Większość światła podczerwonego z kosmosu nigdy nie dociera do Ziemi, gdyż po drodze pochłania je obficie występująca w ziemskiej atmosferze woda. Jeśli więc astronomowie chcą obserwować to światło, muszą wykazać się dużą kreatywnością.
Przez wiele lat, szczególnie między odejściem na emeryturę Kosmicznego Teleskopu Spitzera a niedawnym uruchomieniem Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), Stratosferyczne Obserwatorium Astronomii w Podczerwieni (SOFIA) było właśnie takim kreatywnym rozwiązaniem. Lotnicze obserwatorium przewoziło na swym pokładzie 2,5-metrowy teleskop. Podróżował on na pokładzie zmodyfikowanego samolotu Boeing 747SP, ale zamiast lecieć w kosmos, SOFIA po prostu poruszała się na tyle wysoko – do 13,7 kilometra nad ziemią – by znaleźć się już ponad 99% wody zawartej w naszej atmosferze.
Na początku tego roku NASA i Niemiecka Agencja Kosmiczna (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – DLR) ogłosiły jednak, że SOFIA zostanie wyłączona do 30 września. Ostatni jej lot odbył się w nocy 28/29 września – samolot wylądował w Palmdale w Kalifornii. Według naukowców biorących udział w badaniach brak instrumentu SOFIA będzie dotkliwy, a jego dziedzictwo jest czymś, co warto docenić.
Start JWST słusznie skradł w tym roku wiele nagłówków gazet. Mimo wszystko jest to jednak zaledwie jeden instrument w zestawie narzędzi, których astronomowie używają do oglądania Wszechświata w podczerwieni. Światło podczerwone to fale o długościach większych niż światło widzialne, obejmujące zakres od około 1 do 1000 mikrometrów (μm). Obserwacje na tych długościach są szczególnie przydatne przy badaniu obiektów astronomicznych takich jak chłodne gwiazdy, pył i gaz, planety i ich księżyce. Dzięki temu, że światło to nie jest pochłaniane przez chłodny pył w taki sposób, jak światło widzialne, obserwacje w tym zakresie często ujawniają to, co znajduje się za zasłoną z materiału przesłaniającego – pyłu, który blokuje wgląd w widzialnej części widma. Dobrym przykładem są tu słynne Filary Stworzenia, które w podczerwieni ujawniają młode gwiazdy, zazwyczaj ukryte w obłokach gazu i pyłu.
Wystrzelenie teleskopu w przestrzeń kosmiczną wydaje się najlepszym sposobem na wzniesienie się ponad kłopotliwą dla podczerwieni warstwą pary wodnej. Powstało już kilka teleskopów z instrumentami wykorzystującymi podczerwień lub zdolnymi do obserwacji jeszcze dłuższych fal. Jednak teleskop kosmiczny to kosztowne i czasochłonne przedsięwzięcie, które może też zakończyć się jeszcze zanim – lub zaraz po tym – gdy się rozpocznie.
Jest też inna możliwość: samolot. SOFIA przenosiła badaczy i instrumenty do wysokiej i suchej stratosfery, powyżej prawie całej pary wodnej. Lądowała po każdym locie-misji, więc instrumenty mogły być łatwo wymieniane, naprawiane i modernizowane. Astronomowie lecący wraz z teleskopem mogli nawet dokonywać poprawek i napraw w trakcie obserwacji, jeśli było to niezbędne. To innowacyjne rozwiązanie połączyło zatem możliwości obserwatorium kosmicznego z wygodą i dostępem obserwatorium naziemnego.
Od momentu ujrzenia swojego pierwszego światła w 2010 roku SOFIA umożliwiła wiele imponujących osiągnięć naukowych. Jednym z największych było wykrycie wodorku helu – prawdopodobnie najwcześniejszej cząsteczki, jaka powstała we Wszechświecie – w mgławicy planetarnej NGC 7027. Astronomowie szukali go od lat siedemdziesiątych, ale dopiero możliwości SOFII pozwoliły na ostateczne dostrzeżenie go w 2019 roku.
SOFIA potwierdziła również obecność wody w gruncie krateru Clavius na Księżycu. Z uwagi na to, że Clavius znajduje się po słonecznej, zwróconej ku Ziemi stronie Księżyca, jego obecność dowodzi, że cenne złoża wody mogą wcale nie być ograniczone tylko do stale zacienionych, zimnych lokalizacji.
Mobilność SOFII sprawiła, że była ona idealna do obserwacji zjawisk zakryciowych, podczas których planeta lub planetoida w Układzie Słonecznym przechodzi przed tarczą odległej gwiazdy. Przyciemnienie światła gwiazd podczas tych zakryć są stosunkowo niewielkie i znacznie trudniejsze do przewidzenia niż te powstające podczas np. całkowitego zaćmienia Słońca. Dlatego ważną rolę odgrywa tu teleskop, który może szybko przemieszczać się dokładnie w to miejsce, z którego trzeba wówczas dokonać wymagających obserwacji. SOFIA stanęła na wysokości zadania, kilkakrotnie przelatując pod szybko poruszającym się cieniem Plutona i przemierzając odległe rejony naszej planety z prędkością około 85000 km/h. Takie obserwacje pozwoliły naukowcom zajrzeć w głąb cienkiej atmosfery Plutona i zauważyć, że jest ona pełna krótkotrwałych mgiełek, które muszą być regularnie odnawiane przez jakieś procesy zachodzące na tej planecie karłowatej.
Pomimo tych imponujących osiągnięć, w niedawno opublikowanej analizie dziesięcioletniej, zwanej również Astro2020, stwierdzono, że roczna „cena operacyjna” teleskopu SOFIA, wynosząca 86 milionów dolarów, co stawia ją na równi z cenami eksploatacji Kosmicznego Teleskopu Hubble'a i Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra, nie może być dalej uzasadniona uznanym za skromny dorobkiem naukowym (mierzonym liczbą opublikowanych prac opartych na danych z tego teleskopu).
Od 2014 do 2020 roku loty instrumentu SOFIA zaowocowały 178 pracami naukowymi. Dane z Hubble'a i Chandry łącznie zostały wykorzystane w ponad 2700 pracach w tym samym okresie. Komisja nie znalazła żadnego sposoby na to, by SOFIA mogła znacząco zwiększyć swój dorobek naukowy w stopniu współmiernym do jej kosztów – napisano w oświadczeniu. Ostatecznie komisja poparła plan NASA dotyczący zakończenia działalności teleskopu.
Warto jednak dodać, że sześć instrumentów SOFII obejmowało zakres długości fal od 0,3 do 1600 µm, czyli w zasadzie całe spektrum podczerwieni. Jest to zakres, którego nawet JWST nie może odtworzyć. Choć jego 6,5-metrowe lustro jest większe, instrument ten obserwuje tylko zakres podczerwony od 0,6 do 28,3 μm. SOFIA natomiast może zajrzeć w tę daleką podczerwień, odkrywając te zjawiska i części Wszechświata, które są po prostu niedostępne dla JWST.
Zespół naukowy instrumentu obawia się, że zamknięcie SOFII odciągnie studentów i początkujących naukowców od badań w dalekiej podczerwieni na rzecz innych zakresów długości fal. Jeszcze innym zagrożeniem jest to, że w miarę jak starsi naukowcy, doświadczeni w pracy z danymi, których dostarczała SOFIA, będą odchodzili na emeryturę, ta wiedza zostanie utracona i trzeba będzie ją w dalszej przyszłości odbudować.
Nie ma obecnie planów dotyczących przyszłego, kolejnego latającego obserwatorium, ale proponowany Kosmiczny Teleskop Origins, który mógłby teoretycznie rozpocząć misję w 2035 roku, ponownie otworzyłby daleką podczerwień dla astronomów. Jako alternatywę komisja Astro2020 zasugerowała też rozwój łączonego teleskopu kosmicznego obserwującego w promieniowaniu X i podczerwonym. Jednak nawet jeśli zostanie on ostatecznie zaakceptowany przez agencje finansujące, jego uruchomienie będzie dość odległą perspektywą.
Czytaj więcej:
Źródło: Astronomy.com
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Ilustracja: SOFIA to 2,5-metrowy teleskop unoszony na pokładzie zmodyfikowanego samolotu Boeing 747SP. Dzięki temu mogła obserwować Wszechświat w podczerwieni. Źródło: NASA Dryden photo by Tony Landis
