ДеталиКак один телескоп поможет людям переосмыслить мир

На прошлой неделе исполнилось 25 лет со дня запуска телескопа «Хаббл», а NASA подтвердили дату запуска преемника «Хаббла», телескопа имени Джеймса Уэбба, который выведут в космос в октябре 2018 года. Look At Me объясняет, зачем нужны телескопы, стоящие миллиарды долларов, и как они устроены.

Как появились телескопы?

Первый телескоп появился в начале XVII века: сразу несколько изобретателей одновременно придумали подзорные трубы. Эти трубы были основаны на свойствах выпуклой линзы (или, как её ещё называют, вогнутого зеркала), выполнявшей в трубе роль объектива: линза собирает в фокус лучи света, и получается увеличенное изображение, на которое можно смотреть через окуляр, находящийся на другом конце трубы. Важная для телескопов дата — 7 января 1610 года; тогда итальянец Галилео Галилей впервые направил подзорную трубу в небо — и именно так превратил её в телескоп. Телескоп Галилея был совсем небольшим, чуть больше метра в длину, а диаметр объектива был 53 мм. С тех пор телескопы постоянно увеличивались в размерах. По-настоящему большие телескопы, находящиеся в обсерваториях, начали строить в XX веке. Самый большой оптический телескоп на сегодня — Большой Канарский телескоп, в обсерватории на Канарских островах, диаметр объектива которого — целых 10 м.

Все телескопы устроены одинаково? 

Нет. Основной тип телескопов — оптические, в них используют либо линзу, либо вогнутое зеркало или серию зеркал, либо зеркало и линзу вместе. Все эти телескопы работают с видимым светом — то есть смотрят на планеты, звёзды и галактики примерно так же, как на них смотрел бы очень зоркий человеческий глаз. Все объекты в мире имеют излучение, и видимый свет — это лишь маленькая доля спектра этих излучений. Смотреть на космос только через него — даже хуже, чем видеть мир вокруг в чёрно-белом свете; так мы теряем очень много информации. Поэтому существуют телескопы, работающие по иным принципам: например, радиотелескопы, ловящие радиоволны, или телескопы, ловящие гамма-лучи — их используют для того, чтобы наблюдать за самыми горячими объектами в космосе. Ещё есть ультрафиолетовые и инфракрасные телескопы, они хорошо подходят для обнаружения новых планет за пределами Солнечной системы: в видимом свете ярких звёзд невозможно разглядеть крошечные планеты, вращающиеся вокруг них, а вот в ультрафиолете и инфракрасном свете это сделать намного проще.

Зачем вообще нужны телескопы? 

Хороший вопрос! Надо было задать его раньше. Мы отправляем аппараты в космос и даже на другие планеты, собираем на них информацию, но по большей части астрономия — уникальная наука, потому что она изучает объекты, к которой у неё нет прямого доступа. Телескоп — лучший инструмент, чтобы получать информацию о космосе. Он видит волны, не доступные человеческому глазу, мельчайшие детали, а также записывает свои наблюдения — потом с помощью этих записей можно замечать изменения на небе.

Благодаря современным телескопам мы имеем неплохое представление о звёздах, планетах и галактиках и даже можем обнаружить гипотетические частицы и волны, ранее не известные науке: например, тёмную материю (это загадочные частицы, из которых состоит 73% Вселенной) или гравитационные волны (их пытаются обнаружить с помощью обсерватории LIGO, состоящей из двух обсерваторий, которые находятся на расстоянии 3000 км друг от друга). Лучше всего для этих целей с телескопами поступать, как со всеми другими аппаратами, — отправлять их в космос.

Зачем отправлять телескопы в космос?

Поверхность Земли — не лучшее место для наблюдений за космосом. Наша планета создаёт очень много помех. Во-первых, воздух в атмосфере планеты работает как линза: он искажает свет от небесных объектов в случайном, непредсказуемом порядке — и искажает то, как мы их видим. Кроме этого, атмосфера поглощает многие виды излучения: например, инфракрасные и ультрафиолетовые волны. Для того чтобы обойти эти помехи, телескопы отправляют в космос. Правда, это очень дорого, поэтому так делают редко: за всю историю мы отправили около 100 телескопов разных размеров в космос — на самом деле это мало, даже больших оптических телескопов на Земле в несколько раз больше. Самый известный космический телескоп — «Хаббл», а телескоп Джеймса Уэбба, который должны запустить в 2018-м, станет чем-то вроде его последователя.

Насколько это дорого?

Мощный космический телескоп — это очень дорого. На прошлой неделе исполнилось 25 лет со дня запуска «Хаббла», самого известного космического телескопа. На него за всё время выделили около $10 млрд; часть этих денег — на ремонт, ведь «Хаббл» приходилось регулярно чинить (это перестали делать в 2009 году, но телескоп до сих пор работает). Вскоре после запуска телескопа произошла глупая история: первые изображения, сделанные им, были гораздо худшего качества, чем ожидалось. Оказалось, что из-за крошечной ошибки в расчётах зеркало «Хаббла» было недостаточно ровным, и пришлось отправить целую команду астронавтов, чтобы его починить. Это стоило около $8 млн. Цена телескопа Джеймса Уэбба может меняться и, скорее всего, будет расти ближе к запуску, но пока это около $8 млрд — и он стоит каждого цента.

Чего особенного
в телескопе имени Джеймса Уэбба?

Это будет самый впечатляющий телескоп в истории человечества. Проект задуман ещё в середине 90-х, и сейчас он наконец подходит к завершающей стадии. Телескоп улетит на 1,5 млн км от Земли и встанет на орбиту вокруг Солнца, а точнее на вторую точку Лагранжа от Солнца и Земли— это такое место, где гравитационные силы двух объектов балансируются, и поэтому третий объект (в данном случае — телескоп) может оставаться неподвижным. Телескоп Джеймса Уэбба — слишком большой, чтобы влезть в ракету, поэтому он долетит в сложенном виде, а в космосе раскроется, как цветок-трансформер; посмотрите вот на это видео, чтобы понять, как это произойдёт.

После этого он сможет заглянуть дальше, чем любой телескоп в истории: на 13 млрд световых лет от Земли. Поскольку свет, как можно догадаться, путешествует со скоростью света, объекты, которые мы видим, находятся в прошлом. Грубо говоря, когда вы смотрите на звезду через телескоп, то видите её, как она выглядела десятки, сотни, тысячи и так далее лет назад. Поэтому телескоп Джеймса Уэбба увидит первые звёзды и галактики такими, какими они были после Большого взрыва. Это очень важно: мы лучше поймём, как формировались галактики, появлялись звёзды и планетарные системы, сможем лучше понять происхождение жизни. Возможно, телескоп Джеймса Уэбба даже поможет нам найти внеземную жизнь. Есть одно но: во время миссии очень много чего может пойти не так, и, поскольку телескоп будет очень далеко от Земли, послать его починить, как это было с «Хабблом», будет невозможно.

Какой во всём этом практический смысл?

Это вопрос, который часто задаётся астрономии, особенно учитывая, сколько на неё тратится денег. На него можно дать два ответа: во-первых, не у всего, особенно у науки, должен быть понятный практический смысл. Астрономия и телескопы помогают нам лучше понять место человечества во Вселенной и вообще устройство мира. Во-вторых, практическая польза у астрономии всё-таки есть. Астрономия напрямую связана с физикой: понимая астрономию, мы гораздо лучше понимаем физику, ведь есть физические феномены, которые невозможно наблюдать на Земле. Скажем, если астрономы докажут существование тёмной материи, это очень сильно повлияет на физику. Кроме того, многие технологии, придуманные для космоса и астрономии, используют и в повседневной жизни: можно вспомнить спутники, которые сейчас используются для всего, от телевидения до GPS-навигации. Наконец, астрономия будет очень важна в будущем: для выживания человечеству понадобится добывать энергию из Солнца и ископаемые из астероидов, расселяться по другим планетам и, возможно, общаться с инопланетными цивилизациями — всё это будет невозможно, если мы не будем развивать астрономию и телескопы уже сейчас.