В конце января 2020 года навсегда прекратил работу космический телескоп «Спитцер» — одна из четырех «великих обсерваторий». Он был запущен в космос в августе 2003 года. Задачей телескопа было наблюдение в инфракрасном диапазоне разнообразных объектов: экзопланет, комет и астероидов, далеких галактик и туманностей, а также областей, где зарождаются звезды. Изначально научная программа была рассчитана на 2,5 года, однако она неоднократно продлевалась, вплоть до 2009 года, когда кончились запасы жидкого гелия, охлаждающего телескоп. Но два модуля основного научного инструмента IRAC (Infrared Array Camera) сохранили работоспособность в условиях нагревания, и телескоп продолжил научные исследования. Планировалось, что «Спитцер» завершит работу в начале 2019 года, но из-за переноса запуска нового космического телескопа «Джеймс Уэбб» на 2021 год программу продлили до начала 2020 года.
За почти 17 лет работы «Спитцера» с его помощью ученые сделали множество удивительных открытий. Рассказываем о некоторых из них.
7 землеподобных экзопланет
В 40 световых годах от нас семь планет размером с Землю вращаются вокруг тусклой красной звезды TRAPPIST-1. Три из них находятся в зоне обитаемости — на таком расстоянии от звезды, где температура достаточно высока, чтобы поддерживать жидкую воду на поверхности планеты.
О существовании трех планет астрономы уже знали, но в 2017 году «Спитцер» и наземная обсерватория «Очень Большой телескоп» (VLT) не только подтвердили эту информацию, но и обнаружили еще четыре планеты. С помощью «Спитцера» ученые более 500 часов наблюдали за системой TRAPPIST-1, чтобы определить, сколько планет вращается вокруг звезды. Инфракрасное зрение телескопа было идеальным для изучения звезды, которая намного холоднее нашего Солнца. Астрономы фиксировали слабые изменения в блеске звезды, когда планеты проходили перед ее диском. Наблюдения «Спитцера» также позволили определить приблизительный размер и массу планет.
Благодаря наблюдениям «Спитцера» это самая изученная система, не считая нашей собственной.
Астрофизик Дмитрий Вибе о системе TRAPPIST-1
Области звездообразования
Инфракрасное излучение в большинстве случаев лучше проникает сквозь газопылевые облака, чем видимый свет. Благодаря этому свойству «Спитцер» стал отличным инструментом для изучения областей, где рождаются звезды. На этом снимке — восточный фрагмент области звездообразования W5 в созвездии Кассиопеи.
Астрофизик Дмитрий Вибе об области звездообразования W5
Невидимое кольцо Сатурна
В 2009 году «Спитцер» обнаружил огромное кольцо из льда и пыли вокруг Сатурна — самое большое из множества колец планеты и известных колец Солнечной системы. Скопление вещества начинается на расстоянии около 6 млн км от газового гиганта и простирается еще на 12 млн км. Большинство планетарных колец обычно располагается в пределах нескольких радиусов от своих планет, что обусловлено гравитационным воздействием планеты на кольца и спутники. Но это кольцо расположено очень далеко. Толщина кольца составляет около 40 радиусов Сатурна, и, если бы мы могли наблюдать его на небе, оно по ширине было бы равно диаметрам двух полных Лун на небе.
Несмотря на колоссальные размеры, кольцо долго не замечали из-за того, что его микроскопические частицы очень сильно разрежены: на один кубический километр этого кольца приходится только 10–20 частиц вещества. Такие структуры очень плохо отражают свет. Только из-за холодного излучения, испускаемого частицами, «Спитцер» смог обнаружить это кольцо. Скорее всего, гигантский обруч питается веществом, сбитым метеоритами со спутника Феба.
Далекие (и древние) черные дыры
В ядрах многих галактик скрываются сверхмассивные черные дыры. С помощью «Спитцера» ученые определили две самые далекие сверхмассивные черные дыры, что дает представление об истории образования галактик во Вселенной. Обычно черные дыры окружены структурами пыли и газа — аккреционными дисками, которые подпитывают своих массивных хозяев. Аккреционные диски являются мощнейшими источниками излучения — квазарами. Свет от двух квазаров, обнаруженных «Спитцером», шел до Земли 13 млрд лет. Это означает, что они сформировались менее чем через 1 млрд лет после рождения Вселенной.
Фуллерены в космосе
Фуллерены — это сферические молекулы углерода, которые по форме напоминают футбольный мяч. Они применяются в медицине, технике и энергетике. «Спитцер» был первым телескопом, который нашел такие молекулы в космосе. Исследовав спектр планетарной туманности Tc-1 в созвездии Жертвенника, ученые обнаружили «провалы» в области, соответствующей фуллеренам. Планетарными туманностями называют сбрасываемые умирающими звездами газовые оболочки, которые формируют облако, по форме напоминающее планету. Астрономы показали, что в Tc-1 присутствуют фуллерены, состоящие из 60 и 70 атомов углерода. Последующие исследования с использованием данных «Спитцера» помогли ученым узнать больше о распространенности этих уникальных углеродных структур в природе.
Химик Павел Сорокин об открытии фуллеренов
Кометный суп
Считается, что ядра комет — это газопылевые образования, оставшиеся после формирования основных тел Солнечной системы. При приближении к Солнцу излучение звезды нагревает ядро кометы, высвобождая газ и пыль, которые формируют облако вокруг ядра и хвост. Нагревание приводит к тому, что с поверхности исчезают вещества, имеющие низкие температуры кипения, и образуется корка, которая химически отличается от основного состава кометы.
В июле 2005 года космический аппарат Deep Impact сбросил на комету 9P/Темпеля примитивный зонд с камерой, который протаранил ее поверхность, вызвав выброс кометного вещества, спрятанного под коркой. «Спитцер» наблюдал за этим столкновением. Сравнивая спектры кометы до и после удара, ученые выяснили, из чего состоит комета изнутри: они обнаружили водяной лед, силикаты, карбонаты, ароматические углеводороды и другие вещества.
Чем астероиды отличаются от комет
Карта Млечного Пути
В 2013 году ученые собрали более 2 миллионов изображений, полученных «Спитцером» за 10 лет, чтобы создать одну из обширных карт галактики Млечный Путь. Картографические данные были получены в основном из проекта Galactic Legacy Mid-Plane Survey Extraordinaire 360 (GLIMPSE360).
Прямое наблюдение экзопланет
Чаще всего экзопланеты открывают косвенным образом — по изменению блеска звезды. Но в 2005 году «Спитцер» смог наблюдать инфракрасное свечение двух горячих Юпитеров HD 209458b и TrES-r1 — газовых гигантов, которые расположены очень близко к звездам. Это достижение положило начало новой эре в исследованиях экзопланет.
Атмосфера экзопланет
В 2007 году «Спитцер» стал первым телескопом, который непосредственно идентифицирует молекулы в атмосферах экзопланет. Ученые использовали метод, называемый спектроскопией, для идентификации химических молекул в двух разных газовых экзопланетах. Знания о составе атмосфер могут помочь в поисках жизни на экзопланетах.
12 лекций астрофизика Сергея Попова об экзопланетах
Самая далекая планета
В 2010 году «Спитцер» помог ученым обнаружить одну из самых удаленных планет (среди известных нам), расположенную на расстоянии около 13 000 световых лет от Земли. Большинство ранее известных экзопланет находятся на расстоянии около 1000 световых лет от Земли. Обнаружить эту планету удалось с помощью микролинзирования.
