Лунный взгляд: как телескоп на спутнике Земли может открыть нам новые горизонты космоса

В конце 2021 года в космос был запущен самый мощный телескоп в истории человечества — Джеймс Уэбб (James Webb Space Telescope). Этот телескоп, который стоил около 10 миллиардов долларов и разрабатывался более 20 лет, способен наблюдать за самыми далекими и холодными объектами во Вселенной, используя инфракрасное излучение. Однако у этого грандиозного проекта есть свои ограничения. Он не может видеть часть электромагнитного спектра, которая имеет длину волны больше 28 микрометров. Эта область спектра пока остается практически неизученной человеком, так как она отражается земной ионосферой и заглушается атмосферой.

Но есть место, где такое наблюдение возможно — Луна. На ее поверхности нет атмосферы, а на обратной стороне нет радиопомех от Земли, спутников и Солнца. Кроме того, на полюсах Луны есть кратеры, которые находятся в постоянной тени и имеют очень низкую температуру. Это идеальные условия для размещения инфракрасного телескопа большого размера, который сможет проникнуть глубже во Вселенную, чем Джеймс Уэбб.

Такой проект был предложен астрономом Жан-Пьером Майяром (Jean-Piere Maillard) на конференции «Астрономия с Луны», которая проходила в Лондоне под эгидой Королевского общества. Он представил идею построить роботизированный телескоп диаметром 13 метров в одном из кратеров на лунном полюсе. Такой телескоп имел бы четыре раза большую площадь сбора света, чем Джеймс Уэбб, и мог бы наблюдать за объектами, излучающими свет с длиной волны до 100 микрометров.

Что же можно увидеть с помощью такого телескопа? Прежде всего, можно изучить самые ранние эпохи Вселенной, когда образовались первые звезды и галактики. Инфракрасное излучение от этих объектов растягивается из-за расширения Вселенной и становится доступным для наблюдения только на очень длинных волнах. Кроме того, можно обнаружить самые холодные объекты в космосе, такие как пылевые облака, межзвездная среда и коричневые карлики. Эти объекты излучают очень слабый свет, который может быть усилен только при очень низкой температуре телескопа. Наконец, можно попытаться найти жизнь на экзопланетах, анализируя спектр их атмосфер. Инфракрасное излучение может выявить наличие таких молекул, как вода, метан и углекислый газ, которые являются признаками жизни.

Разумеется, такой проект столкнется с множеством технических и финансовых проблем. Нужно будет доставить на Луну огромное количество оборудования, обеспечить его энергией и связью с Землей, а также защитить от микрометеоритов и лунной пыли. Стоимость такого проекта может быть сравнима или даже превышать стоимость Джеймс Уэбба. Однако, если человечество решит реализовать эту идею, то оно откроет для себя новые горизонты познания Вселенной и своего места в ней.

Что такое инфракрасное излучение и почему оно важно для астрономии?

Инфракрасное излучение — это электромагнитное излучение, которое имеет длину волны больше, чем видимый свет, но меньше, чем радиоволны. Длина волны инфракрасного излучения может варьироваться от 0,7 микрометра до 1 миллиметра. Инфракрасное излучение важно для астрономии, потому что оно позволяет видеть объекты, которые не излучают или слабо излучают видимый свет, такие как холодные звезды, планеты, пыль и газ.

Видимый свет — это лишь небольшая часть электромагнитного спектра, который охватывает все виды излучения, от гамма-лучей до радиоволн. Каждый объект во Вселенной излучает электромагнитное излучение с определенной длиной волны, которая зависит от его температуры. Чем горячее объект, тем короче длина волны его излучения. Например, Солнце имеет температуру около 6000 градусов Кельвина и излучает большую часть своего света в видимом диапазоне. Однако многие объекты в космосе имеют намного более низкую температуру и излучают свет с более длинной волной, которая не видна глазу. Это инфракрасное излучение.

Инфракрасное излучение может быть разделено на несколько подкатегорий в зависимости от длины волны: ближнее инфракрасное (от 0,7 до 2,5 микрометра), среднее инфракрасное (от 2,5 до 25 микрометра), дальнее инфракрасное (от 25 до 350 микрометра) и субмиллиметровое (от 350 микрометров до 1 миллиметра). Каждая из этих категорий имеет свои особенности и применения в астрономии.

Ближнее инфракрасное излучение позволяет наблюдать за объектами, которые слегка холоднее Солнца, такими как красные карлики или экзопланеты. Также это излучение проникает через пыль и газ, которые могут скрывать другие объекты от видимого света. Например, с помощью ближнего инфракрасного телескопа можно увидеть звезды и планеты в центре нашей галактики.

Среднее инфракрасное излучение соответствует температуре около 100-300 градусов Кельвина и позволяет наблюдать за объектами, которые образуются или разрушаются в космосе. Например, с помощью среднего инфракрасного телескопа можно увидеть формирование звезд и планет в молодых звездных системах, а также расширение и охлаждение остатков сверхновых звезд.

Дальнее инфракрасное и субмиллиметровое излучение соответствует температуре менее 100 градусов Кельвина и позволяет наблюдать за самыми холодными и далекими объектами во Вселенной. Например, с помощью дальнего инфракрасного и субмиллиметрового телескопа можно увидеть реликтовое излучение — остаток первого света, который был излучен вскоре после Большого взрыва, а также древние галактики, которые образовались в первые миллиарды лет после Большого взрыва.

Таким образом, инфракрасное излучение открывает новые возможности для изучения Вселенной и ее эволюции. Однако для наблюдения за этим излучением нужны специальные телескопы, которые должны быть охлаждены до очень низких температур и защищены от помех от Земли и других источников тепла. Поэтому такие телескопы обычно размещаются в космосе или на высоких горах.

Почему Джеймс Уэбб не может наблюдать за объектами с длиной волны больше 28 микрометров?

Джеймс Уэбб не может наблюдать за объектами с длиной волны больше 28 микрометров, потому что он работает на орбите Лагранжа L2, которая находится на расстоянии около 1,5 миллиона километров от Земли. На этой орбите телескоп подвержен влиянию теплового излучения от Земли, Солнца и Луны, которое мешает наблюдению за очень холодными объектами.

Какие преимущества имеет Луна для размещения инфракрасного телескопа?

Луна имеет несколько преимуществ для размещения инфракрасного телескопа. Во-первых, на ее поверхности нет атмосферы, которая поглощает и рассеивает инфракрасное излучение. Во-вторых, на обратной стороне Луны нет радиопомех от Земли, спутников и Солнца, которые могут мешать получению чистого сигнала. В-третьих, на полюсах Луны есть кратеры, которые находятся в постоянной тени и имеют очень низкую температуру (около -230 градусов Цельсия). Это позволяет охладить телескоп до нужного уровня и увеличить его чувствительность.