Вселенная, телескопы, астрономические единицы

        Вселенная, телескопы, астрономические единицы измерения, межпланетные и
                орбитальные станции.
        Космический видимый, инфракрасный, ультрафиолетовый американский телескоп “Хаббл” разрабатывался и изготавливался в  течении 10 лет в 17 странах. Запущен он был на орбиту в 1990 г. телескоп имеет зеркало  диаметром 2,4 м. Телескоп «Хаббл» проработал на орбите 25 лет. Предполагалось, что после ремонтных работ, выполненных четвёртой экспедицией, «Хаббл» проработает на орбите до 2014 г. после чего его должен был сменить космический телескоп «Джеймс Уэбб». Но значительное превышение бюджета и отставание от графика постройки «Джеймса Уэбба» вынудили НАСА перенести предполагаемую дату старта сначала на сентябрь 2015 г., а затем - на октябрь 2018 г. и далее. Скорее всего его запустят в 2020 – 2025 г.  Телескоп "Хаббл" обнаружил планетную систему у похожей на Солнце звезды Kepler-51 в созвездии Лебедя еще в 2012 г., и многое другое, но до последнего времени не хватало данных, чтобы рассчитать их плотность.(Л1,2) Инфра-красный телескоп “Д. Уэбб” имеет диаметр зеркала 6,5 м. из 18 секций, работающий со спектрографом NIRSpece. Запускаться этот телескоп будет ракетой “Арион-5”, работать будет на расстоянии в млн. км. от земли, так называемая вторая точка Лагранжа L2, а апогей его движения составит 1,5 млн. км. А это значит, что космонавты до него не доберутся. Волновой диапазон 0,6 – 28 мкм. Этот телескоп стоит $10 млрд. Если «Хаббл» исследовал Вселенную преимущественно в оптическом диапазоне, захватывая лишь ближний инфракрасный и ультрафиолетовый диапазон, которые граничат с видимым излучением, то «Джеймс Уэбб»  сконцентрируется на инфракрасной части спектра, где видно более древние и более холодные объекты. Кроме того, выражение «новое поколение» указывает на продвинутые технологии и инженерные решения, которые будут использоваться в телескопе. После запуска  на орбиту в течении полугода его будут адаптировать и настраивать. Перигей орбиты телескопа составит 1,5 млн. км., поэтому долететь космонавтам при необходимости до него будет невозможно. Продолжительность его работы в космосе 5 – 10 лет, дата схода с орбиты пока не определена. Зеркало нового телескопа весит 705 кг., в то время как его площадь составляет 25 кв. метров. Зеркало «Хаббла» весило 828 кг. при площади 4,5 кв. метра. Развертываемый теплозащитный экран, необходимый для защиты приборов «Джеймса Уэбба» от перегрева. На околоземной орбите под прямыми лучами Солнца предметы могут разогреваться до 121 гр. Цельсия. Приборы «Джеймса Уэбба» предназначены для работы в условиях достаточно низких температур, поэтому и понадобился теплозащитный экран, закрывающий их от Солнца. Размер его 21 x 14 метров, поэтому отправить его в развернутом виде невозможно. Самым логичным решением  оказалось сложить его на время полета, а потом развернуть, когда «Джеймс Уэбб» будет в рабочей точке. «Хаббл» мог видеть Вселенную такой, какой она была спустя 400 миллионов лет после Большого взрыва, а обсерватория «Планк» наблюдала космическое микроволновое излучение, которое возникло спустя 400000 лет после Большого взрыва.
        Сегодня большинство астрономов и космологов пришли к общему согласию относительно того, что Вселенная, появилась в результате гигантского взрыва, породившего не только основную часть материи, но явившегося источником основных физических законов, согласно которым существует тот космос, который нас окружает. Все это называется теорией Большого взрыва. Во Вселенной материя появилась в одно и то же время - около 13,8 миллиарда лет назад. В тот момент времени вся материя существовала в виде очень компактного абстрактного шара (или точки) с

                - 2 -

бесконечной плотностью и температурой. Это состояние носило название сингулярности. Неожиданно сингулярность начала расширяться и породила ту Вселенную, которую мы знаем. Теория Большого Взрывая является лишь одной из многих предложенных гипотез возникновения Вселенной. «Джеймсу Уэббу» предстоит заполнить пробел между ними и выяснить, как выглядели галактики в первые 3 % космической истории. «Уэбб» позволит нам увидеть Вселенную такой, какой мы никогда не видели ее раньше. Он будет вести наблюдения в инфракрасном диапазоне, то есть на других длинах волн, нежели «Хаббл», сможет заглянуть дальше. Он заполнит пробелы и поможет создать целостную картину Вселенной. Обширные наблюдения в ИК-диапазоне помогут нам увидеть зарождающиеся звезды и планеты. Нам откроются первые галактики, и это поможет сложить воедино всю космологическую историю. (Л3) Космический телескоп Джеймса Уэбба станет самой большой, мощной и сложной орбитальной обсерваторией, когда-либо запущенной в космос. Обладая в семь раз большей светосборной способностью, чем у Хаббла, а также хорошо развитой способностью к инфракрасной визуализации, ученые надеются увидеть даже самые удаленные от человека миры. Кроме этого недавно стало известно, что японская корпорация Obayashi планирует уже в 2050 г. возить жителей Земли на орбиту с помощью космического лифта. Космический лифт - вполне реальное, но пока трудно-выполнимое техническое решение - сможет решить вопрос относительно простой доставки грузов и пассажиров на высоту 36 000 км. Астероид DA14, размером около 40 метров и массой в 130.000 тонн 15 февраля 2012 г. пролетал мимо Земли со скоростью 6,3 км/сек на расстоянии почти в 32.000 км. Траектория его полета оказалась очень похожей на траекторию нашей Земли. Значит, между ним и поверхностью Земли 15 апреля расстояние будет около 27.700 км. Его полет в самой близкой точке до нашей планеты будет казаться размером примерно с нашу Луну. За полетом  DA14  наблюдали более 500 обсерваторий и радиотелескопов мира. Космический лифт корпорации Obayashi будет доставлять людей на высоту 36 0000 км. за 7,5 дней. Это значит, что вот откуда любое космическое путешествие сможет начаться без реактивного старта с преодолением первой космической скорости. (Л4) Напомним, что первая космическая скорость равная 7,9 км/сек. – это скорость, которую необходимо придать физическому объекту, чтобы он, двигаясь параллельно космическому телу, не смог на него упасть, но в то же время оставался бы на постоянной орбите, а вот для  преодоления гравитационного притяжения Земли, космическому аппарату необходимо набрать минимальную скорость 11,2 км/сек., это вторая космическая скорость. Космос начинается с 122 км. от земли. Это то пространство, выше которого работает только реактивная тяга. Камера ближнего инфракрасного диапазона является основным блоком формирования изображения «Уэбба» и будет состоять из массива ртутно-кадмиево-теллуровых детекторов. Рабочий диапазон прибора составляет от 0,6 до 5 мкм. Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (5-28 мкм.) состоит из камеры с датчиком, имеющим разрешение 1024;1024 пик. и спектрографа. Современным телескопам для наблюдения космоса мешает атмосфера, надо «убрать» атмосферу, то есть запустить телескоп в космос. Английский астроном У. Гершель впервые исследовал земную атмосферу и оказалось, что она пропускает космические излучения длиной волн 0,75 – 5,0 мкм., для остального диапазона волн атмосфера не прозрачна. Ещё надо помнить про красное смещение: свойства Вселенной таковы, что чем дальше от нас находится объект, тем быстрее он удаляется (количественно эта закономерность отражается постоянной Хаббла, равной 66,93 км/cек.  А чем быстрее «убегает» звезда или галактика, тем сильнее спектр её излучения смещается в

                - 3 -

сторону более длинных волн. Из этого следует, что инфракрасный телескоп теоретически может «увидеть» такие далёкие объекты, которые невозможно наблюдать в видимой части спектра. По расчётам, «Джеймс Уэбб» сможет разглядеть галактики, удалённые от нас на умопомрачительное расстояние в 13,8 млрд. световых лет.
        Телескоп Хаббл позволил определить, что расширение Вселенной началось 13,77 млрд. лет плюс-минус 59 млн. лет. Наша Вселенная расширяется с ускорением. В прошлом Вселенная расширялась медленней. Причина – наличие тёмной энергии, пока не изучена. Ожидается, что Млечный Путь через 4 млн. лет поглотится более мощной соседней галактикой – туманностью. Чёрные дыры поглощают галактики. Обнаружена гигантская чёрная дыра времён ранней Вселенной. Вселенная возникла 13,8 млрд. лет назад. Сегодняшнее представление Вселенной: расширение Вселенной происходит со скоростью света, но это не подразумевает её конечность, т.е. у неё есть начало, но нет конца. Галактики вращаются вокруг собственной оси, центра, в котором чаще всего находится сверхмассивная чёрная дыра. Такая дыра, вероятнее всего, находится и в центре нашего Млечного пути - астрономы называют её "Стрелец-А". Они движутся в разные стороны под влиянием гравитации, притягиваясь к центрам масс. Планета Земля, Солнечная система, и все звёзды, видимые невооружённым глазом находятся в Галактике Млечный Путь, который представляет из себя спиральную Галактику. По внешнему виду Галактика напоминает диск (т.к. основная масса звёзд расположена в форме плоского диска) с диаметром около 30 000 парсек (100000 световых лет=1 квинтиллион км.) при оценочной средней толщине диска порядка 1000 световых лет, диаметр выпуклости в центре диска составляет 30 000 световых лет. Далее перечислим некоторые астрономические величины, используемые в этом материале:
    1. 1 световой год (сг.) = 63241ае = 9486,15 млрд. км.;
    2. АЕ - астрономическая единица = 150 млн. км. Это расстояние от Земли 
    до Солнца;
    3. Расстояние от Земли до Луны 386000 км.
    4. Скорость света равна 300000 км./сек. Свет это расстояние проходит за 
       500 сек. (8 мин. 20 сек.) От Земли до Солнца.
    5. 1 парсек равен 206265 ае. В 1838 г. немец Фридрих Бессель первым добился успехов в измерении расстояний до объектов в космосе. Ему первому удалось произвести точные расчеты звезды Лебедя 61 годового параллакса. «Парсек» - единица изменения расстояния между небесными телами, расположенными вне Солнечной системы. Обычно парсек применяется для расчета расстояния в пределах Млечного Пути. В основном это кратные единицы: килопарсеки, мегапарсеки и гигаперсеки. Это угловая секунда внесистемная астрономическая единица (ае.), которая тождественна секунде плоского угла. Легче сказать, что от Солнца до определенной звезды полтора парсека, чем более 46 трлн. км.
    6. Солнечная система вращается со скоростью 20 км.\сек., диаметр Солн-
       ца в 109 раз больше диаметра Земли:;
    7. Земля вращается вокруг Солнца со скоростью 29,77 км.\сек.;
    8. Вселенная возникла 13,8 млрд. лет назад.;
    9. Центр Галактики расположен по направлению созвездия Стрельца на 
       расстоянии 30 тыс. световых лет от нас.
   10. Расстояние от Солнца до самой дальней планеты солнечной системы –
       Плутона = 40 а.е.
   11. Расстояние до ближайшей к нам звезды “Проксима-Центавра” (Альфа-
       Центавра) примерно составляет 258400 а.е. или 4/3 пс.
   12. Возраст Земли 5,4 млрд. земных лет или 20 космических лет. Образова-
         
                - 4 -

лась Земля из рассеянного в протосолнечной системе газового вещества. Средний радиус Земли составляет 6371,032 км.    
        Диск Галактики погружен в гало сферической формы, а вокруг него
располагается сферическая корона. Центр ядра Галактики находится в созвездии Стрельца. Толщина галактического диска в том месте, где находится Солнечная система с планетой Земля, составляет 700 световых лет. Расстояние от Солнца до центра Галактики 8,5 килопарсек (27 700 световых лет). Солнечная система находится на внутреннем крае рукава, носящего название рукав “Ориона”. В центре Галактики, по всей видимости, располагается сверх массивная чёрная дыра (Стрелец A*) вокруг которой, предположительно, вращается чёрная дыра с периодом обращения около 100 лет и несколько тысяч сравнительно небольших. Галактика содержит, по самой низкой оценке, порядка 200 млрд. звёзд (современная оценка колеблется в диапазоне предположений от 200 до 400 млрд.). От Солнца до ближайшей следующей звезды Проксима Центавра около 268400 ае. Удаленности от этой звезды немецкий математик и астроном Ф. В. Бессель, применил старый способ, вычисляя разницу в углах, получившуюся после проведения двух замеров. Он внёс большой вклад в изучение масштабов Вселенной. Размер Галактики 100000 световых лет (сл), а толщина 7 – 10 сл. Центр Галактики 30 тыс. сл. В Галактике 100 млрд. звёзд. 6 тыс. звёзд можно видеть невооружённом глазом. (Л8)
        Смена полюсов Земли закономерное явление, которое происходит раз в 3600 лет. На протяжении двух последних веков Северный магнитный полюс планеты постепенно смещался из Канады в сторону России и уже передвинулся на 2 000 км. Однако если раньше скорость была незначительной, то сейчас она составляет около 55 км. в год. Это плохо. Глубинные геологические процессы потока расплавленного железа создают магнитное поле с полюсами вблизи географических Северного и Южного полюсов. На сегодня точно неизвестно, почему происходит дрейф полюсов. Предполагается, что это связано с движением сильно разогретых потоков на границе ядра и мантии планеты. Механизм, управляющий этими потоками, пока описан на уровне только теорий. Впервые оба магнитных полюса были обнаружены в 1831 г. и с этого времени направление их движения и скорость отслеживались учеными. С момента своего открытия северный магнитный полюс «прошел» около 2250 км. Обычное смещение земной оси это 1 градус за миллион лет в ту или иную сторону. 12 тысяч лет назад ось вращения Земли меняется сразу почти на 20 градусов. При сохранении такой скорости северный магнитный полюс через 50 лет достигнет архипелага Северная Земля. В ближайший к нам период геологической истории инверсии магнитного поля (переполюсовки) происходили в среднем четыре раза за миллион лет. Последний раз это случилось около 780 тыс. лет назад. А сто миллионов лет назад был период, когда поле оставалось в одной полярности почти 40 млн. лет. За всю историю планеты произошло, по крайней мере, несколько сотен инверсий магнитного поля. Кроме того, гравитационное воздействие планеты Нибиру и нейтронной звезды приведет к глобальной планетарной катастрофе, которая будет вызвана движением Земли во время смещения земной коры. Наблюдением за планетой X-Нибиру ведётся американской обсерваторией с помощью нового 200–кратного инфракрасного телескопа SPT, который находится на Южном полюсе Земли на полярной  станции “Амундсен - Скотт”. 7 января 2007 г. директор ФСБ России Н. Патрушев в составе российской делегации на двух вертолётах МИ-8 совершили высадку на южном полюсе с целью лично убедиться в наличии планеты Х – Нибиру. Огромное магнитное поле стало сильно влиять на Землю, пользование компасом затруднено с 2003 г. Главный


                - 5 -

земной магнетометр HAARP демонстрирует магнитную аномалию, ускоряется дрейф северного магнитного полюса по направлению к Сибири. (Л9)
        Космические аппараты Voyager-1 и Voyager-2 (МКА) были запущены в 1977 г. Их целью было изучение внешних планет Солнечной системы: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. После успешного выполнения своей миссии «Вояджеры» направились прочь из Солнечной системы. Вопрос о том, что будет с ними в будущем действительно интересно. После 2020 г. у обоих аппаратов почти иссякнет плутоний-238 питающий их радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Когда это случится инженеры NASA отключат большинство функций аппаратов и оставшаяся энергия будет использована для сбора и передачи спектроскопии, а также данных о магнитных полях и плазме на пути их следования. После 2025 г. у «Вояджеров» полностью иссякнут источники энергии, после чего они будут свободно дрейфовать в открытом космосе и какое-либо изменение их курса будет возможно только либо под действием гравитации иных тел, или в результате столкновения с чем либо. МКА Вояджер 1 в 2019 г. преодолел расстояние от Солнца в 145 ае. (21,750 млрд. км.) и продолжает движение со скоростью 3,6 ае в год (540 млн. км.\год), в 123 раза больше, чем расстояние от Земли до Солнца, но чтобы ему покинуть гравитационное поле Солнце потребуется 14 тыс. лет. Движения станции относительно Солнца на этот момент составляет около 15,4 км/сек., вес аппарата 723 кг., длина – 2, 5 м.  На «Вояджере» установлены два компьютера, которые можно перепрограммировать, что позволяло менять научную программу и обходить возникающие неисправности. Обе антенны (направленная и ненаправленная) диаметром 3,7 м. работают на частоте 2113 МГц на приём и 2295 МГц на передачу (S-диапазон), а направленная антенна - ещё и 8415 МГц на передачу (X-диапазон). Мощность излучения - 28 Вт. в S-диапазоне, 23 Вт. в X-диапазоне. Радиосистема «Вояджера» передавала поток информации со скоростью 115,2 кбит/сек. от Юпитера и 45 кбит/сек. - от Сатурна, в следующее время - 20 бит\сек.  Первоначально расчётная скорость передачи с Урана составляла лишь 4,6 кбит/сек., потом повысили до 30 кбит/сек., так как к тому времени ввели более чувствительные радиотелескопы на Земле. Само ультрафиолетовое излучение было открыто в 1801 г. немецким физиком И. Риттером. На земле приём ультрафиолетового излучения с МКА осуществляется радиотелескопами. Три комплекса из них НАСА разместило в разных уголках планеты. В Мадриде, Испания, Голдстоун, США, Канберра, Австралия. Диаметры приемных антенн с круговым обзором этих телескопов составляют 70 м. Сигнал от МКА идёт 19,5 часов со скоростью света, а отзыв – 39 часов. Основные камеры после ухода из солнечной системы были отключены и вся информация записывается на архивный диск со скоростью 1,4 кбит\сек. (Л10). И ещё немного истории МКА и внеземных телескопов.
        Впервые оптический телескоп был выведен на околоземную орбиту в апреле 1968 г. советским спутником «Космос-215». Также стоит упомянуть «Союз-13» с орбитальной астрономической обсерваторией «Орион-2», запущенный в 1975 г. За пять дней «Орион-2», снабжённый 24 сантиметровым менисковым телескопом системы Максутова, провёл спектрографирование нескольких тысяч звёзд и планетарных туманностей. 11 лет на орбите Марса находится космические аппараты «Одиссей», 7 лет «Марсианский орбитальный разведчик», исследовательская станция «Марс-Экспресс» Европейского космического агентства работали в космическом пространстве. В 2009 г. в окрестностях Марса прошла автоматическая межпланетная станция «Рассвет», направляющаяся в сторону Пояса астероидов. В 2001 г. состоялось её встреча с карликовой планетой Веста. В 2015 г. аппарат догнал свою следующую цель – карликовую планету Цереру и продолжает движение

                - 6 -

дальше. Через  черный провал между Марсом и Юпитером шириной в мили-ард километров вышла на орбиту Юпитера в 2016 г. межпланетная станция «Юнона», НАСА запустила 5 августа 2011 г. Это второй проект в рамках программы «Новые рубежи». Выход аппарата на полярную орбиту газового гиганта произошёл 5 июля 2016 г. Целью миссии является изучение гравитационного и магнитного полей планеты, а также проверка гипотезы о наличии у Юпитера твёрдого ядра. Более 15 лет бороздит просторы космоса межпланетная станция “Кассини” с июля 2004 г. обследовала орбиту Сатурна. В процессе создания аппарата принимали участие целых 17 государств. Создание аппаратов и реализация миссии "Кассини-Гюйгенс" обошлись в $3,3 млрд. Станция «Кассини» была построена усилиями НАСА. Эта межпланетная станция строилась в исследовательских целях. 7 долгих лет мчится в ледяной пустоте межпланетный зонд «Новые горизонты». В 2011 г. он миновал орбиту Урана и в 2017 г. достиг свою цель – планету Плутон. На данный момент, он ближе к нам, чем Пионеры 10, 11 и Вояджеры 1, 2, на расстоянии чуть более 44 астрономических единиц, из-за чего его положение относительно звезд на небе меняется из года в год. В настоящее время МКС “Новые Горизонты” проходят через созвездие “Стрельца” и расположены рядом со звездой “Пи” Стрельца.
   
 
                Материал подготовил Львов Ю.М.     25.12.2019.

         Литература:

     1. Львов Ю.М. “Планета “Ниберу”. 05.06.2017 г.
     2. Википедия. Хаббл (телескоп). (https://ru.wikipedia.org/wiki/)
     3. Что позволит увидеть новый космический телескоп “Джемс Уэбб”.
       (https://zen.yandex.ru/media/nplus1/chto-pozvolit-uznat-novyi-
        kosmicheskii-teleskop-djeims-uebb-5d4c1be531878200ad373a53)
    4. Космический лифт к 2050: фантастика или реальность? (// https turbo? 
        text=-news.ru-lift-k-2050-
        fantastika-ili-realnost.html)
    5. Всё о космосе. Бесконечна ли бесконечность. (http://www.allkosmos.ru/
        beskonechna-li-beskonechnost/).
    6. Львов Ю.М. Строение Вселенной. 30.11.2015 г.
    7. Место Солнечной системы в галактике Млечный путь. (ttps://www
        ttps://www.liveinternet.ru/users/nolina/post375645802)
    8. В. Бондарев Концепции современного естествознания. Библиотека “Гумер-
        Наука” 2012 г.
    9. Мой компас земной. Ускоренный дрейф Северного магнитного полюса Земли.
           10. Какая судьба ждёт Voyager-1 и Voyager-2? (https://zen.yandex.ru/media
       
        afca9fb6).