Ученые полтора десятка лет искали в космосе астероиды с помощью специального телескопа — чтобы избежать их столкновения с Землей. Теперь этот телескоп выключили И что это значит? Мы в опасности?
В начале августа последнюю команду с Земли получил NEOWISE — небольшой космический телескоп NASA. Он прожил сразу две удивительные жизни, менял имя, увидел все яркие галактики во Вселенной, охотился на астероиды и даже участвовал в программе планетарной обороны Земли. В последние годы главной работой телескопа была роль дозорного. Он сканировал небо в поисках объектов, которые незаметны в видимом свете, но при этом излучают тепло и могут представлять опасность для человечества. Прямой замены NEOWISE нет и не будет еще несколько лет. «Медуза» рассказывает об этом замечательном инструменте и его вкладе в изучение Вселенной и защиту Земли от потенциально опасных объектов.
NEOWISE «ловил» тепловое излучение. Это уникальное окно в космос, без которого мы не знали бы о коричневых карликах и не понимали устройства молодых галактик
Тепловое (то есть инфракрасное) излучение, приходящее от Солнца, было впервые обнаружено астрономом и композитором Уильямом Гершелем в 1800 году. Продолжая опыты по изучению света, начатые еще Ньютоном, Гершель пытался понять, как Солнце передает нам свое тепло. Зная, что солнечный свет раскладывается в радугу, проходя через призму, он подносил термометр к каждой полосе падающего цвета по очереди, измеряя его температуру. Оказалось, что чем дальше термометр уходил от фиолетового конца радуги и приближался к красному, тем термометр нагревался сильнее.
Удача и гений Гершеля заключаются в том, что он не остановил градусник, дойдя до красного цвета, а продолжал двигать его дальше — и таким образом обнаружил, что в невидимой части спектра термометр нагревается еще сильнее. Оказалось, что значительная часть тепла от Солнца приходит на Землю с невидимыми лучами, лежащими дальше красной части радуги.
Продолжая изучать эти лучи, ученый обнаружил, что они преломляются, отражаются и поглощаются так же, как и лучи видимого света. И тепло, и свет, как оказалось, — форма одной и той же энергии. В конце XIX века, когда волновая природа света была точно установлена, тепловые лучи Гершеля стали называть инфракрасными (инфра — что-то находящееся ниже, под чем-либо), так как их частота ниже, чем даже у красного цвета. Частота и длина волны в физике неразрывно связаны, и в этой статье мы будем использовать именно длину волны. Диапазон видимого света простирается от 0,38 до 0,78 микрона (380 до 780 нанометров), в то время как инфракрасным называют излучение с длиной волны от 0,78 микрона до 1000 микрон (или одного миллиметра).
Работы Уильяма продолжил его сын Джон Гершель. Благодаря последнему скоро стало понятно, что инфракрасные лучи приходят не только от Солнца: любой нагретый предмет на Земле точно так же испускает инфракрасное излучение. Открытие сразу же вызвало интерес астрономов: а излучают ли тепло звезды? А непонятные туманности, видимые в самые крупные телескопы того времени как размытые облачка, — они тоже дают нам тепло, которое можно зафиксировать? И есть ли в космосе другие источники тепла, невидимые с Земли невооруженным глазом?
Желание ученых изучать приходящее тепло от других космических тел останавливала земная атмосфера: если свет звезд, неразличимый на фоне яркого дневного неба, можно увидеть в телескоп ночью, то в инфракрасном (ИК) диапазоне ночи нет — температура воздуха меняется незначительно, и даже в лютый зимний мороз атмосфера слишком ярко светит в ИК-спектре, чтобы сквозь нее было что-нибудь видно. Атмосфера, благодаря которой на Земле поддерживается комфортная температура, становится для наблюдений космического тепла непреодолимой завесой.
Строго говоря, атмосфера блокирует не совершенно все инфракрасное излучение — ИК-телескопы существуют и на Земле. Но видеть они могут только в очень особенных участках теплового спектра — так называемых окнах прозрачности, где атмосфера поглощает излучение не так сильно, как в целом для теплового излучения.
Почему так происходит?
Чтобы прилетающие из космоса ИК-фотоны нагрели атмосферу, в ней должны быть атомы или молекулы, способные поглощать фотоны именно с этой длиной волны. Пары воды, углекислого газа, озона, метана и азота химически устроены так, что поглощают большинство фотонов инфракрасных энергий, приходящих из космоса. Большинство, но не все: для фотонов определенных диапазонов волн нет подходящих молекул, поэтому они и пролетают всю атмосферу, достигая Земли.
Какие-то из этих «окон» очень узкие и занимают всего доли микрона в спектре. Есть и широкое окно, находящееся между 8 и 14 микронами, — его хорошо видно на картинке. Но, как ни обидно, ни один телескоп, настроенный на этот диапазон, ничего не увидит в космосе — дело в том, что температура земной поверхности и самой атмосферы в среднем такова, что пик ее излучения приходится как раз на эту область спектра (около 10 микрон), поэтому собственная засветка атмосферы перекрывает все «окно прозрачности».
Вообще говоря, существование этого «окна» очень важно для жизни на нашей планете. То, что атмосфера прозрачна для тепла, производимого Землей, позволяет выбрасывать излишки тепла в космос, не допуская слишком сильного парникового эффекта. Но астрономов этот эффект не радует.
В общем, инфракрасные телескопы действительно можно и нужно строить на Земле, но работать они смогут лишь в очень небольшом участке спектра на длинах волн 1,1–3,5 микрона. В этой области спектра совпадают вместе два фактора: атмосфера и прозрачна для излучения, и сама она мало «светит» в этом диапазоне. Вместе с этими, присущими только инфракрасной астрономии сложностями существуют и общие для наземных телескопов ограничения: они страдают от вносимых атмосферой искажений, работают только по ночам и видят лишь небольшую часть неба.
Инфракрасные телескопы существенно сложнее и тяжелее оптических. Поэтому на орбите они появились на 20 лет позже
Единственный выход для изучения Вселенной во всем инфракрасном диапазоне — запуск телескопов в холодный космос, за пределы атмосферы. Впервые это случилось только в 1983 году, на 20 лет позже того, как на орбиту отправился первый оптический телескоп. Дело в том, что ИК-оборудование и сейчас намного уступает в миниатюрности обычному оптическому, а на заре космической эры и вовсе было неподъемным.
Первым космическим инфракрасным телескопом стал IRAS — InfraRed Astronomical Satellite, совместный проект США, Великобритании и Нидерландов. Это был довольно несовершенный инструмент, который проработал до своего отключения только 10 месяцев, хотя и успел за это время отсканировать все небо и увидел сотни тысяч объектов, показав Вселенную с новой, загадочной стороны.
IRAS открыл шесть новых комет, увидел горячие пылевые облака вокруг Веги, заглянул в центр нашей собственной Галактики (инфракрасный свет не блокируется пылью и позволяет заглянуть гораздо глубже, чем оптика) и сделал множество открытий, связанных с другими галактиками. Какие-то из давно известных галактик оказались, например, намного ярче в ИК-диапазоне, чем в привычном нам оптическом (сейчас мы понимаем, что так бывает, когда галактика недавно столкнулась с соседкой). А какие-то и вовсе были совершенно новыми, не видными ни в какие другие телескопы, — настолько их яркость в ИК была выше, чем в любой другой части спектра.
Успех миссии IRAS подстегнул астрономов и конструкторов к разработке следующего поколения инфракрасных телескопов. Технологии в этой области развивались не очень быстро, а неписаное правило больших астрономических проектов гласит, что телескоп стоит строить только тогда, когда он по своим характеристикам превосходит уже существующие инструменты хотя бы на порядок, то есть в 10 раз.
Во многом из-за отсутствия кардинальных прорывов в технологиях за следующие 20 лет в космос был запущен лишь один инфракрасный телескоп — Инфракрасная космическая обсерватория ISO от Европейского космического агентства. Как и большинство других космических инфракрасных телескопов, ISO работал не очень долго, всего 28 месяцев. Жизнь инфракрасных телескопов обычно ограничена запасами сжиженного газа, который, испаряясь, охлаждает телескоп. Без хладагента они, увы, почти бесполезны, ведь, чтобы поймать приходящее из космоса тепло, сам инструмент должен оставаться максимально холодным. Однако, как мы увидим позже, из этого правила бывают исключения — да еще какие.
Телескоп ISO, как и последовавшие за ним знаменитые «Спитцер» и «Гершель», запущенные в 2003 и 2009 году соответственно, существенно превосходили IRAS по чувствительности и вообще были гораздо более совершенными инструментами. Но они были сконструированы для детального изучения лишь небольшого участка неба. Камера «Спитцера», например, могла за раз получить изображение размером не более шестой части Луны. С таким углом обзора даже за все время своей работы эти телескопы не могли бы составить карту всего неба, а значит, очень многие вопросы, требующие большой статистики (например, законы эволюции галактик), оставались недоступными для изучения.
Таким образом, к началу XXI века сложилась несколько парадоксальная ситуация: развитие технологий уже позволяло производить компактные и чувствительные ИК-датчики, но астрономы всего мира были вынуждены пользоваться снимками, полученными IRAS аж 30 лет назад. Ситуацию немного спасал инфракрасный обзор всего неба 2MASS, выполненный двумя небольшими наземными телескопами, установленными в разных полушариях. Но мы же помним про «окна прозрачности» — из всего ИК-диапазона шириной в 1000 микрон наземные телескопы позволили увидеть лишь крохотный участок ближнего ИК-диапазона шириной в два микрона.
Телескоп WISE — уникальный «сканер» неба, который заглянул в каждый его уголок
Появление нового поколения широкоугольных инфракрасных космических телескопов явно назрело: сначала в 2006 году японцы запустили научный ИК-спутник «Акари», а в декабре 2009-го NASA вывело на орбиту телескоп WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer — Широкоугольный инфракрасный обзорный исследователь), героя этого текста.
Перед обоими телескопами стояли схожие задачи: составление точной карты всего неба в ближнем и среднем ИК-диапазоне, поиск и открытие квазаров, коричневых карликов и изучение околоземных объектов (комет и астероидов).
«Акари» имел интересные технические задумки и в целом выполнил все возложенные на него задачи, проработав на орбите пять лет. Однако его чувствительность оказалась примерно в 10 раз ниже WISE при сопоставимых размерах главного зеркала (68 сантиметров против 40 у WISE). И это имело решающее значение. Численное выражение разницы влияния этих орбитальных обсерваторий на развитие астрономии можно описать через библиометрию. Разница оказалась почти такой же, как и в чувствительности: на статью Эдварда Райта 2010 года, описывающую основные положения миссии WISE, ученые всего мира сослались к настоящему моменту 6515 раз, в то время как на такую же статью о миссии «Акари», вышедшую в 2007 году, — всего 769 раз, то есть почти в 10 раз меньше.
Телескоп WISE был выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой 525 километров, его масса составила 660 килограмм, что довольно скромно для спутника. Орбита проходила через оба земных полюса — так, чтобы аппарат всегда находился над земным терминатором, то есть границей ночи и дня. Обсерватория была всегда направлена в зенит (точку, противоположную направлению на центр Земли) и совершала полный круг по орбите Земли за 95 минут. Таким образом, WISE 15 раз за сутки облетал Землю и делал снимки узкой полосы неба, не боясь поймать солнечный свет в объектив.
По мере годового вращения Земли вокруг Солнца линия терминатора медленно поворачивалась, и телескоп поворачивался вместе с ней, позволяя камере наводиться на новый участок неба. Не имея собственных двигателей, телескоп поворачивался с помощью маховиков — массивных вращающихся блинов, которые используют для ориентации многих космических телескопов, в том числе «Хаббла».
Делать снимки со сколь угодно длительной выдержкой при таком вращении невозможно, поэтому инженеры сконструировали специальное зеркало, которое на время одного снимка поворачивалось в обратную движению сторону и таким образом компенсировало вращение аппарата. Движения этого зеркала хватало на то, чтобы задерживать на матрице телескопа свет одних и тех же объектов в течение 11 секунд. Затем зеркало должно было повернуться на новый участок неба и снова задерживать свет от него на детекторе на время выдержки камеры. И так миллионы раз. Энергию на все это вырабатывали солнечные батареи.
WISE способен чувствовать тепло от невидимых глазу объектов. Это единственный способ обнаружить коричневые карлики — «сверхпланеты», которые не смогли стать звездами
За первый год работы, прежде чем хладагент подошел к концу, WISE успел отсканировать все небо полтора раза. Обсерватория делала снимки одновременно в четырех каналах, работающих на длинах волн 3,4, 4,6, 12 и 24 микрона. Без охлаждающего сенсоры твердого водорода последние два канала резко потеряли чувствительность и перестали использоваться. Тем не менее уже собранные к этому моменту данные WISE оказались без преувеличения в сотни раз лучше данных IRAS. Это неудивительно — в его матрице было четыре миллиона пикселей, а у IRAS — всего 64 (и не стоит сравнивать эти числа с характеристиками бытовых камер, ведь эти пиксели предназначены для совсем другого «света»). Когда в апреле 2011 года после первичной обработки к снимкам открыли свободный доступ, астрономы обнаружили просто кладезь новой информации о Вселенной.
В частности, данные WISE оказались очень важны для внегалактической астрофизики: в них астрономы увидели десятки миллионов квазаров, далеких галактик, от которых до нас долетает только невероятно мощное излучение, испускаемое окрестностями сверхмассивных черных дыр, находящихся в центрах этих галактик.
Кроме того, эти данные помогли открыть новый класс чрезвычайно ярких, горячих и затемненных пылью галактик — Hot Dust Obscured Galaxies, или, сокращенно, Hot-DOG. Эти галактики-монстры, жившие около 10 миллиардов лет назад, излучают на три порядка больше инфракрасного излучения, чем наш Млечный Путь. Их известно около тысячи. Астрономы полагают, что на примере таких объектов мы видим состояние, которое должны были пройти в своей эволюции все молодые массивные галактики. Газа и пыли в этот момент настолько много, что она закрывает уже сформировавшиеся звезды — поэтому такие галактики и не видно в оптические телескопы. Кроме того, находящаяся в центре сверхмассивная черная дыра в таких галактиках постоянно подпитывается пылью и газом, а тепловое излучение от нагретой пыли распространяется по всему их объему, уплотняя и перемешивая облака водорода и запуская невероятно мощное звездообразование — до тысячи новых звезд в год!
Второй из заявленных целей обсерватории был поиск и изучение коричневых карликов — объектов, которые слишком массивны, чтобы быть планетами и вращаться вокруг других звезд, но при этом еще недостаточно велики, чтобы в них начался процесс горения водорода, то есть чтобы стать звездами. Коричневые карлики нагреваются, но не из-за ядерных процессов, а просто из-за трения атомов друг о друга при гравитационном сжатии. Эти объекты живут чрезвычайно долго, и их химический состав почти не меняется со временем, а это позволяет изучать химический состав нашей Галактики миллиарды лет назад.
Существование коричневых карликов было предсказано в середине прошлого века. Теоретически их должно быть очень много, ведь в космосе работает правило: чем что-то проще и меньше, тем таких объектов должно быть больше. По расчетам, число коричневых карликов в нашей Галактике должно в два раза превышать число обыкновенных звезд. Однако, в отличие от звезд, искать коричневые карлики чрезвычайно трудно. Найти такой объект — все равно что отыскать летающую в космосе остывающую печку размером в 100 Юпитеров и температурой поверхности, скажем, в 200 градусов Цельсия. Если к ней прикоснуться — наверняка обожжешься, но в темноте такая штука будет практически незаметна, так как не излучает видимого света. А вот ИК-телескоп вполне способен обнаружить такой объект, ведь пик излучения тела с такой температурой придется как раз на инфракрасный диапазон.
Задача поиска коричневых карликов для WISE была особенно важной, поэтому длина волны двух первых рабочих каналов обсерватории специально подбиралась так, чтобы линии поглощения метана, который находится в атмосфере этих карликов, попадали в первый канал (3,4 микрона) и не попадали во второй (4,6 микрона). На композитных изображениях это придавало коричневым карликам их уникальный цвет, полученный сложением из всех четырех каналов, и это существенно облегчало их обнаружение.
Благодаря WISE мы знаем несколько тысяч коричневых карликов, в том числе, например, WISE 0855-0714. Это не только четвертый по удаленности от Солнца крупный объект, но и один из редких представителей самого холодного Y-класса карликов. Температура поверхности для такого типа карликов несопоставима со звездами — она всего на 50 градусов выше, чем, например, на Юпитере.
Способность видеть невидимое дает инфракрасным телескопам особую роль — они могут предупредить нас об угрожающих Земле астероидах
Третьей задачей обсерватории WISE было изучение объектов Солнечной системы и особенно околоземных объектов — близких к нам комет, астероидов и крупных метеороидов.
Работы по изучению околоземных объектов в ИК-диапазоне проводились и раньше: обсерватория IRAS наблюдала 1800 астероидов главного пояса, наземные ИК-телескопы наблюдали примерно сотню околоземных объектов, космический телескоп «Спитцер» увидел около 700 подобных объектов. Но важный нюанс заключается в том, что все эти астероиды изначально были обнаружены обыкновенными оптическими телескопами. ИК-обсерватории лишь уточняли их состав и параметры движения.
Это не очень правильный подход, потому что неисследованными и даже неоткрытыми в таком случае потенциально остаются тысячи и десятки тысяч околоземных тел — те, что либо покрыты толстым слоем пыли (как, например, комета Чурюмова — Герасименко), либо состоят из темных, пористых материалов, чрезвычайно плохо отражающих свет. А значит, такие астероиды и кометы невозможно увидеть даже в мощные телескопы вроде «Хаббла». Однако WISE оказался вполне способен их засечь.
Дело в том, что, если падающий на такой объект свет от Солнца не отражается, он неизбежно должен поглощаться — таковы законы физики. А от этого объект нагревается и начинает излучать в инфракрасном диапазоне. Если коричневый карлик можно сравнить с летающей печкой, то существенно более мелкие астероиды и метеориты подобны летающим утюгам: их еще сложнее заметить, но будет очень обидно, если нечто подобное упадет на голову. Поэтому обнаружение и изучение околоземных объектов в ИК-диапазоне имеет значение не только для фундаментальной науки, но и для вполне практической задачи — выживания человечества.
Поначалу с этой задачей WISE справлялся не слишком успешно. Почему?
Поначалу как раз с этой третьей задачей телескоп WISE справлялся не очень успешно. Он отлично видел уже открытые околоземные объекты, уточнял их орбиты, размеры и состав, но почти не находил новые астероиды.
Все дело было в алгоритме обработки изображений и особенности работы телескопа, рассчитанного на довольно короткую программу работы — всего один полный обзор неба. Чтобы видеть очень тусклые объекты, вращающийся телескоп должен сделать множество 11-секундных снимков, которые затем обрабатываются и складываются вместе (в таких случаях астрономы говорят о «глубоких фотографиях»). Сложению помогают звезды и галактики — поскольку на временах, проходящих между последовательными снимками одного и того же участка неба, они неподвижны, то их обычно используют в качестве опорных точек. То есть ориентируют отдельные снимки так, чтобы совместить объекты вместе.
При таком наложении алгоритмы обработки информации автоматически удаляют различные артефакты, присутствующие только на каком-то одном из нескольких снимков. Источником артефактов могут быть битые пиксели, космические частицы, случайно ударившиеся о детектор, просто случайный шум в матрице. Астероид, выглядящий как гуляющая по снимку мутная точка, тоже может быть принят алгоритмом за подобный артефакт и зачищен на композитном изображении — что, конечно, не способствует открытиям. В сырых данных WISE все еще можно было обнаруживать массивные кометы и астероиды (и астрономы знают множество известных открытых им тел), но это требовало серьезной повторной обработки изображений, зачастую вручную — а это сизифов труд, который так не любят ученые, в какой бы области они ни трудились.
Со временем, однако, проблему удалось решить: при завершении второго полного сканирования неба астрофизики изменили алгоритм обработки снимков так, чтобы учитывать те самые «движущиеся пятнышки» и проверять, не могут ли они быть околоземными объектами, успевшими сместиться относительно далеких и неподвижных звезд. На пользу новому методу пошло то, что теперь между датами съемки некоторых участков неба прошел целый год, а значит, астероиды улетели на значительное расстояние и их стало проще обнаружить.
Может возникнуть вопрос, почему вообще эту возможность обнаружения околоземных объектов изначально не заложили в программы обработки изображений. Ответ простой — никто не рассчитывал, что аппарат продержится на орбите так долго и сможет сделать не один, а множество полных обзоров неба с разницей во времени в несколько лет.
Рабочий диапазон телескопа подходит для наблюдения астероидов, находящихся не дальше девяти астрономических единиц от Солнца, — более далекие становятся слишком холодными для инфракрасной камеры телескопа. Поэтому WISE даже теоретически не увидит ни объекты пояса Койпера, расположенного за орбитами Нептуна и Плутона, ни объекты гипотетического облака Оорта, удаленного более чем на две тысячи астрономических единиц.
Второе сканирование неба закончилось в феврале 2011 года, и телескоп, который выполнил и перевыполнил заложенную в него программу, был переведен в режим «спячки». Бортовые компьютеры отключили, вращение остановили и на всякий случай сориентировали солнечные батареи на Солнце. По результатам двух полных сканов неба был выпущен каталог AllWISE (если «wise» в переводе с английского — это «мудрый», то каталог получился «всемудрый»). К этому моменту удалось открыть 130 новых околоземных объектов, уточнить массы и орбиты 428 уже известных, а также статистически предсказать количество астероидов разных размеров. Так, например, оказалось, что где-то рядом летает 981 (плюс-минус 19) астероид размерами больше километра в поперечнике.
После завершения программы WISE мог бы стать космическим мусором, но перепридумал себя: сменил имя и стал главным «дозорным» NASA
На этом закончилась первая жизнь телескопа WISE. И мы бы вряд ли писали о нем в 2024 году, если бы не Эми Майнцер, американский астроном, которая предложила реактивировать телескоп и приспособить его для целенаправленного поиска околоземных объектов, в том числе потенциально опасных для Земли. Конечно, после потери хладагента технические возможности телескопа уже не были чем-то выдающимся, но у WISE было неоспоримое преимущество — телескоп мог практически бесконечно долго продолжать сканировать все небо в ИК-диапазоне.
NASA поддержало проект Майнцер, и в октябре 2013 телескоп вывели из спячки, заодно сменив его название на NEOWISE, где «NEO» стало не только символом обновления, но и акронимом от Near-Earth Objects, «околоземные объекты».
Прежде чем приступить к работе, телескоп следовало максимально охладить: из-за повернутых к Солнцу солнечных батарей его поверхность нагрелась примерно до 200 градусов Кельвина (−70 по Цельсию). Единственным способом сделать это в космосе без использования хладагента стало уменьшение площади, освещаемой Солнцем. Телескоп снова навели в зенит, и за три месяца его температура постепенно опустилась всего до 74 градусов Кельвина. В декабре 2013-го обновленный инструмент получил первые научные снимки, а уже через шесть дней обнаружил первый околоземный объект.
Чтобы разобраться, что особенного увидела обсерватория, из-за чего она продолжала работать следующие 11 лет, нам нужно немного базовой информации об околоземных объектах.
Сейчас астрономы знают о 34 тысячах околоземных объектов и каждый год открывают еще около трехсот. При этом, по современным подсчетам, это число составляет менее 40% реального числа космических тел размером больше 140 метров, которые находятся в объеме пространства не далее 50 миллионов километров от нас. Объектов размерами меньше 140 метров в той же части космоса должно быть в несколько раз больше, а известно из них еще меньше.
Это плохо — ведь, упав на Землю или даже пролетев достаточно близко от нее, такой объект может быть очень опасен. Об этом хорошо помнят жители Челябинска, которых в 2013 году сильно напугал метеорит размером всего 20 метров. Поэтому еще в 2005 году конгресс США принял специальный акт (Near-Earth Object Survey Act), согласно которому на NASA возлагалась обязанность к 2020 году обнаружить более 90% объектов размерами больше 140 метров.
Две большие наземные обсерватории, ответственные за выполнение этого акта и действительно открывшие подавляющее число всех околоземных объектов за последнее десятилетие, — это Catalina Space Survey и Pan-STARRS. Они усиленно наблюдают небо, но, как можно догадаться, миссия не выполнена до сих пор.
Почему наземные обсерватории с ней не справились? И какова роль NEOWISE в этом важном поиске? Дело в том, что из всех возможных характеристик астероида размер — одновременно и самый важный, и самый трудно определимый параметр. Энергия от его падения (то есть фактически сила взрыва, который он вызовет) растет как куб диаметра тела. А значит, если ученые ошибутся в размере потенциально опасного астероида всего в шесть раз — а именно такой разброс значений получается у Catalina Space Survey и Pan-STARRS, — это приведет к недооценке последствий в 6³ = 216 раз.
Почему же наземные обсерватории не могут определить размер точнее? Потому что работают на Земле и в видимом диапазоне. Они отлично определяют параметры орбиты и яркость астероидов, но сама эта яркость мало говорит об их размере. Астероид может отражать от 2 до 60% падающего света, и для одной и той же яркости нет способа понять, имеете ли вы дело с небольшим, но светлым небесным телом или — что гораздо хуже — с большим, но темным. Именно это не позволяет точно вычислить размеры астероида по яркости.
Именно тут на помощь приходит инфракрасное излучение. Солнце нагревает любые астероиды, и чем тело больше, тем оно нагревается сильнее, поэтому NEOWISE может не только эффективно находить большие и темные объекты (потенциально самые опасные для нас), но и измерять их размеры с ошибкой не более 10–25%.
Лучше всего, конечно, использовать оба типа телескопов в связке — в этом случае сопоставление данных, полученных в ИК- и оптическом телескопе, позволит узнать и массу, и плотность небесного тела, а значит, можно будет даже сделать предположение о его химическом составе.
Данные, полученные NEOWISE, использовались в сотнях кандидатских и докторских защит в университетах по всему миру. В защите — совсем в ином смысле — поучаствовал и сам телескоп: с 2015 года NEOWISE стал флагманом новообразованного Управления по координации планетарной обороны, подразделения NASA, созданного для поиска потенциально опасных объектов в космосе. Иронично показанное в фильме «Не смотрите наверх», управление появилось после того, как NASA смирилось с тем, что не в состоянии быстро выполнить акт конгресса США по обнаружению большинства больших околоземных объектов, а значит, временный проект придется превратить в постоянную службу.
Сейчас это управление занимается не только поиском новых объектов, но и их непосредственным исследованием: анализом грунта, доставленного с астероида Бенну, изучением астероида Апофис в рамках миссии OSIRIS-REx, а также испытанием возможности изменения траектории потенциально опасных астероидов — первый подобный опыт был проведен в 2022 году в рамках миссии DART.
К середине 2024 года NEOWISE отсканировал все небо больше 22 раз, создав уникальный массив ИК-данных, по которому видно, как менялось небо над Землей за 14 лет. И это важно даже в отрыве от изучения околоземных объектов: такие данные пригодятся астрономам для изучения движения близких к нам звезд и коричневых карликов, для слежения за переменными объектами, от квазаров до Цефеид. Архив телескопа, открытый для всех желающих, еще даже не пополнился результатами последнего года наблюдений, их еще предстоит обработать. Тем не менее за время своей работы NEOWISE:
- увидел 158 тысяч объектов Солнечной системы — и теперь мы лучше знаем, из чего они состоят и по каким траекториям летают;
- самостоятельно открыл 34 тысячи из них; большая часть — это астероиды, расположенные между Марсом и Юпитером;
- три тысячи из найденных (включая 215 открытых самим телескопом) оказались теми самыми «околоземными объектами», за которыми необходимо постоянно приглядывать, чтобы быть уверенными, что наши пути не пересекутся;
- обнаружил 25 новых комет, включая знаменитую комету NEOWISE, самую яркую за последние четверть века, которую можно было видеть летом 2020 года.
Без NEOWISE человечество на несколько лет осталось без дозорного на орбите. Его место должен занять NEO Surveyor, который отправится в космос после 2028 года
Если NEOWISE такой полезный и важный, то почему его все-таки отключили? Все системы телескопа отлично функционировали без признаков деградации, последние 14 лет он замечательно работал без хладагента, а топливо у NEOWISE кончиться не могло — потому что топлива у него никогда и не было, он менял ориентацию с помощью маховиков.
Дело в том, что на высоте 525 километров над Землей все еще есть атмосфера, хоть и крайне разреженная. Трение об эту атмосферу постоянно тормозило телескоп, и он все эти годы медленно снижался. Пик солнечной активности, пришедшийся на 2024 год, еще сильнее разогрел и раздул в объеме атмосферу, увеличив трение. В результате NEOWISE больше не мог удерживать нужную ориентацию при вращении, его орбита начала необратимо меняться.
31 июля 2024 года NEOWISE передал последнюю научную картинку, а 8 августа с пульта Лаборатории реактивного движения NASA на него была передана последняя команда, отключившая оборудование. Сейчас телескоп постепенно снижается, сильно нагреваясь. К концу года он должен полностью сгореть в атмосфере.
Что же придет на смену NEOWISE? Несмотря на свои скромные размеры, телескоп оказался такой универсальной рабочей лошадкой, что заменить его одним инструментом не получится (вспомним про правило десятикратного улучшения всех характеристик для новых телескопов). За каждую из его научных задач будут отвечать разные обсерватории.
Космический инфракрасный телескоп «Нэнси Грейс Роман» готовится к запуску в 2027 году и возьмет на себя внегалактическую астрофизику, в том числе изучение квазаров и далеких галактик. Он не сможет составить новую карту всего неба, но уже за первые семь месяцев после запуска должен получить снимки двух тысяч квадратных градусов неба в невиданном доселе качестве. С одной стороны, это всего 5% неба, с другой — не так уж и мало: «Хабблу» и «Джеймсу Уэббу» для покрытия той же площади потребовалась бы тысяча лет непрерывной работы.
Поиском и изучением коричневых карликов сейчас занимается прежде всего «Джеймс Уэбб». Он, конечно, не сканирует небо в поисках случайных объектов, его поле зрения слишком мало. Астрономы используют другую стратегию — изучают примечательные участки неба, такие как, например, туманность NGC 1333 в тысяче световых лет от нас, где идет активное формирование звезд и коричневых карликов. Так, недавно вышла статья о том, как телескоп обнаружил там «субкоричневый карлик», который всего в пять раз больше Юпитера.
Что касается околоземных объектов, то, во-первых, человечество продолжает следить за ближним космосом в оптическом диапазоне с помощью разных наземных инструментов. Помимо уже упомянутой программы планетарной обороны NASA, есть еще системы телескопов GEODSS и системы телескопов программы ATLAS (они расположены на Гавайях, в Чили и ЮАР).
Во-вторых, на 2028 год назначен запуск нового космического аппарата NEO Surveyor — прямого наследника NEOWISE в деле защиты Земли от падающих с неба камней. Планируется, что с 2028-го и как минимум до 2040 года он будет главным «дозорным на орбите», ответственным за поиск астероидов. Важным усовершенствованием NEO Surveyor, несмотря на относительно небольшие размеры, станет возможность впервые искать кометы, летящие к нам в направлении от Солнца.
Напоследок хочется ответить на вопрос — можно ли создать достаточно большой и чувствительный космический телескоп, который увидит все потенциально опасные и просто массивные объекты вблизи Земли так, чтобы со 100-процентной уверенностью можно было сказать, что нам ничего не грозит? К сожалению, нет: орбиты околоземных объектов неустойчивы и в среднем через несколько миллионов лет каждый из них либо будет выброшен на окраину Солнечной системы, либо упадет на Солнце, либо врежется в Землю или Луну. Но Земле уже четыре миллиарда лет, а околоземные объекты все не заканчиваются — следовательно, их популяция постоянно восполняется за счет бесчисленных астероидов главного пояса или комет, прилетающих из глубокого космоса. А значит, мониторинг потенциально опасных объектов останется важной задачей человечества, пока оно считает Землю своим домом.
Отдел «Разбор»