Kāpēc astrofiziķiem ir vajadzīga spuldze orbītā

Kosmosa teleskopi pēdējo 25 gadu laikā ir mainījuši mūsu skatījumu uz Visumu, un nākotne izskatās daudzsološa. Vairākas jaunas observatorijas un novērošanas metodes gan uz zemes, gan orbītā sola vēl vairāk paplašināt mūsu izpratni par kosmosu.

Bet ir problēma. Viens no novērošanas pamatprocesiem ir iesaistīto instrumentu kalibrēšana. Astronomi var viegli pārbaudīt savus zemes teleskopus ar pienācīgu spuldzi. Bet viena lieta, ko viņi nevar ņemt vērā, ir atmosfēras absorbētās gaismas daudzums, kas var būt ievērojams.

Ir viegli iedomāties, ka šī problēma pazūd ar kosmosa observatorijām. Bet arī tie ir jākalibrē. Piemēram, Habla kosmiskajā teleskopā tieši šim nolūkam ir iebūvētas volframa spuldzes.

Taču tās rada arī dažādas neskaidrības, piemēram, nelielas izmaiņas spuldzes izlaidē, mainoties tās temperatūrai, observatorijai virzoties uz Zemes ēnu un no tās. Nav arī iespējas salīdzināt Habla volframa spuldžu mērījumus ar novērojumiem no zemes.

Šīs neskaidrības tagad rada nozīmīgus ierobežojumus dažiem novērojumu veidiem, saka Džastins Alberts no Viktorijas universitātes Kanādā. Iespējams, vissvarīgākais piemērs ir Visuma izplešanās mērījumi, ko astronomi veic, aplūkojot 1.a tipa supernovu spilgtumu tālās galaktikās. Labākiem mērījumiem būs nepieciešama labāka kalibrēšana.

Alberts saka, ka ir acīmredzams risinājums: novietojiet orbītā spuldzi, ko teleskopi var izmantot, lai precīzi noteiktu, cik daudz gaismas absorbē atmosfēra jebkurā frekvencē. Viņš saka, ka cilvēka radītu kalibrētu gaismas avotu pievienošana kosmosā fotometriskās kalibrēšanas metožu arsenālam nodrošinās jaunu jaudīgu instrumentu astrofizikas precizitātes palielināšanai. Šodien viņš ieskicē dažādus viņa domāšanā iesaistītos faktorus.

Nepieciešamais gaismas avots ir pārsteidzoši mazs. Viņš norāda, ka standarta 25 vatu spuldze 700 km orbītā būtu tikpat spilgta kā 12,5 magnitūdu zvaigzne. Vēl viena iespēja ir noskaņojams lāzers, taču tas būtu precīzi jānorāda uz jebkuru zemes teleskopu, tādējādi palielinot konstrukcijas sarežģītību.

Pašlaik kosmosā nav redzama neviena pienācīga spuldze, bet tur augšā atrodas kosmosa kuģis ar lāzeru, kas vērsts uz Zemi. CALIPSO ir franču un amerikāņu satelīts, kas paredzēts mākoņu un aerosolu vertikālā profila mērīšanai. Šim nolūkam tas izstaro zaļo lāzeru uz virsmas un mēra atstarojumu.

Alberta ideja ir tāda, ka šī stara mērīšana uz zemes ir veids, kā pierādīt teleskopa kalibrēšanas koncepciju no orbītas. Un viņš noteikti ir bijis aizņemts, dzenoties pēc satelīta un fotografējot tā radīto gaismu, izmantojot septiņu kameru masīvu, kas izvietotas dažu simtu metru attālumā.

Viņa lielākā problēma ir tā, ka CALIPSO lāzers nebija paredzēts tam mērķim, kuram viņš to izmanto. Sijas nospiedums ir tikai 100 metri vai vairāk. Un tā kā nenoteiktība kosmosa kuģa orbītā ir lielāka par šo, ir grūti novietot kameras šaušanas līnijā.

Arī lāzers iedegas ar ātrumu 20 Hz, kas nozīmē, ka scintilācija atmosfērā kļūst par faktoru (turpretim ilgākam impulsam vai nepārtrauktam staram var būt vidējais laiks). Neskatoties uz to, viņš ir paveicis lielisku darbu, raksturojot problēmas, kas saistītas ar šāda veida darbu.

Taču tas norāda uz grūtībām, kas observatorijām varētu būt ar šīm metodēm. Šāda veida lāzera novērojumi ir iespējami tikai tad, ja satelīts atrodas tieši virs galvas un ir derīgs tikai konkrētajam debess punktam no šīs vietas uz Zemes tajā brīdī.

Skaidrs, ka astronomiem būs vajadzīgs kaut kas labāks. Labs risinājums ir spuldze, ko var redzēt no plata leņķa.

Tomēr atstarotāji nav. Alberts norāda, ka, lai gan vairākiem satelītiem ir atstarotāji lāzera attāluma noteikšanai, tos nevar izmantot, lai precīzi izmērītu gaismas absorbciju atmosfērā. Tas ir tāpēc, ka atstarošanās spēja mainās līdz ar krišanas leņķi, bet kā tieši tas nav zināms. Turklāt šo ierīču atstarošanās spēja laika gaitā mainās, jo spoguļi kļūst cauri mikrometeoroīdu bojājumiem.

Lai turpinātu savu pētījumu, Alberts plāno nosūtīt balonos uzlabotas gaismas, lai viņš varētu labāk izpētīt šo problēmu.

Bet galu galā vienīgais veids, kā patiešām palīdzēt nākotnes astronomiem, būs novietot spuldzi orbītā. Ņemot vērā, ka Visuma izplešanās vēsture ir viena no svarīgākajām problēmām kosmoloģijā, iespējams, ir pienācis laiks sākt cītīgāk domāt par to, kā to izdarīt.

Atsauce: arxiv.org/abs/1101.5214 : uz satelītu montēti gaismas avoti kā fotometriskās kalibrēšanas standarti uz zemes bāzētiem teleskopiem

paslēpties