Selle kunstniku renderdusel on öine vaade Tšiili põhjaosas Cerro Armazones töötaval erakordselt suurel teleskoobil. Teleskoopi näidatakse laserite abil kunstlike tähtede tekitamiseks atmosfääris. (ESO / L. Calçada)

5 põhjust, miks astronoomia on maast parem kui kosmoses

1990. aastal käivitati Hubble'i kosmoseteleskoop, mis viis revolutsioonini astronoomia valdkonnas. Kuid mitmel otstarbel on Maa endiselt parim koht olla.

Kui mõelda, mis seal sügava kosmose kuristikus toimub, vaatamata meie päikesesüsteemi planeetidele või kõige kaugematele galaktikatele, mida universum on tajutav, siis instrument, mida enamik inimesi mõtleb parimate piltide ja andmete saamiseks on Hubble'i kosmoseteleskoop. Maa atmosfäärist sadu miile kõrgemal paiknevad probleemid, nagu pilved, atmosfääri moonutused, turbulentne õhk või isegi reostus, ei valmista muret. Pildid on nii teravad, kui pardal olevad kaamerad ja optika seda võimaldavad ning oma asukohast väljaspool olevast maailmast võib see vaadata ükskõik millisesse suunda. Seda kasutades oleme näinud imesid, mida me pole kunagi ette kujutanud; Hubble on meile näidanud, milline universum tõeliselt välja näeb.

See pilt võrdleb Kotka udukogu loomise samba kahte vaadet koos Hubble'iga 20-aastase vahega. Uus vasakpoolsel pildil on peaaegu täpselt sama piirkond, mis 1995. aastal, paremal. Uuem pilt kasutab aga Hubble'i 2009. aastal paigaldatud laiekraankaamerat 3, et hõivata hapniku, vesiniku ja väävli valgust suurema selgusega. Mõlema pildi omamine võimaldab astronoomidel uurida, kuidas sammaste struktuur aja jooksul muutub, ja tutvustab ühte parimat näidet sellest, mida saame õppida astronoomiat kosmoses tehes. (WFC3: NASA, ESA / Hubble ja Hubble'i kultuuripärandi meeskond WFPC2: NASA, ESA / Hubble, STScI, J. Hester ja P. Scowen (Arizona State University))

Ja veel, on asju, mida saame teha maapinnast ja mis on vaieldamatult paremad kõigest, mida saame teha kosmosest. On pilte, mida saame luua, ja andmeid, mida saame koguda, mida on lihtsalt võimatu kosmosest teha. Olenemata sellest, kas kasutame maapealseid teleskoope, õhupalliga töötavaid vaatluskeskusi või isegi kõrgmäestikulennukit, on siin Maa peal viibimiseks palju häid põhjuseid. Muidugi, kui lendate atmosfääri kohal ja saadate mitmekülgne suund, et kosmosesse minek annab teile kosmoseteleskoobi austajate kindlad võidud; mingil juhul ei saa adaptiivne optika ega põline vaatluskoht konkureerida observatooriumiga, millel pole Maaga võistelda. Kuid astronoomia tegemiseks kohapeal on mõned väga kaalukad põhjused, kuna on eeliseid, mille kaotate kohe kosmosesse minnes. Siin on viis parimat.

ISIM-mooduli pardal olevad teadusinstrumendid langetati ja paigaldati JWST-i peakoostu 2016. aastal. Need mõõteriistad olid valmis juba aastaid varem ja ei jõua isegi esmakordselt kasutusele kõige varem 2019. aastal. (NASA / Chris Gunn)

1.) Kosmoseteleskoobi tehnoloogia on vananenud, isegi enne selle käivitamist. Kosmoseteleskoobi käivitamiseks peate otsustama, mida proovite sellega teha, kavandada ja ehitada oma instrumendid, integreerida need vaatluskeskuse pardale ja seejärel see käivitada. James Webbi kosmoseteleskoobi taolise missiooni jaoks oli selle instrumentide kavandamine kümnendi alguses valmis; täna ehitatud instrumendil oleks sellesse integreeritud umbes seitse aastat kõrgemat tehnoloogiat. Teleskoobi hooldamine kosmoses on kulukas, riskantne ja mõnel juhul (näiteks kui teie teleskoop on meeskonda kandva kosmoselaeva käeulatusest väljas) praktiliselt võimatu. Aga kui teie observatoorium on kohapeal? Hüppa lihtsalt vana instrument välja ja uues sisse, ja su vana teleskoop on jällegi tipptasemel, kuni selle optiline disain on piiratud.

25-meetrine hiiglaslik Magellani teleskoop on praegu ehitamisel ja sellest saab Maa suurim uus maapealne vaatluskeskus. Teise peegli paigas hoidmiseks nähtavad spidarvarred on spetsiaalselt konstrueeritud nii, et nende vaateväli langeb otse GMT peeglite kitsaste vahede vahele. See on kolmest pakutud 30-meetrise klassi teleskoobist väikseim ja see on suurem kui ükski kosmosepõhine vaatluskeskus, mis on isegi välja mõeldud. See peaks valmima 2020. aastate keskpaigaks. (Hiiglaslik Magellani teleskoop / GMTO Corporation)

2.) Võite ehitada maapinnale suurema observatooriumi, kui ruumi saate. Ma kuulen juba teie vastuväidet: kui kulutaksite sellele lihtsalt piisavalt raha, võiksite käivitada nii suure teleskoobi, kui soovite. See on tõsi, kuid ainult teatud punktini. Täpsemalt kuni punktini, mil teie kosmosepõhine vaatluskeskus peab mahtuma selle käivitavasse raketti! Hubble'i kosmoseteleskoobi läbimõõt on vaid 2,4 meetrit; suurim kosmoseteleskoop, mis eales lendanud, on ESA Herschel, mille kõrgus on 3,5 meetrit. James Webb on oma segmenteeritud kujunduse tõttu suurem, kuid iga volditud segment peab mahtuma selle käivitava raketi pardale. Isegi NASA unistustes jõuab kosmoseteleskoobi LUVOIR kontseptsioon 15,1 meetri kõrgusele. Kuid maapinnal pole ei suuruse ega kaalu piiranguid ning projekteerimisel ja ehitamisel on projekteeritud ja ehitatud kolm iseseisvat 30-meetrise klassi teleskoopi: GMTO, ELT ja TMT. Raadios saame veelgi suuremaks minna, nagu on näidanud sellised rajatised nagu Arecibo ja FAST. Astronoomias on suurus oluline!

Ariane 5 82. järjestikuse eduka missiooni korraldamine Prantsuse Guajaanas toimub 12. detsembril 2017. See lend VA240 peaks esindama seda, mida JWST näeb 2019. aasta käivitamisel. Võib see olla edukas; kosmosekaartide jaoks on meil ainult üks võimalus. (Arianespace)

3.) Te ei pea kunagi muretsema käivitusrikke pärast. Kas olete kunagi kuulnud NASA orbiidil töötavast süsiniku vaatluskeskusest, mille eesmärk on vaadata, kuidas CO2 liikus kosmosest atmosfääri kaudu? Tõenäoliselt mitte, kuna satelliidil ei õnnestunud raketist eraldumise esimestel minutitel eralduda; kogu raketi- ja kosmoselaevade kokkupanek kukkus ookeani vaid 17 minutit pärast selle esimest starti. James Webbi kosmoseteleskoobi käivitaval raketil Ariane 5 oli 82 järjestikust stardiedu, enne kui ta kannatas osalise rikke alles kaks kuud tagasi. Paljud kosmoseülesanded on jõudnud sünge lõppu tõrke tõttu käivitamise, kasutuselevõtu või orbiidi sisestamise ajal; kui olete kosmoselaeva käivitanud, on praktiliselt võimatu kosmoselaeva tõrget parandada, kui midagi läheb valesti. Maapinnast seda ei juhtu kunagi.

Esimene laservalgustuse täherajatise (4LGSF) esimene tuli, 26. aprillil 2016. See täiustatud adaptiivne optikasüsteem pakub tohutut edusammu maapinnast, kuid on üks näide fantastilisest taristust, mida saab maapinnast ehitada, hooldada, millele pääseb juurde, mida saab parandada või mida saab asendada. (ESO / F. Kamphues)

4.) Maapealne infrastruktuur on palju parem kui kõik, mis teil kosmoses on. Kas soovite oma kosmoselaeva jahutada? Parem on kogu missiooni ajaks vajalik jahutusvedelik kaasa võtta ja / või loodan, et passiivne jahutussüsteem ei saa kunagi viga. Kas peate end päikese eest varjama? Veenduge, et osutate alati õiges suunas ja loodan, et teie güroskoobid ei vea kunagi alt. Kas teil on optilist komponenti, mis halvendab, rikub või võib põhjustada tõrkeid? Kosmoses olete oma asjadega ummikus. Kuid kohapeal saate omada kohapeal ekstravagantseid hooldusvõimalusi. Vigast, määrdunud või kahjustatud peeglit saab vahetada; infrapunaseid teleskoope saab lõputult jahutada; remonti saab inimeste kätega teha reaalajas; uusi osi ja inimesi saab kohale toimetada kohe ette teatades. On tähelepanuväärne feat, et Hubble on kestnud ligi 30 aastat, kuid selleks on vaja teha mitu teenindusmissiooni (ja natuke õnne). Maapinnal jõuavad poole sajandi vanused teleskoobid tagasi tipptasemel teaduse juurde. Konkurssi ei toimu.

NASA avatud teleskoobi ustega Stratosfääri infrapunaastronoomia vaatluskeskus (SOFIA). See NASA ja Saksa organisatsiooni DLR ühine partnerlus võimaldab meil viia kaasaegseima taseme infrapuna teleskoobi ükskõik millisesse kohta Maa pinnal, võimaldades meil jälgida sündmusi kõikjal, kus need aset leiavad. (NASA / Carla Thomas)

5.) Maal saate jälgida kõikjalt, kuhu soovite. Kui teie observatoorium läheb kosmosesse, fikseerivad gravitatsioon ja liikumisseadused igal ajal täpselt selle ruumi, kus see kosmoselaev hakkab olema. Kõikjalt võib näha hulganisti astronoomilisi uudishimu, kuid leidub ka tähelepanuväärseid sündmusi, mis nõuavad, et viibite konkreetsel ajahetkel konkreetses kohas. Juhud on selle äärmuslik näide, kus kauge, väike objekt Päikesesüsteemis möödub tausttähe ees, kuid ainult lühikeseks hetkeks konkreetses asukohas. Neptuuni kuu Triton ja New Horizonsi esimene Pluutojärgne sihtkoht MU69, mõlemad okupeeritud taustatähed, teeb Triton seda regulaarselt. Kosmoseteleskoopidel pole kunagi õnnestunud neid tabada, kuid tänu mobiilsetele observatooriumidele nagu NASA SOFIA oleme õppinud, kuidas Tritoni atmosfäär selle aastaaegadega muutub, ja avastasime isegi MU69 ümbruse väikese kuu! Kuna me ei pane kõiki oma mune kosmose teleskoopide korvi, saame teha ainulaadse teaduse, mida meie maailma saabuv valgus võimaldab.

Mauna Kea tippkohtumine sisaldab paljusid maailma kõige arenenumaid ja võimsamaid teleskoope. Selle põhjuseks on kombinatsioon Mauna Kea ekvatoriaalsest asukohast, suurest kõrgusest, kvaliteetsest nägemisest ja asjaolust, et see asub üldiselt, kuid mitte alati, pilvejoone kohal. (Subaru teleskoobi koostöö)

Boonusena saab kosmosesse minemise kahte peamist eelist tõhusalt võrdsustada õigete tehnoloogiliste uuendustega. Ehitades oma vaatluskeskusi väga kõrgetel kõrgustel kohtadesse, kus õhk veel on - näiteks Mauna Keea tipus või Tšiili Andides -, saame kohe suure osa atmosfääri turbulentsist võrrandist välja võtta. Adaptiivse optika lisamine, kus on olemas teadaolev signaal (näiteks hele täht või laseriga loodud kunstlik täht, mis peegeldab atmosfääri naatriumikihist 60 kilomeetrit ülespoole), kuid tundub udune, võib meil lubada luua õige “ peegelkuju ”, et eemaldada see pilt ja seega ka kogu muu valgus, mis sellega kaasneb. Täiendavad parandused, näiteks mitme juhendi üheaegne kasutamine, võivad saavutada 99% sellest, mida saavutate kosmosest, kuid kümneid või isegi sadu kordi valgust koguva võimsusega.

Ja lõpuks, atmosfäär on suures osas läbipaistev mitte ainult nähtava valguse, vaid ka mitmesuguste lainepikkuste jaoks, mis seal väljas on. Need “atmosfääriaknad” võimaldavad meil liikuda kõikjal, mis meile universumis meeldib, seni, kuni valgus pääseb läbi. Kui gammakiiri, röntgenkiirte ja paljusid infrapunakiirguse lainepikkusi saab tõeliselt näha ainult kosmosest, on elektromagnetilise spektri tohutu ulatus, mida on sõna otseses mõttes sama hea Maalt vaadata. Raadiolained on selle kõige hämmastavam näide, kus paljud sageduste suurusjärgud asuvad maapinnast sama põlised kui kosmosest. Samuti on ultraviolett-, nähtava ja infrapuna valguses mitmeid ülitugevaid atmosfääri aknaid.

Elektromagnetilise spektri läbilaskvus või läbipaistmatus atmosfääri kaudu. Pange tähele kõiki neeldumisomadusi gamma-, röntgen- ja infrapunakiirguses, mistõttu neid vaadeldakse kõige paremini kosmosest. Kuid paljude lainepikkuste korral, näiteks raadios, on maapind sama hea. (NASA)

Kosmosest astronoomia tegemiseks on palju häid põhjuseid ja terve hulk muljetavaldavaid objekte, mida me näeme, ja lainepikkused, mida saame uurida ja mis on meile muidu maapinnast suletud. Kuid mitmekülgsuse, töökindluse, hoolduse, suuruse ja tipptasemel tehnoloogia osas on Maa ikkagi parim koht, kus olla. Kuna kõrgmäestiku asukohad ja õhupalli või õhusõiduki pardal asuvad vaatluskeskused muutuvad üha tavalisemaks, peame vähem ja vähem muretsema astronoomi vanima nemesise: pilvede pärast. Kui suudame hoida oma taeva selges ja pimedas, paljastab maapealne astronoomia tulevastele põlvedele uusi saladusi Universumi kohta.

Starts With A Bang on nüüd Forbesil ja tänu meie Patreoni toetajatele uuesti keskkonnas avaldatud. Ethan on kirjutanud kaks raamatut "Beyond The Galaxy" ja "Treknology: The Star of Treki teadus Tricordersist Warp Drive'i".