зеркал.

https://www.planets.life/telescopes/

Кстати на IAU-2018 прозвучало, что Европа начала обсуждать, что строить после достройки E-ELT. Рассматривается возможность возвращения к 100-метровому проекту OWL.
> удорожание проекта

Ну ... Это скорее притворная жалоба. Не слыхал еще чтобы кто-то хотел удешевления "проекта".
Те кто выделяет финансирование хотят удешевления проекта просто всегда, в 100 % случаев.

vlkamov

4 months ago

...несколько сотен миллиардов крупных галактик, в каждой из которых по несколько сотен миллиардов звезд содержат в общей сложности несколько миллиардов триллионов звезд (10 в 20 степени)...
это порядок 1022-1024: m·1011 · n·1011 = (m·n)·1022, m·n ∈ [1...100)
Межзвёздные полёты актуальны уже вчера. Мы ведь разные части Вселенной видим неодновременно, соответственно получаем весьма искажённую картину. А неплохо бы представлять мгновенный срез.

msk_ksk

September 9 2018, 09:19:27 UTC 4 months ago Edited:  September 9 2018, 09:57:05 UTC

а как сделать мгновенный срез?
фотокамера на межзвездном зонде у Альфы Центавры будет передавать картинку посредством радиоволн за то же время, через которое ее получит телескоп на орбите Земли прямым наблюдением

alex_dragon

4 months ago

msk_ksk

4 months ago

alex_dragon

4 months ago

Anonymous

4 months ago

alex_dragon

4 months ago

Anonymous

4 months ago

Anonymous

4 months ago

Anonymous

4 months ago

а вот скажем для тупых как я можно аналогии?
например гравлинзирование поможет видеть планету на расстоянии.....как сейчас мы видим юпитер.
или,это позволит "переместить " звездную систему с поанетами на расстоянии солнечного года в окрестности плутона.

Скорее первый вариант, аналогия увеличение обычной оптической линзы. Но есть конечно сложности - необходима ювелирная геометрия. Поэтому фактически телескоп должен собирать изображение планеты по пикселям.

Подробнее тут написано.
https://antihydrogen.livejournal.com/45477.html
А давайте сначала Джеймса Уэбба запустим.
Похоже уже на 2020 переполз, рекордный долгострой.

siron_nsk

4 months ago

а что в сравнении с уэббом?
Он на всех сравнениях присутствует, как JWST.
Кстати система картографирования ближайших экзопланет, заставляет задуматься про обоснованность соотношения неопределённостей Гейзенберга, ведь обычное её обоснование исходит из отсутствия анализа рассеянного излучения, т.е. если проанализировать картину рассеяния микрочастицей длинноволнового излучения,мало влияющего на импульс, то из анализа можно получить более точные знания про её координату, чем вытекает из соотношения Гейзенберга, если это не так, тогда это соотношение имеет куда более фундаментальную природу, чем так,которая описывается в учебниках квантовой механики.