WISE играет со Вселенной в «холодно-горячо»
В космос отправился обзорный телескоп WISE, работающий в инфракрасном (тепловом) диапазоне. Менее чем за год работы он должен увидеть сотни угрожающих Земле астероидов и тысячи «недозвезд». Одна из них может оказаться к Земле ближе, чем альфа Центавра.
В понедельник на рассвете с авиабазы Ванденберг в американском штате Калифорния стартовала ракета-носитель Delta II, в головном обтекателе которой расположен космический телескоп WISE. Запуск был очень простым – никаких дополнительных разгонных блоков, никаких сложных маневров в космосе. Уже через пять минут после старта обтекатель раскрылся, словно тюльпановый бутон, и заработала вторая ступень ракеты-носителя. А еще через 50 минут WISE должен оказаться на положенной ему орбите.
Инфракрасный пионер
За ним пришло несколько орбитальных телескопов, работавших в инфракрасном диапазоне, – европейские ISO и Herschel, американский Spitzer, японский AKARI. А уже через пять лет в космос должен отправиться гигантский космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST) -- «Хаббл» будущего, как называют его ученые. Однако все эти телескопы слишком сложны и совершенны, чтобы использоваться как обзорные инструменты. Они работают уже по заранее определенным целям, часами вглядываясь в глубины космоса, чтобы не пропустить ни единого кванта света от выбранного объекта.
Термос на подставке
WISE – инструмент с совершенно иной философией и, без сомнения, последователь IRAS. Его разрешение уступает и прошлым инфракрасным телескопам, и уж тем более будущему гиганту JWST. Его разрешение хуже, чувствительность ниже, а зеркало меньше, чем у любого из этих инструментов. На самом деле диаметр зеркала WISE даже скромнее, чем у IRAS, – всего 40 см против 57 см. Однако улучшившаяся за последние десятилетия чувствительность приемников излучения делает WISE в несколько сот, а то и тысяч раз (в зависимости от диапазона) лучше, чем IRAS.
Именно WISE станет для астрономии первой половины XXI века тем, чем IRAS был для инфракрасной астрономии в последнюю четверть века ХХ. Его название расшифровывается как Wide-field Infra-red Survey Explorer (англ. «широкоугольный инфракрасный обзорный исследователь»). Телескоп оснащен четырьмя мегапиксельными ПЗС-матрицами для четырех разных диапазонов инфракрасных волн – 3,4 мкм, 4,6 мкм, 12 мкм и 22 мкм (у IRAS на все четыре диапазона было всего 22 пикселя, и они были куда менее чувствительные).
Сам телескоп похож на огромный кувшин на цилиндрической подставке, и неспроста – вся оптика и детекторы находятся внутри, по сути, огромного термоса. Только пространство между его стенками заполнено не разреженным газом, а замерзшим до твердого состояния водородом. В продолжение миссии эта система должна поддерживать на телескопе температуру всего на 15 градусов выше абсолютного нуля: иначе детекторы будут ловить излучение от самого зеркала, а не от далеких звезд.
Над границей дня и ночи
За девять номинальных месяцев работы (она начнется в январе, после месяца летных испытаний) WISE должен полностью осмотреть небесную сферу и построить ее карту в инфракрасных лучах. Ученые предполагают, что в финальном каталоге объектов, который составит WISE, будут сотни миллионов источников, а в общей сложности он получит несколько миллионов снимков инфракрасного неба. На каждый снимок тратится всего 11 секунд, в течение которых специальное зеркало компенсирует на детекторе движение звезд, ползущих через поле зрения вращающегося вокруг Земли телескопа.
Каждый снимок будет размером с две-три Луны и с разрешением до шести секунд дуги, как у хорошего астрономического бинокля. Однако ни один бинокль на Земле не способен увидеть небесные объекты в том диапазоне волн, в каком работает WISE: пары воды и другие молекулы в земной атмосфере полностью поглощают излучение звезд и планет. Зато сами по себе они могут ярко светиться и через несколько часов после захода Солнца – в среднем инфракрасном диапазоне ночь на Земле, по большому счету, никогда не наступает.
WISE движется по так называемой солнечно-синхронной орбите, все время глядя в зенит – сторону, противоположную направлению на Землю, и таким образом за каждый оборот получает снимки тонкой полоски шириной в градус с небольшим и длиной в 360 градусов. Орбита WISE проходит на высоте 500 км над кругом, разделяющим на Земле день и ночь. С каждым оборотом WISE Земля немного смещается по своей собственной орбите, так что положение Солнца среди звезд меняется. Однако орбита WISE медленно поворачивается («прецессирует»), чтобы оказаться в той же конфигурации относительно Солнца, а значит в новой относительно звезд. Так, нарезая полоску за полоской, WISE получит полную карту неба.
Бурые карлики и темные угрозы
Астрономы рассчитывают, что за время работы обзорный телескоп сможет открыть от нескольких сотен до тысяч неизвестных прежде бурых карликов – эдаких «недозвезд», которые массивнее планет вроде Юпитера, но недостаточно тяжелы, чтобы в их недрах начались термоядерные реакции превращения водорода в гелий. По мнению астрономов, такие объекты должны быть многочисленнее, чем настоящие звезды, так что один из них вполне может оказаться к нам ближе, чем официально самая близкая к нам звезда – проксима Центавра. Объекты вроде Юпитера WISE сможет увидеть почти на полпути к этой звезде – в 60 тыс. астрономических единиц (9 трлн км) от Солнца.
Кроме того, ученые предполагают, что WISE зафиксирует свыше 100 тыс. объектов главного пояса астероидов между Марсом и Юпитером и несколько сот малых небесных тел, потенциально угрожающих Земле. Большинство из них удастся найти на одном-двух снимках, так что определить их орбиты будет проблематично, если только к этой работе не подключатся наземные телескопы.
Тем не менее даже без участия «сухопутных» помощников WISE поможет измерить распределение астероидов по размерам – ключевой характеристике, определяющей потенциальную угрозу астероида Земле. Одних лишь оптических наблюдений для этого мало, потому что яркий, но маленький, а также крупный, но темный астероиды в телескоп выглядят одинаково. А вот если добавить инфракрасные данные, картина прояснится: коварный крупный и темный астероид будет ярко светиться в тепловом диапазоне, так что WISE его с ходу зафиксирует.
Звезды в пыли
Большинство же объектов, которые найдет WISE, скорее всего, составит пыль – и в нашей Галактике, и из далекого прошлого Вселенной. Это излучение чрезвычайно важно для исследований образования звезд, потому что именно пыль позволяет газу охлаждаться и конденсироваться в новые светила. В то же время масса пыли скрывает от нашего взгляда молодые звезды в оптическом диапазоне, а вот в инфракрасном их хорошо видно.
То же самое происходило и в прошлом нашей Вселенной, когда первые звезды только начинали заселять еще беззвездные галактики. Происходило это с огромной скоростью – новые звезды появлялись в них десятками каждые сутки. Сейчас даже в такой огромной галактике, как Млечный Путь, скорость звездообразования в тысячи раз ниже. На вопрос, что заставляло звезды рождаться с такой огромной скоростью, WISE ответа не даст. Зато он подскажет телескопам имени Гершеля и Джеймса Уэбба, где искать этот ответ.