Teleskopy i obserwatoria kosmiczne
Obserwatoria kosmiczne (2) można umieszczać na orbicie Ziemi, jak teleskop Hubble’a lub Chandra. W razie konieczności serwisowania dość łatwo do nich dotrzeć, co okazało się istotne w przypadku tego pierwszego urządzenia. Można też ulokować je na orbicie wokółsłonecznej, jak teleskopy Keplera i Spitzera - choćby w miejscu zwanym punktem Lagrange’a (np. obserwatorium Herschela), gdzie obracają się wokół Słońca z tą samą prędkością kątową co Ziemia.
Hubble - ten, który pokazał nam barwy kosmosu
Można o nim śmiało powiedzieć: król teleskopów kosmicznych (3). Także dlatego, że - nawiązując do znanego powiedzenia o polskim władcy, Kazimierzu Wielkim - zastał kosmos czarny, a zostawił kolo rowy. Stało się to dzięki barwnym filtrom używanym do wyeksponowania szczegółów na zdjęciach przesyłanych z teleskopu Hubble’a na Ziemię.
Znalazł się na ziemskiej orbicie 24 kwietnia 1990 r., wyniesiony na orbitę przez prom kosmiczny Discovery. Wkrótce potem naukowcy odkryli, że na skutek błędnego działania aparatury pomiarowej na Ziemi główne zwierciadło miało nieprawidłowy profil, przez co zdolność rozdzielcza całego teleskopu znacznie odbiegała od oczekiwanej. W 1993 r. wysłano misję serwisową, która przywróciła parametry teleskopu do zakładanej jakości. Wiele obserwacji Hubble’a określano jako przełomowe, pomagające astronomom w lepszym zrozumieniu fundamentalnych problemów astrofizyki.
Na podstawie danych z Hubble’a napisano kilkanaście tysięcy prac naukowych. Może nie każdy pamięta, że pierwotnie głównymi celami misji był dokładniejszy pomiar odległości do Cefeid, w wyniku czego tzw. stała Hubble’a, która określa tempo rozszerzania się Wszechświata proporcjonalnie do jego wieku, mogła być precyzyjniej oszacowana.
Astronomowie z High-Z Supernova Search Team i Supernova Cosmology Project użyli teleskopu do obserwacji odległej supernowej i odkryli, iż rozszerzanie się Wszechświata, do tej pory uważane za proces spowalniający pod wpływem sił grawitacji, może być w rzeczywistości zjawiskiem przyspieszającym.
Owe przyspieszanie zostało później dokładniej zmierzone przez inne naziemne oraz kosmiczne teleskopy, które potwierdziły odkrycie Hubble’a, choć przyczyna tego zjawiska pozostaje nadal nieznana. Wysokiej jakości zdjęcia dostarczone przez teleskop doskonale nadawały się do udowodnienia powszechnego występowania czarnych dziur w centrach galaktyk.
Kepler - odkrywca światów
Teleskop Hubble’a stał się najbardziej znanym teleskopem kosmicznym. Nieomal tak samo sławny jest "łowca egzoplanet", czyli teleskop Keplera, który chyba jednak nie przebije legendy Hubble’a, zwłaszcza, że jego misja trwa krócej i nie pracuje już on na "pełny gwizdek".
Należące do Amerykańskiej Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej NASA urządzenie zajmuje się poszukiwaniem planet pozasłonecznych. Kepler został wysłany w kosmos 7 marca 2009 r. i umieszczony na orbicie wokółsłonecznej. Wyposażono go w największą z do tej pory wyniesionych w kosmos matrycę CCD, liczącą 95 megapikseli.
Głównym celem misji Keplera jest określenie częstotliwości występowania w kosmosie układów planetarnych i różnorodności ich struktur. Zostało to zrealizowane przez obserwowanie zmian jasności dużego zbioru gwiazd - ponad 100 tys. tych samych obiektów przez pierwsze 3,5 roku funkcjonowania, w poszukiwaniu okresowych tranzytów planet (4). Do obserwacji wybrano region pogranicza gwiazdozbiorów Łabędzia i Lutni.
Jeszcze pod koniec 2013 r. wydawało się, że Kepler zakończył swoją misję z powodu awarii drugiego z czterech kół reakcyjnych. Jednak po kilku miesiącach udało się go przywrócić do pracy. Nowy etap misji zasłużonego łowcy egzoplanet, określany przez NASA jako K2, stał się możliwy dzięki sięgnięciu przez specjalistów z amerykańskiej agencji po nieco mniej konwencjonalne techniki, niż zwykle ma to miejsce w misjach kosmicznych. Ponieważ przy dwóch sprawnych kołach reakcyjnych teleskop nie mógłby działać (potrzebne są trzy), naukowcy z NASA postanowili wykorzystać ciśnienie promieniowania słonecznego jako "wirtualne koło reakcyjne". Okazało się, że technika ta z powodzeniem nadaje się do sterowania całym urządzeniem.
Według danych publikowanych przez NASA teleskop Keplera (wraz z dodatkową misją K2) ma już na koncie ok. 2,5 tys. odkrytych i potwierdzonych egzoplanet, w tym trzydziestu zbliżonych rozmiarami do Ziemi obiektów w tzw. strefie życia. Mówimy o odkryciach, które zostały zgodnie z naukową metodologią zweryfikowane, bo lista kandydatek na planety stale rośnie i przekracza obecnie 5 tys. Działanie tego obserwatorium zalicza się więc do najbardziej udanych misji i wydarzeń w dziejach eksploracji kosmosu.
Warto przy tym pamiętać, że teleskop Keplera obserwuje tylko niewielki wycinek Galaktyki. Według najnowszych oszacowań, opartych na jego wynikach, planety wielkości Ziemi krążą aż wokół 17% gwiazd. Przy założeniu istnienia stu miliardów słońc w Drodze Mlecznej, dałoby to 17 mld planet o rozmiarach podobnych do Ziemi! Liczby zaś obiektów podobnych pod każdym względem do naszej planety nie sposób oszacować, bo nie natrafi ono jeszcze na bezsporne bliźniaczki Ziemi.
Planeta Kepler-452b, której odkrycie z dużym przejęciem ogłosiła w połowie 2015 r. NASA, jest pierwszą podobną do Ziemi planetą znalezioną w tzw. strefie życia wokół swojej macierzystej gwiazdy - typu G2V, czyli takiej, jak nasze Słońce. Nie ma oczywiście niezbitych dowodów, że jest to planeta skalista, ale jej gęstość wskazuje, że nie mamy do czynienia z mniejszą wersją planety gazowej. Układ leży w odległości 1400 lat świetlnych od nas.
Nowo odkryta planeta ma średnicę o ok. 60% większą niż Ziemia. Wprawdzie jej odległość od jej słońca wydaje się niemal identyczna jak naszej planety (tzw. strefa Złotowłosej), ale pewne fakty dotyczące gwiazdy Kepler-452b nieco studzą entuzjazm. Ponieważ ma ona 6 miliardów lat (o 1,5 mld więcej niż Słońce), znajduje się na innym etapie ewolucji gwiazdowej, będąc o 10% większa niż Słońce i o 20% jaśniejsza. Oznacza to, że Kepler-452b otrzymuje od swojej gwiazdy ok. 10% więcej energii.
Nadchodzi teleskop Webba
Noszący imię byłego szefa NASA James Webb Space Telescope (JWST) ma zacząć pracę wiosną 2019 r. - tak przynajmniej zakłada najnowszy harmonogram, który oczywiście może jeszcze ulec zmianie. Słynna agencja kosmiczna ogłosiła niedawno plany dotyczące pierwszych pięciu miesięcy działalności naukowej teleskopu Webba (5).
Spośród działań podejmowanych w ramach Space Telescope Science Institute (STScI), pracującego na rzecz teleskopów Hubble’a i Webba, dla tego ostatniego wybrano trzynaście programów, obejmujących m.in. badania Jowisza i jego księżyców, poszukiwanie cząsteczek organicznych tworzących się wokół młodych gwiazd, ważenie supermasywnych czarnych dziur w rdzeniach galaktycznych i poszukiwanie galaktyk urodzonych we wczesnym Wszechświecie.
JWST jest wystarczająco potężny, aby ujrzeć galaktyki, które powstały 13,4 miliarda lat temu. Ich obserwacje w świetle podczerwonym mają pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób formowały się pierwsze gwiazdy, a następnie gromadziły się, tworząc galaktyki i jeszcze większe kosmiczne struktury.
Jednym z najważniejszych celów powstającego teleskopu są egzoplanety. Instrumenty naukowe zamontowane na kosmicznym urządzeniu pozwolą na bezpośrednie i dużo dokładniejsze niż dotychczas obserwacje planet pozasłonecznych. JWST umożliwi również zbadanie chmur pyłu i odłamków skalnych, które mogą być pozostałościami po procesach formacji planet. Zainstalowany spektrometr do obserwacji w podczerwieni pozwoli na analizę budowy i atmosfery egzoplanet wielkości Jowisza.
Teleskop wykorzystany zostanie również do badania naszego układu. Jednym z pierwszych celów kosmicznego obserwatorium stanie się wspomniany Jowisz, wraz ze swoimi księżycami. JWST dostarczy badaczom ogromne ilości danych na temat występujących na Jowiszu zórz, erupcji wulkanów oraz o potencjalnej atmosferze i lodowych gejzerach Ganimedesa.
Naukowcy oczekują, że JWST osiągnie gotowość operacyjną ok. sześć miesięcy po starcie misji na pokładzie rakiety Ariane 5. Docelowa lokalizacja, do której zostanie dostarczony, to punkt libracyjny Lagrange’a L2, znajdujący się 1,5 mln km od naszej planety - stabilne grawitacyjnie miejsce w przestrzeni kosmicznej w układzie Słońce-Ziemia, w którym ciało o pomijalnej masie może pozostawać w spoczynku względem obu elementów. L2 to popularny punkt lokalizacji teleskopów kosmicznych - umieszczono już w nim np. Herschel Space Telescope i Planck Space Observatory. Dopiero podczas podróży w te okolice JWST zostanie rozłożony do swoich zakładanych rozmiarów i przygotowany do działania.
Teleskop będzie wyposażony w cztery instrumenty naukowe. Pierwszy to aparat do obserwacji w zakresie bliskiej podczerwieni - NIRCam, przeznaczony do wykrywania światła gwiazd znajdujących się w pobliżu galaktyk i w obrębie Drogi Mlecznej. Widmo w bliskiej podczerwieni obserwować będzie NIRSpec, który potrafi badać do stu obiektów jednocześnie, poszukując pierwszych galaktyk, jakie powstały po Wielkim Wybuchu.
Mid-Infrared Instrument (MIRI) wykonywać ma zdjęcia przestrzenne odległych obiektów niebieskich, nawiązujące do tradycji astrofotografi i Hubble’a. Natomiast precyzyjny czujnik naprowadzania i spektrograf w bliskiej podczerwieni FGS/NIRISS stanie się odpowiedzialny za to, aby podczas badań naukowych JWST był właściwie nakierowany.
Teleskop Webba będzie miał do dyspozycji panele słoneczne o powierzchni kortu tenisowego oraz zwierciadło o średnicy 6,5 m - największe, jakie kiedykolwiek wystrzelono w kosmos. Gabarytowo nie zmieściłoby się w rakiecie wynoszącej JWST, dlatego przewidziano dla niego konstrukcję modułową. Rozkładanie do układu docelowego mniejszych luster z berylu pokrytego złotem będzie jedną z najtrudniejszych faz całej misji.
Już podczas przygotowań do wyprawy Hubble’a planowano stworzenie kolejnego teleskopu o znacznie większych możliwościach. Początkowo nazwano go Kosmicznym Teleskopem Nowej Generacji, jednak uległo to zmianie w 2002 r., od kiedy jest już znany jako JWST. Pierwotnie miał rozpocząć pracę w 2007 r., ale rosnące koszty i liczne opóźnienia znacznie zahamowały rozwój projektu. Gdy w 2011 r. prace nad JWST wyceniano już na 8,7 mld dolarów, amerykański Kongres niemal skasował program, próbując zmniejszyć roczny budżet NASA. Te radykalne propozycje ostatecznie odrzucono, a budowa teleskopu została wsparta dodatkowymi funduszami.
Chociaż zezwolono na kontynuację finansowania misji, NASA przyznawała, że dokonywane rozliczenia prowadzą do opóźnień i ograniczeń innych projektów. Programowi przyglądano się ze wzmożoną czujnością. W 2015 r. NASA podała, że teleskop znajdzie się w planowanym miejscu i rozpocznie pracę w 2018 r. We wrześniu 2017 r. przesunięto termin jego wystrzelenia z października 2018 r. na wiosnę 2019 r., powołując się na problemy związane z integracją statków kosmicznych.
Choć JWST nazywa się popularnie "następcą" Hubble’a, ze względu na wiele aspektów technicznych, a przede wszystkich brak opcji obserwacji w zakresie światła widzialnego nie jest to zbyt precyzyjne określenie.
Prawdziwym następcą Hubble’a może być dopiero teleskop ATLAST (6) - Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope. Jest to projektowany od szeregu lat teleskop kosmiczny o aperturze od 8 do ok. 16 m (7). Będzie on w stanie wykryć biosygnatury (np. obecność cząsteczkowego tlenu, ozonu, wody i metanu) w widmie planet pozasłonecznych. ATLAST ma być umieszczony w punkcie L2 układu Ziemia-Słońce, jednak plany te są na razie dość odległe w czasie: mówi się o dekadzie 2025-2035.
Historia na spektrum pisana
To amerykański teoretyk astrofizyk Lyman Spitzer wpadł na pomysł umieszczania teleskopów w kosmosie, tam gdzie ich działania nie zakłócałaby ziemska atmosfera. Stało się to w 1946 r., jedenaście lat przed wystrzeleniem pierwszego Sputnika w październiku 1957 r. przez Związek Radziecki. Po latach dyskusji i prac koncepcyjnych w latach 60. i 70. wizja Spitzera w końcu zmaterializowała się w teleskopie kosmicznym Hubble’a. Historia obserwatoriów kosmicznych pisana wg spektrum "widzących" fal elektromagnetycznych (8) rozwijała się jednak już wcześniej.
Oprócz radzieckich Protonów z lat 60., służących do badania wysokoenergetycznych cząstek kosmicznych, za pierwsze tego rodzaju urządzenie do obserwacji w zakresie promieniowania gamma uznaje się Small Astronomy Satellite 2, znany również jako SAS-2, SAS B lub Explorer 48. Został on wystrzelony 15 listopada 1972 r. na niską orbitę ziemską 443-632 km. Ukończył swoje obserwacje 8 czerwca 1973 r. Podstawowym celem SAS-B było zmierzenie przestrzennego i energetycznego rozkładu pierwotnego promieniowania galaktycznego i pozagalaktycznego gamma o energii między 20 a 300 MeV.
Pierwszym satelitą do astronomii rentgenowskiej był umieszczony w przestrzeni kosmicznej Uhuru, znany również jako X-ray Explorer Satellite, SAS-A, SAS 1 lub Explorer 42. Obserwatorium zostało uruchomione 12 grudnia 1970 r., na orbicie początkowej 520-560 km. Misja zakończyła się w marcu 1973 r. Uhuru przeprowadził pierwsze kompleksowe badanie źródeł rentgenowskich na obszarze całego nieba.
Już w 1968 r. działać zaczęło Orbitujące Obserwatorium Astronomiczne 2 (OAO-2, zwane też Stargazer), operujące w zakresie promieniowania ultrafioletowego. Rakieta Atlas-Centaur wystrzeliła je na orbitę ziemską o wysokości prawie 750 km. W ultrafiolecie badano m.in. komety, planety i galaktyki. Jednym z ważnych odkryć OAO-2 było halo wodorowe wokół komet.
Pierwszym kosmicznym teleskopem w zakresie widzialnym był Hipparcos Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), wystrzelony w 1989 r. i działający do 1993 r. Wyprzedził Hubble’a o zaledwie kilka miesięcy. Hipparcos stanowił pierwszy eksperyment kosmiczny poświęcony precyzyjnej astrometrii, czyli dokładnemu pomiarowi pozycji niebieskich obiektów. Pozwoliło to na szczegółowe określenie prawidłowych ruchów i paralaksy gwiazd, a w konsekwencji - ich odległości i prędkości stycznej. W efekcie powstał "Katalog Hipparcos", spis ponad 118 200 gwiazd, opublikowany w 1997 r.
W zakresie podczerwieni prekursorem w kosmosie był Astronomiczny Satelita w Podczerwieni (IRAS), wspólny projekt agencji kosmicznych USA (NASA), Holandii (NIVR) i Wielkiej Brytanii (SERC). Rozpoczęta 25 stycznia 1983 r. misja trwała dziesięć miesięcy. Na falach o długości 12, 25, 60 i 100 mikrometrów zaobserwowano ponad 250 tys. źródeł podczerwieni.
Sukces badawczy IRAS spowodował zainteresowanie teleskopią w zakresie podczerwieni (IRT). W roku 1985, w ramach programu promów kosmicznych, powstała koncepcja stworzenia teleskopu początkowo znanego pod nazwą Shuttle, który przekształcił się w projekt SIRTF, rozwinięty w uruchomiony w 2003 r. teleskop kosmiczny Spitzera (9). Sukces pierwszych projektów astronomii kosmicznej w podczerwieni doprowadził do dalszych misji, których najbardziej znaną kontynuacją jest dziś projekt JWST.
Obserwatoriów mikrofalowych było w ujęciu historycznym niewiele. Pierwszy to Cosmic Background Explorer (COBE), znany również jako Explorer 66 - satelita do badań kosmologicznych, działający w latach 1989-1993. Jego celem było zbadanie mikrofalowego promieniowania tła kosmicznego (CMB) Wszechświata.
Misja COBE dostarczyła kluczowych dowodów potwierdzających teorię Wielkiego Wybuchu i przeszła do historii jako wydarzenie, które zmieniło kosmologię z nauki filozoficznej w fizyczną.
Dwóch głównych badaczy programu, George Smoot i John Mather, otrzymało w 2006 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Następcami COBE było kosmiczne obserwatorium WMAP, którego podstawowa misja obejmowała lata 2001-2010, oraz Planck, w latach 2009-2013.
W zakresie fal radiowych pierwszy w kosmosie był japoński HALCA (Zaawansowane Laboratorium Komunikacji i Astronomii), znany również jako MUSES- B, działający w ramach projektu VSOP (VLBI Space Observatory Programme). To radioteleskop satelitarny o średnicy 8 m. Został umieszczony na bardzo eliptycznej orbicie pozwalającej na odwzorowanie nieosłoniętych źródeł radiowych w połączeniu z szeregiem naziemnych teleskopów radiowych. Umożliwiło to uzyskanie zarówno dobrego pokrycia, jak i bardzo wysokiej rozdzielczości. Radio-obserwatorium HALCA uruchomiono w lutym 1997 r. - ostatnie obserwacje przeprowadziło ono w październiku 2003 r., znacznie przekraczając przewidywaną trzyletnią żywotność.
Komu teleskop, komu?!
Jak widać, w planach teleskopowych misji zazwyczaj określa się przewidywany podstawowy czas pracy kosmicznych urządzeń (10), który zresztą często jest potem przedłużany - nawet gdy pojawią się problemy techniczne, jak w przypadku Keplera. Bywa jednak i tak, że choć "termin ważności" mija, sprzęt w zasadzie może jeszcze pracować, ale niestety brak już pieniędzy na kontynuowanie projektu.
Na początku listopada ubiegłego roku NASA poinformowała, że poszukuje instytucji lub firmy, która przejmie zarządzanie teleskopem kosmicznym Spitzera. Wydział Astrofizyki Dyrektoriatu Misji Naukowych NASA będzie odgrywać tę rolę tylko do marca 2019 r. Zdaniem ekspertów, jeśli nie pojawią się niespodziewane problemy inżynieryjne, Spitzer może pracować na obecnym poziomie do września 2019 r., a prace obserwacyjne w najbardziej ograniczonej wersji da się za jego pomocą prowadzić jeszcze po wrześniu 2020 r.
W opublikowanym ogłoszeniu NASA stwierdza, że koszt utrzymania tego sprzętu w bieżącym roku podatkowym - nie licząc analizy danych i korzystania z Deep Space Network - wynosi 14 mln dolarów. Podstawowa misja teleskopu Spitzera zakończyła się w połowie 2009 r., gdy wyczerpały się pokładowe zapasy materiału kriogenicznego. Od tamtej pory prowadzi on obserwacje za pomocą Infrared Array Camera (IRAC), rejestrując fale o długości 3,6 i 4,5 mikrometra.
Wydajność IRAC jest bardzo dobra. Największym wyzwaniem jest utrzymanie idealnej pozycji teleskopu, by w jak największym stopniu wykorzystać jego możliwości. NASA nie będzie potrzebowała Spitzera, gdy w przestrzeni kosmicznej znajdzie się teleskop Webba, ale wciąż może być to świetne narzędzie badawcze.
Na pniu jednak Spitzera się nie sprzeda. Instytucja, która chciałaby go przejąć, musi odpowiedzieć we wniosku aplikacyjnym na szereg pytań, dotyczących m.in. swoich perspektyw finansowych, źródła finansowania całego przedsięwzięcia, sposobu organizacji pracy teleskopu oraz korzyści, jakie Stany Zjednoczone odniosą z projektu.
Czy ktoś widział ciemną materię?
Najbardziej znane i najkosztowniejsze projekty teleskopów kosmicznych są kojarzone z NASA, ale inne kraje też podejmują podobne misje. Niekiedy bardzo ciekawe. Na początku 2016 r. z japońskiego kosmodromu Tanegashima japońska rakieta nośna H-IIA wyniosła na orbitę teleskop kosmiczny ASTRO-H, przeznaczony do badań kosmosu w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Ważący 2,7 tony sprzęt osiągnął po rozłożeniu na orbicie (wysunięciu 12-metrowego wysięgnika) długość 14 m. Prowadzi obserwacje zarówno wysoko-, jak i niskoenergetycznych promieni rentgenowskich (0,3 do 600 keV). Obecnie jest to jedyny teleskop kosmiczny umożliwiający pracę w tym zakresie.
Teleskop ma pomóc poznać budowę Wszechświata poprzez wyszukiwanie i badanie supermasywnych czarnych dziur wraz z ich dżetami, obserwacje gromad galaktyk, analizę powstawania ciężkich pierwiastków, fenomenów fizycznych w ekstremalnych warunkach o wysokiej gęstości i silnym polu magnetycznym (np. gwiazdy neutronowe) oraz tworzenia się promieniowania kosmicznego. Zbudowała go japońska agencja kosmiczna JAXA, we współpracy z Holenderskim Instytutem Badań Kosmicznych SRON oraz NASA. Znalazł się na niskiej orbicie okołoziemskiej, na wysokości ok. 550 km. Jego czas obiegu wokół Ziemi wynosi 96 minut.
Europejska Agencja Kosmiczna, która ma na końce już kilka udanych misji (wspomniane Hipparcos oraz Planck), zapowiada umieszczenie w przestrzeni kosmicznej nowego obserwatorium pracującego w zakresie rentgenowskim. Zadaniem Atheny (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics) będzie obserwacja supermasywnych czarnych dziur i chmur gorącego gazu. Urządzenie ma być wystrzelone w 2028 r. i będzie największym rentgenowskim teleskopem na świecie.
Historia obserwatorium Athena sięga czasów sprzed ok. dekady, gdy agencje kosmiczne NASA, ESA i japońska JAXA rozpoczęły prace nad nowym projektem dużego międzynarodowego teleskopu w zakresie promieni X (IXO). Po kilku latach z projektu wycofała się NASA, zaś Europejczycy sami kontynuowali prace nad IXO, których efektem stało się ogłoszenie planu wystrzelenia obserwatorium Athena. Naukowcy zdecydowali się w pierwszej kolejności na ścieżkę badań "gorącego i energetycznego" Wszechświata. W dalszej perspektywie, w 2034 r. ma wyruszyć misja badania "grawitacyjnego Wszechświata", której jednak ani nazwa, ani techniczne szczegóły nie są jeszcze sprecyzowane.
Chińskie obserwatorium kosmiczne Wukong może wkrótce dorównać sławą Hubble’owi i Keplerowi. Wykryło bowiem niedawno niespodziewane wzmocnienie w promieniowaniu składającym się z wysokoenergetycznych kosmicznych elektronów i pozytonów.
- To nieoczekiwane zjawisko, ponieważ żadne inne zdarzenia gwiazdowe nie wykazują tak wielkiej energii - powiedział Fan Yizhong, zastępca naczelnego projektanta naukowego systemu Wukong, relacjonując badania w czasopiśmie naukowym "Nature".
- Domyślamy się, że powodem może być jakieś szczególne wydarzenie astrofizyczne lub nieznana naszej nauce cząstka.
Uruchomiony w grudniu 2015 r. Wukong jest pierwszym satelitą astronomicznym Chin. Ma za zadanie odnaleźć ciemną materię, stanowiącą ok. jednej czwartej masy Wszechświata i będącą jedną z największych tajemnic oraz wyzwań współczesnej nauki.
Projekty ambitne – finansowanie pod znakiem zapytania
Ze względu na sukcesy badawcze kolejnych teleskopów kosmicznych mnożą się plany następnych misji. Mniej więcej w połowie lat 20. XXI wieku Stany Zjednoczone planują uruchomienie nowego członka swojej floty obserwatoriów kosmicznych, o sto razy większej mocy niż Hubble.
Teleskop do pomiarów w podczerwieni z szerokiego pola widzenia, czyli WFIRST (11), będzie służył przez sześć lat do skanowania Wszechświata. Prześledzi Drogę Mleczną w poszukiwaniu setek kolejnych egzoplanet i odbierze światło z odległych gwiazd w nadziei na uchylenie rąbka wielkiej tajemnicy ciemnej energii.
Oczywiście - jeśli w ogóle poleci. Szacowany koszt WFIRST jest bowiem stale obniżany, od czasu, gdy astronomowie zaproponowali swoje wstępne projekty misji w 2011 r., szybujące od niespełna 2 do ponad 3 mld dolarów. NASA oficjalnie rozpoczęła prace nad WFIRST w lutym 2016 r., a pracownicy firmy włożyli już mnóstwo pracy w poszukiwania sposobów na zbicie ceny.
Sprawozdanie, które podano do wiadomości w październiku 2016 r., zawierało jednak niezbyt optymistyczne przesłanie: "misja w kształcie planowanym obecnie pozostaje niewykonalna" - chyba że znajdzie się na nią więcej środków finansowych. Jednak perspektyw na podwyższenie budżetu nie ma, a na NASA wywierane są naciski, aby koszty zmniejszyć. Urzędnicy nie chcą powtórki z historii finansowania JWST.
W 2016 r. NASA zaczęła przegląd koncepcyjny czterech kolejnych teleskopów kosmicznych. Są to Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx), Large UV Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), Origins Space Telescope (OST) oraz Lynx X-ray Surveyor.
W 2019 r. cztery zespoły przekażą swoje końcowe sprawozdania Narodowej Akademii Nauk, której niezależna komisja ds. badań dekadalnych stanowi ciało doradcze NASA. Wówczas - gdy teleskop Webba powinien rozpocząć już swoje obserwacje - dowiemy się, która z następnych misji stanie się priorytetem. Gdyby zdecydowano się na jej podjęcie i sfinansowanie, zostałaby uruchomiona ok. roku 2035, przy użyciu rakiet nowej generacji, SLS, Falcon Heavy lub innych, jakich jeszcze nie znamy.
Najciekawszy wydaje się projekt LUVOIR - duży teleskop do obserwacji w ultrafiolecie, świetle widzialnym i podczerwonym. Stanowiłby pewnego rodzaju hybrydę pomiędzy JWST i teleskopem Hubble’a. Jego lustro ma być znacznie większe od poprzedników, o średnicy wynoszącej aż 15 m, co przełożyłoby się na parametry urządzenia. Tak ogromne zwierciadło potrafiłoby zbierać do czterdziestu razy więcej światła i zapewniłoby sześciokrotnie lepszą rozdzielczość niż teleskop Hubble’a. Konstrukcja zwierciadła byłaby, przynajmniej wg obecnych założeń, podobna do tego wykorzystanego w JWST, czyli segmentowa - złożona dopiero na orbicie. Rozwiązanie to znacząco zmniejszyłoby potrzebne gabaryty ładowni statku wynoszącego.
LUVOIR będzie w stanie dostrzec więcej odległych galaktyk niż jakikolwiek teleskop znany do tej pory. Pozwoli również na dokładniejsze obserwacje znajdujących się w Drodze Mlecznej gwiazd, egzoplanet, międzygwiezdnego pyłu i - być może - śladów pozostawionych przez ciemną materię. W przeciwieństwie do teleskopu Hubble’a, który dostrzega w zasadzie jedynie jasne galaktyki, LUVOIR ujrzy również te ciemniejsze, przysłonięte obłokami pyłów kosmicznych. Dzięki detekcji biosygnatur w atmosferach egzoplanet sprzęt o takich możliwościach z pewnością przyspieszyłby poszukiwania życia pozaziemskiego. Według planu i założeń LUVOIR znajdowałby się w punkcie L2 Lagrange’a.
Wejrzenie poza Wszechświat?
Świat kosmicznych teleskopów ma już, jak widać, własnych celebrytów, którzy zyskali swój status dzięki wielkim i efektownym odkryciom. Ma też wyrobników, pożytecznych dla rozwoju nauki, ale prowadzących obserwacje pozbawione takiego medialnego potencjału, jak pokolorowane obrazy odległych zjawisk kosmicznych czy podobne do Ziemi egzoplanety.
Niektóre mniej znane teleskopy kosmiczne mają jednak szanse stać się bardziej znane, jeśli ich sensacyjnie brzmiące odkrycia zostaną zweryfikowane naukowo. Przykładowo, pracujące w zakresie fal gamma obserwatorium Fermi odebrało sygnał z centrum sąsiedniej galaktyki Andromedy, który może być sygnaturą tajemniczej ciemnej materii. Jeśli zostałoby to potwierdzone, na niepozornego satelitę spłynąłby splendor naukowy najwyższej rangi.
Należący do ESA kosmiczny teleskop Plancka zaobserwował z kolei "na skraju Wszechświata" zagadkowe jasne punkty, które - jak sądzą niektórzy uczeni - mogą być śladami interakcji naszego Wszechświata z innym. Twierdzi tak np. Ranga-Ram Chary, jeden z badaczy analizujących dane napływające z obserwatorium w ośrodku w Kalifornii. Zauważył on dziwne jasne obszary w kosmicznym promieniowaniu tła (CMB), mapowanym przez teleskop Plancka.
Według teorii multiwszechświata "bąble" wszechświatów rosną, napędzane inflacją. Jeśli bąbelki zalążkowe znajdą się w sąsiedztwie, na wczesnym etapie ich ekspansji możliwa jest interakcja, hipotetyczne "zderzenia", których efekty powinniśmy widzieć w śladach CMB z wczesnego Wszechświata.
Chary sądzi, że takie ślady znalazł. W wyniku skrupulatnej i długotrwałej analizy wykrył obszary w CMB o 4500 razy większej jasności, niż to wynikałoby z teorii o promieniowaniu tła. Jednym z możliwych wyjaśnień tej nadwyżki protonów i elektronów jest właśnie kontakt z innym wszechświatem. Oczywiście hipoteza ta musi zostać jeszcze potwierdzona. Na razie naukowcy są ostrożni.
Gdyby jednak udało się jakoś (na razie nie wiadomo jak) bezspornie potwierdzić hipotezy płynące z obserwacji Plancka, stałby się on właściwie pierwszym teleskopem kosmicznym, który "przekroczył granice naszego Wszechświata" i odnotował w obserwacjach inny wszechświat. Odkrycie tej miary trudno byłoby przebić. Jednocześnie otrzymalibyśmy najlepsze chyba możliwe potwierdzenie, że na kosmiczne obserwatoria warto wydawać miliardy.
Mirosław Usidus
