Hi-Tech

Почему наши телескопы не могут найти «девятую планету»?

Изобретение телескопа вывело нас за пределы возможностей невооруженного глаза, к миллионам (и миллиардам) звезд нашего Млечного Пути. История астрономии была историей отступающих горизонтов. Тем не менее, несмотря на все, что мы знаем о далекой Вселенной, в нашей Солнечной системе могут быть неоткрытые миры. Применение фотографии и многоволновой астрономии к телескопам вывело нас за пределы нашей собственной галактики в далекие «островные Вселенные», населяющие все пространство, к которому мы можем получить доступ. Как же так?

Почему мы не можем найти новые планеты в Солнечной системе

Если ученые могут использовать телескопы для охоты на планеты, галактики, экзопланеты и прочая прочих, почему они просто не могут взять и просканировать нашу Солнечную систему в поисках отбившихся от центра «планет Х» и других небесных тел?

С астрономической точки зрения каждому объекту присуща яркость, определяемая количеством испускаемого им света. Есть ключевое слово, которое вам нужно понять, прежде чем мы займемся этим вопросом: величина. В случае с объектами вроде нашей Луны, это касается ее отраженного света, потому что у нее нет собственной светимости. В случае с объектом вроде нашего Солнца, это касается его собственной светимости, потому что Солнца создает энергию и испускает ее во всех направлениях.

Это не то чтобы трюк атмосферы Луны (потому что у нее ее практически нет), а так называемый пепельный свет Луны: солнечный свет отражается от Земли и падает на Луну. Если вы посмотрите на Луну в фазе полумесяца, вы сможете разглядеть поверхность, которая не освещена Солнцем.

Разница в яркости между этими примерами показывает, насколько велика разница между отраженным светом и собственным светом.

Луна не имеет права быть ярче, чем звезда, планета или галактика в небе, исходя из собственной жалкой величины. Но есть и другая деталь, которая подчеркивается различиями яркости между Солнцем и Луной, а также Луной и всем остальным на ночном небе. И все же, она выглядит ярче всего, кроме Солнца. По сути, Луна — самый тусклый объект, видимый невооруженным глазом из любой точки Земли.

Причина этого в том, что Луна находится очень близко, и что ее собственная яркость не совпадает с наблюдаемой — или видимой — яркостью.

Однако это не то чтобы какое-то общее правило, которое применяется, это количественная зависимость, которая позволяет нам определять, насколько ярким или тусклым кажется объект в зависимости от расстояния до него. Чем дальше находится объект, тем менее ярким он кажется. Проще говоря, яркость (b) падает как обратная величина квадрата расстояния или b ~ 1/r².

Разместите в десять раз дальше — и упадет в сто раз. Разместите объект вдвое дальше и его яркость упадет в четыре раза. Разместите в тысячу раз дальше, яркость упадет в миллион раз.

Для любого объекта, который излучает собственный свет, эти два фактора определяют видимую яркость: внутреннюю яркость и расстояние до наблюдателя.

Хотите увидеть что-то более тусклое? Эти два фактора, возможно, самые важные, которые следует учитывать при определении типа телескопа, который будет строиться. Вам нужно будет собрать больше света, а значит потребуется телескоп побольше, либо придется наблюдать за одной точкой неба дольше.

Соберите телескоп в два раза больше, и вы не только соберете в четыре раза больше света, но и удвоите разрешение. Если бы деньги и технологии не имели значения, вы бы каждый раз выбирали большой телескоп. Чтобы собрать в четыре раза больше света, наблюдая дольше, нужно потратить в четыре раза больше времени и не получить почти никакой прибавки в разрешении.

Самые большие телескопы, которые у нас есть, способны просматривать объекты с максимально возможным разрешением и определять их детали в кратчайшие сроки.

Какая у вас цель? Есть также соображение поле обзора. Или увидеть максимально возможное поле Вселенной? Увидеть самый тусклый объект из возможных?

Ваш телескоп может собрать определенное количество света, просмотрев небольшую область с большой точностью или большую область с небольшой точностью. Здесь придется идти на компромисс. Подобно тому, как микроскоп может удвоить увеличение, вдвое уменьшив диаметр поля зрения, телескоп может заглянуть глубже во Вселенной, сузив свое поле обзора.

Но компромисс будет очень серьезным. Различные телескопы оптимизированы для разных целей. Если мы хотим заглянуть как можно глубже, нам придется выбрать один очень небольшой регион неба.

Крошечная область пространства просматривалась на разных длинах волн в общей сложности 23 дня. Это хаббловское чрезвычайно глубокое поле. Самые тусклые объекты в этом клочке буквально в 10 000 000 000 раз слабее, чем то, что вы можете увидеть на пределе своего невооруженного глаза. Количество информации, которую мы выудили, просто поражает: мы нашли 5500 галактик в этом крошечном клочке неба.

Но и этому есть цена: этот снимок, на создание которого потребовалось 23 дня, включает всего 1/32 000 000 часть неба. Благодаря зеркалу большого диаметра, наблюдениям на разных длинах волн, расположению в космосе, большому увеличению и небольшому полю зрения, «Хаббл» смог обнаружить самые тусклые галактики, которые только можно разглядеть.

Этот снимок был сделан с помощью телескопа Pan-STARRS, который каждую ночь просматривает все видимое небо со своего места на Земле. С другой стороны, можно посмотреть и так. Он сопоставим по размерам с космическим телескопом Хаббла, но оптимизирован для съемки в широком поле, выбирая больший охват неба вместо увеличения.

Pan-STARRS захватывает 75% неба и прекрасно регистрирует изменения между точками света. Как следствие, он может обнаруживать объекты, расположенные практически в любой части неба; только крайний южный полюс отрезан из-за расположения телескопа в северном полушарии. Но эти объекты должен быть в тысячи раз ярче, чем самые тусклые из тех, что находит «Хаббл». Он может находить кометы, астероиды, объекты пояса Койпера и многое другое.

Сверхглубокий, сверхтусклый обзор всего неба, вероятно, никогда не будет возможен из-за технологических ограничений; мы можем видеть тусклое в узком диапазоне или яркое в широком, но не оба варианта одновременно. Как бы нам ни хотелось, мы не можем просто исследовать всю внешнюю Солнечную систему с необходимым приближением, чтобы найти все, что в ней есть.

Если вы посмотрите на внешней Солнечной системе на два идентичных объекта, но один будет в два раза дальше, чем другой, он будет в шестнадцать раз тусклее. Существует также еще один ограничивающий фактор, который уходит корнями в начало: эти объекты отражают только солнечный свет. Даже если бы в облаке Оорта находился мир размером с Юпитер, мы бы его не нашли. Это связано с тем, что со временем солнечный свет попадает на далекий объект и тот становится ярче на четверть, но затем отраженный свет должен пройти в двое большее расстояние до наших глаз, в результате чего общая видимая яркость падает как b ~ 1 / r⁴.

У нас есть множество телескопов, способных обозревать огромные участки неба, но они могут видеть только яркие объекты, а слабые — нет. У нас есть множество телескопов, способны видеть невероятно тусклые объекты, но нам нужно знать, куда их направить. Что касается объектов в нашей собственной Солнечной системе, поскольку они отражают солнечный свет, а не излучают свой собственный, их нельзя увидеть никаким современным телескопом, если они окажутся за определенным расстоянием.

Получается, что несмотря на все наши знания о Вселенной и нашей собственной планете, задворки нашей Солнечной системы могут всегда оставаться для нас кладезем сюрпризов.

Расскажите в нашем чате в Телеграме. Какой телескоп будем строить?

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть