Чому телескопи не бачать 9-ту планету?

Чому телескопи не бачать 9-ту планету?
100-дюймовий відбиваючий телескоп в обсерваторії Маунт-Вілсон, недалеко від Лос-Анджелеса

Винахід телескопа вивів нас за межі можливостей неозброєного ока. Застосування фотографії та багатохвильової астрономії до телескопів вивело нас за межі нашої галактики в далекі «острівні Всесвіти», які населяють той простір, до якого ми можемо тепер отримати доступ. Проте, не дивлячись на все, що ми знаємо про далекий Всесвіт, в нашій Сонячній системі можуть бути невідкриті світи.

Чому телескопи не бачать 9-ту планету?
Транснептуновий об’єкт 2015 BP519

Сучасні вчені можуть використовувати телескопи для спостереження за зірками, галактиками, екзопланетами та іншими небесними тілами, але чомусь вони не можуть просто просканувати нашу Сонячну систему в пошуках «X-планет» та інших небесних тіл, що відбилися від центру?

Ключове слово, на якому вам потрібно буде сконцентруватися, перш ніж ми займемося цим питанням – це величина. З астрономічної точки зору кожному об’єкту притаманна яскравість, яка визначається кількістю світла, що випромінюється ним. У випадку з об’єктом на кшталт нашого Сонця, це стосується його власної світимості, тому що Сонце створює енергію і випускає її у всіх напрямках. У випадку з об’єктами на зразок нашого Місяця, це стосується світла, відбитого ним, тому що у Місяця немає власної світимості.

Якщо подивитися на Місяць у фазі півмісяця, можна розгледіти поверхню, яка не освітлена Сонцем. Це не трюк атмосфери Місяця (бо у нього її практично немає), а так зване попелясте світло Місяця: сонячне світло відбивається від Землі і падає на Місяць.

Різниця в яскравості між цими прикладами показує, наскільки велика різниця між відбитим і власним світлом.

Але є й інша деталь, яка підкреслюється відмінностями яскравості між Сонцем і Місяцем, а також Місяцем і всіма іншими небесними тілами на нічному небі. Місяць не яскравіший за зірку, планету або галактику в небі. По суті, Місяць – самий тьмяний об’єкт, видимий неозброєним оком з Землі. І все ж таки, для нас він є яскравіше за інших, ну крім Сонця.

Причина цього в тому, що Місяць знаходиться дуже близько, і що його власна яскравість не збігається зі спостережуваною (видимою нам) яскравістю.

Чим далі знаходиться об’єкт, тим менш яскравим він здається. Однак це не загальне правило, що застосовується, це кількісна залежність, яка дозволяє нам визначати, наскільки яскравим або тьмяним здається об’єкт в залежності від відстані до нього. Простіше кажучи, яскравість (b) зменшується як зворотна величина квадрата відстані або b ~ 1/r².

Розмістіть об’єкт вдвічі далі і його яскравість для нас зменшиться в чотири рази. Розмістіть в десять разів далі – і впаде в сто разів, розмістіть в тисячу разів далі – і зменшиться в мільйон разів.

Для будь-якого об’єкта, який випромінює власне світло, ці два фактори визначають видиму яскравість: внутрішню яскравість і відстань до спостерігача.

Ці два фактори, можливо, найважливіші, які слід враховувати при визначенні типу нового телескопа, який буде будуватися. Хочете побачити щось більш тьмяне? Потрібно буде зібрати більше світла, тобто потрібен телескоп побільше, або спостерігати за однією точкою неба доведеться довше.

Чому телескопи не бачать 9-ту планету?
Створено найбільшу карту зоряного неба

Якби гроші і технології не мали значення, ви б кожного разу обирали великий телескоп. Зберіть телескоп в два рази більший, і ви не тільки зберете в чотири рази більше світла, але й подвоїте розширення. Щоб зібрати в чотири рази більше світла, спостерігаючи довше, потрібно витратити в чотири рази більше часу і не отримати майже ніякої надбавки в розширенні.

Найбільші телескопи, які у нас є, здатні переглядати об’єкти з максимально можливим розширенням і визначати їх деталі в найкоротші терміни.

Є також міркування про поле огляду. Яка у вас мета? Побачити найтьмяніший з можливих об’єкт або побачити максимально можливе поле Всесвіту? Тут доведеться йти на компроміс. Або ваш телескоп зможе зібрати певну кількість світла, переглянувши невелику область з великою точністю, або велику область з низькою точністю. Подібно до того, як мікроскоп може подвоїти збільшення, удвічі зменшивши діаметр поля зору, телескоп може заглянути глибше у Всесвіт і при цьому звузити своє поле огляду. Різні телескопи оптимізовані для різних цілей. Але якщо ми хочемо зазирнути якомога глибше, нам доведеться вибрати один дуже невеликий регіон неба.

Чому телескопи не бачать 9-ту планету?
Хаббловське надзвичайно глибоке поле

Це хаббловське надзвичайно глибоке поле. Крихітна область простору проглядалася на різних довжинах хвиль в цілому 23 дні. Кількість інформації, яку витягли, просто вражає: в цьому крихітному клаптику неба знайшли 5500 галактик. Найтьмяніші об’єкти в цьому клаптику буквально в 10 000 000 000 разів слабкіші, ніж ті, які ви можете побачити в ліміті свого неозброєного ока.

Завдяки дзеркалу великого діаметра, спостереженням на різних довжинах хвиль, розташуванню в космосі, великому збільшенню і невеликому полю зору «Хаббл» зміг виявити найбільш тьмяні галактики, які тільки можна розгледіти. Але і цьому є ціна: цей знімок, на створення якого витратили 23 дні, включає всього 1/32 000 000 частину неба.

З іншого боку, можна подивитися і так. Якщо цей знімок зробити за допомогою телескопа Pan-STARRS, який щоночі переглядає все видиме небо зі свого місця на Землі. За розмірами його можна порівняти з космічним телескопом Хабблом. Оптимізовано його для зйомки в широкому полі – замість збільшення піддослідної ділянки неба, вибирає більший радіус охоплення.

Як наслідок, він може виявляти об’єкти, розташовані практично в будь-якій частині неба – тільки крайній південний полюс відрізано через розташування телескопа в північній півкулі. Pan-STARRS охоплює 75% неба і прекрасно реєструє зміни між точками світла. Він може знаходити комети, астероїди, об’єкти поясу Койпера і багато іншого. Але ці об’єкти повинні бути в тисячі разів яскравіші, ніж самі тьмяні з тих, які знаходить «Хаббл».

Як би нам не хотілося, але просто досліджувати всю зовнішню частину Сонячної системи з необхідним наближенням ми поки що не можемо. Надглибокий, надто-тьмяний огляд всього неба, ймовірно, ніколи не буде можливим через технологічні обмеження – ми можемо бачити тьмяне у вузькому діапазоні або яскраве в широкому, але не обидва варіанти одночасно.

Існує також ще один фактор, що обмежує спостереження: ці об’єкти відображають лише сонячне світло. Якщо дивитися із зовнішньої сторони Сонячної системи на два ідентичних об’єкти, але один з них буде в два рази далі, ніж інший, він буде в шістнадцять разів тьмяніше. Це пов’язано з тим, що з часом сонячне світло, яке потрапляє на далекий об’єкт і той стає яскравішим на чверть, до наших очей повертається пройшовши вдвоє більшу відстань. В результаті загальну видиму яскравість можна розрахувати за формулою: b ~ 1/r⁴. Тобто навіть якби в хмарі Оорта знаходився світ розміром з Юпітер, ми б його не побачили.

Чому телескопи не бачать 9-ту планету?
Хмара Оорта

Вже існує безліч телескопів, завдяки яким можна побачити неймовірно тьмяні об’єкти, лише потрібно знати, куди їх направити. Правильніше сказати, що безліч телескопів здатні оглядати величезні ділянки неба, але вони можуть бачити тільки яскраві об’єкти, а слабкі – майже ні. Що стосується об’єктів в нашій Сонячній системі, оскільки вони відбивають сонячне світло, а самі не випромінюють своє власне і знаходяться на значній відстані, їх не можна побачити через жодний сучасний телескоп. Тобто, незважаючи на всі наші знання про Всесвіт і нашу власну планету, задвірки нашої Сонячної системи ще залишаються для нас джерелом сюрпризів.

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*