Схема 15-метрового варианта телескопа LUVOIR. Источник.

  На 332-335 страницах свежего 441-страничного отчета NASA по проекту космического телескопа LUVOIR с диаметром зеркала между 8 и 15 метров приведены интересные графики на тему скорого приближения к пределам наблюдательной астрономии:







    В пояснениях ко второму графику говорится, что новый космический телескоп NASA, который будет наблюдать в оптическом диапазоне, станет способным видеть фоновое излучение межгалактического газа (за 100 часовую экспозицию 15-метровый космический телескоп LUVOIR будет способен наблюдать объекты 34-ой звездной величины). Тем самым земная астрономия приближается к наблюдательному пределу в познание Вселенной, преодолеть который будет крайне сложно.

   При этом из первого графика следует, что теоретически новый телескоп при неограниченном времени работы может составить карту Вселенной, состоящую 10 тысяч триллионов пикселей. Это число в миллионы раз меньше оцениваемого числа звезд в наблюдаемой Вселенной: несколько сотен миллиардов крупных галактик, в каждой из которых по несколько сотен миллиардов звезд содержат в общей сложности несколько миллиардов триллионов звезд (10 в 20 степени). Впрочем, существует две возможности увеличить долю наблюдаемых объектов нашей Вселенной.
 
   Первый путь заключается в создании инфракрасных космических телескопов работающих на средних инфракрасных волнах (несколько десятков микрон). Это связано с тем, что фоновое излучение межгалактического газа в этом диапазоне меньше, чем в видимых лучах:





    Большим преимуществом средних ИК-лучей по сравнению с более коротковолновыми диапазонами (гамма, рентген и УФ) является тот факт, что пик теплового излучения большинства обычных объектов во Вселенной (звезд, планет, комет и астероидов) приходится либо на оптический диапазон, либо на инфракрасный диапазон. Вне этих двух диапазонов в основном наблюдаются небесные объекты с экстремальными температурами (аккреционные диски черных дыр, магнитосферы планет и звезд). Кроме того важно отметить, что при приближении к радиволнам резко вырастает фоновое излучение галактической пыли и газа:



   Когда в ближайшие десятилетия и возможности смены наблюдаемых диапазонов электромагнитного спектра будут исчерпаны, станет актуальным второй путь: использование других физических принципов, которые позволят улучшить возможности обычных однозеркальных телескопов.

   Во-первых, ожидается большее распространение интерферометрии, которая сегодня используется в большинстве случаев лишь в радиодиапазоне. К примеру, в проекте ELF предлагается использовать многозеркальный интерферометр для картографирования поверхности ближайших экзопланет:











 Слайды с конференции IAU-2018

    Для сравнения ранее участники этого проекта предлагали однозеркальный вариант 70-метрового наземного телескопа Colossus.

    Во-вторых, использование гравитационного линзирования ещё больше расширит возможности мировой астрономии. Так расчеты показывают, что приминение скромного 0.5-1 метрового телескопа в гравитационном фокусе Солнца позволяет получать изображения поверхности экзопланеты с километровым разрешением до расстояния в 100 световых лет.



   Так как видимая яркость небольшой экзопланеты на подобном расстояние составляет около 32 звездных величин, несложно посчитать, что подобный телескоп обладает чувствительностью, которая превосходит показатель видимой яркости экзопланеты примерно в миллиард раз. Это означает чувствительность гравитационного телескопа равную около 50-60 звездных величин. И это при использовании небольшого космического телескопа! Подобные инструменты смогу изучать не только поверхность экзопланет, но и каталогизировать небольшие астероиды в системах близких звезд. Когда же и возможности гравитационных телескопов будут исчерпаны, тогда и появится насущная потребность межзвездных полетов.

    Вышеназванные технологии будут использоваться мировой астрономией в ближайшие несколько десятков и сотен лет. А пока земная астрономия переходит в процессе картографирования неба от использования метровых телескопов (вроде широко известного Паломарского Шмидта) к 4-х и 8-ми метровым инструментам:







   К настоящему времени 4-метровые телескопы обсерватории NOAO отсняли уже большую часть неба:








   В тоже время завершается сооружение основных зданий 8-метрового обзорного телескопа LSST (снимок стройки телескопа от 31 августа):



    Конечно, постоянные переносы и удорожание проекта JWST отодвигает реализацию проекта LUVOIR. Тем не менее, необходимость создания этого телескопа очевидна в связи с приближением земных телескопов к пределу, связанному с земной атмосферой:



    Новый телескоп NASA станет незаменим, как для изучения койпероидов, так и ближайших экзопланет, обычных звезд и в ближайших галактиках и в самых далеких галактиках Вселенной:



   По планам камера нового телескопа всего за 1.5 часа наблюдений сможет регистрировать объекты 32-ой звездной величины:



Это позволит изучить экзопланеты у двух сотен звезд до расстояния в 25 парсек:





   Предполагаемый вид Солнечной Системы “глазами” LUVOIR с расстояния в 10 парсек:



   На смоделированном снимке выше уже хорошо виден предел наблюдательной астрономии – свечение отдельных облаков межгалактического газа, фоновых галактик и звезд.

   Используя длительные экспозиции (длительностью до 100 часов) телескоп сможет обнаруживать объекты 35 звездной величины:



   Это позволит телескопу наблюдать отдельные звезды солнечного типа до расстояния в 5.5 миллионов парсек. Наиболее яркие звезды главной последовательности (спектральный класс О) будут регистрироваться до 500 миллионов парсек, что соответствует красном смещению в z=0.1. Радиус обнаружения звезд главной последовательности в области ближайших галактик шириной около 24 миллионов парсек:



   Телескоп сможет изучать химический состав почти у любой звезды в окрестностях Млечного Пути:



   И конечно новый телескоп позволит существенно продвинуться в понимании эволюции первых галактик Вселенной: