Инфракрасные телескопы. Телескоп Spitzer.

«В отличие от телескопов, работающих в оптическом диапазоне, строить специализированные инфракрасные обсерватории на поверхности Земли не имеет смысла - это излучение практически полностью поглощается атмосферой (лишь высоко в горах или с высотных самолетов можно «поймать» участок инфракрасного спектра, вплотную примыкающий к видимому). Тем не менее, именно в этом диапазоне в основном излучают планетоподобные тела, на которых ученые ожидают найти жизнь, похожую на земную. Поэтому внеатмосферная астрономия в таких исследованиях оказалась просто незаменимой. Уже первые проекты космических телескопов были ориентированы именно на инфракрасный диапазон, однако полноценно реализовать их долго не удавалось, и одним из серьезнейших препятствий оказалось собственное излучение аппаратов.

Рабочий диапазон обсерватории — от 3 до 180 мкм, он охватывает практически весь инфракрасный спектр, исключая наиболее длинноволновую его часть.

Уже вскоре после начала выполнения научной программы Spitzer нарушил «монополию» телескопа Hubble на информативные и живописные снимки космоса. Вдобавок теперь это были снимки того, что никогда не смог бы увидеть человеческий глаз, не имея в своем распоряжении сложных чувствительных приемников излучения.

Основные объекты наблюдений: Звезды (в т.ч. на поздних стадиях эволюции). Протопланетные и околопланетные газово-пылевые диски. Экзопланеты. Карлики и звезды малой массы. Гигантские молекулярные облака Галактики (в т.ч. возникшие на ранних этапах эволюции Вселенной). Ядра активных галактик. Сверхмассивные черные дыры

Spitzer использовался также для уточнения знаменитой постоянной Хаббла. С его помощью производились сверхточные измерения блеска цефеид - нестабильных звезд, строго периодически меняющих свою яркость, причем период этих изменений достаточно хорошо коррелирует с их абсолютной светимостью. В инфракрасном диапазоне колебания блеска этих объектов еще более информативны. Для измерений было отобрано в общей сложности около 90 цефеид в Млечном Пути и соседнем Большом Магеллановом Облаке. Благодаря результатам этого исследования неопределенность значения константы Хаббла удалось снизить до 3%.

Более детальный анализ наблюдений телескопа Spitzer, проведенный астрономами-теоретиками, позволил немного «радикализировать» существующие космогонические теории - в частности, заявить о важности астероидных поясов в эволюции планетных систем. Такой вопрос встал на повестке дня после того, как были сняты все сомнения в наличии подобных структур в окрестностях иных звезд. Теперь существование пояса астероидов в Солнечной системе рассматривается не только с точки зрения его генезиса, но и с позиции его роли в возникновении жизни на Земле. В этом же аспекте изучается роль малых тел в других известных планетных системах.

Ученые склонны считать, что местоположение околосолнечного астероидного пояса не случайно: он проходит очень близко к так называемой «снежной линии» (snow line), за которой водяной лед может подолгу находиться на поверхности маломассивных тел, не испаряясь и не разрушаясь под воздействием излучения Солнца. Именно на основании анализа данных телескопа Spitzer в 2012 г. была высказана гипотеза о том, что наличием воды на поверхности Земли мы обязаны вовсе не кометам, как это считалось ранее, а крупным объектам из пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера»

Заключение

Основные сведения о каком-либо космическом теле могут быть получены двумя путями: экспериментальным и теоретическим. Последний подход не является полностью независимым, так как любая теоретическая модель опирается на экспериментальные факты, а вот для ее исследования используют более подробный математический аппарат. Экспериментальное изучение космических объектов и всего мирового пространства базируется также на двух основах: непосредственное исследование свойств объектов при помощи лабораторного оборудования и наблюдение объекта, то есть исследование его электромагнитного излучения.

Контактное изучение при помощи соответствующей аппаратуры проводились на поверхностях Луны, Венеры, Марса. Многочисленные искусственные научные спутники и автоматические межпланетные станции непосредственно изучали при помощи приборов физические свойства околоземного и межпланетного пространства.

Теоретический метод основан на сопоставлении, применении основных разделов физики(механики, оптики, электродинамики и т.д.) к разделам астрономии (астрометрии, теоретической астрономии, небесной механике, астрофизики и пр.).Астрономы-теоретики используют широкий спектр инструментов, которые включают аналитические модели и численное моделирование. История теоретического открытия трех планет Солнечной системы, подтверждает эффективность теоретического метода.

Изучение планет и малых тел Солнечной системы с использованием космических аппаратов, направляемых к ним. Исследования проводятся, как с аппаратов, пролетающих мимо этих объектов или выходящих на орбиту вокруг них, так и непосредственно на их поверхностях спускаемыми устройствами: неподвижными зондами, передвигающимися механизмами типа луноходов и летающими аэростатами.

Весь комплекс научных работ в космосе делится на две группы: изучение околоземного пространства (ближний космос) и изучение дальнего космоса. Все исследования производятся с помощью специальных космических аппаратов. Они предназначены для полетов в космос или для работы на других планетах, их спутниках, астероидах и т. д. В основном они способны длительно и самостоятельно функционировать. Различают два вида аппаратов — автоматические (спутники, станции для полетов к другим планетам и т. д.) и пилотируемые обитаемые (космические корабли, орбитальные станции или комплексы).

Основные космические аппараты которые используют для изучения космичексих тел: искусственный спутник Земли, орбитальные станции, автоматическая межпланетарная станция, космические корабли, планетоход.

Пока еще основной метод исследования объектов космического пространства – изучение их электромагнитного излучения. Это обусловлено тем, что контактное исследование неприменимо для раскаленных объектов (звезд). К тому же объекты, более удаленные от Земли, чем тела Солнечной системы, очевидно, останутся и в настоящем и в будущем недоступными для контактного исследования. Космическое электромагнитное излучение регистрируется в очень большом интервале частот: от 10⁷ Гц (λ = 30 м - длинноволновое радиоизлучение) до 10²⁷ Гц (λ = 3*10^-19 м = 3*10^-10 нм - сверхжесткое γ излучение). Полный анализ распределения мощности излучения по спектру несет чрезвычайно много информации о физических свойствах каждого космического тела. Зная расстояние, которое определяется из астрометрического или астрофизического анализа можно найти такие параметры объекта, как его температура, размеры, химический состав и, даже, не прибегая к построению моделей внутреннего строения, оценить возраст объекта, его прошлое и будущее. Приборы для собирания и исследования космического электромагнитного излучения называются телескопами. Основные виды наземных телескопов: оптические, радио- и инфракрасные телескопы.

Земная атмосфера хорошо пропускает излучения в оптическом (0, 3—0, 6 мкм), ближнем инфракрасном (0, 6—2 мкм) и радио (1 мм — 30 м) диапазонах. Однако с уменьшением длины волны прозрачность атмосферы сильно снижается, вследствие чего наблюдения в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма диапазонах становятся возможными только из космоса.

Космические телескопы: ультрафиолетовые обсерватории(на примере GALEX), рентгеновские телескопы(на примере Chandra), гамма-обсерватории. И некоторые наиболее значимые космические телескопы оптический телескоп Hubble, инфракрасный телескоп Spitzer.