Интересные темы:

Гаджеты

Немного интересного:

Небесная демократия: астрономия аристократическая наука

15.11.2011 Наука и жизнь

Карта распределения галактик, полученная по итогам обзора Sloan Digital Sky Survey (SDSS-II). Почва находится в вершине, а самый удаленные галактики на краю расположены на расстоянии 1,3 млрд световых лет от нас. Красными точками помечены галактики, населенные ветхими звездами, светло синий точками — населенные молодыми звездами.

Галактики сгруппированы в скопления разной формы, между которыми находятся безлюдные пространства — войды. Новые изучения говорят о том, что эти войды не содержат ни простой, ни чёрной материи, а их форма и размер согласуются с теоретическими моделями эволюции из равномерного распределения чёрной материи под действием гравитации в юный Вселенной.
Нанесенные на «карту небес» области космоса согласно данным проектов SDSS I, II, III.

SDSS покрывает примерно треть небосвода, по большей части в направлении галактических полюсов, над и под плоскостью диска отечественной Галактики. Полосы в направлении плоскости диска — это области данных проекта SEGUE.Небесная демократия: астрономия аристократическая наука Любая оранжевая точка — галактика. Карта содержит более 1 трлн пикселей.
46 000 квазаров из третьего релиза SDSS В рамках SDSS были кроме этого промерены спектры более чем миллиона разных астрономических источников.

На данной диаграмме собраны спектры более 46 000 разных квазаров из третьего релиза SDSS. Любой спектр представляет собой горизонтальную линию с модуляцией по яркости, с ближайшими квазарами внизу и далекими вверху. Яркие линии — эмиссионные линии ионов водорода, углерода, кислорода, железа и магния, смещающиеся по частоте у более далеких квазаров за счет расширения Вселенной.

В Соединенных Штатах в середине 1980-х имелось с дюжина больших телескопов — в основном в университетских обсерваториях. Главные наблюдения вели штатные сотрудники, каковые хранили фотоснимки в личных архивах, обрабатывали их по собственному усмотрению и не были обязаны делиться взятыми данными до их публикации.

Остальные астрологи имели возможность трудиться на телескопах двух национальных обсерваторий — в Аризоне и Нью-Мексико. Но время наблюдений в том месте распределялось заблаговременно, а также ученые с именем имели возможность рассчитывать максимум на дюжина сеансов в год. Потому, что эти обсерватории финансировались из публичных средств, фотопленки и пластинки поступали в открытые архивы, но с очень большой задержкой в год-полтора.

Эти с космических обсерваторий также подлежали общедоступному архивированию, но оптических орбитальных телескопов у NASA в то время еще не было вовсе, а космическая инфракрасная астрономия пребывала во младенчестве (первый инфракрасный телескоп IRAS был запущен лишь в начале 1986 года и проработал всего девять месяцев). У радиоастрономов и исследователей космических источников гамма-рентгена и лучей дела с кооперацией обстояли немного лучше, но и в том месте имелись собственные специалисты-монополисты.

Предвестник народовластия

Но демократизация астрономии была прейдет скоро. На нее трудились многие факторы — к примеру, происхождение больших интернациональных исследовательских консорциумов и распространение сетевых коммуникаций. Но первым шагом на этом пути выяснилось предложение, высказанное в феврале 1987 года.

Национальная обсерватория Китт-Пик тогда собрала трехдневную астрономическую конференцию для лискусии по поводу возможностей применения только что взятого громадного телескопического зеркала. Среди приглашенных был астрофизик и известный астроном Джеймс Эдуард Ганн, доктор наук Принстонского университета, что тогда занимался разработкой астрономических фотокамер на ПЗС-матрицах.

Ганн внес предложение оснастить телескоп с новым зеркалом спектрографом и камерой с ПЗС максимально большого разрешения, дабы его возможно было применять для автоматического сканирования широких участков небосвода с целью сбора информации о миллионах дальних галактик и ближних. Ганн прикинул, что эта установка сможет за пять лет накопить таковой количество спектроскопических данных, что при сборе простыми способами растянулся бы на пара тысячелетий. Он кроме этого внес предложение хранить оцифрованную данные в общедоступном электронном архиве.

Оригинальность проекта Ганна заключалась отнюдь не в его масштабах. Астрологи просматривали широкие участки небосвода и составляли списки собственных находок с XVIII столетия. В 1950-е годы астрологи Калифорнийского технологического университета десять лет снимали северный небосвод фотокамерой 120-сантиметрового телескопа обсерватории Маунт Паломар и взяли 4000 снимков.

Но простые фотографии не поддавались автоматической обработке и не снабжали стандартизированной оценки параметров небесных объектов. спектроскопы и Цифровые камеры в сочетании с компьютерным анализом давали возможность преодолеть эти препятствия, существенно повысить уровень качества измерений и собрать богатейшие коллекции унифицированной астрономической информации, откалиброванной по единым шаблонам.

Применение этих устройств кроме этого давало слово многократный выигрыш в качестве измерений. Так как полупроводниковые матрицы регистрируют не меньше 70 процентов фотонов и снабжают определение яркости с точностью 0,5 процентов, а кроме того лучшие астрономические фотопластинки, которыми пользовались астрологи в конце прошлого века, «теряли» около 99 процентов световых квантов и разрешали оценить яркость с погрешностью не меньше 10 процентов.

Участники встречи сочли предложение Ганна в полной мере осуществимым, одобрили и срочно забыли. Сам Ганн возвратился к работе над цифровой камерой для космического телескопа «Хаббл» и изучению квазаров. Мысль была хороша, но для воплощения в судьбу ей предстояло получить активных приверженцев.

Воплотить в судьбу

В декабрь и сентябрь 1988 года полтора десятка астрологов два раза виделись для дискуссии конкретного замысла действий в поддержку проекта Ганна. Они заключили, что телескопу достаточно 250-сантиметрового зеркала и наилучший порт приписки для него — обсерватория Апачи-Пойнт в штате Нью-Мексико, расположенная на пике Сакраменто на высоте практически 3 км. Годовой бюджет проекта был оценен в $12 млн.

Но отыскать спонсоров и деньги выяснилось непросто. Первую часть финансирования проект взял весной 1990 года, в то время, когда президенты Принстонского и Чикагского Института и университетов фундаментальных изучений выделили ему по $350 000. В ноябре к ним присоединилась Национальная ускорительная лаборатория Fermilab, давшая обещание 5 млн и доступ к компьютерным и программным ресурсам.

Так сформировался консорциум первичных участников проекта, что со временем существенно расширился. Следующим летом богатый фонд социальной помощи, основанный в первой половине 30-ых годов XX века президентом корпорации Дженерал моторс Альфредом Слоаном, посулил еще 8 млн при условии, что бюджетный перерасход, в случае если такой произойдёт, будет компенсирован университетами. Эта оговорка была отнюдь не лишней, потому, что оценочная цена проекта к тому времени подскочила до $25 млн.

Тогда же проект взял имя — Sloan Digital Sky Survey, SDSS (Слоановский цифровой обзор небосвода). В соответствии с замыслам, ему предстояло просканировать 10 000 квадратных угловых градусов северного неба (более четверти его неспециализированной площади) и выяснить красные смещения миллиона галактик.

Проект понемногу начал работату, и в первой половине 90-ых годов двадцатого века в нем было задействовано полсотни астрофизиков и астрономов, среди которых показались первые зарубежные участники — ученые из Японии. Сам Ганн возглавил проектирование неповторимой 120-мегапиксельной цифровой фотокамеры, для которой заказали 30 новейших 4-мегапиксельных ПЗС. Они действующий при -100°С, так что камеру было нужно оснастить криогенным комплексом.

Любой ПЗС взял личный комплект из пяти оптических фильтров для разных длин волн от ИК до УФ. Отладка камеры завершилась к Рождеству 1997 года. На юстировку и монтаж телескопа ушло еще четыре месяца, и в ночь с 9 на 10 мая 1998 года он заметил первый свет и смог приступить к пробному обзору небосвода.

Настоящие наблюдения начались в июне. Проект тогда уже имел личный сайт в сети, что скоро получил популярность (через день после доклада на сессии Американского астрономического общества о первых итогах в том месте было зарегистрировано 140 000 посещений!).

Но настоящее сканирование небосвода началось значительно позднее. До конца 1998 года телескоп по большей части трудился на поиск сверхдалеких квазаров, что вели параллельно с отладкой фотокамеры. К декабрю ученые отловили 13 квазаров, каковые светили, в то время, когда возраст Вселенной составлял от одного до двух миллиардов лет. Настройка совокупностей телескопа продолжалась и в течение 1999 года, в то время, когда на нем монтировали два спектрографа.

Неприятности появлялись практически друг за другом. Самый неожиданный сюрприз судьба-злодейка преподнесла 19 октября: на протяжении рутинного осмотра инженеры нашли трещину во запасном зеркале. Эта авария имела возможность стать фатальной, но, к счастью, с ней совладали всего за три месяца. В Слоановском фонде уже подумывали прекратить финансирование проекта, но все-таки предпочли выделить на него еще 10 млн.

Эта субсидия разрешила довести до ума и телескоп, и всю его аппаратуру и приступить к систематическому сканированию небосвода.

Производительность слоановского телескопа впечатляет кроме того сейчас. Его камера «за один присест» фотографирует полтора квадратных градуса небосвода (в восьмеро больше площади полной Луны). Спектрографы, приобретающие сигналы по оптоволоконным кабелям, способны в один момент выяснить спектры более чем 600 квазаров, галактик и звёзд.

В зимние месяцы при чистом небосводе за один продолжительный ночной сеанс удается измерить спектры практически 6000 объектов.

Телескоп на вахте

Официально Слоановский обзор начался в 2000 году и сразу же вышел за рамки сбора данных для галактической и космологии и внегалактической астрономии. Так, члены коллаборации нашли более 10 000 малоизвестных ранее астероидов и узнали их состав. Еще одна группа астрологов занялась поиском наиболее прохладных звезд и к 2005 году открыла около 70 коричневых карликов.

За это же время участники проекта нашли практически 80 000 квазаров, причем пара десятков из них вспыхнула в течение первого миллиарда лет существования Вселенной.

Первый, пока еще не занумерованный отчет о итогах обзора был опубликован в июне 2001 года. Он содержал сведения о 14 млн космических объектов и 50 000 спектров. Они были выложены на сайте SkyServer, что в течение последующих четырех месяцев просмотрели полтора миллиона раз.

В будущем количество слоановской информации неуклонно возрастал. В отчете № 1 (Data Release 1) от 11 июня 2003 года показались сведения о 53 млн объектов и 186 250 спектрах; отчет № 7 от 31 октября 2008 года воображал 1 640 960 спектров и 357 млн космических объектов, а также 929 555 галактик, 121 373 квазара и 464 261 звезду.

Параллельно количеству накопленных данных возрастало и количество посещений интернетного архива. Весной 2003 года оно достигло 10 млн, тремя годами позднее перевалило за 200 млн, а к 2010 году превысило 700 млн.

Эти со слоановского телескопа легли в базу великого множества научных статей с высоким индексом цитируемости. К концу осени 2009 года их было более 2700, а ссылок на эти публикации выяснилось около 100 000. Приблизительно треть этих работ в собственности участникам коллаборации, другое — вторым ученым. Данными обзора в том либо другом виде оперируют не меньше 20 процентов астрологов различных государств, а быть может, что больше. Ими пользуются и любители астрономии в мире.

Узнаваемые порталы Гугл Sky и Galaxy Zoo также применяют эти Слоановского обзора. Он послужил пробным шаром и катализатором многих позднейших проектов. В начале 2000-х годов было запущено пара обзоров небосвода в неоптических диапазонах, результаты которых кроме этого общедоступны: к примеру, 2MASS (ИК), GALEX (УФ), космический гамма-телескоп Fermi.

Так что задуманное Джеймсом Ганном предприятие и в действительности стало настоящим демократизатором науки о Вселенной.

Подводя итоги

«Наблюдения по проекту SEGUE-2 велись в 2008—2009 годах, так что вся собранная информация уже архивирована в отчете Data Release 8, что был выложен в сети в январе 2011 года. Она является ценнейшим источником сведений о химическом составе светил, которыми владел периферии отечественной Галактики, на базе которых возможно с большей надежностью реконструировать ее историю, — растолковывает «ПМ» доктор наук Гарвардского университета Дэниэл Айзенстайн, возглавляющий SDSS-III. — Для проекта APOGEE телескоп в апреле 2011 года оснастили новым инфракрасным спектрографом большого разрешения, и скоро будут опубликованы первые результаты наблюдений. Остальные два проекта начались вместе с третьей стадией слоановского обзора и будут длиться до ее окончания».

Доктор наук Айзенстайн выделил, что в рамках программы BOSS, первые результаты которой были размещены в мае 2011 года, найдены широкомасштабные сгущения межгалактического водорода протяженностью свыше сотни миллионов световых лет. В соответствии с эффектом Ганна-Петерсона они частично поглощают излучение далеких квазаров и посему становятся доступны для регистрации. Эти сведенья очень серьёзны для воссоздания ранней истории Вселенной.

Они разрешают уточнить спектральные характеристики звуковых волн, распространявшихся в фотонном газе и горячей плазме, каковые заполняли космическое пространство в первые тысячелетия по окончании Громадного взрыва.

Анализ наблюдений, проводимых в соответствии с проектом MARVELS, разрешил локализовать коричневый карлик с массой в 28 весов Юпитера. Он обращается около звезды TYC 1240−00945−1, масса которой образовывает 1,4 солнечной. Данный карлик отстоит от собственного светила на десять с половиной миллионов километров (семь сотых астрономической единицы) и совершает полный оборот по орбите стремительнее, чем за шесть земных дней.

В большинстве случаев коричневые карлики в двойных совокупностях со звездами солнечного типа не подходят к ним ближе, чем на 5 а.е., так что это открытие воображает громадной интерес.

«За 11 лет слоановский обзор принес куда больше информации, чем ожидали отцы-основатели, — говорит доктор наук Айзенстайн. — И без сомнений, что он еще во многом обогатит астрономию, космологию и астрофизику».

Что дальше

Основатели коллаборации планировали просканировать 10 000 квадратных угловых градусов северного небосвода. Уже за первые пять лет были взяты снимки более 8000 градусов, и спектры галактик, квазаров и звёзд, разбросанных более чем по 70 процентов этого участка неба. Успех проекта был столь очевиден, что его финансирование продлили без особенных неприятностей.

В июле 2005 года университеты-участники, число которых достигло 25, приступили к новой серии измерений SDSS-II, поделённой на три проекта. The Sloan Legacy Survey продолжил начальную программу изучения далеких областей космоса. Проект SEGUE (Sloan Extension for Galactic Understanding and Exploration) ставил целью сбор информации о отечественной Галактике. На протяжении его осуществления астрологи просканировали 3500 квадратных угловых градусов Млечного Пути и взяли спектры 240 000 звезд.

В рамках третьего проекта The Sloan Supernova Survey телескоп посмотрел за примыкающий к плоскости небесного экватора край южного небосвода и зарегистрировал почти 500 сверхновых звезд.

В 2008 году слоановская коллаборация приступила к серии наблюдений SDSS-III, расписанной до 2014 года. Она включает четыре проекта: BOSS — картирование броских красных квазаров и галактик и спектральный анализ их излучения, MARVELS — изучение 11000 звезд на предмет поиска их несветящихся спутников, планет и коричневых карликов, SEGUE-2 — измерение спектральных черт галактического гало (практически 120 000 звезд периферийной территории отечественной Галактики), и APOGEE — промер инфракрасных спектров много тысяч красных гигантов в разных областях Галактики от балджа до гало.

Впадина Ганна-Петерсона

На графиках продемонстрированы спектры разных квазаров с красным смещением около 6. Долгий «провал» слева от пика (линии поглощения Лайман-альфа) и имеется иллюстрация результата Ганна-Петерсона.

Слоановский поиск квазаров с громадными красными смещениями разрешил в 2001 году в первый раз замечать астрофизический эффект, предсказанный в 1965 году Ганном и Брюсом Петерсоном (тогда еще аспирантами). Они осознали, что дошедшее до Почвы излучение старейших светил не должно содержать фотонов с длиной волны в определенном промежутке. Данный спектральный «провал» (его именуют впадиной Ганна-Петерсона) разъясняется тем, что при прохождении через космические тучи нейтрального водорода ультрафиолетовые фотоны квазаров и первых звёзд поглощались и рассеивались.

Позднее это затухание закончилось, потому, что фактически целый водород был ионизирован и превратился в плазму. Исходя из этого впадина Ганна-Петерсона отмечается только в спектрах космических объектов с красным смещением выше 6, причем благодаря расширению Вселенной она из УФ-области сместилась в инфракрасную.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№112, февраль 2012).

Случайные записи:

Особая наука — астрономия.


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Tags:  , , ,