Das ehemalige Arzamas-16 (heute Sarow), die Wiege der ersten Atombombe und zugleich das Föderale Nuklearzentrum der Russischen Föderation, überraschte erneut: Sarow-Wissenschaftler schufen ein Röntgen-Superteleskop zur Suche nach außerirdischen Zivilisationen ART-XC. Es wird Teil des Internationalen Astrophysikalischen Observatoriums „Spectrum-Röntgen-Gamma“ werden. Dieses Observatorium umfasst zwei Teleskope gleichzeitig. Neben dem Produkt der Sarov-Wissenschaftler verfügt das Observatorium auch über ein Teleskop aus Deutschland mit eRosita-Schrägeinfallsoptik.

Das internationale astrophysikalische Observatorium „Spectrum-X-ray-Gamma“ sollte 2013 in den Himmel starten. Doch technische Schwierigkeiten standen im Weg: Die Frage der Trägerrakete wurde schon lange gelöst. Infolgedessen weigerten sie sich, der Ukraine zu helfen. Das Eis brach endlich. Das Observatorium bereitet den Start ins All vor.

Megaprojekt des 21. Jahrhunderts

„Russische Wissenschaftler begannen bereits im März 2005 mit ausländischen Partnern über das Spektr-RG-Projekt zu diskutieren“, sagt Professor für technische Wissenschaften Igor Ostretsov. - Die endgültige Form des Observatoriums wurde im Herbst 2008 ermittelt, gleichzeitig wurde die Position des Geräts endgültig festgelegt – am Lagrange-Punkt L2 des Sonne-Erde-Systems und die Instrumentierung – zwei Röntgenteleskope – Fest. Dann wurde ein Abkommen zwischen Roskosmos und dem deutschen Luft- und Raumfahrtunternehmen DLR unterzeichnet. Die Basis des Observatoriums wird die Navigator-Plattform sein, die bei der nach Lawotschkin benannten NPO entwickelt wurde.“

„An diesem Megaprojekt des 21. Jahrhunderts arbeiteten nicht nur Wissenschaftler des Allrussischen Forschungsinstituts für Experimentalphysik aus Sarow, sondern auch Mitarbeiter des Weltraumforschungsinstituts der Russischen Akademie der Wissenschaften, NPO, benannt nach S.A. Lawotschkin (Khimki) sowie Wissenschaftler (bereits erwähnt) des Max-Planck-Instituts (Garsching) und des Instituts für Astrophysik (Potsdam) - sagte der stellvertretende Direktor des Weltraumforschungsinstituts der Russischen Akademie der Wissenschaften, Doktor der Physik und Mathematische Wissenschaften Michail Pawlinski. - „Spektr-X-ray-Gamma“ wird erstmals eine vollständige Durchmusterung des gesamten Himmels mit Rekordempfindlichkeit, Winkel- und Energieauflösung in einem harten Energiebereich durchführen. Etwa 3 Millionen neue Kerne aktiver Galaxien und bis zu 100.000 neue Galaxienhaufen werden entdeckt. Das Observatorium wird in der Lage sein, alle großen Galaxienhaufen zu registrieren, die es im Universum gibt.“

Das Observatorium soll zum Lagrange-Punkt L2 im Sonne-Erde-System in einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern von der Erde gebracht werden. Der optimale Starttermin für die Raumsonde ist der 25. September 2017. Der Flug zum Lagrange-Punkt sollte 100 Tage dauern. Das Arbeitsprogramm des Observatoriums ist auf 7 Jahre ausgelegt, wobei die ersten 4 Jahre mit einer Durchmusterung des gesamten Himmels in Anspruch genommen werden. Die restlichen 3 Jahre sind für selektive Beobachtungen am Himmel vorgesehen.

Das Observatorium soll mit einer schweren Proton-Trägerrakete ins All gebracht werden. Aber auch andere Optionen werden in Betracht gezogen.

Subnano-Technologien

„Das Projekt sieht die Schaffung eines orbitalen astrophysikalischen Röntgenobservatoriums mit einem bis hin zu harten Energien erweiterten Energiebereich vor“, sagt der Doktor der Technischen Wissenschaften Dmitri Litwin. - In einem siebenjährigen Arbeitszyklus wird eine Karte der Röntgenquellen erstellt. Gleichzeitig wird erwartet, dass mehrere tausend extragalaktische Quellen entdeckt werden. Es werden detaillierte Röntgenuntersuchungen galaktischer und extragalaktischer Objekte durchgeführt. Dadurch wird eine deutliche Erweiterung der experimentellen Daten zur Entwicklung des Universums erwartet, insbesondere zum viel diskutierten Problem der „dunklen“ Materie.“

Erstmals entsteht in Russland eine Spiegelfokussieroptik mit der erforderlichen Winkelauflösung in einem so harten Spektralbereich. Weltweit verfügt nur die NASA über eine solche Technologie. Um das erforderliche Reflexionsvermögen zu gewährleisten, muss die Oberfläche nahezu ideal sein, da die zulässige Größe von Mikrorauheiten die Größe eines Atoms nicht überschreiten sollte. Es ist nicht mehr notwendig, über Nano-, sondern über Subnano-Technologie zu sprechen.

Übrigens wurden in der Anfangsphase Verhandlungen über eine umfassendere Vertretung im Projekt mit der Europäischen Weltraumorganisation sowie dem britischen Weltraumforschungszentrum geführt. Und es war geplant, einen himmelweiten Röntgenmonitor einzurichten, um das Auftreten intensiver Quellen in Echtzeit zu erfassen, sowie ein Röntgenspektrometer mit ultrahoher Auflösung. Aus verschiedenen Gründen wurden einige Geräte nicht in das Projekt einbezogen. Das deutsche Röntgenspiegelteleskop eROSITA wird im Spektralbereich 0,5−10 keV eingesetzt. Die relativ niedrige Photonenenergie erleichtert die Herstellung von Spiegeloptiken und ermöglicht den Einsatz ausgereifter Siliziumspektrometer. Dementsprechend ist eine hohe Winkelauflösung bei ausreichender Detektionseffizienz und spektraler Auflösung zu erwarten. Das Teleskop wird die Beobachtungsdaten früherer Projekte erweitern und verfeinern.

Das russische Röntgenspiegelteleskop ART-XC ist für Photonenenergien von 6–30 keV ausgelegt. Die Beherrschung des härteren Spektralbereichs des russischen Teleskops erschwert die Herstellung der Optik und des Aufnahmeteils, ist aber aus mehreren Gründen von besonderem Interesse: erhöhte Durchschlagskraft, die Möglichkeit, entfernte Regionen des Weltraums zu beobachten und in stark absorbierende Systeme zu blicken. Entsprechung zum Emissionsspektrum der heißesten Regionen des Universums.

2 Milliarden Planeten

„Zusätzlich zur Suche nach „dunkler Energie“ wird Spektr-RG Neutronen- und Supernovae sowie Gammastrahlenausbrüche untersuchen“, setzt Professor Igor Ostretsov unser Gespräch fort. - Die gewonnenen Daten sollen Wissenschaftlern bei der Erforschung der mysteriösen „dunklen“ Energie helfen. Mit einem Verständnis der Natur dieses Phänomens wird es möglich sein, die Existenz der fünften Dimension zu beweisen: Die vertraute Welt enthält drei räumliche und eine zeitliche Dimension.

Die Analyse konzentrierter Röntgenstrahlen wird Wissenschaftlern Informationen über die physikalischen Prozesse und die Geometrie ihrer Quellen liefern, bei denen es sich um koronal aktive Sterne, Röntgendoppelsterne, Weiße Zwerge und Supernova-Überreste handeln kann.

„In Schwarzen Löchern können Lebensformen existieren, auch in Form hochentwickelter Zivilisationen, die aus verschiedenen Gründen ihren Standort „Brüdern im Kopf“ nicht preisgeben wollen, sagt ein Mitarbeiter des Instituts für Kernforschung der Russischen Föderation Akademie der Wissenschaften Wjatscheslaw Dokutschajew. - Das Problem besteht jedoch darin, dass der sogenannte Ereignishorizont – die primäre Region der Schwarzen Löcher, in der Zeit und Raum miteinander verschmelzen – die Entdeckung dieser Lebensformen nicht zulässt.
Laut Astrophysikern könnte die Milchstraße etwa zwei Milliarden Planeten enthalten. Diese Einschätzung basiert auf der Analyse der vom Kepler-Teleskop gesammelten Daten.“

Dritte Revolution

Und heute sprechen Wissenschaftler von der dritten Revolution in der Astronomie und Astrophysik. Das Weltraumzeitalter brachte die zweite Revolution in der Astronomie und Astrophysik nach der ersten, der Erfindung des optischen Teleskops durch Galileo Galilei im 16. Jahrhundert. Wissenschaftler aus Sarow bereiteten die dritte Revolution vor.

Beachten Sie, dass die Arbeit an der Entwicklung eines Superteleskops dreimal begann und die Technologie dreimal keinen Fortschritt zuließ. Und nur im Allrussischen Forschungsinstitut für Experimentalphysik in Sarow wurde diese Technologie beherrscht. Das umlaufende Observatorium wird eine vollständige Vermessung des gesamten Himmels mit rekordverdächtiger Empfindlichkeit, Winkel- und Energieauflösung durchführen. Eines der zentralen Instrumente zur Lösung der wissenschaftlichen Aufgaben der Spektr RG wird ein Teleskop sein, das in der Lage ist, schwache Röntgensignale aus hoher Hintergrundstrahlung zu isolieren und zu analysieren. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden einzigartige Röntgenkonzentratoren entwickelt, die auf der von Professor M. Kumakhov am Institut für Röntgenoptik erfundenen Polykapillaroptik basieren.
Sowohl das Röntgenteleskop als auch die Röntgenspiegel unterscheiden sich darin, dass sie einen transparenten Blick auf das Universum ermöglichen und es so auf eine völlig neue Art und Weise erkunden können. Das Teleskop wird dazu beitragen, neue Physik und neue physikalische Phänomene des Kosmos zu erforschen. Die Empfindlichkeit des Teleskops des Bundeskernzentrums wird alle bestehenden Röntgenteleskope um das Zehnfache übertreffen.

Beide Teleskope – sowohl das russische als auch das deutsche – befinden sich heute in den Montagehallen der NPO Lawotschkin in Chimki. Sie warten darauf, dass das Andocken an den Satelliten beginnt. Gemäß dem Bundesraumfahrtprogramm war der Start der Raumsonde für 2013 geplant, dann ein Jahr später ... Es besteht die Hoffnung, dass der Start im September 2017 stattfinden wird. Heute ist geplant, dass das Weltraumobservatorium Spektr-RG möglicherweise mit der Oberstufe DM-3 auf der Proton-M in die Umlaufbahn gebracht wird.

Wie wurden Teleskope erfunden?

Das erste Teleskop erschien zu Beginn des 17. Jahrhunderts: Mehrere Erfinder erfanden gleichzeitig Ferngläser. Diese Röhren basierten auf den Eigenschaften einer konvexen Linse (oder, wie es auch genannt wird, ein konkaver Spiegel), fungiert als Linse im Tubus: Die Linse bündelt die Lichtstrahlen im Fokus und es entsteht ein vergrößertes Bild, das durch das Okular am anderen Ende des Tubus betrachtet werden kann. Ein wichtiges Datum für Teleskope ist der 7. Januar 1610; Dann richtete der Italiener Galileo Galilei erstmals ein Teleskop in den Himmel – und verwandelte es so in ein Teleskop. Galileos Teleskop war recht klein, etwas mehr als einen Meter lang, und der Linsendurchmesser betrug 53 mm. Seitdem sind die Teleskope stetig größer geworden. Im 20. Jahrhundert begann man mit dem Bau wirklich großer Teleskope in Observatorien. Das größte optische Teleskop ist heute das Grand Canary Telescope an einem Observatorium auf den Kanarischen Inseln mit einem Linsendurchmesser von bis zu 10 m.

Sind alle Teleskope gleich?

Nein. Der Haupttyp von Teleskopen sind optische Teleskope. Sie verwenden entweder eine Linse, einen Hohlspiegel, eine Reihe von Spiegeln oder einen Spiegel und eine Linse zusammen. Alle diese Teleskope arbeiten mit sichtbarem Licht – das heißt, sie betrachten Planeten, Sterne und Galaxien auf die gleiche Weise, wie ein sehr scharfes menschliches Auge sie betrachten würde. Alle Objekte auf der Welt haben Strahlung und sichtbares Licht macht nur einen kleinen Bruchteil des Spektrums dieser Strahlungen aus. Den Weltraum nur dadurch zu betrachten, ist noch schlimmer, als die Welt um sich herum in Schwarzweiß zu sehen; Wir verlieren also viele Informationen. Daher gibt es Teleskope, die nach anderen Prinzipien funktionieren: zum Beispiel Radioteleskope, die Radiowellen einfangen, oder Teleskope, die Gammastrahlen einfangen – sie dienen der Beobachtung der heißesten Objekte im Weltraum. Es gibt auch Ultraviolett- und Infrarot-Teleskope, die sich gut für die Entdeckung neuer Planeten außerhalb des Sonnensystems eignen: Im sichtbaren Licht heller Sterne ist es unmöglich, die winzigen Planeten, die sie umkreisen, zu sehen, im ultravioletten und infraroten Licht ist dies jedoch viel einfacher Tun.

Warum brauchen wir überhaupt Teleskope?

Gute Frage! Hätte es früher fragen sollen. Wir schicken Fahrzeuge in den Weltraum und sogar zu anderen Planeten, sammeln Informationen über sie, aber größtenteils ist die Astronomie eine einzigartige Wissenschaft, weil sie Objekte untersucht, zu denen sie keinen direkten Zugang hat. Das Teleskop ist das beste Werkzeug, um Informationen über den Weltraum zu erhalten. Er sieht Wellen, die dem menschlichen Auge nicht zugänglich sind, kleinste Details und zeichnet auch seine Beobachtungen auf – mit Hilfe dieser Aufzeichnungen kann man dann Veränderungen am Himmel erkennen.

Dank moderner Teleskope verstehen wir Sterne, Planeten und Galaxien gut und können sogar hypothetische Teilchen und Wellen entdecken, die der Wissenschaft bisher unbekannt waren: zum Beispiel dunkle Materie (das sind die mysteriösen Teilchen, die 73 % des Universums ausmachen) oder Gravitationswellen (Sie versuchen, mit dem LIGO-Observatorium entdeckt zu werden, das aus zwei Observatorien besteht, die 3000 km voneinander entfernt liegen.) Für diese Zwecke ist es wie bei allen anderen Geräten am besten, Teleskope zu verwenden, um sie in den Weltraum zu schicken.

Warum Teleskope ins All schicken?

Die Erdoberfläche ist nicht der beste Ort für die Beobachtung des Weltraums. Unser Planet verursacht viele Störungen. Erstens funktioniert die Luft in der Atmosphäre eines Planeten wie eine Linse: Sie beugt das Licht von Himmelsobjekten auf zufällige, unvorhersehbare Weise – und verzerrt die Art und Weise, wie wir sie sehen. Darüber hinaus absorbiert die Atmosphäre viele Arten von Strahlung, beispielsweise Infrarot- und Ultraviolettwellen. Um diese Störung zu umgehen, werden Teleskope ins All geschickt. Das ist zwar sehr teuer und wird daher selten gemacht: Im Laufe der Geschichte haben wir etwa 100 Teleskope unterschiedlicher Größe ins All geschickt – tatsächlich reicht das nicht aus, selbst große optische Teleskope auf der Erde sind um ein Vielfaches größer. Das berühmteste Weltraumteleskop ist das Hubble-Teleskop, und das James-Webb-Teleskop, dessen Start für 2018 geplant ist, wird so etwas wie sein Nachfolger sein.

Wie teuer ist das?

Ein leistungsstarkes Weltraumteleskop ist sehr teuer. Letzte Woche jährte sich der Start von Hubble, dem berühmtesten Weltraumteleskop der Welt, zum 25. Mal. Dafür wurden seit jeher etwa 10 Milliarden US-Dollar bereitgestellt; Ein Teil dieses Geldes ist für Reparaturen bestimmt, da der Hubble regelmäßig repariert werden musste (Dies wurde 2009 eingestellt, das Teleskop ist jedoch immer noch in Betrieb.) Kurz nach dem Start des Teleskops ereignete sich eine dumme Geschichte: Die ersten damit aufgenommenen Bilder waren von viel schlechterer Qualität als erwartet. Es stellte sich heraus, dass der Hubble-Spiegel aufgrund eines winzigen Rechenfehlers nicht gerade genug war und ein ganzes Team von Astronauten geschickt werden musste, um ihn zu reparieren. Es kostete etwa 8 Millionen US-Dollar. Der Preis des James-Webb-Teleskops kann sich ändern und wird höchstwahrscheinlich kurz vor dem Start steigen, aber bisher liegt er bei etwa 8 Milliarden US-Dollar – und er ist jeden Cent wert.

Was ist so besonders?
am James Webb Telescope?

Es wird das beeindruckendste Teleskop der Menschheitsgeschichte sein. Das Projekt wurde bereits Mitte der 90er Jahre konzipiert und nähert sich nun endlich seiner Endphase. Das Teleskop wird 1,5 Millionen km von der Erde entfernt fliegen und in eine Umlaufbahn um die Sonne bzw. zum zweiten Lagrange-Punkt von Sonne und Erde eintreten – dies ist ein Ort, an dem die Gravitationskräfte zweier Objekte ausgeglichen sind und daher die drittes Objekt (in diesem Fall ein Teleskop) kann bewegungslos bleiben. Das James-Webb-Teleskop ist zu groß, um in eine Rakete zu passen. Daher fliegt es, wenn es zusammengeklappt ist, und öffnet sich im Weltraum wie eine sich verwandelnde Blume. Schau dir das an Video um zu verstehen, wie es passieren wird.

Danach wird er weiter blicken können als jedes andere Teleskop in der Geschichte: 13 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Da sich Licht, wie Sie sich vorstellen können, mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, liegen die Objekte, die wir sehen, in der Vergangenheit. Grob gesagt: Wenn man einen Stern durch ein Teleskop betrachtet, sieht man ihn so, wie er vor Dutzenden, Hunderten, Tausenden usw. Jahren aussah. Daher wird das James-Webb-Teleskop die ersten Sterne und Galaxien so sehen, wie sie nach dem Urknall waren. Das ist sehr wichtig: Wir werden besser verstehen, wie Galaxien entstanden sind, wie Sterne und Planetensysteme entstanden sind, wir werden in der Lage sein, den Ursprung des Lebens besser zu verstehen. Vielleicht hilft uns das James-Webb-Teleskop sogar dabei, außerirdisches Leben zu entdecken. Es gibt eine Einschränkung: Während einer Mission kann viel schief gehen, und da das Teleskop sehr weit von der Erde entfernt sein wird, wird es unmöglich sein, es zur Reparatur zu schicken, wie es bei Hubble der Fall war.

Welche praktische Bedeutung hat das alles?

Diese Frage wird der Astronomie oft gestellt, insbesondere wenn man bedenkt, wie viel Geld dafür ausgegeben wird. Darauf gibt es zwei Antworten: Erstens sollte nicht alles, insbesondere Wissenschaft, eine klare praktische Bedeutung haben. Astronomie und Teleskope helfen uns, den Platz der Menschheit im Universum und die Struktur der Welt im Allgemeinen besser zu verstehen. Zweitens hat die Astronomie immer noch praktische Vorteile. Astronomie steht in direktem Zusammenhang mit der Physik: Wenn wir die Astronomie verstehen, verstehen wir die Physik viel besser, denn es gibt physikalische Phänomene, die auf der Erde nicht beobachtet werden können. Nehmen wir an, wenn Astronomen die Existenz dunkler Materie nachweisen würden, hätte das große Auswirkungen auf die Physik. Darüber hinaus werden viele der Technologien, die für den Weltraum und die Astronomie erfunden wurden, im täglichen Leben eingesetzt: Man denke an Satelliten, die heute für alles vom Fernsehen bis zur GPS-Navigation verwendet werden. Schließlich wird die Astronomie in Zukunft sehr wichtig sein: Um zu überleben, muss die Menschheit Energie aus der Sonne und Fossilien von Asteroiden gewinnen, sich auf anderen Planeten niederlassen und möglicherweise mit außerirdischen Zivilisationen kommunizieren – all dies wird unmöglich sein, wenn wir das nicht tun Entwickeln Sie jetzt Astronomie und Teleskope.

• Übersetzung

Beispiele für Teleskope (seit Februar 2013 in Betrieb), die bei Wellenlängen im gesamten elektromagnetischen Spektrum arbeiten. Observatorien befinden sich oberhalb oder unterhalb des Teils des Spektrums, den sie normalerweise beobachten.

Als das Hubble-Weltraumteleskop 1990 ins Leben gerufen wurde, wollten wir eine ganze Wagenladung an Messungen mitnehmen. Wir würden einzelne Sterne in fernen Galaxien sehen, die wir vorher noch nicht gesehen hatten; das tiefe Universum auf eine Weise zu vermessen, die vorher nicht möglich war; Schauen Sie in Sternentstehungsregionen und sehen Sie Nebel in beispielloser Auflösung. Erfassen Sie Eruptionen auf den Monden von Jupiter und Saturn detaillierter als je zuvor. Aber die größten Entdeckungen – dunkle Energie, supermassereiche Schwarze Löcher, Exoplaneten, protoplanetare Scheiben – waren unvorhergesehen. Wird sich dieser Trend mit den James Webb- und WFIRST-Teleskopen fortsetzen? Unser Leser fragt:

Welche Ergebnisse von Webb und WFIRST werden Sie am meisten überraschen, ohne über radikal neue Physik zu fantasieren?

Um eine solche Vorhersage treffen zu können, müssen wir wissen, zu welchen Messungen diese Teleskope in der Lage sind.



Das fertiggestellte und gestartete James-Webb-Teleskop aus der Sicht eines Künstlers. Achten Sie auf den fünfschichtigen Schutz des Teleskops vor der Hitze der Sonne

James Webb ist ein Weltraumteleskop der neuen Generation, das im Oktober 2018 gestartet werden soll übersetzt]. Sobald es vollständig in Betrieb genommen und abgekühlt ist, wird es das leistungsstärkste Observatorium in der Geschichte der Menschheit sein. Sein Durchmesser wird 6,5 m betragen, die Leuchtkraft wird die von Hubble um das Siebenfache übertreffen und die Auflösung wird fast das Dreifache betragen. Es wird Wellenlängen von 550 bis 30.000 nm abdecken – vom sichtbaren Licht bis zum Infrarot. Es wird in der Lage sein, die Farben und Spektren aller beobachtbaren Objekte zu messen und so den Nutzen fast jedes Photons, das in es eintritt, maximal auszunutzen. Seine Lage im Weltraum wird es uns ermöglichen, alles innerhalb des Spektrums zu sehen, das es wahrnimmt, und nicht nur die Wellen, für die die Atmosphäre teilweise transparent ist.

Das Konzept des WFIRST-Satelliten, dessen Start für 2024 geplant ist. Es muss uns die genauesten Messungen der dunklen Energie und anderer unglaublicher kosmischer Entdeckungen liefern.

WFIRST ist die Flaggschiffmission der NASA für die 2020er Jahre und soll derzeit im Jahr 2024 starten. Das Teleskop wird kein großes Infrarot-Teleskop sein und nichts anderes abdecken als das, was Hubble nicht kann. Er wird es einfach besser und schneller machen. Wie viel besser? Hubble, das einen bestimmten Bereich des Himmels untersucht, sammelt Licht aus dem gesamten Sichtfeld und ist in der Lage, Nebel, Planetensysteme, Galaxien und Galaxienhaufen zu fotografieren, indem es einfach viele Bilder sammelt und sie zusammenfügt. WFIRST wird das Gleiche tun, jedoch mit einem 100-fach größeren Sichtfeld. Mit anderen Worten: Alles, was Hubble kann, kann WFIRST 100-mal schneller erledigen. Wenn wir die gleichen Beobachtungen machen, die während des Hubble-eXtreme-Deep-Field-Experiments gemacht wurden, als Hubble 23 Tage lang denselben Teil des Himmels beobachtete und dort 5500 Galaxien fand, dann würde WFIRST in dieser Zeit mehr als eine halbe Million finden.

Bild vom Hubble eXtreme Deep Field-Experiment, unserer bisher tiefsten Beobachtung des Universums

Am meisten interessieren uns aber nicht die uns bekannten Dinge, die wir mit Hilfe dieser beiden wunderschönen Observatorien entdecken werden, sondern die Dinge, über die wir noch nichts wissen! Um diese Entdeckungen zu erwarten, ist vor allem eine gute Vorstellungskraft, eine Vorstellung davon, was wir noch finden können, und ein Verständnis für die technische Empfindlichkeit dieser Teleskope erforderlich. Damit das Universum unser Denken revolutionieren kann, ist es keineswegs notwendig, dass sich die von uns entdeckten Informationen grundlegend von dem unterscheiden, was wir wissen. Und hier sind sieben Kandidaten für das, was James Webb und WFIRST entdecken können!

Größenvergleich neu entdeckter Planeten, die den schwach roten Stern TRAPPIST-1 umkreisen, mit den galiläischen Monden des Jupiter und des inneren Sonnensystems. Alle Planeten, die um TRAPPIST-1 herum gefunden wurden, haben eine ähnliche Größe wie die Erde, aber der Stern kommt in seiner Größe nur an Jupiter heran.

1) Sauerstoffreiche Atmosphäre in einer potenziell bewohnbaren Welt von der Größe der Erde. Vor einem Jahr erreichte die Suche nach erdgroßen Welten in den bewohnbaren Zonen sonnenähnlicher Sterne ihren Höhepunkt. Aber die Entdeckung von Proxima b und der sieben erdgroßen Welten um TRAPPIST-1, erdgroße Welten, die kleine Rote Zwerge umkreisen, hat einen Sturm erbitterter Kontroversen ausgelöst. Wenn diese Welten bewohnt sind und eine Atmosphäre haben, dann deutet die vergleichsweise große Größe der Erde im Vergleich zur Größe ihrer Sterne darauf hin, dass wir während des Transits den Inhalt ihrer Atmosphäre messen können! Die absorbierende Wirkung von Molekülen – Kohlendioxid, Methan und Sauerstoff – könnte den ersten indirekten Beweis für Leben liefern. James Webb wird es sehen können und die Ergebnisse könnten die Welt schockieren!

Das Big Rip-Szenario wird sich abspielen, wenn wir im Laufe der Zeit eine Zunahme der Stärke der dunklen Energie feststellen

2) Beweise für die Vergänglichkeit der dunklen Energie und den möglichen Beginn des Big Rip. Eines der wichtigsten wissenschaftlichen Ziele von WFIRST ist die Beobachtung von Sternen in sehr großen Entfernungen auf der Suche nach Supernovae vom Typ Ia. Dieselben Ereignisse ermöglichten es uns, dunkle Energie zu entdecken, aber statt Dutzender oder Hunderter werden Informationen über Tausende von Ereignissen in großen Entfernungen gesammelt. Und es wird uns ermöglichen, nicht nur die Expansionsrate des Universums, sondern auch die Veränderung dieser Rate im Laufe der Zeit mit einer Genauigkeit zu messen, die zehnmal höher ist als heute. Wenn die dunkle Energie um mindestens 1 % von der kosmologischen Konstante abweicht, werden wir sie finden. Und wenn sein Modul nur 1 % größer ist als der Unterdruck der kosmologischen Konstante, wird unser Universum mit einem großen Riss enden. Das wird sicherlich eine Überraschung sein, aber wir haben nur ein Universum und wir sollten uns anhören, was sie über sich selbst zu verkünden bereit ist.

Die entfernteste bisher bekannte Galaxie, die Hubble durch Spektroskopie bestätigt hat, ist für uns so sichtbar, wie sie war, als das Universum erst 407 Millionen Jahre alt war

3) Sterne und Galaxien aus früheren Zeiten, als unsere Theorien vorhersagen. James Webb wird mit seinen Infrarotaugen in der Lage sein, in die Vergangenheit zu blicken, als das Universum 200 bis 275 Millionen Jahre alt war – nur 2 % seines heutigen Alters. Dies sollte die meisten der ersten Galaxien und die späte Entstehung der ersten Sterne abdecken, wir können aber auch Hinweise darauf finden, dass frühere Generationen von Sternen und Galaxien noch früher existierten. Wenn es so kommt, bedeutet das, dass das Gravitationswachstum vom Zeitpunkt des Erscheinens des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (380.000 Jahre) bis zur Entstehung der ersten Sterne irgendwie schief gelaufen ist. Das wird auf jeden Fall eine interessante Herausforderung!

Der Kern der Galaxie NGC 4261 weist, wie die Kerne einer Vielzahl von Galaxien, sowohl im Infrarot- als auch im Röntgenbereich Anzeichen für die Anwesenheit eines supermassereichen Schwarzen Lochs auf

4) Supermassereiche Schwarze Löcher, die vor den ersten Galaxien auftauchten. Bereits in den entferntesten Momenten der Vergangenheit, die wir messen konnten, vor der Zeit, als das Universum etwa eine Milliarde Jahre alt war, enthielten Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher. Die Standardtheorie besagt, dass diese Schwarzen Löcher aus den ersten Generationen von Sternen entstanden sind, die miteinander verschmolzen und in die Mitte von Sternhaufen fielen und dann Materie anhäuften und sich in supermassereiche Schwarze Löcher verwandelten. Die allgemeine Hoffnung besteht darin, eine Bestätigung dieses Musters und Schwarze Löcher in den frühen Wachstumsstadien zu finden, aber es wird eine Überraschung sein, wenn wir sie in diesen sehr frühen Galaxien bereits vollständig ausgebildet finden. James Webb und WFIRST werden in der Lage sein, Licht auf diese Objekte zu werfen, und ihre Entdeckung in irgendeiner Form wäre ein ernsthafter wissenschaftlicher Durchbruch!

Von Kepler entdeckte Planeten, sortiert nach Größe, Stand Mai 2016, als sie die größte Auswahl neuer Exoplaneten veröffentlichten. Die häufigsten Welten sind etwas größer als die Erde und etwas kleiner als Neptun, aber Welten mit geringer Masse sind für Kepler möglicherweise einfach nicht sichtbar.

5) Exoplaneten mit geringer Masse, die nur 10 % der Erde ausmachen, dürften am häufigsten vorkommen. Das ist die Spezialität von WFIRST: die Suche nach Mikrolinsen in großen Bereichen des Himmels. Wenn ein Stern vor einem anderen Stern vorbeizieht, erzeugt die Raumkrümmung aus unserer Sicht einen Vergrößerungseffekt mit einer vorhersehbaren Zunahme und anschließenden Abnahme der Helligkeit. Das Vorhandensein von Planeten in dem System, das im Vordergrund stand, wird das Lichtsignal verändern und es uns ermöglichen, sie mit größerer Genauigkeit zu erkennen und kleinere Massen zu erkennen, als es mit jeder anderen Methode möglich ist. Mit WFIRST werden wir alle Planeten bis zu einer Größe von 10 % der Erdmasse untersuchen, also einen Planeten in Marsgröße. Sind marsähnliche Welten häufiger als erdähnliche? WFIRST kann uns helfen, es herauszufinden!

Eine Illustration von CR7, der ersten bekannten Galaxie, die Sterne der Population III enthielt, die ersten Sterne im Universum. James Webb kann ein echtes Foto dieser und anderer solcher Galaxien machen

6) Die ersten Sterne könnten massereicher sein als die, die jetzt existieren. Durch die Untersuchung der ersten Sterne wissen wir bereits, dass sie sich stark von den heutigen unterscheiden: Sie bestanden zu fast 100 % aus reinem Wasserstoff und Helium und enthielten keine anderen Elemente. Aber auch andere Elemente spielen eine wichtige Rolle bei der Kühlung, Strahlung und der frühzeitigen Verhinderung übergroßer Sterne. Der größte heute bekannte Stern befindet sich im Tarantelnebel und hat die 260-fache Masse der Sonne. Aber im frühen Universum könnte es Sterne geben, die 300, 500 und sogar 1000 Mal schwerer als die Sonne sind! James Webb sollte uns die Möglichkeit geben, das herauszufinden, und er kann uns etwas Erstaunliches über die frühesten Sterne im Universum erzählen.

Der Gasaustritt in Zwerggalaxien erfolgt während der aktiven Sternentstehung, wodurch gewöhnliche Materie wegfliegt und dunkle Materie zurückbleibt.

7) Dunkle Materie dominiert die ersten Galaxien möglicherweise nicht so stark wie heute. Wir werden wahrscheinlich endlich in der Lage sein, Galaxien in den entfernten Teilen des Universums zu vermessen und festzustellen, ob sich das Verhältnis von gewöhnlicher Materie zu dunkler Materie ändert. Mit der intensiven Bildung neuer Sterne fließt gewöhnliche Materie aus der Galaxie, es sei denn, die Galaxie ist sehr groß – was bedeutet, dass in frühen, dunklen Galaxien mehr normale Materie im Verhältnis zur dunklen Materie vorhanden sein sollte als in dunklen Galaxien, die es nicht sind weit weg von uns. Eine solche Beobachtung würde das aktuelle Verständnis der Dunklen Materie bestätigen und die Theorien der modifizierten Schwerkraft widerlegen; Die gegenteilige Beobachtung könnte die Theorie der Dunklen Materie widerlegen. James Webb wird damit klarkommen, aber die gesammelten Beobachtungsstatistiken von WFIRST werden wirklich alles klären.

Die Vorstellung eines Künstlers davon, wie das Universum aussehen könnte, als sich die ersten Sterne bildeten

All dies sind nur Möglichkeiten, und es gibt zu viele solcher Möglichkeiten, um sie hier aufzulisten. Der Sinn des Beobachtens, Sammelns von Daten und wissenschaftlicher Forschung besteht darin, dass wir nicht wissen, wie das Universum funktioniert, bis wir die richtigen Fragen stellen, die uns helfen, es herauszufinden. James Webb wird sich auf vier Hauptthemen konzentrieren: erstes Licht und Reionisierung, Galaxiensammlung und -wachstum, Sternentstehung und Planetenentstehung sowie die Suche nach Planeten und dem Ursprung des Lebens. WFIRST wird sich auf dunkle Energie, Supernovae, akustische Baryonenschwingungen, Exoplaneten – sowohl Mikrolinsen- als auch direkte Beobachtung – sowie Beobachtungen großer Himmelsbereiche im nahen Infrarot konzentrieren, die die Fähigkeiten früherer Observatorien wie 2MASS und WISE bei weitem übertreffen werden.

Infrarotkarte des gesamten Himmels, aufgenommen von der Raumsonde WISE. WFIRST wird die für WISE verfügbare räumliche Auflösung und Schärfentiefe bei weitem übertreffen und es uns ermöglichen, tiefer und weiter zu blicken.

Wir haben ein erstaunlich gutes Verständnis des heutigen Universums, aber die Fragen, die James Webb und WFIRST beantworten werden, werden erst heute gestellt, basierend auf dem, was wir bereits gelernt haben. Es mag sich herausstellen, dass es an all diesen Fronten keine Überraschungen geben wird, aber es ist wahrscheinlicher, dass wir nicht nur Überraschungen finden, sondern dass sich unsere Vermutungen über deren Natur als völlig falsch erweisen. Ein Teil des wissenschaftlichen Interesses besteht darin, dass man nie weiß, wann oder wie das Universum einen mit etwas Neuem überraschen wird. Und wenn sie es tut, bietet sich die größte Chance der gesamten fortgeschrittenen Menschheit: Sie ermöglicht es uns, etwas völlig Neues zu lernen und verändert die Art und Weise, wie wir unsere physische Realität verstehen.

Universum

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Der Transiting Exoplanet Survey Satellite (kurz TESS) ist die bevorstehende Mission der NASA, die rund 200.000 Sterne auf Anzeichen von Exoplaneten untersuchen wird.

Auf eine Anmerkung! Exoplaneten oder extrasolare Planeten sind Planeten außerhalb des Sonnensystems. Die Erforschung dieser Himmelsobjekte war für Forscher lange Zeit unzugänglich – im Gegensatz zu den Sternen sind sie zu klein und zu dunkel.

Der Suche nach Exoplaneten mit erdähnlichen Bedingungen hat die NASA ein ganzes Programm gewidmet. Es besteht aus drei Stufen. Hauptforscher, George Reeker vom Institut für Astrophysik und Weltraumforschung. Kavli nannte das Projekt „die Mission des Jahrhunderts“.

Der Satellit wurde 2006 als Mission vorgeschlagen. Das Startup wurde von namhaften Unternehmen wie der Kavli Foundation und Google gesponsert, und auch das Massachusetts Institute of Technology unterstützte die Initiative.

Im Jahr 2013 wurde TESS in das NASA Explorer-Programm aufgenommen. TESS ist auf 2 Jahre ausgelegt. Es wird erwartet, dass die Raumsonde im ersten Jahr die südliche Hemisphäre erkunden wird, im zweiten Jahr die nördliche Hemisphäre.

„TESS sieht die Entdeckung Tausender Exoplaneten aller Größen vor, darunter Dutzende, deren Größe mit der Erde vergleichbar ist“, sagte das Massachusetts Institute of Technology (MIT), das die Mission leitet, in einer Erklärung.

Ziele und Zielsetzungen des Teleskops

Der Satellit ist eine Erweiterung der erfolgreichen Mission des Keppler-Weltraumteleskops der NASA, das 2009 gestartet wurde.
Wie Kepler wird TESS anhand von Veränderungen in der Helligkeit der Sterne suchen. Wenn ein Exoplanet vor einem Stern vorbeizieht (Transit genannt), verdeckt er teilweise das vom Stern emittierte Licht.

Diese Helligkeitseinbrüche können ein Hinweis darauf sein, dass ein oder mehrere Planeten den Stern umkreisen.

Im Gegensatz zu Keppler wird sich die neue Mission jedoch auf Sterne konzentrieren, die 100-mal heller sind, diejenigen auswählen, die für eine detaillierte Untersuchung am besten geeignet sind, und Ziele für zukünftige Missionen identifizieren.

TESS wird den Himmel scannen, aufgeteilt in 26 Sektoren von 24 mal 96 Grad. Leistungsstarke Kameras auf dem Raumschiff werden die kleinsten Veränderungen im Sternenlicht in jedem Sektor erfassen.

Projektmanager Riker wies darauf hin, dass das Team während der Mission damit rechnet, mehrere tausend Planeten zu entdecken. „Diese Aufgabe ist umfassender und geht über die Entdeckung von Exoplaneten hinaus. „Bilder von TESS werden eine Reihe von Entdeckungen in der Astrophysik ermöglichen“, fügte er hinzu.

Merkmale und Eigenschaften

Das TESS-Teleskop ist fortschrittlicher als sein Vorgänger, das Keppler-Teleskop. Sie haben das gleiche Ziel, beide verwenden eine „Transit“-Suchtechnik, aber die Möglichkeiten sind unterschiedlich.

Keppler erkannte mehr als zweitausend Exoplaneten und verbrachte seine Hauptmission damit, einen schmalen Fleck am Himmel zu beobachten. TESS verfügt über ein fast 20-mal größeres Sichtfeld, wodurch mehr Himmelsobjekte erkannt werden können.

Der nächste Staffelstab bei der Erforschung von Exoplaneten wird das James Webb-Weltraumteleskop sein.

Webb wird von TESS identifizierte Objekte detaillierter auf Wasserdampf, Methan und andere atmosphärische Gase scannen. Der Start in die Umlaufbahn ist für 2019 geplant. Diese Mission sollte die letzte sein.

Ausrüstung

Nach Angaben der NASA verfügt die solarbetriebene Raumsonde über vier optische Weitwinkelteleskope, sogenannte Refraktoren. Jedes der vier Geräte verfügt über eingebaute Halbleiterkameras mit einer Auflösung von 67,2 Megapixeln, die im Spektralbereich von 600 bis 1000 Nanometern arbeiten können.

Moderne Geräte sollten einen weiten Blick auf den gesamten Himmel ermöglichen. Die Teleskope werden einen bestimmten Ort zwischen 27 und 351 Tagen lang beobachten und dann zum nächsten weitergehen, wobei sie über einen Zeitraum von zwei Jahren nacheinander beide Hemisphären passieren.

Die Überwachungsdaten werden an Bord des Satelliten verarbeitet und drei Monate lang gespeichert. Das Gerät wird nur solche Daten zur Erde übertragen, die von wissenschaftlichem Interesse sein könnten.

Umlaufbahn und Start

Eine der schwierigsten Aufgaben für das Team war die Berechnung einer einzigartigen Umlaufbahn für das Raumschiff.

Das Gerät wird in eine hohe elliptische Umlaufbahn um die Erde gebracht – es wird die Erde in der Zeit, in der der Mond einen Kreis vollendet, zweimal umrunden. Diese Art von Umlaufbahn ist die stabilste. Es gibt keinen Weltraumschrott und keine starke Strahlung, die den Satelliten außer Gefecht setzen könnten. Das Gerät kann problemlos Daten mit Bodendiensten austauschen.

Starttermine

Allerdings gibt es auch einen Nachteil: Eine solche Flugbahn schränkt die zeitlichen Möglichkeiten des Starts ein: Sie muss mit der Umlaufbahn des Mondes synchronisiert werden. Das Schiff hat ein kleines „Fenster“ – von März bis Juni – wird dieser Zeitraum versäumt, kann die Mission die geplanten Aufgaben nicht erfüllen.

1. Laut dem veröffentlichten Budget der NASA wird die Wartung des Exoplanetenteleskops im Jahr 2018 die Agentur fast 27,5 Millionen US-Dollar kosten, bei Gesamtprojektkosten von 321 Millionen US-Dollar.
2. Das Raumschiff wird in einer Umlaufbahn rotieren, die noch nie zuvor genutzt wurde. Die elliptische Umlaufbahn, P/2 genannt, beträgt genau die Hälfte der Umlaufzeit des Mondes. Das bedeutet, dass TESS alle 13,7 Tage eine komplette Umrundung der Erde machen wird.
3. Um das Recht, einen Satelliten zu starten, widerstand Elon Musks Luft- und Raumfahrtkonzern einer ernsthaften Konkurrenz mit Boeng. Statistik und NASA waren auf der Seite
4. Die Entwicklung von Instrumenten – vom Bordteleskop bis zum optischen Empfänger – wurde von Google finanziert.

Es wird erwartet, dass TESS Tausende von Exoplanetenkandidaten entdecken wird. Dies wird Astronomen helfen, die Struktur von Planetensystemen besser zu verstehen und Einblicke in die Entstehung unseres Sonnensystems zu gewinnen.

Wo kann man die Sterne sehen?

Eine durchaus berechtigte Frage: Warum sollten Teleskope im Weltraum platziert werden? Alles ist ganz einfach – vom Weltraum aus kann man besser sehen. Zur Erforschung des Universums werden bislang Teleskope mit einer Auflösung benötigt, die auf der Erde nicht erreichbar ist. Deshalb werden Teleskope ins All geschossen.

Verschiedene Arten des Sehens

Alle diese Geräte haben unterschiedliche „Visionen“. Einige Arten von Teleskopen untersuchen Weltraumobjekte im Infrarot- und Ultraviolettbereich, andere im Röntgenbereich. Dies ist der Grund für die Schaffung immer perfekterer Weltraumsysteme für die tiefgreifende Erforschung des Universums.

Hubble-Weltraumteleskop

Hubble-Weltraumteleskop (HST)
Das Hubble-Teleskop ist ein komplettes Weltraumobservatorium in einer erdnahen Umlaufbahn. Die NASA und die Europäische Weltraumorganisation arbeiteten an seiner Entstehung. Das Teleskop wurde 1990 in die Umlaufbahn gebracht und ist heute das größte optische Gerät, das im nahen Infrarot- und Ultraviolettbereich beobachtet.

Während seiner Arbeit im Orbit schickte Hubble mehr als 700.000 Bilder von 22.000 verschiedenen Himmelsobjekten – Planeten, Sterne, Galaxien, Nebel. Tausende Astronomen nutzten es, um die Prozesse im Universum zu beobachten. So wurden mit Hilfe von Hubble viele protoplanetare Formationen um Sterne entdeckt, einzigartige Bilder von Phänomenen wie Polarlichtern auf Jupiter, Saturn und anderen Planeten sowie viele andere unschätzbare Informationen gewonnen.

Chandra-Röntgenobservatorium

Chandra-Röntgenobservatorium
Das Chandra-Weltraumteleskop wurde am 23. Juli 1999 ins All geschossen. Seine Hauptaufgabe besteht darin, Röntgenstrahlung aus sehr energiereichen kosmischen Regionen zu beobachten. Solche Studien sind von großer Bedeutung für das Verständnis der Entwicklung des Universums sowie für die Erforschung der Natur der Dunklen Energie – eines der größten Geheimnisse der modernen Wissenschaft. Bisher wurden Dutzende von Geräten ins All geschickt, die Forschung im Röntgenbereich betreiben, dennoch bleibt Chandra das leistungsstärkste und effektivste in diesem Bereich.

Spitzer Das Spitzer-Weltraumteleskop wurde am 25. August 2003 von der NASA gestartet. Seine Aufgabe ist es, den Kosmos im Infrarotbereich zu beobachten, in dem man abkühlende Sterne und riesige Molekülwolken sehen kann. Die Erdatmosphäre absorbiert Infrarotstrahlung, daher sind solche Weltraumobjekte von der Erde aus kaum zu beobachten.

Kepler Das Kepler-Teleskop wurde am 6. März 2009 von der NASA gestartet. Sein besonderer Zweck ist die Suche nach Exoplaneten. Die Aufgabe des Teleskops besteht darin, 3,5 Jahre lang die Helligkeit von mehr als 100.000 Sternen zu überwachen und dabei die Anzahl der erdähnlichen Planeten zu bestimmen, die sich in einer für Leben geeigneten Entfernung von ihrer Sonne befinden. Erstellen Sie eine detaillierte Beschreibung dieser Planeten und der Formen ihrer Umlaufbahnen, studieren Sie die Eigenschaften von Sternen mit Planetensystemen und vieles mehr. Bis heute hat Kepler fünf Sternensysteme und Hunderte neuer Planeten identifiziert, von denen 140 erdähnliche Eigenschaften haben.

James Webb-Weltraumteleskop

James Webb-Weltraumteleskop (JWST)
Es wird davon ausgegangen, dass das JWST-Weltraumteleskop seinen Platz einnehmen wird, wenn das Hubble-Teleskop ausgedient hat. Es wird mit einem riesigen Spiegel mit einem Durchmesser von 6,5 m ausgestattet sein. Sein Zweck ist es, die ersten Sterne und Galaxien zu erkennen, die als Folge des Urknalls entstanden sind.
Und es ist sogar schwer vorstellbar, was er im Weltraum sehen wird und welche Auswirkungen es auf unser Leben haben wird.