Planetinis teleskopas naudotų Žemės atmosferą kaip milžinišką objektyvą

Iš straipsnio 12 paveikslo – debesų žemėlapių pavyzdžiai, sudaryti iš efektyvios debesų dalies duomenų, kaip aukščio funkcija „Terraskopas“: apie galimybę panaudoti Žemę kaip atmosferos objektyvą

Teleskopai yra brangūs prietaisai. Milžiniškasis Magelano teleskopas, šiuo metu statomas Atakamos dykumoje Čilėje, turės 25 metrų veidrodį, kurio kaina bus apie 1 mlrd. Siūlomas trisdešimties metrų teleskopas Mauna Kea Havajuose kainuos apie 2 mlrd.

Kosminiai teleskopai yra dar brangesni. Labai atidėliotas Jameso Webbo kosminis teleskopas, kuris 2021 m. pakeis Hablo, turintis 6,5 metro veidrodį, kainuoja daugiau nei 10 mlrd.

Taigi astronomai ieško novatoriškų naujų būdų pavaizduoti dangų, kurie Žemei nieko nekainuoja.

Įstojo David Kipping iš Kolumbijos universiteto Niujorke, kuris šiandien siūlo panaudoti Žemės atmosferą, kad sutelktų dėmesį į astronominę šviesą. Jo idėja yra panaudoti visą planetą kaip milžinišką objektyvą ir į židinio tašką pastatyti kosminį teleskopą, kad būtų galima užfiksuoti vaizdus. Šis teleskopas – teraskopas – turėtų tokią šviesą kaip 150 metrų teleskopas Žemėje už nedidelę kainą.

Pirmiausia šiek tiek fono. Astronomai jau seniai žinojo, kad atmosfera sulenkia pro ją sklindančią šviesą. Besileidžianti Saulė yra šiek tiek daugiau nei puse laipsnio žemiau, nei atrodo dėl šio poveikio, rašo Kipping.

Jo idėja yra pasinaudoti šiuo efektu planetos mastu. Stebėtojas, esantis maždaug Žemės ir Mėnulio atstumo atstumu arba toliau, galėtų panaudoti Žemę kaip refrakcinį lęšį, rašo jis.

Toks objektyvas būtų sudėtingas. Taigi Kipping praleido šiek tiek laiko tyrinėdamas ir modeliuodamas jo savybes ir tai, kaip jas būtų galima panaudoti milžiniškame teraskope. Iššūkių yra daug.

Pradžioje atmosfera lenkiasi arba lūžta žvaigždžių šviesa, kai ji praeina. Tačiau lūžio dydis priklauso nuo atmosferos tankio, kuris kinta priklausomai nuo aukščio virš paviršiaus. Taigi šviesa, kuri gano viršutinius atmosferos sluoksnius, lūžta mažiau nei šviesa, kuri patenka į atmosferą giliau.

Tačiau įvairūs veiksniai riboja, kaip giliai šviesa gali pasinerti į atmosferą. Akivaizdžiausia, kad šviesa turi vengti pačios Žemės. Tačiau debesys taip pat sugeria šviesą, todėl bet kokia lūžusi šviesa turi būti pakankamai aukštai virš paviršiaus, kad jos išvengtų.

Kitas svarbus veiksnys yra tai, kad atmosfera, joje esantys aerozoliai ir panašiai sugeria šviesą tam tikrais dažniais. Taigi Kippingas turėjo išsiaiškinti, kiek daug galima prarasti šiame procese.

Atmosfera taip pat silpnai šviečia, o tai gali užgniaužti šviesą iš tolimų astrofizinių šaltinių. Šis oro švytėjimas, atsirandantis dėl procesų, tokių kaip molekulių, kurias atskiria saulės šviesa, rekombinacija, reiškia, kad naktinis dangus niekada nėra visiškai tamsus.

Tačiau Kippingas atkreipia dėmesį į tai, kad didžiąją dalį šios šviesos gali užblokuoti koronagrafas – iš esmės mažas diskas ant teraskopo, kuris blokuoja šviesą iš Žemės kūno ir net iš žemutinės atmosferos dalies, kur nėra naudingo objektyvo.

Kitas kintamasis yra tai, kad atmosfera plečiasi arba susitraukia, kai yra šiltesnė arba vėsesnė. Tai pakeistų teraskopo židinio nuotolį. Taigi būtų svarbu rasti optimalią įrenginio orbitą.

Kipping tiria visus šiuos efektus ir dar daugiau. Jo skaičiavimai rodo, kad vieno metro kosminis teleskopas, skriejantis 360 000 kilometrų atstumu, tai yra šiek tiek arčiau nei mėnulis, būtų optimalus. Toks prietaisas turėtų rinkti šviesą, kuri į Žemės atmosferą pateko ne toliau kaip 14 kilometrų ir taip išlikti gerokai virš debesų.

Planetai veikiant kaip objektyvas, sufokusuota šviesa per 20 valandų ekspozicijos laiką būtų sustiprinta 45 000 kartų. Tai prilygsta stiprinimui, kurį pasiekia antžeminis 150 metrų skersmens teleskopas.

Kipping daro išvadą, kad teraskopas turi didelį potencialą. Nors jis neskaičiuoja tokios mašinos kainos, jis teigia, kad 100 metrų teleskopas Žemėje kainuotų apie 35 milijardus dolerių, o tai viršija bendrą NASA ir Nacionalinio mokslo fondo biudžetą.

Ar būtų galima pigiau pastatyti, paleisti ir eksploatuoti vieno metro teleskopą 360 000 kilometrų atstumu?

Tikriausiai. Viena sėkmingiausių pastarųjų metų observatorijų buvo Keplerio kosminis teleskopas, kuris ieškojo ir rado daugybę į Žemę panašių planetų, besisukančių aplink kitas žvaigždes. Tai skriejo aplink Saulę, o ne Žemę, daugiau nei 150 milijonų kilometrų nuo namų. Misija truko devynerius metus, kol baigėsi degalai, ir kainavo vos 550 mln.

Jei reikia atsižvelgti į šiuos skaičius, teraskopas gali pasiūlyti puikų kainos ir kokybės santykį.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1908.00490 : „Terraskopas“: apie galimybę panaudoti Žemę kaip atmosferos objektyvą

paslėpti