Iz knijige Astronomija na svim talasima, prof. Miroslava Filipovća, uz njegovu ljubaznu dozvolu, objavljujemo poglavlje:

UVOD U VANATMOSFERSKA ASTRONOMSKA POSMATRANJA

Zašto su nam potrebni astronomski instrumenti u kosmosu?

Vasionu i nebeska tela u njoj, možemo posmatrati na razne načine. Ljudsko oko sastoji se od čepića i štapića čije su dimenzije upravo takve, da omogućavaju opažanje samo vidljive svetlosti (dimenzije su im oko četvrtine talasne dužine vidljive svetlosti). Organi vida pčela osetljivi su na jedan deo ultraljubičastog dijapazona, a psi i sove vide i u jednom delu infracrvenog dela elektromagnetnog (EM) spektra. Sve ovo je moguće iz prostog razloga što je sklop njihovih organa vida drugačijih dimenzija nego što je slučaj sa okom čoveka. Mnogi nebeski objekti mogu se posmatrati optičkim teleskopima, ali sigurno je da registrovanjem drugih tipova EM zračenja dobijamo informacije o istim tim objektima, koje nikada ne bi bile dostupne putem klasičnih optičkih posmatranja. Nebeska tela zrače na različitim talasnim dužinama (učestalostima), ali većinu ovih fotona apsorbuje atmosfera Zemlje. Sa površine Zemlje, možemo posmatrati nebeska tela kroz dva tzv. prozora:

1) Optički prozor koji obuhvata vidljivu svetlost (od 400 nm do 700 nm), infracrveno zračenje kraćih talasnih dužina (do 20 μm) kao i ultraljubičasto zračenje blisko optičkom dijapazonu (od 300 nm).

2) Radio-prozor (od 3 mm do 30 m).

Međutim, ako bismo želeli da posmatramo nebeska tela na drugim talasnim dužinama, naišli bismo na „neprobojnu“ Zemljinu atmosferu. Praktično jedino rešenje za posmatranje ovih tela je postavljanje instrumenata (teleskopa) u orbitu oko Zemlje.

Sem toga, instrumenti vezani za Zemlju imaju relativno malu i ograničenu razdvojnu moć, te je i to dodatni razlog za postavljanje instrumenata u Zemljinu orbitu ili dalje. Zahvaljujući raznoraznim novim tehnikama (pre svega – interferometriji), sve je ovo moguće primeniti već i danas, na početku XXI veka.

Počeci vanatmosferskih posmatranja

Poletanje BOOMERANG-a (Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics)

Postavljanje instrumenata van Zemljine atmosfere nije trivijalna stvar. Najjednostavnije rešenje ovog problema jeste, postavljanje astronomskih instrumenata na velikim nadmorskim visinama. No, ni to ne dovodi do bitnijih poboljšanja u kvalitetu posmatranja izvan optičkog i radio-prozora. Takođe, konačne dimenzije Zemlje predstavljaju ograničenje za interferometriju, a samim tim i za rezoluciju. Najbolji primer novih „visinskih“ opservatorija su „zemaljske“ moderne optičke opservatorije: Mauna Kea (USA, Hawaii – KECK), Southerland (Južna Afrika – SALT), Cerro Paranal (Čile – VLT), Siding Spring (Australia – AAO)…

Sledeći korak u osvajanju „novih visina“ zasigurno su bili baloni. U astronomske svrhe balon je prvi put korišćen 1874. godine zahvaljujući Žilu Žansenu (Jules Janssen), astronomu Pariske Poletanje BOOMERANG-a (Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics). opservatorije (Medon). Od tada, ova veoma jeftina posmatračka tehnika, široko je upotrebljavana u astronomiji na svim talasnim dužinama. Astronomski eksperimenti sa balonima održali su se sve do danas, o čemu svedoči i nekoliko letova izvedenih u prethodnoj deceniji (BOOMERANG, CAPRICE, IMAX, TIGRE…).

Ruski učitelj i teoretičar kosmonautike Konstantin Ciolkovski (1857.– 1935.), još 1898. piše o korišćenju vojnih raketa za astronomska istraživanja. U članku napisanom 1903. godine, Ciolkovski predlaže korišćenje raketa za vanatmosferska posmatranja nebeskih tela. Zbog ovih vizionarskih ideja i dugogodišnjih istraživanja u ovoj oblasti, Ciolkovski se smatra ocem moderne kosmonautike i kosmičke astronomije. Takođe, početkom XX veka, Amerikanac Robert H. Goddard (1882.–1945.), je izvršio nekoliko pionirskih eksperimenata sa raketama i instrumentima za astronomska posmatranja. Rezultate svojih istraživanja je objavio 1919. godine (A Method of Reaching Extreme Altitudes – Način dosezanja ekstremnih visina), gde prvi put uvodi sistem padobrana u „spasavanje“ instrumenata. Spomenimo i trećeg velikog pionira raketne tehnike, Nemca, Hermana Oberta (Hermann Oberth 1894.– 1989.). Kao jedan od osnivača Društva za kosmička putovanja (Verein für Raumschiffahrt), Obert je 1923. postavio osnove korišćene prilikom projektovanja raketnih projektila V1 i V2, za vreme Drugog svetskog rata.

NASA i Nemačka svemirska agencija (DLR), pripremaju za 2008. avionopservatoriju SOFIA (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy)

Tehnologija zaplenjenih raketa V2 od nacističke Nemačke posle Drugog svetskog rata (1945.), uz svesrdnu saradnju rodonačelnika ove tehnologije, Verner fon Braun (Wernher von Braun 1912.–1977.), prvi put je omogućila značajna kosmička istraživanja izvan Zemljine atmosfere. Uz pomoć ove tehnologije, pod vođstvom Huberta Fridmana iz Naval research laboratorije (NRL) u Vašingtonu, po prvi put je posmatrano Sunce kao moćan izvor ultraljubičastog i X-zračenja. Interesantno je napomenuti, da je ovo otkriće dovelo do toga da mnogi naučnici tog vremena NASA i Nemačka svemirska agencija (DLR), pripremaju za 2008. avionopservatoriju SOFIA (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy) izgube interesovanje u traganju za drugim kosmičkim izvorima X-zračenja. Ovakav stav pojavio se zbog činjenice da je Sunce, samo po sebi, veoma jak izvor X-zraka zbog svoje blizine. Proračuni su pokazali da bi instrumenti kojima su astronomi raspolagali 1960. godine, morali da budu čak 100.000 puta osetljiviji da bi detektovali X-zračenje sa najbližih zvezda. Šta više, ukoliko bi se posmatrale zvezde na još većim udaljenostima (recimo na tipičnom rastojanju od jednog kiloparseka ili 3.000 svetlosnih godina), onda bi eksperiment iz 1960. g., mogao da registruje samo onaj proces u kome se stvara čak 100 milijardi puta više energije X-zraka od onog što ga stvara Sunce.

Zato i nije za čuđenje, što je najveći deo posmatranja sa raketa tokom 60-ih godina, bio posvećen detaljnijim istraživanjima Sunca, iako su u NRL pokušavali (ali bezuspešno) da tragaju i za drugim izvorima X-zračenja. Slična iskustva sa primenom V2 raketne tehnologije, u cilju pod-orbitalnih astronomskih istraživanja, imali su i u Rusiji (tadašnjem SSSR-u). Korišćenje pod-orbitalnih raketa nastavljeno je i u satelitskoj eri. Njihova upotreba u astronomskim istraživanjima je ekonomičnija, lakše ostvarljiva i jednostavnija od upotrebe satelita. Naravno, problemi dugog i konstantnog boravka van Zemljine atmosfere i danas su teško rešiva enigma za ovu posmatračku tehniku.

Prva uspešna V2 NRL misija u astronomske svrhe izvedena je 10. oktobra 1946. Raketa sa instrumentima na slici, dosegla je visinu od 173 km, gde je napravljena serija snimaka Sunca u ultraljubičastom delu spektra (DeVorkin, D. H., Science With a Vengeance, Springer, 1992., 135.)

Sredinom pedesetih godina XX veka, pokušano je i sa korišćenjem aviona za astronomska posmatranja i to uglavnom u SAD i bivšem SSSR-u. Obe zemlje imale su određenih uspeha, ali bez velikih i epohalnih otkrića. Nerešivi problemi u stabilizaciji posmatračkog instrumenta (teleskopa) kao i konstantno i precizno praćenje nebeskog objekta, predstavljali su nepremostiv problem. Ipak i danas se planiraju slične misije (npr. SOFIA), koje predviđaju upotrebu posebno prerađenih aviona (Boing 747) za posmatranje raznih nebeskih objekata u infracrvenom (Infra- Red – IR) i ultraljubičastom (Ultra-Violet –UV) delu spektra. Pokretanje ovih misija, motivisano je uglavnom relativno malim finansijskim ulaganjima i veoma obećavajućim, potencijalnim naučnim i tehničkim dostignućima.

Posle ovih pionirskih koraka u postavljanju instrumenata van Zemljine atmosfere, logično je bilo da sledeći korak uključi postavljanje stabilnih i dugotrajnih teleskopa oko Zemlje. Rešenje je nađeno u veštačkim satelitima. Postignuti rezultati na usavršavanju ove nove posmatračke tehnologije u poslednje dve decenije, značajno su otvorili vrata novim otkrićima, kako u astronomiji, tako i u drugim granama nauke i tehnike.

Budućnost i problemi

Svi vidovi ulaganja (od finansijskih do vremenskih) u razvoj satelitskih misija su ogromni, čak i za najrazvijenije države. Upravo male i finansijski ograničene misije, danas na početku XXI veka imaju realnije izglede za brz i konkretan uspeh, dok na ishod „velikih“ misija, utiču relativno dugo vreme razvoja, rizik uvođenja nove tehnologije i različiti politički razlozi. Izbor odgovarajućih satelitskih orbita, sistem veza, pozadinsko zračenje i tehnika lansiranja, predstavljaju dodatne probleme.

Mnogi astronomi današnjice povezuju razvoj novih instrumenata sa naučnom fantastikom. U poslednjih 15 godina, sredstva za astronomska istraživanja se značajno smanjuju, te ovu možda prividnu ekspanziju novih i tehnički superiornih astronomskih instrumenata čeka (ne)izvesna budućnost. Sve više se teži „malim“ i „specijalizovanim misijama“ (NASA i JPL su najbolji primeri za to, sa jednom od poslednjih misija - Deep Impact – 2005.). Postoji čak nekoliko ad-hoc planova za dosezanje bliskih zvezda. Možemo zaključiti, da praktično nema granica našem premišljanju oko toga šta i kako (bar teoretski) treba učiniti i kuda ići. Samo (ne) predvidiva budućnost krije odgovor!

U ovoj knjizi predstavljena je većina najznačajnijih unapređenja i rezultata kako orbitalnih satelitskih opservatorija, tako i nekih značajnih zemaljskih opservatorija. Svi noviji rezultati vanatmosferskih istraživanja sortirani su po talasnim dužinama, od gama-zraka do radio-talasa.

Još iz ove knjige:
Infracrvena astronomija
RADIO-ASTRONOMIJA

ASTRONOMIJA NA SVIM TALASIMA

O knjizi, o autoru....