Podglądanie niewidzialnego

Kosmiczny Teleskop Spitzera uzupełnia ważną lukę w obserwacjach możliwych dzięki Wielkim Obserwatoriom.

Rozgwieżdżone nocne niebo widział każdy. Każdy też zapewne wie, że aby cokolwiek zobaczyć potrzebna jest choć odrobina światła. Na Ziemi jest to oczywiste. Kosmos jednak rządzi się własnymi prawami – tam światło widzialne ukazuje nam jedynie część prawdziwego oblicza międzygwiezdnej przestrzeni. Rąbka tajemnicy uchyla nam Kosmiczny Teleskop Spitzera...

 

Ponad 200 lat temu fizyk i kompozytor William Herschel przeprowadził pewien eksperyment. Oświetlił pryzmat światłem słonecznym, uzyskując w ten sposób tęczę – widmo optyczne światła widzialnego. Wtedy w każdym z kolorów umieścił termometr, by zmierzyć temperaturę poszczególnych barw. Najchłodniejszy okazał się fiolet, a najwyższą temperaturę miała czerwień. Jednak w nieoświetlonym miejscu poniżej czerwonego termometr nagrzewał się jeszcze bardziej. W ten sposób Herschel odkrył nieznaną wcześniej „podczerwień”, promieniowanie, które transmituje ciepło poprzez niewidoczną falę świetlną. Odkrył nowy sposób widzenia – potwierdził, że światło nie jest jedynie czymś, na co lub przez co patrzymy, ale czymś, dzięki czemu widzimy. Od tamtego czasu światło stało się narzędziem mierzenia i opisywania świata. Także Wszechświata.

Wielkie Obserwatoria

To właśnie widmo fal niewidocznych gołym okiem odgrywa bardzo istotną rolę w obserwacjach kosmosu. Światło widzialne nie mówi nam bowiem wszystkiego. By odkryć to, co dotychczas było niedostępne, NASA stworzyła program Wielkich Obserwatoriów. Są to cztery olbrzymie kosmiczne teleskopy, którym za zadanie postawiono badanie różnych długości fal elektromagnetycznych. Światło widzialne i ultrafiolet analizowane są przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a, wystrzelony w 1990 roku; promienie gamma – przez Obserwatorium Promieniowania Gamma Comptona, wystrzelone w 1991 roku (misję zakończono w 2000 roku); promienie X – Obserwatorium Promieniowania X Chandra, wystrzelone w 1999 roku, a podczerwień badana jest przez Kosmiczny Teleskop Spitzera, wystrzelony w 2003 roku.

Najnowszym z tych nadzwyczajnych narzędzi jest właśnie Kosmiczny Teleskop Spitzera (Spitzer Space Telescope). Jest on zarazem ostatnim z Wielkich Obserwatoriów NASA. Jego pełna nazwa brzmiała pierwotnie Space Infrared Telescope Facility – SIRTF, dopiero później nazwano go nazwiskiem Lymana Spitzera, fizyka, który jako pierwszy, jeszcze w latach 40. XX wieku przedstawił pomysł umieszczania teleskopów w przestrzeni kosmicznej. Co ciekawe, wyboru akurat tego nazwiska dokonano w wyniku publicznego konkursu (brały w nim udział również dzieci), a nie jak zazwyczaj, gdzie nazwę nadają instytucje naukowe.

 

 

 

M81. Źr. NASA/JPL-Caltech

Coraz dalej Ziemi

Kosmiczny Teleskop Spitzera uzupełnia ważną lukę w obserwacjach możliwych dzięki Wielkim Obserwatoriom – bada częstotliwości fal, które nie są dostępne z Ziemi – tzw. termiczną podczerwień (jest to daleka podczerwień, jej fale przekazywane są w postaci ciepła). Teleskop  obserwuje niebo w zakresie fal podczerwonych od 3 do 180 mikronów (mikron stanowi jedną miliardową część metra). Większość promieniowania w tych częstotliwościach jest zatrzymywana przez ziemską atmosferę i nie można dostrzec go z powierzchni naszej planety.

Teleskop został wystrzelony 25 sierpnia 2003 roku. W przestrzeń kosmiczną z Przylądka Canaveral wyniosła go rakieta Delta II. Jest przez to jedynym z wielkich teleskopów, którego nie wyniesiono w kosmos za pomocą promu kosmicznego. Stało się tak, gdyż po katastrofie Challengera wstrzymano starty modułu Centaur, który pierwotnie miał umieścić Teleskop Spitzera na orbicie. Sama orbita urządzenia także odróżnia go od pozostałych – korzysta ono z nietypowej orbity heliocentrycznej zamiast geocentrycznej. Spitzer zamiast krążyć wokół Ziemi, krąży dokoła Słońca, przez co oddala się od Ziemi o 0,1 jednostki astronomicznej rocznie.

Chłodna analiza

Ponieważ podczerwień jest przede wszystkim promieniowaniem cieplnym, teleskop musi być chłodzony do temperatury niemalże zera absolutnego (to najniższa możliwa temperatura 0 K = -273°C). Naukowcy opracowali system chłodzenia i specjalnej budowy teleskopu, która umożliwia pracę już w temperaturze 5,5 K, co równa się -268°C. Dzięki temu teleskop może odbierać sygnały w podczerwieni bez zakłóceń pochodzących z własnego ciepła. Wiąże się to również z koniecznością ochrony przed promieniami słonecznymi i promieniowaniem IR z Ziemi. Pomaga przy tym nietypowa orbita – Kosmiczny Teleskop Spitzera jest dalej od naszego globu i nieustannie się od niego oddala. Takie rozwiązanie pozwoliło na znaczne obniżenie kosztów misji – nie były konieczne dodatkowe zapasy ciekłego helu chłodzącego aparaturę teleskopu (w sumie na pokładzie teleskopu znalazło się 360 litrów tej substancji).

Spitzer jest największym teleskopem pracującym w podczerwieni, jaki kiedykolwiek wyniesiono w kosmos. Mierzy 85 cm średnicy, a jego lustra wykonane są z berylu. Umożliwia to obserwację promieniowania IR z olbrzymią dokładnością. Precyzja jest jeszcze większa dzięki wyposażeniu teleskopu w spektrograf. Całość zaprojektowano by odkrywać to, co dotychczas było niedostępne. Rozległe obszary kosmosu pokryte są gęstym pyłem i chmurami gazów, które skrywają bezcenne informacje. Dopiero światło podczerwone jest w stanie je „przejrzeć”, dając nam dostęp do miejsc gdzie rodzą się nowe gwiazdy, do centrum galaktyk, do nowo powstałych układów planetarnych. Podczerwień daje nam również informacje o najchłodniejszych obiektach w przestrzeni kosmicznej, takich jak najmniejsze gwiazdy, brązowe karły. Są one zbyt małe, by wykryć je, wykorzystując ich światło widzialne. Do niedawna ich istnienie było jedynie teorią – z pomocą teleskopu Spitzera udało się je jednak zobaczyć. Także wiele innych cząsteczek w  kosmosie, takie jak molekuły organiczne ukazują się dopiero w podczerwieni.

 

 

Lyman Spitzer. Źr. NASA/JPL-Caltech.

Widzieć jeszcze dalej

Badania realizowane przez specjalistę od kosmicznej podczerwieni obejmują obserwacje najdalszych miejsc Układu Słonecznego, Pasa Kuipera czy szczególnych galaktyk tzw. ULIGRs - Ultraluminous Infrared Galaxies - galaktyk „ultraświecących” w podczerwieni. Również  komety i ich skład chemiczny będą obiektem zainteresowania Spitzera. Dzięki nim będziemy mogli więcej dowiedzieć się o początkach Układu Słonecznego, komety są bowiem pozostałością z czasów, kiedy powstawał. Naukowcy mają też nieprawdopodobną możliwość przyjrzenia się przeszłości. Na niektórych ze zdjęć przekazanych przez teleskop widać światło być może z pierwszych gwiazd Wszechświata – zarejestrowano bowiem widoczną w podczerwieni poświatę znanych obiektów, które już nie istnieją.

Kosmiczny Teleskop Spitzera ukazuje to, czego wcześniej nie można było zobaczyć. Astrofizycy i inni specjaliści zyskali potężne narzędzie, które może pomóc w odpowiedzi na tak często zadawane pytania o początki gwiazd, galaktyk i całego Wszechświata. A odpowiedź jest coraz bliżej – już od kilku lat trwają intensywne prace nad następcami kosmicznych teleskopów Spitzera i Hubble'a – Kosmicznym Obserwatorium Herschela i Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba. Pozostaje więc tylko uzbroić się w cierpliwość...

 

Przemysław Goławski

  

POSŁUCHAJ AUDYCJI - mp3 (14,98 MB)