Путешествия во времени всегда были фантазией, о которой человечество любит размышлять. Как было в далеком прошлом? Как все изменилось, как было бы, если бы вы там были? Путешествия во времени физически невозможны, но благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба мы можем заглянуть в прошлое, как будто это возможно.
Телескопы позволяют визуально путешествовать во времени
Это может звучать как научная фантастика, но я не преувеличиваю, когда говорю, что телескопы позволяют вам заглянуть назад во времени. Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), Хаббл и даже телескопы на заднем дворе, которые вы можете купить, позволяют вам в какой-то степени заглянуть в прошлое. Фактически, сам акт видения чего-либо является взглядом назад во времени, хотя, когда дело доходит до невооруженного глаза, это обычно не настолько существенно, чтобы иметь значение.
Чтобы понять, что я имею в виду, давайте на минутку поговорим о свете.
Все, что ты видишь, из прошлого
То, как люди видят глазами, сложно. Проще говоря, свет проходит от объекта к нашим глазам, где он преобразуется в электрохимический сигнал. Затем сигнал отправляется в мозг и обрабатывается, позволяя нам видеть вещи. Вот в чем дело — свету требуется время, чтобы пройти. Здесь, на Земле, это не часто кажется так, но это потому, что свет распространяется с невероятно высокой скоростью 186,000 XNUMX миль в час. Даже на экстремальных расстояниях на Земле свет будет проходить из одной точки в другую очень быстро. В вашей повседневной жизни скорость жизни обычно ощущается почти мгновенно.
Однако это не мгновенно. Почти мгновенно, но не мгновенно. Поскольку свету требуется некоторое время, чтобы пройти, даже если оно составляет наносекунды, все, что вы видите, технически находится в прошлом, а не в том виде, в котором оно есть прямо сейчас. Это несущественно здесь, на Земле, но становится гораздо более важным, чтобы принимать это во внимание, когда рассматриваемое расстояние увеличивается. Естественно, это означает, что скорость света гораздо более заметна в космосе.
Например, свету от Солнца требуется около восьми минут, чтобы достичь Земли. Это означает, что вы всегда видите Солнце таким, каким оно было восемь минут назад, а не таким, как сейчас. Если бы наша звезда взорвалась прямо сейчас, вы бы не смогли увидеть ее в течение следующих восьми минут, потому что именно столько времени потребовалось бы свету с того момента, чтобы достичь ваших глаз и дать вам новое визуальное восприятие. Это немного страшно, честно говоря.
В любом случае, скорость света диктует то, что мы видим, когда наблюдаем пространство. Чем дальше находится объект, тем больше времени требуется свету от этого объекта, чтобы достичь нас, и это означает, что мы видим эти объекты такими, какими они были в прошлом, а не такими, какие они есть сейчас. Альфа Центавра находится в четырех световых годах от нас, поэтому мы всегда видим ее такой, какой она была четыре года назад. Полярная звезда находится в 446 световых годах от нас, поэтому, насколько нам известно, она могла стать сверхновой триста лет назад, и мы не узнаем об этом даже через 146 лет.
Этот принцип объясняет, почему невероятно мощные телескопы, такие как JWST, позволяют нам заглянуть в далекое прошлое. Настолько далекое, что мы можем заглянуть на миллионы лет дальше в прошлое, чем Хаббл.
Космический телескоп Джеймса Уэбба
Долгое время Хаббл был самым мощным оптическим телескопом в арсенале человечества. Поскольку он был огромным и мог смотреть в космос без помех со стороны земной атмосферы, Хаббл мог видеть невероятно далеко в космосе, наблюдая небесные объекты на расстоянии миллиардов световых лет, такие как галактики и туманности, и предоставляя критические доказательства, подтверждающие существование черных дыр. JWST является спутником Хаббла и позволит ученым заглянуть еще дальше назад благодаря нескольким ключевым функциям.
Во-первых, JWST намного больше, чем Hubble. Проще говоря, и Hubble, и JWST — это рефлекторные телескопы, которые используют зеркала для сбора и преломления света в своих наблюдательных приборах. У JWST главное зеркало намного больше, чем у Hubble — 21.3 фута по сравнению с 7.9 футами. Это более чем в шесть раз больше площади сбора света при работе со вторичными и третичными зеркалами.
Вот почему это позволяет нам видеть дальше в космосе, чем Хаббл. Как вы знаете, свет является частью так называемого электромагнитного спектра, и он распространяется волной. Поскольку Вселенная расширяется, волна растягивается по мере своего распространения в пространстве. По мере того, как объекты удаляются от нас, синий свет становится зеленым, зеленый свет становится красным, а красный свет смещается в инфракрасный.
При обычных обстоятельствах человеческие глаза не могут видеть инфракрасный свет, но инфракрасные изображения могут быть получены некоторыми приборами. Свет очень далеких объектов находится в инфракрасном спектре к тому времени, как достигает Земли, и он невероятно слаб. Хаббл может обнаружить некоторые из них, но не очень много. С другой стороны, JWST может обнаружить гораздо более широкий диапазон инфракрасного света, чем Хаббл, благодаря своему большему, позолоченному зеркалу и специальным приборам.
Это означает, что JWST сможет улавливать свет, который слишком слаб для того, чтобы Хаббл его идентифицировал. Фактически, JWST может видеть объекты в сто раз слабее самых слабых объектов, которые может видеть Хаббл. Гигантское зеркало позволяет JWST видеть эти объекты с разрешением, аналогичным разрешению Хаббла, поскольку разрешение — уровень различимой детализации — обратно пропорционально размеру зеркала и пропорционально длине волны наблюдаемого света.
Более того, инфракрасный свет прорезает пыль и другие запутывающие материалы, которые могут находиться между JWST и объектом, который он пытается наблюдать, что означает, что он сможет получить более четкие изображения некоторых объектов, чем Хаббл. Но разрешение изображения, которое может видеть JWST, на самом деле такое же, как и у Хаббла в целом.
Заменит ли космический телескоп Джеймса Уэбба «Хаббл»?
Пока что может показаться, что JWST просто превосходит Hubble во всех отношениях, как более новая модель, которая должна заменить старую. Это не так. Hubble старый, но его не заменит JWST. Это потому, что Hubble на самом деле видит некоторые вещи, которые JWST не видит. JWST видит в основном инфракрасный свет. Однако на самом деле он не видит много видимого или ультрафиолетового света — по крайней мере, не так много, как Hubble.
Это означает, что два телескопа будут лучше всего работать в паре, поскольку их объединенные специализации позволят нам видеть небесные объекты в широком спектре. Конечно, будут некоторые объекты, которые настолько далеки, что Хаббл вообще не сможет их обнаружить, и JWST придется наблюдать эти объекты самостоятельно. Тем не менее, JWST не заменяет Хаббл, он просто предоставляет новый способ наблюдения за космосом.
Наблюдение за рождением Вселенной
JWST чрезвычайно мощный, и некоторые люди поверили, что он может увидеть происхождение Вселенной, в частности, Большой взрыв. Хотя это и правда, в некотором смысле это также немного вводит в заблуждение. Вот в чем дело — вы не можете увидеть Большой взрыв.
Распространенное заблуждение, что Большой взрыв был своего рода взрывом с эпицентром, от которого устремляется известная вселенная, но это совсем не так. Большой взрыв произошел везде и сразу, в определенное время, но не в определенном физическом месте. Большой взрыв относится к началу расширения вселенной, а не к фактическому созданию самой материи. Все это довольно сложно, но суть в том, что JWST не может увидеть Большой взрыв.
Что это see будут первыми объектами, которые образовались, когда Вселенная начала остывать после Большого взрыва. JWST разработан, чтобы увидеть, как самые первые звезды и галактики образовались во Вселенной. Вселенная существовала до того, как образовались какие-либо звезды или галактики, даже миллионы лет, но это уже было «увидено» очень разными инструментами, такими как Cosmic Background Explorer (COBE), Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) и Planck.
Так что на самом деле JWST не предназначен для наблюдения за настоящим «рождением» Вселенной. Он предназначен для наблюдения за созданием самых ранних объектов во Вселенной, что является довольно большой разницей. Мы были свидетелями времени до этих прародительских звезд и галактик и времени после них, но мы на самом деле не видели период времени, в который они сформировались.
А почему ученые хотят это увидеть, все просто. Им любопытно! Химические элементы, необходимые для жизни, были впервые произведены самым первым поколением звезд. Человечество существует только потому, что образовались эти звезды, и ученые понятия не имеют, как именно образовались эти звезды. Некоторые люди просто хотят знать, как мы все здесь оказались, момент, который позволил нашему миру и нашему виду вообще существовать. Любопытство — достаточная причина для науки!
В конечном счете, JWST — это «просто» очень, очень большой телескоп. Фактически, самый большой из когда-либо созданных человечеством. С его помощью ученые смогут «увидеть» объекты, более удаленные, чем Хаббл когда-либо был способен обнаружить, что означает, что человечество сможет изучать небесные объекты в далеком прошлом Вселенной. С этой силой мы, возможно, сможем увидеть, как образовались самые первые звезды и галактики во Вселенной, и, в более широком смысле, как появились Земля и человечество.
