‘Kozmik zaman makineleri’: uzay teleskopları evreni anlama yeteneğimizi nasıl dönüştürdü | Uzay

BENEğer bir uzay görüntüsü sizi şaşırttıysa, büyük ihtimalle bu görüntü bir uzay gemisi tarafından çekilmiştir. Sondaların 1960’lardan bu yana muhteşem yakın çekimler yaptığı kendi güneş sistemimizdeki gezegenlerden bahsederken bu hiç de şaşırtıcı değil. Peki ya çok daha uzaktaki tüm bu bulutsular, yıldız kümeleri ve galaksiler? Çarpıcı astrofotoğrafçılık konusunda hiçbir şey NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu’nu veya onun yeni halefi James Webb Uzay Teleskobu’nu (JWST) yenemez. Yalnızca uzayı gözlemledikleri için değil aynı zamanda bulundukları yerden dolayı uzay teleskopları olarak anılırlar. İçinde uzay.

Örneğin JWST yaklaşık 1,5 milyon kilometre uzakta, Ay’dan yaklaşık dört kat daha uzak ve Dünya’dan gönderilen, ışık hızıyla seyahat eden radyo sinyallerinin ona ulaşması yaklaşık beş saniye sürecek kadar uzakta. Başka bir deyişle, JWST Dünya’dan yaklaşık beş ışık saniyesi uzaktadır. Ancak fotoğrafı çekilen galaksilerin çoğu yüz milyonlarca, hatta milyarlarca ışık yılı uzaktadır. Açıkçası JWST’yi ve ondan önce Hubble’ı uzaya yerleştirmemin nedeninin yakın çekim fotoğrafları çekmekle hiçbir ilgisi yok. Gözlemledikleri nesnelere Dünya’daki teleskoplardan daha yakın değiller. Peki gökbilimciler neden uzaya teleskop yerleştirme zahmetine ve masrafına giriyorlar?

Atmosferin üstünde

Bunun bir nedeni daha net bir vizyona sahip olmaktır. Açıkçası bir uzay teleskopu bulutlardan veya pustan etkilenmeyecektir, ancak burada Dünya’da o kadar tanıdık olan başka bir atmosferik etki daha var ki bunu doğal karşılıyoruz. Bu, yıldızların sabit ışık noktaları olarak görünmek yerine, parıldama şeklidir. Bunun nedeni, yıldız ışığı ışınlarının sürekli olarak atmosferik türbülansla çarpışmasıdır ve bu, bir teleskopun teorik olarak ne kadar iyi olursa olsun, Dünya yüzeyinde bulunuyorsa asla mükemmel keskinlikte bir görüntü oluşturamayacağı anlamına gelir. Bu sorunu aşmak için uzaya teleskop fırlatma fikri ilk kez 1946 yılında Amerikalı fizikçi Lyman Spitzer tarafından ortaya atıldı.

Elbette bu, uzay yolculuğunun pratik bir gerçeklik haline gelmesinden çok önceydi. NASA, gökbilimcilerin yoğun baskıları sonrasında nihayet 1990 yılında Hubble’ı yörüngeye fırlattı. Tasarım açısından orta büyüklükteki yer tabanlı bir teleskopla karşılaştırılabilir ancak yörüngedeki tek gözlem noktası onu Dünya yüzeyindeki herhangi bir aletten çok daha güçlü kılıyordu.

Bunun en bariz sonucu, hepimizin aşina olduğu çarpıcı renkli görüntülerin akışı oldu; ancak – belki de şaşırtıcı bir şekilde – bunların Hubble’ın temel misyonuyla çok az ilgisi var. Bu, esas olarak astronominin harikalarını genel kamuoyuna ulaştırmayı ve yeni nesil öğrencilere fizik bilimleri alanında kariyer yapma konusunda ilham vermeyi amaçlayan bir “sosyal yardım”dır. Her ne kadar önemli görünse de bu, Hubble’ın ana hedefi olan ileri bilimin yalnızca ikincil bir yönüdür. Otuz yıl boyunca bulguları rapor edildi. 20.000’den fazla hakemli bilimsel makale, birçoğunda herhangi bir fotoğraf görüntüsü yok. Gökbilimciler için yüksek hassasiyetli ölçümler (örneğin ışık yoğunluğu veya kimyasal spektrumlar) en önemli şeydir ve Hubble’ın veri toplama donanımı aslında bunun için tasarlanmıştır.

Ultra uzun pozlamalar

Atmosferin astronomik görüntüleri bulanıklaştırmanın yanı sıra başka bir zararlı etkisi daha var. “Gökyüzü parlaması” veya ışığın atmosferde saçılması olgusu, havanın asla tamamen karanlık olmayacağı anlamına gelir ve bu durum, yer tabanlı teleskopların son derece sönük nesneleri görme yeteneğini sınırlar. Ancak uzayda gökyüzünün arka planı tamamen siyahtır, bu da yeterince uzun bir pozlamayla en sönük nesnelerin bile ayırt edilmesini mümkün kılar.

Hubble örneğinde, gökyüzünün aynı kısmına defalarca işaret edilerek ve birkaç gün boyunca sonuçların eklenmesiyle çekilen en uzun pozlama fotoğraflarına “derin alan” görüntüleri adı veriliyor çünkü bunlar, evreni yerdeki herhangi bir görüntüden çok daha derinden araştırıyor. teleskop olabilir. Işık sınırlı bir hızla hareket ettiğinden, derin alan görüntüleri de geçmişin daha uzaklarına ulaşıyor. Basitçe söylemek gerekirse, bir nesne ne kadar uzaktaysa, ışığı da o kadar uzun süre önce bize doğru yola çıkmıştır.

Bu, Hubble’ı bir tür kozmik zaman makinesi haline getiriyor; en derin derin alan görüntüleri, evrenin 13,8 milyar yıllık ömrünün %97’sini keşfederek bize büyük patlamadan sadece 400 milyon yıl sonra nasıl göründüğünü gösteriyor. Ve bu sadece başlangıç; Gökbilimciler JWST’nin ilk yıldızlar ve galaksiler oluşana kadar daha da ileriyi göreceğini umuyorlar.

Dış gezegen arayışında

Günümüz gökbilimcileri tarafından takip edilen pek çok bilimsel hedef arasında, bazıları genel halk için aynı derecede büyük bir ilgi uyandırabilir. Hubble’ın derin alan görüntülerinde olduğu gibi evrenin doğuşunu araştırmak bir örnek, dünya dışı yaşam arayışı ise bir başka örnek. Bizimkine benzer bir karmaşıklık aşamasındaki yaşamdan bahsediyorsak, onu burada, kendi güneş sistemimizde bulmamız pek olası değil; kendi güneşimiz dışındaki yıldızların etrafında dönen ötegezegenlere gerçekten bakmamız gerekiyor. Bunun, uzay teleskoplarının yer tabanlı modellere göre çok büyük avantajlara sahip olduğu başka bir alan olduğu ortaya çıktı.

Yeni ötegezegenleri keşfetmenin birkaç yolu var, ancak özellikle endüstriyel ölçekte yapılabilecek bir tane var; özel olarak tasarlanmış bir uzay teleskopu kullanmanız şartıyla. “Geçiş yöntemi” olarak adlandırılan bu yöntem, bizim bakış açımıza göre uzak bir yıldızın yörüngesinde dönen bir gezegen o yıldızın yüzünden geçtiğinde, yıldızın ışığının küçük bir kısmının engellenmesi gerçeğinden yararlanır. Gezegeni tespit etmek için gökbilimcilerin parlaklıktaki bu karakteristik düşüşü izlemeleri yeterli. Şimdiye kadar, çok iyi; Bir yıldızın zaman içindeki parlaklığını (onun “ışık eğrisini”) izlemek astronominin köklü bir parçasıdır. Ancak geleneksel olarak, geçiş yapan bir ötegezegenin birkaç yılda bir üretebileceği küçük dalgalanmaları değil, nispeten büyük ve sık görülen dalgalanmaları aramak için kullanılır.

Başarı umuduna sahip olmak için, binlerce ışık eğrisini aynı anda ve sürekli olarak yıllar boyunca izlememiz ve parlaklıkta milyonda birkaç parçalık düşüşler bulmamız gerekiyor. Bu, yalnızca özel olarak tasarlanmış uzay teleskoplarıyla gerçekleştirilebilecek devasa bir teknik zorluktur. Bunlardan ilki olan NASA’nın Kepler’i 2009 yılında fırlatıldı ve 2018’deki operasyonel ömrünün sonunda en az 2.700 yeni ötegezegen keşfetti; bu, o dönemde bilinenlerin üçte ikisinden fazlasını oluşturuyordu. NASA’nın takip misyonu Transiting Exoplanet Survey Satellite da aynı derecede verimli olacağa benziyor.

Görünür spektrumun ötesinde

Gözlerimizin görebildiği ışığın dalga boyları, piyano klavyesinin ortasındaki tek bir tuşa benzer şekilde, elektromanyetik (EM) dalgaların tüm aralığının küçük bir kısmını kapsar. Görünür dalga bandının her iki tarafındaki bu “görünmez” dalga boylarının tümü, gökbilimciler için potansiyel olarak ilginç bilgiler taşır, ancak bunların çoğu Dünya’nın atmosferinden geçemez (gözlerimizin bu kadar dar bir spektrum kullanacak şekilde evrimleşmesinin nedeni de budur).

onun içinde 1946 kehanet makalesiSpitzer, uzaya bir teleskop yerleştirmenin EM spektrumunun normalde atmosfer tarafından gizlenen kısımlarını açacağına dikkat çekti. Gerçekten de, Hubble’dan onlarca yıl önce ilk uzay teleskoplarından bazıları morötesi ve x-ışınları gibi daha kısa dalga boyu bantlarına odaklanmıştı. Daha uzun dalga boylarında kızılötesi, özellikle yıldız oluşum bölgelerini çevreleyen toz bulutlarına nüfuz etmek ve soluk, soğuk gözlem yapmak için kullanışlıdır. dış gezegenler gibi nesneler. JWST kapsama alanının görünür banttan spektrumun bu kısmına kadar uzanması tesadüf değildir.

Radyonunki gibi Dünya yüzeyine ulaşan dalga boylarının bile bazen uzaydan gözlemlenmesi daha kolay olabilir. Bunun iyi bir örneği kozmik mikrodalga arka plandır; büyük patlamadan yaklaşık 380.000 yıl sonra evrene nüfuz eden ilkel radyasyon. O kadar zayıftır ki, yer tabanlı teleskoplar, cep telefonları ve Wi-Fi gibi insan tarafından üretilen benzer dalga boyundaki kaynakların rekabeti karşısında onu tespit etmekte zorlanırlar; ancak Planck gibi uzay teleskopları daha zayıftır. Avrupa Uzay Ajansı (Esa), detaylı bir şekilde haritasını çıkardı.

Gelecek

Büyük Patlama’dan dış gezegenlere kadar uzay teleskopları, evrene dair mevcut anlayışımızı geliştirmede önemli bir rol oynadı. Ancak yapılan her keşif için yeni soruların yanıtlanması gerekir. Bu nedenle gökbilimcilerin her zaman daha büyük ve daha verimli uzay teleskoplarına ihtiyaç duyacakları kesindir. Bu alana yeni katılanlar arasında geçen yıl fırlatılan ve evrenin gizemlerini çözmek amacıyla milyarlarca gökadanın dağılımını 10 milyar ışıkyılı uzaklıkta haritalamak gibi iddialı bir göreve yeni başlayan ESA’nın Euclid gökadası da yer alıyor. karanlık enerji (genişleyen evrenin hızlanmasına neden olan boş uzaydaki enerji) ve karanlık madde (evrenin kütlesinin yaklaşık %85’ini oluşturur).