mycket rymdteleskop De har blivit ett av de bästa verktygen vi har för att spionera på universum från utsidan av jordens atmosfär. Genom att placera dem i omloppsbana eller på strategiska punkter som Lagrange-punkter undviker vi problem som... luftturbulens, ljusföroreningar eller absorptionen av vissa våglängder, och det gör att vi kan se kosmos med en klarhet som, från marken, helt enkelt är omöjlig.
Under de senaste decennierna har en mångsidig flotta av rymdobservatorier utplacerats som täcker hela det elektromagnetiska spektrumetFrån de mest energiska gammastrålarna till radiovågor, inklusive röntgenstrålning, ultraviolett strålning, synligt ljus, infrarött ljus och mikrovågor. Uppdrag har också skickats upp för att upptäcka partiklar som kosmisk strålning, och till och med prototyper av gravitationsvågsteleskop har utvecklats. Vi kommer att utforska, lugnt och i detalj, de viktigaste typerna av rymdteleskop, deras mest representativa uppdrag och de stora projekt som är på gång.
Vad är ett rymdteleskop och varför är det så viktigt?
Ett rymdteleskop är i grunden ett astronomiska observatoriet Monterade på en rymdfarkost eller satellit som verkar ovanför atmosfären. Till skillnad från markbaserade teleskop kan dessa plattformar observera områden i spektrumet (såsom röntgenstrålar, gammastrålar eller extrem ultraviolett strålning) som atmosfären nästan helt blockerar, och de undviker också de distorsioner som suddigar optiska bilder sett från markbaserade observatorier.
Beroende på vilken typ av strålning de studerar klassificeras rymdteleskop i gammastrålar, röntgenstrålar, ultraviolett strålning, optisk strålning, infraröd strålning, mikrovågor och radiovågorDessutom finns det uppdrag dedikerade till högenergipartiklar (kosmisk strålning) och begynnande projekt för att upptäcka gravitationsvågor från rymden. Var och en av dessa band avslöjar ett annat universum: från svarta hål och gammablixtar till det svaga skenet från den kosmiska mikrovågsbakgrunden eller fördelningen av mörk materia.
Gammastrålningsteleskop: det mest extrema universum
Gammastråleteleskop mäter fotoner av extremt hög energi härrör från våldsamma astrofysiska fenomen. Denna strålning absorberas av jordens atmosfär, så vi kan bara studera den från stratosfäriska ballonger eller, ännu hellre, från satelliter eller sonder i omloppsbana i rymden.
Typiska källor till gammastrålar är supernovor, neutronstjärnor, pulsarer och svarta hål i binära system eller aktiva galaxkärnor. Dessutom finns de gåtfulla gammablixtarna, extremt korta men oerhört energiska utbrott vars natur har studerats i årtionden.
Många gammastrålningsobservatorier har sköts upp med tiden. Bland pionjärerna fanns de sovjetiska sonderna. Proton-1, Proton-2 och Proton-4alla i låg omloppsbana runt jorden på 60-talet. De följdes av uppdrag som Luftsluss 2 NASA:s lilla astronomisatellit 2 Cos-B från ESA, eller HEAO 3 Amerikan, som kombinerade instrument för höga energier.
Under 1980- och 1990-talen genomfördes viktiga projekt som t.ex. granat (Fransk-sovjetiskt samarbete), satelliten Gamma och framför allt Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) Från NASA, en del av serien Great Observatories. CGRO observerade himlen mellan 1991 och 2000 i låg omloppsbana runt jorden, kartlade hundratals gammastrålningskällor och hjälpte till att klassificera gammablixtar i olika typer.
Senare kom specialiserade uppdrag som t.ex. LEGRI (Lågenergi-gammastrålningskamera) Spanska, den HETE 2 fokuserade på övergående utbrott, det europeiska observatoriet VÄSENTLIG eller satelliten Snabbkapabel att snabbt upptäcka gammablixtar och rikta sina instrument för att följa fenomenets utveckling. Under senare år har följande utmärkt sig: VIG, The Fermi Gamma Ray Space Telescope och experimentet GAP, monterad på ett JAXA-uppdrag i heliocentrisk bana, som studerar polariseringen av gammablixtar.
Röntgenteleskop: kosmos röntgen
Röntgenteleskop fokuserar på fotoner av hög energi men mindre extrem än gammastrålarAtmosfären blockerar också denna strålning, så dessa observationer är endast möjliga från ballonger på hög höjd eller i omloppsbana. Röntgenstrålar sänds ut från galaxkluster och aktiva galaxkärnor till supernovarester, röntgendubbelstjärnor med vita dvärgar, neutronstjärnor och svarta hål, samt vissa källor i vårt eget solsystem, såsom månen, även om i detta fall mycket av ljusstyrkan kommer från reflekterade solröntgenstrålar.
Bland de första X-observatorierna utmärker sig följande: Uhuru (1970), den första satelliten som uteslutande var dedikerad till detta band. Den följdes av uppdrag som ANS (Astronomisk Nederländsk satellit), Ariel Vden indiska Aryabhata, The SAS-C från NASA eller högenergiobservatorier HEAO-1 och HEAO-2 (den senare känd som Einstein-observatoriet), vilket drastiskt förbättrade katalogerna över röntgenkällor.
Japan spelade en nyckelroll med satelliter som Hakucho (CORSA-b), Tenma, ginga, ASCA eller senare, Suzaku y HitomiDet europeiska var också viktigt. EXOSAT och ryska Astron, som kombinerade ultravioletta och röntgenobservationer i en mycket elliptisk bana.
På 90- och 2000-talen anlände uppdrag som nu är verkliga riktmärken. ROSAT Han genomförde en djupgående undersökning av mjuka röntgenkällor; BeppoSAX Den spelade en grundläggande roll i att lokalisera gammablixtar tack vare dess röntgenspårningsförmåga; och Rossi röntgentiming Explorer (RXTE) Det möjliggjorde studier, i exempellös detalj, av variationen i system med svarta hål och neutronstjärnor.
De är fortfarande aktiva Chandra röntgenobservatorium (NASA) och XMM-Newton (ESA), båda i mycket elliptiska banor som möjliggör långa kontinuerliga observationer. Nyare är NuSTAR, specialiserat på hård röntgenstrålning, det indiska observatoriet Astrosatdet kinesiska teleskopet HXMT, den rysk-tyska Spectr-RG och uppdrag inriktade på polarimetri såsom IXPEOch XRISM o XPoSat och Einstein-sonden, vilket utökar möjligheter inom spektroskopi och röntgenvariabilitet.
Ultravioletta teleskop: en titt bortom violett
Ultravioletta teleskop specialiserar sig på våglängder mellan ungefär 10 och 320 nanometerDenna strålning absorberas till stor del av atmosfären, så vi kan bara studera den från den övre atmosfären, månens yta eller rymden. Solen, många heta stjärnor och många galaxer avger stora mängder UV-ljus, vilket är nyckeln till att analysera stjärnbildningsprocesser och kemisk sammansättning.
Bland de första UV-uppdragen finns OAO-2 (Stjärnskådare) y OAO-3 Kopernikus NASAs teleskop Orion 1 och Orion 2 monterade på sovjetiska rymdstationer. Ett unikt fall var Fjärrultraviolett kamera/spektrograf installerad av Apollo 16-astronauterna på månens yta, vilket möjliggjorde UV-observationer från en miljö utan atmosfär.
Satelliten ANS Den hade också UV-instrument, men det stora språnget gjordes av Internationell ultraviolett utforskare (IUE)ESA, NASA och Storbritanniens gemensamma uppdrag opererade i nästan två decennier i en mycket elliptisk omloppsbana och blev en riktig arbetshäst för spektroskopisk studie av ultraviolett ljus. Sovjetunionen bidrog med teleskopet. Astron, även känslig för detta band.
El Hubble-rymdteleskopetÄven om den är känd för sina bilder i synligt ljus, har den mycket kraftfulla instrument i det nära ultraviolett ljuset, vilket har gjort det möjligt för den att undersöka stjärnatmosfärer, stjärnbildningsområden och unga stjärnhopar. Den följdes av uppdrag som... EUVE (Extreme Ultraviolet Explorer), observatoriet Astro 1 och Astro 2Or SÄKRING (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer), fokuserad på det fjärran ultravioletta.
Redan på 2000-talet har projekt som t.ex. POMMES FRITES, uppdraget GALEX För att studera galaxernas utveckling i UV, den koreanska satelliten Kaistsat 4och senare uppdrag som t.ex. IRIS, orienterad mot solövergångsregionen, det japanska observatoriet Hisakisuborbitala experiment som Venus spektralraketexperiment, eller teleskop monterade på månen som Månbaserat ultravioletteleskop (LUT). Astrosat Den kombinerar också UV-instrument och soluppdrag som Aditya-L1 Dessa inkluderar observationer i detta område från Lagrangepunkten L1.
Rymdoptiska teleskop: synligt ljus av oöverträffad kvalitet
Optisk astronomi är den mest klassiska: den fokuserar på våglängder mellan ungefär 400 och 700 nanometerAtt placera ett optiskt teleskop i rymden eliminerar atmosfärisk turbulens och det mesta av absorptionen, vilket resulterar i bilder med extremt hög upplösning. Dessa instrument används för att observera planeter, stjärnor, nebulosor, galaxerprotoplanetära skivor och praktiskt taget alla objekt som lyser i synligt ljus.
En av de första stora milstolparna var Hipparcos (ESA), som är inriktat på precisionsastrometri: mätning av stjärnors positioner och parallaxer för att bestämma deras avstånd. I slutet av 80-talet och början av 1990-talet revolutionerade det stjärnkataloger. Kort därefter, 90, Hubble-rymdteleskopet, ett gemensamt projekt mellan NASA och ESA som fortfarande är i drift idag i en låg omloppsbana runt jorden.
Hubble observerar främst i synligt och nära ultraviolett ljus, även om den efter ett serviceuppdrag också fick ytterligare funktioner. nära infrarödTack vare sin stabilitet och skärpa har den gett några av de mest ikoniska bilderna av universum, möjliggjort mycket exakta mätningar av Hubbles konstant och avslöjat detaljer om avlägsna galaxer, klotformiga stjärnhopar, planetbildande skivor och mycket mer.
Andra optiska observatorier i omloppsbana har inkluderat det lilla kanadensiska teleskopet MEST, den fransk-europeiska COROTtillägnad exoplaneter och stjärnoscillationer, eller konstellationen av nanosatelliter BRITEUppdrag som SnabbÄven om de skapades för att studera gammablixtar, inkluderar de också optiska instrument för att spåra utvecklingen av dessa fenomen.
Inom exoplaneter, satelliten Kepler Den markerade en vändpunkt genom att upptäcka tusentals planeter med hjälp av transittekniken från en heliocentrisk bana. Den följdes av observatoriet TESS från NASA och den europeiska missionen CHEOPS, som syftar till att karakterisera redan kända exoplaneter från en synkron omloppsbana med solen. Astrosat Det innehåller även optiska instrument och projekt som GaiaDe är belägna vid Lagrangepunkten L2 och har ytterligare förfinat astrometrin, vilket genererar den mest exakta tredimensionella kartan över vår galax.
Infraröda teleskop: avslöjar det kalla, mörka universum
Infrarött ljus har lägre energi än synligt ljus Den är idealisk för att studera kalla eller mycket avlägsna objekt vars ljusstyrka har rödförskjutits av universums expansion. I infrarött observerar vi kalla stjärnor (inklusive bruna dvärgar), stjärnbildande stoftmoln, protoplanetära skivor och mycket avlägsna galaxer.
Bland de första stora projekten finns IRASsom producerade den första kompletta infraröda kartan över himlen och upptäckte stoftskivor runt stjärnor som Fomalhaut, Beta Pictoris och Vega. Sedan kom det japanska teleskopet Infrarött teleskop i rymdenoch Europeiska observatoriet ISO (Infrarött rymdobservatorium), som utforskade himlen i ett brett infrarött område från en mycket elliptisk bana.
Det militärvetenskapliga uppdraget MSX Den tillhandahöll även infraröd data, medan satelliten SWAS Den fokuserade på submillimetervåglängder, nyckeln till att studera molekyler i interstellära moln. WIRETyvärr misslyckades den med att uppnå sitt mål efter ett tidigt misslyckande.
El Spitzer rymdteleskopRymdteleskopet, en del av NASA:s Great Observatories, studerade det mellan- och fjärrinfraröda området från en solinriktad omloppsbana och gav spektakulära resultat om stjärnbildning, infraröda galaxer och exoplaneter. Det japanska uppdraget akari utökade dessa studier, medan observatoriet Herschel ESA/NASA-teleskopet, som är placerat vid Lagrangepunkten L2, var det största infraröda teleskopet som sköts upp tills det fick slut på helium 2013.
Satelliten KLOK Den kartlade himlen över hela det mellersta infraröda området och detekterade allt från närliggande asteroider till mycket avlägsna galaxer. Och den nuvarande stjärnan är James Webb rymdteleskop (JWST)Även på L2 är den utformad för att observera främst i infrarött. Dess enorma 6,5 ​​meter stora segmenterade spegel och kryogena instrument gör det möjligt att studera de första galaxerna, stjärn- och planetbildning och exoplanetatmosfärer med oöverträffad detaljrikedom. Uppdraget kommer också att arbeta i nära infrarött och synligt ljus. Euclid från ESA, fokuserad på mörk materia och mörk energi från L2.
Mikrovågsteleskop: ekot av Big Bang
Mikrovågsteleskop har främst använts för att med stor precision mäta kosmisk mikrovågsbakgrundBig Bangs fossila glöd. Från dessa observationer bestäms viktiga kosmologiska parametrar, såsom universums ålder, dess innehåll av mörk materia och mörk energi, och dess storskaliga geometri.
Satelliten var en pionjär inom detta band. COBE NASA:s Cosmic Background Explorer, som först mätte de små temperaturanisotropierna hos den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Senare, det svenska observatoriet Odin Den kombinerade mikrovågs- ​​och submillimeterstudier i låg omloppsbana runt jorden.
Nästa stora språng var uppdraget WMAP NASA:s Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, placerad vid L2 Lagrange-punkten, förfinade COBE:s mätningar dramatiskt och etablerade den så kallade "kosmologiska standardmodellen". ESA sköt därefter upp satelliten. PlanckÄven vid L2 erhöll den den hittills mest exakta kartan över den kosmiska bakgrunden, innan den flyttades tillbaka till en säker heliocentrisk bana efter att uppdraget avslutats.
Rymdradioteleskop: interferometri på planetarisk skala
Även om atmosfären är relativt transparent för radiovågor, tillåter placering av antenner i rymden oss att... mycket lång baslinjeinterferometri genom att kombinera ett radioteleskop i omloppsbana med antenner på jordens yta. Genom att korrelera signalerna uppnås en vinkelupplösning motsvarande ett teleskop av avståndet mellan dem, vilket är idealiskt för att studera extremt kompakta strukturer.
Ett viktigt uppdrag inom detta område var HALCA (VSOP), uppskjuten av den japanska myndigheten ISAS. Den kretsade runt jorden i en mycket elliptisk omloppsbana, vilket gav en baslinje på upp till tiotusentals kilometer. Den observerade supernovarester, masrar, gravitationslinser och aktiva galaxkärnor med extraordinär upplösning.
På senare tid har det ryska projektet Spektr-R (RadioAstron) Den utökade ytterligare dessa möjligheter med en extremt förlängd omloppsbana (från 10 000 till nästan 390 000 km) och bildade, tillsammans med markbaserade radioteleskop, ett av de största interferometrisystemen som någonsin byggts.
Partikel- och kosmisk stråldetektor i rymden
Förutom fotoner inkluderar många rymduppdrag instrument som kan detektera kosmisk strålning och energiska partiklar med ursprung i solen, vår galax eller extragalaktiska källor. En del av dessa kosmiska strålar når extremt höga energier, förknippade med processer som relativistiska jetstrålar från aktiva galaxkärnor.
Bland de första uppdragen med partikeldetektorer var de sovjetiska Proton-1 och Proton-2, som mätte protoner och elektroner i låg omloppsbana runt jorden. Satelliten HEAO 3 Den innehöll också instrument för att studera kosmiska kärnor.
Den lanserades på 90-talet SAMPEX (NASA/DE), fokuserat på energiska partiklar i jordens magnetosfär. Experimentet AMS-01 Han flög kort med rymdfärja för att testa alfamagnetisk spektrometer, föregångare till AMS-02, permanent installerad på den internationella rymdstationen för att söka efter antimateria och ledtrådar till mörk materia.
Uppdraget PAMELAEtt samarbete mellan europeiska och ryska myndigheter studerade flödet av högenergipartiklar i låg omloppsbana runt jorden. Samtidigt STENBOCK NASA undersöker neutrala energiska atomer för att kartlägga växelverkan mellan solvinden och det interstellära mediet, och satelliter som DAMP (Kina) undersöker högenergielektroner, positroner och gammastrålar i jakt på indirekta signaler från mörk materia.
Gravitationsvågsrymdteleskop
Gravitationsvågor är krusningar i rumtiden Dessa signaler produceras av händelser som sammanslagningen av svarta hål eller neutronstjärnor. På jorden har detektorer som LIGO och Virgo redan mätt dessa signaler, men nästa stora utmaning är att ta gravitationsinterferometri ut i rymden, där mycket längre armar, känsliga för lägre frekvenser, kan byggas.
Det första teknologiska steget var Lisa sökare (ESA), ett demonstrationsuppdrag som testade testsystemen för masskontroll och laserinterferometri i en heliocentrisk bana. Dess framgång banade väg för det framtida projektet. LISA (laserinterferometer rymdantenn), planerad för 2030-talet, som kommer att bestå av tre satelliter separerade med miljontals kilometer som bildar en triangel och kan spåra gravitationsvågor från massiva källor på kosmologiska skalor.
Stora observatorier och flaggskeppsuppdrag
Inom sin flotta av rymdteleskop främjade NASA en serie av Stora observatoriervar och en fokuserad på en del av spektrumet. Det ovannämnda Hubble Den täcker det synliga och nära ultravioletta (med en del infrarött), CGRO Han specialiserade sig på gammastrålar, Chandra röntgenobservatorium utforskar mjuka röntgenstrålar och Spitzer rymdteleskop Han ägnade sig åt infrarött.
Dessutom finns det ett antal uppdrag som, även om de inte formellt är stora observatorier, har haft en enorm inverkan: IRAS som den första infraröda himmelspåraren; Astron y granat i den sovjetiska sfären; den ISO europeisk; den exoplanetära COROT, The IUE i ultraviolett ljus; solobservatoriet SOHOden kanadensiska satelliten SCISAT-1 att studera jordens atmosfär; pionjärerna inom röntgenstrålning Uhuru, HEAO; den astrometriska HipparcosDet kompakta kanadensiska teleskopet MESTeller japanska ASTRO-F (Akari), bland många andra.
Inom det kosmologiska området, uppdrag som WMAP y Planck har möjliggjort en exakt bestämning av parametrarna för den kosmologiska standardmodellen. Vid höga energier kan observatorier som VÄSENTLIG y Snabb De fortsätter att upptäcka övergående fenomen, medan projekt som INTEGRAL, WMAP, Spektr-R o Odin De har gett en mer fullständig bild av energisk strålning och universums storskaliga struktur.
De nya jättarna: James Webb, Roman, Euklid och bortom
El Rymdteleskopet James Webb Det har blivit det ledande observatoriet under det nuvarande decenniet. Det drivs gemensamt av NASA, ESA och CSA från Lagrangepunkten L2 och är utformat för att studera alla faser av universums historia: från de första galaxerna till bildandet av planetsystem och analys av exoplanetatmosfärer. Dess infraröda bilder har möjliggjort jämförelser mellan till exempel observationer av galaxer som NGC 628 och de som tagits av Hubble, vilket avslöjar tidigare osedda detaljer i stoft och gas.
Tack vare Webb har kandidater identifierats extremt gamla galaxerDen ger otroligt tydliga bilder av supernovarester och detaljerade vyer av planeter i solsystemet. Dess framgång bygger på fyra decenniers erfarenhet med tidigare infraröda teleskop som IRAS, ISO, Spitzer och Akari, vilka lade den tekniska och vetenskapliga grunden.
Med blicken mot den närmaste framtiden förbereder NASA Romerskt rymdteleskop (tidigare WFIRST), också på L2, utformad för att studera mörk energi, storskalig struktur och exoplanetpopulationen med ett mycket brett synfält. Inom exoplaneter kommer ESA att utveckla PLATO, som kommer att fokusera på sökandet efter och karaktäriseringen av beboeliga exoplaneter runt stjärnor som liknar solen.
Bland de mest ambitiösa projekten utmärker sig följande: Habitable Worlds Observatoryutformad för att i detalj studera jordstora planeter i beboeliga zoner och söka biosignaturer i deras atmosfärer. För att göra detta kommer den att använda tekniker som koronografer eller eventuellt externa segel (stjärnskärmar) som kan blockera stjärnans ljus och avslöja planetens svaga signal.
Röntgenteleskop ATHENA Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (ATE), ett samarbete mellan ESA, NASA och JAXA, är utformat för att studera supermassiva svarta hål, galaxkluster och den heta gas som fyller universum i stor skala. Inom gravitationsvågornas värld är uppdraget LISA Det kommer att bli det stora rymdobservatoriet för att spåra kollisioner mellan massiva svarta hål och andra kompakta system.
Det finns också många framtidskoncept inom ramen för Great Observatory Technology Maturation Program (GOMAP) och den så kallade Nya stora observatorier, som blickar bortom 2040 och syftar till att utveckla den teknik som behövs för att bygga ännu större och mer precisa teleskop, både inom optiskt och infrarött såväl som inom höga energier.
Andra projekt och uppdrag under utveckling
Vid sidan av de stora namnen finns det en hel mängd projekt som kommer att befolka nästa generations rymdteleskop. NASA arbetar med TOLIMANfokuserade på att studera Alfa Centauri-systemet i jakt på potentiellt beboeliga planeter med hjälp av högprecisionsastrometri. Kina förbereder för sin del teleskopet Xuntian, ett optiskt observatorium som kan anslutas till den kinesiska rymdstationen för underhåll och som kommer att erbjuda ett mycket brett synfält.
Andra uppdrag i sikte inkluderar den variabla objektmonitorn Övervakning av rymdvariabler, det spektroskopiska observatoriet SPHEREx, The AstroSat-2 Indisk som ersättning för Astrosat, eller det europeiska teleskopet ARIEL, specialiserad på att analysera exoplanetatmosfärer från L2. Alla dessa kommer att ansluta sig till den nuvarande flottan för att täcka olika energiintervall och vetenskapliga mål.
Nya solobservatorier och uppdrag som är dedikerade till att bättre studera vår stjärna utvecklas också. Att förstå solstormar och koronala massutkastningar Det är avgörande för att skydda satelliter, elnät och kommunikationssystem på en planet som blir alltmer beroende av teknik. Uppdrag som SOHO o PROBA-3Dessa veteraninstrument har banat väg för en ny generation av instrument både i omloppsbana runt jorden och vid specifika punkter i sol-jord-systemet.
Om man ser på helheten, från Galileo som riktade ett enkelt teleskop mot solen på 1600-talet till kolossala observatorier vid L2 som kan se nybildade galaxer, blir det tydligt att varje ny generation av rymdteleskop Det vidgar våra gränser: vi upptäcker mer avlägsna galaxer, spårar supermassiva svarta hål, analyserar den kemiska sammansättningen av exoplanetära atmosfärer och förfinar kosmologiska parametrar. Allt tyder på att de kommande observatorierna – Webb, Roman, Euclid, PLATO, ARIEL, LISA, Habitable Worlds Observatory och andra – inte bara kommer att hjälpa oss att besvara klassiska frågor om universums ursprung och utveckling, utan också kommer att ställa till nya gåtor som vi inte ens hade kunnat föreställa oss.
