Najważniejsze obserwatoria kosmiczne

Czas czytania artykułu: 5 minuty

Satelity astronomiczne, częściej określane jako kosmiczne obserwatoria, to teleskopy i sondy umieszczone poza atmosferą Ziemi. Ich podstawową zaletą jest możliwość obserwowania promieniowania, które atmosfera pochłania lub zniekształca — między innymi podczerwieni, ultrafioletu, promieniowania rentgenowskiego i gamma. Poniżej opisane są najważniejsze aktywne oraz historyczne misje, które znacząco wpłynęły na współczesną astronomię.

Obserwatoria optyczne i podczerwone

Hubble Space Telescope

Hubble został wyniesiony na orbitę w 1990 roku i jest jednym z najbardziej znanych kosmicznych teleskopów. Obserwuje przede wszystkim światło widzialne, ultrafiolet oraz część podczerwieni.

Jego zadania obejmują:

• obserwacje galaktyk, mgławic i gromad gwiazd;
• badanie narodzin i śmierci gwiazd;
• pomiary odległości kosmicznych;
• obserwacje supernowych;
• badanie atmosfer planet Układu Słonecznego;
• analizę ewolucji galaktyk.

Hubble nie jest najpotężniejszym teleskopem pod względem rozmiaru zwierciadła, ale dzięki wysokiej rozdzielczości i wieloletnim modernizacjom dostarczył jedne z najbardziej szczegółowych obrazów kosmosu. NASA określa go jako misję, która zasadniczo zmieniła nasze rozumienie Wszechświata.

James Webb Space Telescope

James Webb Space Telescope, znany jako JWST lub po prostu Webb, rozpoczął pracę po wystrzeleniu w 2021 roku. Obserwuje przede wszystkim promieniowanie podczerwone i znajduje się w pobliżu punktu libracyjnego L2, około 1,5 miliona kilometrów od Ziemi.

Jego główne zadania to:

• obserwowanie pierwszych galaktyk powstałych po Wielkim Wybuchu;
• badanie formowania się gwiazd i układów planetarnych;
• analiza atmosfer egzoplanet;
• obserwacje chłodnych obiektów przesłoniętych przez pył;
• badanie galaktyk i gwiazd na różnych etapach ewolucji.

Podczerwień pozwala Webbowi zaglądać przez obłoki pyłu oraz obserwować bardzo odległe obiekty, których światło zostało przesunięte ku podczerwieni wskutek rozszerzania się Wszechświata. NASA opisuje Webba jako największe i najpotężniejsze obserwatorium kosmiczne, jakie dotychczas wystrzelono.

Euclid

Europejski teleskop Euclid został zaprojektowany do badania tak zwanego ciemnego Wszechświata. Nie obserwuje ciemnej materii i ciemnej energii bezpośrednio, lecz analizuje ich wpływ na rozmieszczenie i kształt galaktyk.

Do jego zadań należy:

• stworzenie wielkiej trójwymiarowej mapy galaktyk;
• pomiar słabego soczewkowania grawitacyjnego;
• badanie rozkładu ciemnej materii;
• analiza tempa rozszerzania się Wszechświata;
• poszukiwanie wskazówek dotyczących natury ciemnej energii.

ESA zakłada, że Euclid będzie obserwował miliardy galaktyk sięgających do około 10 miliardów lat świetlnych i obejmie ponad jedną trzecią nieba.

Gaia

Misja Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej nie jest klasycznym teleskopem przeznaczonym przede wszystkim do wykonywania efektownych zdjęć. Jej zadaniem jest niezwykle precyzyjna astrometria, czyli pomiar pozycji i ruchów gwiazd.

Gaia tworzy mapę Drogi Mlecznej, mierząc między innymi:

• położenie gwiazd;
• ich odległości;
• ruch własny;
• jasność;
• temperaturę;
• skład chemiczny.

Do zakończenia obserwacji naukowych w styczniu 2025 roku Gaia wykonała ponad trzy biliony obserwacji około dwóch miliardów gwiazd i innych obiektów. Dane misji służą do rekonstrukcji budowy, pochodzenia i ewolucji naszej Galaktyki.

Herschel

Europejskie obserwatorium Herschel działało w zakresie dalekiej podczerwieni i promieniowania submilimetrowego. Misja zakończyła się w 2013 roku, ale jej dane nadal mają znaczenie naukowe.

Herschel badał:

• chłodne obłoki gazu i pyłu;
• miejsca narodzin gwiazd;
• dyski protoplanetarne;
• skład chemiczny obłoków międzygwiazdowych;
• galaktyki intensywnie tworzące nowe gwiazdy.

Jego obserwacje były szczególnie cenne w badaniu procesów niewidocznych w świetle optycznym, ponieważ młode gwiazdy często są całkowicie zasłonięte przez pył.

Teleskopy rentgenowskie i gamma

Chandra X-ray Observatory

Chandra to jedno z najważniejszych obserwatoriów rentgenowskich. Promieniowanie X powstaje w bardzo gorących i energetycznych środowiskach, dlatego teleskop bada obiekty, których nie da się właściwie analizować wyłącznie w świetle widzialnym.

Chandra obserwuje:

• czarne dziury;
• gwiazdy neutronowe;
• pozostałości po supernowych;
• gorący gaz w gromadach galaktyk;
• aktywne jądra galaktyk;
• źródła promieniowania rentgenowskiego w Drodze Mlecznej.

NASA określa Chandrę jako najpotężniejszy teleskop rentgenowski, między innymi ze względu na wysoką rozdzielczość przestrzenną i możliwość wykrywania bardzo słabych źródeł.

XMM-Newton

Europejski XMM-Newton jest kolejnym kluczowym obserwatorium rentgenowskim. Oprócz obrazowania wykonuje szczegółową spektroskopię, czyli analizuje rozkład energii promieniowania.

Dzięki temu astronomowie mogą określać:

• temperaturę gazu;
• skład chemiczny obiektów;
• prędkość poruszającej się materii;
• właściwości dysków akrecyjnych;
• aktywność czarnych dziur i gwiazd neutronowych.

XMM-Newton jest szczególnie użyteczny w badaniu gorącego gazu w gromadach galaktyk oraz procesów zachodzących wokół obiektów o bardzo silnej grawitacji.

Fermi Gamma-ray Space Telescope

Fermi obserwuje promieniowanie gamma, czyli najbardziej energetyczny zakres promieniowania elektromagnetycznego. Rejestruje zjawiska związane z gwałtownym przyspieszaniem cząstek i potężnymi polami grawitacyjnymi.

Jego cele obejmują:

• rozbłyski gamma;
• pulsary;
• blazary;
• aktywne jądra galaktyk;
• pozostałości po supernowych;
• badanie promieniowania gamma pochodzącego z Drogi Mlecznej.

Fermi pomaga analizować najbardziej gwałtowne procesy we Wszechświecie, w tym narodziny dżetów materii wyrzucanych z okolic czarnych dziur.

XRISM

Japońska misja XRISM jest obserwatorium rentgenowskim rozwijanym przez JAXA we współpracy z NASA i ESA. Jej najważniejszym instrumentem jest spektrometr Resolve, umożliwiający bardzo precyzyjne badanie energii promieniowania X.

XRISM analizuje:

• temperaturę gorącego plazmowego gazu;
• jego skład chemiczny;
• prędkość i kierunek ruchu;
• procesy zachodzące w gromadach galaktyk;
• przepływ materii i energii wokół galaktyk oraz czarnych dziur.

Misja ma pomóc wyjaśnić, jak powstają i ewoluują największe struktury kosmiczne.

NuSTAR

NuSTAR jest teleskopem rentgenowskim pracującym w zakresie wysokoenergetycznego promieniowania X. Wykorzystuje technikę skupiania promieniowania, co pozwala obrazować źródła emitujące twarde promieniowanie rentgenowskie.

Bada między innymi:

• czarne dziury;
• aktywne jądra galaktyk;
• pozostałości po supernowych;
• radioaktywne pierwiastki powstające w eksplozjach gwiazd;
• dżety i inne źródła promieniowania wysokoenergetycznego.

NuSTAR umożliwia obserwowanie obszarów kosmosu przesłoniętych przez pył, które są trudne do zbadania w świetle widzialnym.

Poszukiwanie egzoplanet

TESS

Transiting Exoplanet Survey Satellite, czyli TESS, poszukuje planet krążących wokół innych gwiazd. Wykorzystuje metodę tranzytu: obserwuje niewielkie, okresowe spadki jasności gwiazdy, gdy planeta przechodzi przed jej tarczą.

TESS:

• przeszukuje duże obszary nieba;
• wykrywa kandydatów na egzoplanety;
• koncentruje się między innymi na jasnych, stosunkowo bliskich gwiazdach;
• rejestruje również gwiazdy zmienne, supernowe i inne obiekty zmieniające jasność.

Misja nie tylko wyszukuje planety, lecz także dostarcza cele do dalszych obserwacji za pomocą większych teleskopów, w tym JWST.

CHEOPS

Europejski CHEOPS ma inne zadanie niż TESS. Nie prowadzi szerokiego przeglądu nieba, ale bardzo dokładnie obserwuje jasne gwiazdy, wokół których wcześniej wykryto egzoplanety.

Jego celem jest precyzyjne wyznaczanie rozmiarów planet. Po połączeniu promienia planety z jej masą można obliczyć średnią gęstość i uzyskać informacje o jej budowie — na przykład o udziale skał, metali, lodu lub gazu.

CHEOPS koncentruje się przede wszystkim na planetach od rozmiaru superziemi do rozmiaru zbliżonego do Neptuna.

Badania Słońca

Solar Orbiter

Solar Orbiter to wspólna misja ESA i NASA przeznaczona do badania Słońca oraz heliosfery. Sonda zbliża się do Słońca znacznie bardziej niż większość obserwatoriów znajdujących się w pobliżu Ziemi.

Jej zadania obejmują:

• obserwacje powierzchni i atmosfery Słońca;
• badanie pochodzenia wiatru słonecznego;
• analizę pól magnetycznych;
• obserwację rozbłysków i koronalnych wyrzutów masy;
• badanie cząstek przyspieszanych podczas burz słonecznych;
• obserwacje obszarów okołobiegunowych Słońca.

Solar Orbiter łączy zdjęcia wykonywane z bliska z pomiarami cząstek i pól wiatru słonecznego. Ma także dostarczać obserwacji regionów polarnych Słońca, trudnych do oglądania z Ziemi.

SOHO

SOHO, czyli Solar and Heliospheric Observatory, to starsza wspólna misja ESA i NASA przeznaczona do ciągłego monitorowania Słońca. Obserwatorium dostarczyło ogromnej ilości danych o jego wnętrzu, atmosferze i wietrze słonecznym.

SOHO jest znane także z obserwacji komet muskających Słońce. Dzięki jego instrumentom odkryto tysiące takich obiektów, choć podstawowym celem misji pozostaje fizyka Słońca.

Najważniejsze różnice pomiędzy satelitami badawczymi

Misja	Zakres obserwacji	Główne zadania
Hubble	Widzialny, UV, część IR	Galaktyki, mgławice, gwiazdy i kosmiczna ewolucja
James Webb	Podczerwień	Pierwsze galaktyki, gwiazdy i atmosfery egzoplanet
Euclid	Widzialny i bliska podczerwień	Ciemna materia, ciemna energia i wielkoskalowa struktura Wszechświata
Gaia	Astrometria	Precyzyjna mapa i ruchy gwiazd Drogi Mlecznej
Chandra	Promieniowanie X	Czarne dziury, gwiazdy neutronowe i gorący gaz
Fermi	Promieniowanie gamma	Najbardziej energetyczne zjawiska we Wszechświecie
XRISM	Rentgenowska spektroskopia	Temperatura, skład i ruch gorącej plazmy
TESS	Fotometria optyczna	Poszukiwanie egzoplanet metodą tranzytów
CHEOPS	Precyzyjna fotometria	Pomiar rozmiarów znanych egzoplanet
Solar Orbiter	Obserwacje Słońca i pomiary in situ	Wiatr słoneczny, pola magnetyczne i burze słoneczne

Dlaczego potrzebujemy wielu teleskopów?

Nie istnieje jeden uniwersalny teleskop obserwujący cały Wszechświat w każdym zakresie promieniowania. To, co wygląda podobnie w świetle widzialnym, może ujawniać zupełnie inną strukturę w podczerwieni, ultrafiolecie albo promieniowaniu X.

Co badają satelity:

• Hubble pokazuje szczegóły widoczne w świetle optycznym;
• Webb zagląda przez pył i obserwuje bardzo odległe, przesunięte ku czerwieni galaktyki;
• Chandra wykrywa gorący gaz i materię przyspieszaną przez czarne dziury;
• Fermi rejestruje najbardziej energetyczne eksplozje;
• Gaia mierzy ruchy gwiazd zamiast skupiać się na efektownych obrazach;
• TESS monitoruje zmiany jasności gwiazd, aby odnajdywać planety.

Hashtagi:

#astronomia #satelityAstronomiczne #teleskopyKosmiczne #kosmos #Wszechswiat #NASA #ESA #Hubble #JamesWebb #JWST #Euclid #Gaia #Chandra #XMMNewton #Fermi #XRISM #NuSTAR #TESS #CHEOPS #SolarOrbiter #SOHO #egzoplanety #ciemnaMateria #ciemnaEnergia #astrofotografia #obserwacjeNieba #nauka #astronomiaObserwacyjna #misjeKosmiczne #badaniaKosmosu

źródła: NASA/ESA