От свойствата на тъмната материя до начина, по който Вселената се е оформила след Големия взрив - някои от най-старите и добре пазени тайни на Космоса може би ще бъдат разкрити чрез три изключително големи телескопа. Оптиката на всеки от тях се разпростира се на територия, по-голяма от баскетболно игрище.
Новите телескопи ще заработят през следващите 10 г. и учените се надяват, че с тях ще могат да се наблюдават ранните процеси във вселената и от горещото и хаотично начало към по-структурирано състояние, в което материята се е концентрирала във вътрешни обекти и е освободила светлина, която свободно се движи в Космоса.
"Става въпрос основно за интервала между 100 и 500-милионната година след създаването на Вселената; това е времето, по което звезди, химически елементи, черни дупки и други екзотични обекти са се появили за първи път," разкрива Гери Гилмор, астроном в университета "Кембридж".
Огромните телескопи ще гледат назад във времето
Вселената се е разширила като повърхността на балон скоро след Големия взрив, а на някои места разширението е било толкова голямо, че първите лъчи светлина от тях тепърва достигат до нас. Изследването на тази светлина ще разкрие структурата и химическия състав на първите обекти във Вселената.
Както посочват неясните изображения от космическия телескоп "Хабъл", те са възникнали много по-рано, отколкото предполагат съвременните теории. По-точните наблюдения вероятно ще доведат до нови теории за произхода и еволюцията на пространството и времето, коментира Гилмор.
С планирана стойност от 900 млн. долара до 1.6 млрд. долара, Гигантският магеланов телескоп (GMT), 30-метровият телескоп (TMT) и Европейският ултраголям телескоп (E-ELT), които ще разполагат с оптика с размери от съответно 24.5, 30 и 39.3 метра, ще засенчат съществуващите оптични телескопи (понастоящем най-големият сред тях е 10.4-метров). Те ще бъдат между 5 и 200 пъти по-мощни в зависимост от конкретния телескоп и задачата, поставена пред него.
Университети, правителствени структури и други научни организации от цял свят инвестират средства в предпочитания от тях проект в замяна на възможност за използване на телескопите в бъдеще, обяснява Патрик Маккарти, астроном в обсерваторията "Карнеги" в Калифорния и директор на проекта GMT. Участието в изграждането на телескопите ще гарантира бъдещите позиции на всяка институция в научната област през идните десетилетия.
Телескопите вече навлизат в ранните етапи на строежа си
Инженерите от проекта GMT още преди година изравниха терена, върху който ще се строи телескопът. Той е разположен на планинско било в Чили. През м. октомври, технолозите завършиха едно от седемте дъгообразни огледала, които ще образуват сегментния окуляр на телескопа.
Междувременно, проектите за останалите две телескопа, които ще бъдат изградени в Чили и на Хаваите, произвеждат тестови огледала. И трите научни екипа вече са започнали да разработват оборудването си.
Сходните срокове за изграждането на телескопите са знак за силна конкуренция между трите научни екипа, ала при все това, благодарение на уникалните размери и предимства в дизайна на всяка една от конструкциите, най-важното далеч не е кой ще заработи първи.
"Знаем, че в Космоса има достатъчно неща за откриване, така че ако закъснеем с три години, това няма да означава, че сме загубили милиарди долари," обяснява Дейвид Силва, директор на Американската национална обсерватория за оптична астрономия в Тъксън, Аризона - учреждение, финансирано от американската Националната научна фондация. Тя в момента преговаря за евентуално бъдещо партньорство по проекта TMT.
Телескопите ще бъдат достатъчно мощни, за да наблюдават случващото се в други светове
"Изследванията на екзопланетите са област, в която тепърва има да се развиваме, а благодарение на тези телескопи, новите светове ще разкрият тайните си пред нас," коментира Роджър Ейнджъл, астроном от университета в Аризона, който ръководи производството на огледалните сегменти на GMT.
Телескопите ще наблюдават промените в спектъра, които биха могли да обозначават сезонни вариации - и оттам активна атмосфера - на планетите, обикалящи около други звезди. Те дори ще могат да разграничат химическия състав на извънземен живот. "Очакванията са, че на биохимично ниво, показателите за наличието на живот са сравнително универсални," обяснява Маккарти.
Докато марсоходът Curiosity търси тези показатели, копаейки в марсианската почва, "ние ще правим същото нещо, само че дистанционно, чрез наблюдения в спектъра на планетите извън слънчевата система," разкрива той.
Способността да наблюдаваме формирането на галактиките и начините, по които материята се съчетава в космоса ще внесе яснота по отношение на свойствата на частиците на тъмната материя. Това е невидимото вещество, което според учените съставлява 84% от материята във Вселената.
Чрез наблюдаването на процесите в най-екстремната среда във Вселената - границите на гигантските черни дупки - учените планират да проверят и законите на квантовата механика и общата теория на относителността с безпрецедентна точност.
"Ще изследваме радиацията, която се излъчва от унищожението на звездите, след като са били погълнати от черната дупка," разкрива Филмор. "Начинът, по който се появяват фотоните - било то в еднообразна норма или на малки снопове ни казва много за структурата на пространството и времето около черните дупки".
Преди това не е било възможно, "тъй като се налага черната дупка да бъде наблюдавана отблизо, за което е необходима изключително висока резолюция".
Телескопите от новото поколение разчитат на технология, наречена адаптивна оптика, която отстранява изкривяващите ефекти върху прииждащата светлина, причинени от турбуленциите в земната атмосфера. "Използваме лазери, за да изграждаме изкуствени отправни точки в небето, на базата на които определяме турбуленцията в обхвата на телескопите," обяснява Силва.
Измерването на турбуленцията десетки пъти в секундата се използва, за да се препозиционират хилядите акутатори, прикрепени към подвижните огледала в телескопа, като по този начин се елиминира атмосферното изкривяване. По-малките устройства, включително 10-метровите телескопи Кeck в Хаваите, вече използват адаптивна оптика. Мащабирането на технологията за телескопи с два до четири пъти по-голям диаметър "е на е на предела на възможностите на компютърните изчисления в реално време", коментира Силва.
Ако технологията проработи според плановете, трите телескопа ще могат да обработват оптична и инфрачервена светлина - преобладаващите видове електромагнитно лъчение във Вселената - толкова ясно, колкото биха го правили, ако се носеха извън орбита.
Космическият телескоп "Джеймс Уеб", който ще започне своята 5-годишна мисия през 2018 г. на цена от над 8 милиарда долара, ще извърши тези наблюдения с по-голяма чувствителност в средните и крайните честоти на инфрачервения спектър. Ала космическите телескопи обикновено са по-малки, по-скъпи и по-нетрайни от наземните.
Не е невъзможно тези наземни телескопи да имат по-дълъг живот
и да се амортизират едва след най-малко 50 години
През това време, триото телескопи би могло да преобрази напълно света на астрономията, физиката и космологията. Освен планираните експерименти, учените се надяват, че ще бъдат изненадани от непредвидени, променящи парадигмите наблюдения по същия начин, по който предишното поколение телескопи откри доказателства, че мистериозната субстанция, наречена тъмна енергия, е преобладаваща във вселената.
Когато новите телескопи заработят, твърди Маккарти, "ще прекараме доста време в наблюдение на небето, само за да видим това, което преди не е могло да бъде видяно".
