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Qual è il problema con i telescopi spaziali?

Qual è il problema con i telescopi spaziali?


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Oggi gli astronomi sono in grado di studiare oggetti nel nostro universo che si trovano a oltre tredici miliardi di anni luce dalla Terra. In effetti, l'oggetto più lontano studiato è una galassia nota come GN-z11, che esiste a una distanza di 13,39 miliardi di anni luce dal nostro Sistema Solare.

Ma poiché viviamo nell'universo relativistico, dove il tempo e lo spazio sono espressioni simili della stessa realtà, guardare in profondità nello spazio significa anche guardare in profondità nel passato. Ergo, guardare un oggetto che si trova a oltre 13 miliardi di anni luce di distanza significa vederlo come appariva oltre 13 miliardi di anni fa.

Ciò consente agli astronomi di vedere alcuni dei primi tempi nell'universo, che si stima abbia 13,8 miliardi di anni. E in futuro, gli strumenti di nuova generazione consentiranno loro di vedere ancora più lontano, fino a quando si sono formate le prime stelle e galassie, un tempo che viene comunemente chiamato "Alba cosmica".

Gran parte del merito di questo progresso va ai telescopi spaziali, che da decenni studiano l'Universo profondo dall'orbita. Il più noto di questi è Hubble, che ha stabilito il precedente per gli osservatori spaziali.

Da quando è stato lanciato nel 1990, i dati vitali Hubble ha raccolto ha portato a molte scoperte scientifiche. Oggi è ancora in servizio e segnerà il suo 30 ° anniversario il 20 maggio 2020. Tuttavia, è importante notare che Hubble non era affatto il primo telescopio spaziale.

Decenni prima del suo lancio storico, la NASA, Roscosmos e altre agenzie spaziali stavano inviando osservatori nello spazio per condurre ricerche vitali. E nel prossimo futuro, una serie di telescopi all'avanguardia verranno inviati nello spazio per costruire sulle fondamenta stabilite Hubble e altri.

Il caso dei telescopi spaziali

L'idea di collocare un osservatorio nello spazio può essere fatta risalire al XIX secolo e agli astronomi tedeschi Wilhelm Beer e Johann Heinrich Mädler. Nel 1837 discussero dei vantaggi di costruire un osservatorio sulla Luna, dove l'atmosfera terrestre non sarebbe stata una fonte di interferenza.

Tuttavia, non è stato fino al 20 ° secolo che è stata fatta per la prima volta una proposta dettagliata. Ciò accadde nel 1946 quando il fisico teorico americano Lyman Spitzer propose di inviare un grande telescopio nello spazio. Anche qui Spitzer ha sottolineato come un telescopio spaziale non sarebbe ostacolato dall'atmosfera terrestre.

Essenzialmente, gli osservatori a terra sono limitati dal filtraggio e dalla distorsione che la nostra atmosfera ha sulla radiazione elettromagnetica. Questo è ciò che fa "scintillare" le stelle e gli oggetti celesti come la Luna ei pianeti solari brillano e appaiono più grandi di quanto sono.

Un altro grande ostacolo è "l'inquinamento luminoso", in cui la luce proveniente dalle sorgenti urbane può rendere più difficile rilevare la luce proveniente dallo spazio. Di solito, i telescopi terrestri superano questo problema essendo costruiti in regioni remote ad alta quota dove l'inquinamento luminoso è minimo e l'atmosfera è più sottile.

L'ottica adattativa è un altro metodo comunemente utilizzato, in cui la deformazione degli specchi corregge la distorsione atmosferica. I telescopi spaziali aggirano tutto questo essendo posizionati al di fuori dell'atmosfera terrestre dove né l'inquinamento luminoso né le distorsioni sono un problema.

Gli osservatori spaziali sono ancora più importanti quando si tratta di gamme di frequenza oltre le lunghezze d'onda visibili. Le radiazioni infrarosse e ultraviolette sono in gran parte bloccate dall'atmosfera terrestre, mentre l'astronomia dei raggi X e dei raggi gamma sono praticamente impossibili sulla Terra.

Per tutti gli anni '60 e '70, Spitzer fece pressioni sul Congresso degli Stati Uniti affinché venisse costruito un tale sistema. Anche se la sua visione non sarebbe stata pienamente realizzata fino agli anni '90 (con il Telescopio spaziale Hubble), nel frattempo molti osservatori spaziali sarebbero stati inviati nello spazio.

Umili origini

Alla fine degli anni '50 iniziò la corsa alla conquista dello spazio tra l'Unione Sovietica e gli Stati Uniti. Questi sforzi sono iniziati seriamente con il dispiegamento dei primi satelliti e poi si sono concentrati in gran parte sull'invio dei primi astronauti nello spazio.

Tuttavia, sono stati compiuti sforzi anche per inviare per la prima volta gli osservatori nello spazio. Qui, i "telescopi spaziali" sarebbero stati in grado di condurre osservazioni astronomiche prive di interferenze atmosferiche, il che era particolarmente importante quando si trattava di fisica delle alte energie.

Come sempre, questi sforzi erano legati ai progressi militari durante la Guerra Fredda. Mentre lo sviluppo dei missili balistici intercontinentali (ICBM) ha portato alla creazione di veicoli di lancio spaziale, lo sviluppo di satelliti spia ha portato a progressi nei telescopi spaziali.

In tutti i casi, i sovietici presero un primo comando. Dopo aver inviato il primo oggetto artificiale (Sputnik 1) e il primo uomo (Yuri Gagarin e il Vostok 1 missione) in orbita nel 1957 e 1961, hanno anche inviato i primi telescopi spaziali nello spazio tra il 1965 e il 1968.

Questi sono stati lanciati come parte del programma Proton sovietico, che ha inviato quattro telescopi a raggi gamma nello spazio (Proton-1 attraverso -4). Sebbene ogni satellite fosse di breve durata rispetto ai moderni telescopi spaziali, hanno condotto ricerche vitali sullo spettro ad alta energia e sui raggi cosmici.

La NASA ha seguito l'esempio con il lancio dei quattro satelliti dell'Osservatorio Astronomico Orbitante (OAO) tra il 1968 e il 1972. Questi hanno fornito le prime osservazioni di alta qualità di oggetti celesti alla luce ultravioletta.

Nel 1972, il Apollo 16 anche gli astronauti hanno lasciato il Fotocamera / spettrografo lontano ultravioletto (UVC) esperimento sulla Luna. Questo telescopio e la fotocamera hanno scattato diverse immagini e ottenuto spettri di oggetti astronomici nello spettro UV lontano.

L'era post-Apollo

Gli anni '70 e '80 si sono rivelati un periodo redditizio per gli osservatori spaziali. Con la fine dell'era Apollo, l'attenzione sui voli spaziali umani iniziò a spostarsi su altre strade, come la ricerca spaziale. Anche altre nazioni iniziarono ad aderire, tra cui India, Cina e varie agenzie spaziali europee.

Tra il 1970 e il 1975, la NASA ha anche lanciato tre telescopi come parte del loro programma Small Astronomy Satellite (SAS), che ha condotto osservazioni a raggi X, gamma, UV e altre osservazioni ad alta energia. I sovietici hanno anche inviato tre telescopi spaziali di Orione nello spazio per condurre osservazioni ultraviolette delle stelle.

Anche l'ESA e le agenzie spaziali europee hanno lanciato i loro primi telescopi spaziali negli anni '70. Il primo è stato il telescopio congiunto British-NASA denominato Ariel 5, lanciato nel 1974 per osservare il cielo nella banda dei raggi X. Lo stesso anno, il Satellite astronomico olandese (ANS) è stato lanciato per condurre l'astronomia UV e a raggi X.

Nel 1975, l'India ha inviato il suo primo satellite nello spazio - Aryabata - studiare l'Universo nello spettro dei raggi X. Nello stesso anno, l'ESA ha inviato il file COS-B missione nello spazio per studiare le sorgenti di raggi gamma. Il Giappone ha anche inviato il suo primo osservatorio nello spazio nel 1979, noto come Hakucho Satellite a raggi X.

Tra il 1977 e il 1979, la NASA ha anche schierato una serie di telescopi per raggi X, gamma e raggi cosmici come parte del programma HEAO (High Energy Astronomy Observatory Program). Nel 1978, la NASA, il UK Science Research Council (SERC) e l'ESA hanno collaborato per lanciare il InternazionaleEsploratore ultravioletto (IUE).

Prima della fine degli anni '80, l'ESA, il Giappone ei sovietici avrebbero contribuito con molte altre missioni, come il Satellite dell'Osservatorio europeo a raggi X. (EXOSAT), il Hinotori e Tenma Satelliti a raggi X e il Astron telescopio ultravioletto.

La NASA ha anche distribuito il Satellite astronomico a infrarossi (IRAS) nel 1983, che è diventato il primo telescopio spaziale a eseguire un rilevamento dell'intero cielo notturno a lunghezze d'onda infrarosse.

A conclusione del decennio, l'ESA e la NASA hanno inviato il loro Hipparcos e Esploratore di sfondo cosmico (COBE) nel 1989. Hipparcosè stato il primo esperimento spaziale dedicato alla misurazione dei giusti movimenti, velocità e posizioni delle stelle, un processo noto come astrometria.

Nel frattempo, COBE ha fornito le prime misurazioni accurate del Cosmic Microwave Background (CMB), la radiazione di fondo diffusa che permea l'universo osservabile. Queste misurazioni hanno fornito alcune delle prove più convincenti per la teoria del Big Bang.

Nel 1989, una collaborazione tra i sovietici, la Francia, la Danimarca e la Bulgaria ha portato al dispiegamento dell'Osservatorio Astrofisico Internazionale (aka. GRANAT). La missione ha trascorso i nove anni successivi osservando l'Universo dai raggi X alle parti dei raggi gamma dello spettro.

Hubble (HST) va nello spazio

Dopo molti decenni, Spitzer ha finalmente visto il suo sogno di un osservatorio spaziale dedicato diventare realtà con il Telescopio spaziale Hubble (HST). Questo osservatorio è stato sviluppato dalla NASA e dall'ESA e lanciato il 24 aprile 1990 a bordo del Space Shuttle Discovery (STS-31), che inizieranno le operazioni entro il 20 maggio.

Questo telescopio prende il nome dal famoso astronomo americano Edwin Hubble (1889 - 1953), considerato da molti uno degli astronomi più importanti della storia.

Oltre a scoprire che ci sono galassie oltre la Via Lattea, ha anche offerto la prova definitiva che l'Universo è in uno stato di espansione. In suo onore, questo fatto scientifico è noto come Legge di Hubble-Lemaître e la velocità con cui si sta espandendo è nota come Costante di Hubble.

Hubble è dotato di uno specchio primario che misura 2,4 metri (7,8 piedi) di diametro e uno specchio secondario di 30,5 cm (12 pollici). Entrambi gli specchi sono realizzati con un tipo speciale di vetro rivestito di alluminio e un composto che riflette la luce ultravioletta.

Con la sua suite di cinque strumenti scientifici, Hubble è in grado di osservare l'Universo nelle lunghezze d'onda ultraviolette, visibili e del vicino infrarosso. Questi strumenti includono quanto segue:

Fotocamera planetaria a campo ampio: un dispositivo di imaging ad alta risoluzione destinato principalmente alle osservazioni ottiche. La sua versione più recente, la Wide Field Camera 3 (WFC3), è in grado di effettuare osservazioni nelle lunghezze d'onda ultraviolette, visibili e infrarosse. Questa fotocamera ha catturato immagini di qualsiasi cosa, dai corpi del Sistema Solare e dei sistemi stellari vicini alle galassie nell'universo molto distante.

Spettrografo Cosmic Origins (COS): uno strumento che scompone la radiazione ultravioletta in componenti che possono essere studiati in dettaglio. È stato utilizzato per studiare l'evoluzione delle galassie, i nuclei galattici attivi (noti anche come quasar), la formazione dei pianeti e la distribuzione degli elementi associati alla vita.

Advanced Camera for Surveys (ACS):una telecamera a luce visibile che combina un ampio campo visivo con una qualità dell'immagine nitida e un'elevata sensibilità. È stato responsabile di molte delle immagini più impressionanti di Hubble dello spazio profondo, ha individuato enormi pianeti extrasolari, ha contribuito a mappare la distribuzione della materia oscura e ha rilevato gli oggetti più distanti nell'Universo.

Spettrografo di imaging del telescopio spaziale (STIS): una telecamera combinata con uno spettrografo sensibile a un'ampia gamma di lunghezze d'onda (dall'ottica e UV al vicino infrarosso). Lo STIS viene utilizzato per studiare i buchi neri, le stelle mostruose, il mezzo intergalattico e le atmosfere dei mondi attorno ad altre stelle.

Fotocamera nel vicino infrarosso e spettrometro multioggetto (NICMOS):uno spettrometro sensibile alla luce infrarossa, che ha rivelato dettagli su galassie, stelle e sistemi planetari lontani che sarebbero altrimenti oscurati dalla luce visibile dalla polvere interstellare. Questo strumento ha cessato di funzionare nel 2008.

I "Grandi Osservatori" e non solo!

Tra il 1990 e il 2003, la NASA ha inviato nello spazio altri tre telescopi che (insieme a Hubble) divenne noto come i Grandi Osservatori. Questi includevano il Osservatorio Compton Gamma Ray (1991), il Chandra X-ray Observatory (1999), il Telescopio spaziale a infrarossi Spitzer (2003).

Nel 1999 l'ESA ha inviato il file Newton multi-specchio a raggi X. (XMM-Newton) osservatorio spaziale, chiamato in onore di Sir Isaac Newton. Nel 2001 hanno inviato il file Sonda per anisotropia a microonde Wilkinson (WMAP) nello spazio, che è succeduto a COBE effettuando misurazioni più accurate della CMB.

Nel 2004, la NASA ha lanciato il Swift Gamma Ray Burst Explorer (aka. Neil Gehrels Swift Observatory). Questa è stata seguita nel 2006 dall'ESA Convezione, rotazione e transiti planetari (COROT) per studiare esopianeti.

Il 2009 è stato un anno eccezionale per i telescopi spaziali. In questo anno, il Osservatorio spaziale di Herschel, il Telescopio a infrarossi a grande campo (SAGGIO), il Planckosservatorio e il Telescopio spaziale Kepler. Mentre Herschel e WISE erano dedicati all'astronomia a infrarossi, Planck ripreso da dove si era interrotto studiando il CMB.

Lo scopo di Keplero era quello di far avanzare lo studio dei pianeti extrasolari (cioè pianeti che orbitano attorno a stelle oltre il Sistema Solare). Attraverso un metodo noto come fotometria di transito, Keplero ha individuato i pianeti mentre passavano davanti alle loro stelle (ovvero transitati), determinando un calo osservabile della luminosità.

L'estensione di questi cali e il periodo con cui si verificano consente agli astronomi di determinare le dimensioni e il periodo orbitale di un pianeta. Grazie a Keplero, il numero di esopianeti conosciuti è cresciuto in modo esponenziale.

Oggi ci sono state oltre 4000 scoperte confermate (e 4900 in attesa di conferma), di cui Keplero è responsabile della scoperta di quasi 2800 (con altri 2420 in attesa di conferma).

Nel 2013, l'ESA ha lanciato il Gaia missione, un osservatorio astrometrico e il successore del Hipparcos missione. Questa missione ha raccolto dati su oltre 1 miliardo di oggetti (stelle, pianeti, comete, asteroidi e galassie) per creare il catalogo spaziale 3D più grande e preciso mai realizzato.

Nel 2015, l'ESA ha anche lanciato il Laser Interferometer Space Antenna Pathfinder (LISA Pathfinder), il primo osservatorio in assoluto dedicato alla misurazione delle onde gravitazionali dallo spazio. E nel 2018, la NASA ha inviato il Satellite Survey Exoplanet in transito (TESS) - KepleroIl successore di - nello spazio per cercare altri esopianeti.

Futuri telescopi spaziali

Nei prossimi decenni, le agenzie spaziali di tutto il mondo prevedono di lanciare telescopi spaziali ancora più sofisticati con una risoluzione ancora più elevata. Questi strumenti consentiranno agli astronomi di guardare indietro ai primi periodi dell'Universo, studiare in dettaglio i pianeti extrasolari e osservare il ruolo svolto dalla Materia Oscura e dall'Energia Oscura nell'evoluzione del nostro Universo.

Telescopio spaziale James Webb (JWST), un telescopio a infrarossi costruito con il generoso supporto fornito dall'ESA e dall'Agenzia spaziale canadese (CSA). Questo osservatorio, il successore spirituale di Hubble e Spitzer, sarà il più grande e complesso telescopio spaziale fino ad oggi.

A differenza dei suoi precessori, il JWST osserverà l'Universo nella luce visibile fino alle lunghezze d'onda del medio infrarosso, dandogli la capacità di osservare oggetti troppo vecchi e troppo distanti per essere osservati dai suoi predecessori.

Ciò consentirà agli astronomi di vedere abbastanza lontano nello spazio (e indietro nel tempo) per osservare la prima luce dopo il Big Bang e la formazione delle prime stelle, galassie e sistemi solari.

Ci sono anche gli ESA Euclide missione, il cui lancio è previsto nel 2022. Questo telescopio spaziale sarà ottimizzato per la cosmologia e l'esplorazione dell '"universo oscuro". A tal fine, mapperà la distribuzione di un massimo di due miliardi di galassie e la materia oscura associata su 10 miliardi di anni luce.

Questi dati verranno utilizzati per creare una mappa 3D dell'Universo locale che fornirà agli astronomi informazioni vitali sulla natura della Materia Oscura e dell'Energia Oscura. Fornirà inoltre misurazioni accurate sia dell'espansione accelerata dell'Universo che della forza di gravità su scale cosmologiche.

Entro il 2025, la NASA lancerà il Telescopio spaziale a infrarossi a campo ampio (WFIRST), un telescopio a infrarossi di nuova generazione dedicato al rilevamento di esopianeti e alla ricerca sull'energia oscura. Secondo quanto riferito, la sua ottica avanzata e la suite di strumenti gli daranno diverse centinaia di volte l'efficienza di Hubble (nella lunghezza d'onda del vicino IR).

Una volta distribuito, WFIRST osserverà i primi periodi della storia cosmica, studierà l'energia oscura e misurerà la velocità con cui l'espansione cosmica sta accelerando. Si baserà anche sulle fondamenta costruite da Keplero conducendo studi di imaging diretto e caratterizzazione di esopianeti.

Il lancio degli ESA PLAnetary Transits and Oscillations of stars(PLATO) seguirà nel 2026. Utilizzando una serie di piccoli telescopi ad ampio campo otticamente veloci, PLATO cercherà gli esopianeti e caratterizzerà le loro atmosfere per determinare se potrebbero essere abitabili.

Guardando ancora più avanti, si prevedono una serie di cose interessanti per l'astronomia spaziale. Ci sono già proposte per telescopi di prossima generazione che offriranno potenza e capacità di osservazione ancora maggiori.

Durante il recente Decadal Survey for Astrophysics del 2020 ospitato dal Science Mission Directorate (SMD) della NASA, sono stati considerati quattro concetti di missione di punta per costruire sull'eredità stabilita da Hubble, Kepler, Spitzer, e Chandra.

Questi quattro concetti includono il Grande geometra ultravioletto / ottico / infrarosso (LUVOIR), il Origins Space Telescope (OST), il Imager esopianeta abitabile (HabEx) e il Lynx X-ray Surveyor.

La NASA e altre agenzie spaziali stanno anche lavorando alla realizzazione di in-space assembly (ISA) con telescopi spaziali, dove i singoli componenti verranno inviati in orbita e assemblati lì. Questo processo eliminerà la necessità di lanciatori particolarmente pesanti in grado di inviare massicci osservatori nello spazio, un processo molto costoso e rischioso.

C'è anche il concetto di osservatori costituiti da sciami di specchi di telescopi più piccoli ("swarm telescopes"). Proprio come gli array su larga scala qui sulla Terra, come il Interferometro di base molto lungo (VLBI) e il Telescopio dell'orizzonte degli eventi (EHT): questo concetto si riduce a unire la potenza di imaging di più osservatori.

Poi c'è l'idea di inviare telescopi spaziali in grado di assemblare se stessi. Questa idea, proposta dal Prof. Dmitri Savransky della Cornell University, implicherebbe un telescopio di circa 30 metri (100 piedi) composto da moduli che si assemblano autonomamente.

Quest'ultimo concetto è stato proposto anche durante il Decadal Survey 2020 ed è stato selezionato per lo sviluppo della Fase I come parte del programma NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) 2018.

L'astronomia spaziale è un fenomeno relativamente nuovo la cui storia è inestricabilmente legata alla storia dell'esplorazione spaziale. I primi telescopi spaziali hanno seguito lo sviluppo dei primi razzi e satelliti.

Man mano che la NASA e Roscosmos hanno acquisito esperienza nello spazio, gli osservatori spaziali sono aumentati in numero e diversità. E mentre sempre più nazioni si univano all'era spaziale, più agenzie spaziali iniziarono a condurre osservazioni astronomiche dallo spazio.

Oggi, il campo ha beneficiato dell'aumento dell'interferometria, della miniaturizzazione, dei sistemi robotici autonomi, del software analitico, degli algoritmi predittivi, del trasferimento dei dati ad alta velocità e dell'ottica migliorata.

A questo ritmo, è solo questione di tempo prima che gli astronomi vedano l'Universo nelle prime fasi della formazione, svelino i misteri della Materia Oscura e dell'Energia Oscura, individuino mondi abitabili e scoprano la vita oltre la Terra e il Sistema Solare. E non sarebbe sorprendente se tutto accadesse contemporaneamente!

  • ESA - PLATO
  • ESA - Panoramica Euclid
  • ESA - Telescopio spaziale Hubble
  • NASA - Telescopio spaziale Hubble
  • NASA - Telescopio spaziale Spitzer
  • Wikipedia - Elenco dei telescopi spaziali
  • Space.com - Grandi telescopi spaziali
  • NASA - Telescopio spaziale James Webb
  • Scientific American - Il primo telescopio spaziale al mondo


Guarda il video: La Luna al telescopio è uno shock: chi lo usa non crede ai suoi occhi (Luglio 2022).


Commenti:

  1. Bishop

    Specialmente registrato al forum per dirti molto per le sue informazioni, vorrei anche qualcosa che puoi aiutare?

  2. Daikus

    È possibile dirlo, questa eccezione :)

  3. Kevork

    Voglio dire, hai torto. Posso difendere la mia posizione. Scrivimi in PM, lo gestiremo.

  4. Bradal

    Il momento interessante



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