Самые эффектные объекты космоса — туманности, сверхновые и чёрные дыры — видны благодаря специализированным телескопам. Мы изучаем Вселенную на разных длинах волн электромагнитного спектра. Глаза улавливают лишь узкий диапазон 380–750 нм. Это около 0,0035 % всего излучения. Поэтому телескопы дополняют наше зрение и показывают то, что скрыто за пределами видимого света.
Свет идёт по прямой и имеет волновую природу. Более энергичное излучение — короче по длине волны. Фотоны со скоростью света (186 400 миль/с) с момента Большого взрыва несут информацию о Вселенной. Атмосфера Земли поглощает многие диапазоны, поэтому значительная часть наблюдений ведётся из космоса. Ниже — кратко о ключевых «окнах» спектра.
Инфракрасные волны
Инфракрасное излучение мы чувствуем как тепло. Его фиксируют, например, приборы телескопа имени Джеймса Уэбба. Инфракрасные лучи проходят сквозь газ и пыль, поэтому раскрывают скрытые объекты.
NIRCam видит 0,6–5 мкм, а MIRI — 5–28 мкм и улавливает красносмещённый свет далёких галактик. Из-за расширения Вселенной излучение ранних звёзд и галактик, изначально ультрафиолетовое, растягивается до инфракрасного. Поэтому такие объекты, как GLASS-z13, выглядят «красными» точками.
Радиоволны
В радиодиапазоне доминируют сверхновые, пульсары, квазары и области звездообразования. Радиотелескопы часто объединяют множество антенн для высокой чёткости изображения.
Им не страшны облака и дождь, но для сопоставимого разрешения требуются огромные «тарелки». В 2019 году глобальный проект Event Horizon Telescope синхронизировал несколько обсерваторий и получил первое изображение чёрной дыры в M87.
Ультрафиолет
УФ-диапазон (100–400 нм) излучают Солнце и звёзды. По нему судят о температуре и состояниях звёздного газа.
Хаббл с камерой WFC3 через набор фильтров раскладывает УФ на «цвета», а затем данные переводятся в ложнокрасочные изображения, которые понятны глазу и информативны для науки.
Рентгеновское излучение
Орбитальная «Чандра» — сверхчувствительный рентгеновский телескоп. Он детально показывает сверхновые, кластеры галактик и джеты у чёрных дыр.
Аппарат также измеряет интенсивности отдельных линий в диапазоне ~0,01–10 нм. Даже единичные фотоны от далёких объектов могут дать новые открытия.
На Земле рентген легко проходит мягкие ткани, но задерживается костями, что позволяет получать диагностические снимки.
Видимый свет
Видимый цвет несёт сведения о температуре, массе, химическом составе и расстоянии звёзд. Молодые горячие звёзды кажутся голубыми; более массивные — как правило горячее.
Солнце выглядит жёлтым (~5500 °C), а охлаждённая Бетельгейзе (~3000 °C) — красной. Хаббл с 1990 года даёт эталонные изображения в видимом диапазоне.
Взгляд на Землю
Разные длины волн помогают изучать и нашу планету. Комбинации видимого и ИК-диапазонов различают снег, пепел и растительность, отслеживают дым и очаги пожаров (например, MODIS на Aqua и Terra).
Планируется запуск спутника, который с помощью радара с длиной волны ~70 см будет оценивать биомассу лесов, проникая сквозь полог крон.
