Для чего запускают космические телескопы

Для чего, собственно, нужны космические телескопы?

Космический телескоп «Хаббл» известен всем, очень многие слышали о телескопе «Джеймс Уэбб». Но в космосе работает немало и других, менее известных телескопов. Так зачем же они там и чем они вообще занимаются?

Современные космические телескопы дают возможность получать новые представления о далеких галактиках, формировании вселенной или звезд. © Neo Edmund, Shutterstock

Астрономы и любители астрономии уже много лет с нетерпением ожидают, что космический телескоп «Джеймс Уэбб» наконец будет запущен. Изначально он должен был быть готов еще в 2014 году, но, как и во многих крупных проектах, здесь были и технические задержки, и дополнительные расходы. Согласно самым свежим прогнозам, совместный американо-европейский проект должен стартовать в 2021 году, а затем и заменить легендарный «Хаббл». Хотя эти два проекта наиболее известны и пользуются относительно высоким уровнем популярности, в космосе работает большое количество и других космических телескопов. Все они серьезно различаются не только по своим размерам, но и по способностям, своему расположению в космосе и по задачам.

Типы излучений

Инструменты телескопов «Джеймс Уэбб» и «Хаббл» измеряют свет в видимом и близких к нему диапазонах, причем более современный из них фактически оптимизирован для работы в инфракрасном диапазоне, который невидим невооруженным глазом. Но разные космические телескопы способны также принимать сигналы в совершенно разных областях электромагнитного спектра. Это варьируется от особенно высокоэнергетических гамма-лучей до рентгеновского излучения, ультрафиолетового света, микроволн и радиочастот.

Наблюдаемые явления

В каждом из этих диапазонов частот в космосе могут наблюдаться совершенно разные явления. С помощью гамма-телескопов можно обнаружить нейтронные звезды, пульсары, черные дыры и сверхновые. Рентгеновские телескопы показывают структуры скоплений галактик и протяженность вселенной. Ультрафиолетовый свет раскрывает состав особенно горячих звезд. В инфракрасном диапазоне можно наблюдать образование звезд даже до того, как они начнут светиться. А с помощью микроволновой и радиоастрономии было обнаружено космическое фоновое излучение, которое лежит в основе теории Большого взрыва.

Преимущества в космосе

Различия в размерах

Космические телескопы бывают совершенно разных размеров. Телескопы наноспутников BRITE (совместный проект Канады, Польши и Австрии) имеют апертуру размером около трех сантиметров. А у телескопа «Джеймс Вебб» диаметр зеркала будет 6,5 метра. Чем больше диаметр телескопа, тем более детально можно захватывать объекты в космосе. Но для некоторых целей достаточно и более мелких датчиков. Аппаратная конфигурация BRITE, состоящая из шести спутников, наблюдает за изменениями температуры особенно ярких звезд в течение продолжительных периодов времени. А вот телескоп «Джеймс Уэбб», наряду с прочим, должен захватывать свет, который прошел уже особо большие расстояния. Это открывает возможность заглянуть в прошлое, чтобы изучить и понять образование первых звезд и галактик вселенной.

Специализации

Другие космические телескопы, такие как «охотник за планетами» TESS от NASA, специализируются на обнаружении экзопланет. Телескоп Swift разработан для того, чтобы исследовать большую часть пространства на предмет вспышек гамма-излучения, возникновение которых все еще представляет собой загадку. А вот с помощью телескопа Gaia Европейское космическое агентство ESA хочет осуществлять самые точные измерения расстояний в космосе.

Позиционирование

Недостатки в космосе

Однако очевидно и то, что космические телескопы имеют перед наземными приборами не только преимущества. Прежде всего, они несопоставимо дороже. Они должны быть чрезвычайно прочными, чтобы противостоять силам запуска ракеты и пребывания в космосе. Если в нем что-то ломается, отремонтировать его крайне проблематично. А насколько сложным является техническое обслуживание космического телескопа, было видно на примере «Хаббла». Уже вскоре после начала эксплуатации весной 1990 года стало ясно, что была допущена ошибка в полировке зеркала, которая поставило под угрозу всю миссию. А экипаж космического челнока смог решить проблему только через три года.

Прогресс

Источник

История космических телескопов

Основоположники космонавтики, обосновывая в первой половине ХХ века необходимость выхода человечества во внеземное пространство, среди прочих практических целей называли развитие астрономии. Они писали: наблюдение небесных тел затруднено колебаниями атмосферы и непредсказуемой погодой, поэтому вынесение телескопов за пределы планеты позволит на порядки увеличить их «дальнозоркость».

Астроном в космосе (иллюстрация из книги Макса Валье «Полёт в мировое пространство»)

Идею космических обсерваторий выдвигали Константин Циолковский в статье «Свободное пространство» (1883), Герман Оберт в работе «Ракета в межпланетное пространство» (1923) и Макс Валье в книге «Полёт в мировое пространство» (1924). После этого астрономические наблюдения с околоземной орбиты стали часто описывать в научно-популярной литературе и фантастике: достаточно вспомнить роман Александра Беляева «Звезда КЭЦ» (1936).

Впрочем, первые попытки провести наблюдения на больших высотах предпринимались задолго до начала космических полётов. Например, известно, что во время полного солнечного затмения 19 июня 1936 года московский астроном Пётр Куликовский поднялся на субстратостате, чтобы сфотографировать корону Солнца. Для американской астрономии практическим шагом к орбитальным телескопам стала программа «Стратоскоп» (Stratoscope), развитием которой руководил знаменитый астрофизик Мартин Шварцшильд.

Первый телескоп с диаметром главного зеркала 30,5 см, созданный в рамках программы, поднялся в воздух 22 августа 1957 года и достиг высоты 25,3 км. Там блок приборов начал автоматическую съёмку нашего светила в высоком разрешении, а киноплёнку затем проявили на земле. Результат эксперимента впечатлил учёных, и программа получила развитие: изучение Солнца и других объектов стратоскопами продолжалось до 1971 года, после чего они уступили место более совершенным инструментам.

Полёт Stratoscope I в сентябре 1957 года

Наблюдатели в космосе

Практическая космонавтика успешно развивалась, и инженеры сделали следующий шаг: начали проектировать орбитальные телескопы. Американские специалисты разработали серию спутников под названием ОАО (Orbital Astronomical Observatory), которые могли наводиться на любое небесное тело и с высочайшей точностью удерживать его в «поле зрения» приборов. Спутник ОАО-1, выведенный в космос 8 апреля 1966 года, не смог раскрыть солнечные батареи и начать программу наблюдений.

Зато ОАО-2 (Stargazer), стартовавший в декабре 1968 года, успешно проработал больше четырёх лет. Последний аппарат этой серии, ОАО-3, названный «Коперником» (Copernicus), был запущен в августе 1972 года, а эксплуатировали его девять лет.

Первый спутник Orbital Astronomical Observatory на орбите (концепт-арт)

В составе орбитальной станции Skylab (Sky Laboratory) работала большая многоспектральная обсерватория ATM (Apollo Telescope Mount). С её помощью астронавты опять же изучали Солнце. Их наблюдения заставили астрономов пересмотреть отношение к нашему светилу: раньше считалось, что это более или менее спокойное небесное тело с однородной гелиосферой, а на самом деле структура его газовой оболочки оказалась сложной и изменчивой. Кроме того, ATM использовалась для слежения за кометой Когоутека — результаты этих наблюдений помогли подтвердить теорию о том, как именно за пределами Солнечной системы формируются кометы.

Американская орбитальная станция Skylab, снятая со стороны обсерватории ATM (NASA)

Советские учёные обрели возможность вести астрономические наблюдения в космосе с началом эксплуатации станций «Салют». На «Салюте-1» был установлен ультрафиолетовый телескоп «Орион», разработанный Бюраканской астрофизической обсерваторией. Космонавты использовали его, чтобы получить спектрограммы Веги и Агены (беты Центавра) — благодаря этому удалось уточнить теоретическую модель фотосферы высокотемпературных звёзд.

Телескоп «Орион-2» отправился в космос на борту корабля «Союз-13» в декабре 1973 года. Экипажу удалось снять около 10 тысяч спектрограмм тусклых или далёких звёзд — с блеском более десятой звёздной величины. На обработку полученной информации потребовалось целое десятилетие: каталог, составленный по данным «Ориона-2», увидел свет только в 1984 году.

Ультрафиолетовый телескоп «Орион»

На «Салюте-4» использовался солнечный телескоп ОСТ, автоматическая система наведения которого оказалась бракованной. Космонавты перешли на ручное управление — почти как в старых фантастических романах. Кроме того, Алексей Губарев и Георгий Гречко впервые в истории провели операцию по орбитальному ремонту телескопа — 2 февраля 1975 года они напылили на его зеркало алюминий, что значительно улучшило качество изображения. Следующему экипажу «Салюта-4» 18 июня повезло наблюдать за вспышкой на Солнце и за появлением гигантского протуберанца. «Контрольную» съёмку в видимой части спектра вели сотрудники Крымской астрофизической обсерватории.

На «Салюте-6» и «Салюте-7» тоже устанавливали телескопы: субмиллиметровый БСТ-1М с полутораметровым зеркалом, радиотелескоп КРТ-10, гамма-телескоп «Елена» и рентгеновский телескоп РТ-4М. В то же время советские учёные научились конструировать независимые от пилотируемых кораблей и станций обсерватории, управляемые с наземных пунктов. В 1980-х годах они запустили спутники «Астрон», «Гранат» и «Гамма» для исследований в рентгеновском и гамма-диапазонах, а к орбитальному комплексу «Мир» пристыковали астрофизический модуль «Квант» с обсерваторией «Рентген». К сожалению, с распадом СССР многие перспективные отечественные проекты были заморожены.

Зоркий «Хаббл»

Развитие орбитальной астрономии затруднялось из-за несовершенства систем, с помощью которых управляли телескопами, наводили их на объекты и передавали данные на Землю. Зато с появлением современных цифровых технологий появилась возможность создавать космические обсерватории с большим сроком «жизни» и высокой разрешающей способностью.

Самую большую известность среди таких обсерваторий получил американский телескоп «Хаббл» (Hubble Space Telescope), который был доставлен на орбиту 24 апреля 1990 года в грузовом отсеке шаттла «Дискавери». Имея главное зеркало диаметром 2,4 метра, «Хаббл» оставался самым большим оптическим инструментом в космосе, пока в 2009 году Европейское космическое агентство не запустило туда же инфракрасный телескоп «Гершель» (Herschel Space Observatory) с диаметром зеркала 3,5 метра.

Телескоп «Хаббл» отправляется в самостоятельный полёт (NASA)

История «Хаббла» не обошлась без проблем. Начав работу в космосе, он выдал изображение хуже, чем такой же по размерам наземный телескоп. Причиной искажения стала ошибка, допущенная при изготовлении главного зеркала. Проект мог полностью провалиться, если бы специалисты, наученные горьким опытом поломок на предыдущих обсерваториях, не предусмотрели возможность ремонта силами астронавтов. Фирма Kodak быстро изготовила второе зеркало, однако заменить его в космосе было невозможно, и тогда инженеры предложили изготовить космические «очки» — систему оптической коррекции COSTAR из двух особых зеркал. Чтобы установить её на «Хаббл», 2 декабря 1993 года на орбиту отправился шаттл «Индевор». Астронавты совершили пять сложнейших выходов в открытый космос и вернули дорогостоящий телескоп в строй.

Ремонт телескопа «Хаббл» в космосе (NASA)

Позднее астронавты летали к «Хабблу» ещё четыре раза и значительно продлили срок его эксплуатации. Последнее техобслуживание проходило с 11 по 24 мая 2009 года, в рамках миссии шаттла «Атлантис».
Сегодня телескоп, которому почти тридцать лет, начинает ломаться. В октябре прошлого года пресс-служба NASA сообщила, что отказал один из гироскопов системы ориентации, из-за чего «Хаббл» на три недели перевели в «безопасный режим» (отключается исследовательское оборудование, работает только служебное).

8 января выключилась широкоугольная камера Wide Field Camera 3; на поиск неисправности и её устранение ушло девять дней. 28 февраля из-за ошибки в программном коде несколько дней не работала многоспектральная камера ACS (Advanced Camera for Surveys). Пока что наземная команда обслуживания справляется с накапливающимися проблемами, но вряд ли телескоп продержится долго.

Применение космических «очков» COSTAR: так выглядела галактика М-100 до ремонта «Хаббла» и после (NASA)

Сейчас планируется, что «Хаббл» будет продолжать работу до 30 июня 2021 года, что и так намного больше его запаса прочности. Потом телескоп попытаются управляемо свести с орбиты и затопить в океане. Впрочем, в настоящее время администрация президента Дональда Трампа рассматривает другой вариант: корпорация Sierra Nevada предлагает отправить к «Хабблу» корабль-ремонтник.

Космический телескоп «Уэбб» (NASA)

С другой стороны, своей очереди давно ждёт большой инфракрасный телескоп «Уэбб» (James Webb Space Telescope) с составным зеркалом диаметром 6,5 метров: его как раз планируют запустить 30 марта 2021 года. В числе прочих задач он будет искать свет самых древних звёзд и галактик, изучать их эволюцию и формирование скоплений вещества в юной Вселенной. Кроме того, «Уэбб» поможет искать относительно холодные планеты у соседних звёзд — но, самое главное, снимет спектры их атмосфер. Тогда мы сможем увереннее говорить о царящих там природных условиях, а может быть, даже зафиксируем признаки жизни — биосигнатуры.

Далёкое и близкое

Космический телескоп «Кеплер» (NASA, концепт-арт)

Сегодня раздел астрономии, занимающийся изучением экзопланет, переживает бурный расцвет. Если раньше массивные твёрдые тела в звёздных системах находили по косвенному признаку — гравитационному влиянию на собственное светило, — то теперь популярнее всего стал транзитный метод, то есть наблюдение за микрозатмениями звезды. Разумеется, он требует высочайшей точности измерений, и лучший результат получается именно у космических телескопов, поскольку изменение блеска далёких светил сложно различить за колебаниями беспокойной земной атмосферы.

Стандарт в этой области исследований задал американский телескоп «Кеплер» (Kepler Telescope), запущенный 7 марта 2009 года. Он мог наблюдать одновременно до 100 тысяч звёзд, собирая статистические данные по экзопланетам. За три года работы «Кеплеру» удалось обнаружить 4700 кандидатов в экзопланеты; свыше 2600 из них подтвердились. Многие открытые миры оказались сопоставимы по размерам с Землёй. Также удалось доказать существование систем сразу с несколькими экзопланетами, в том числе у двойных звёзд.

Нашлись даже землеподобные миры в «зонах обитаемости», то есть на таком расстоянии от звезды, которое удобно для возникновения жизни. Например, планета Kepler-438b, расположенная от нас на расстоянии 470 световых лет, считается сегодня самой подходящей для возникновения и развития иной жизни. К сожалению, работа с «Кеплером» сопровождалась техническими сбоями и была прекращена в октябре прошлого года.

Участок неба, который изучал «Кеплер»

В апреле 2018 года компания SpaceX запустила в космос телескоп TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite): в отличие от «Кеплера», нацеленного на дальний космос, он будет искать экзопланеты в радиусе до 200 световых лет от нас. Астрономы предполагают, что TESS откроет как минимум 20 тысяч новых миров, среди которых будет не меньше тысячи землеподобных.

Готовятся к запуску и другие космические инструменты для изучения экзопланет. В 2019 году на орбиту отправится телескоп «Хеопс» (CHEOPS), в 2026 году — телескоп «Платон» (PLATO), в 2035 году — мощная обсерватория ATLAST (Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope). Работая вместе с наземными инструментами, они смогут определить характеристики ближайших экзопланет — и даже составить карты их поверхности!

Европейский космический телескоп «Гея» (ESA, концепт-арт)

Галактическая астрономия тоже не стоит на месте. В апреле 2018 года европейцы опубликовали предварительные результаты наблюдений телескопа «Гея» (Gaia), запущенного пять лет назад. На их основе удалось построить детализированную трёхмерную карту Млечного Пути, в которой содержатся сведения о точном расположении, характеристиках и передвижении 1,7 млрд звёзд. Кроме того, «Гея» собрала информацию о 14 тысячах астероидов Солнечной системы. Телескоп будет передавать данные на Землю, обогащая наши знания о ближнем и дальнем космосе, до конца 2020 года.

На фоне столь эффектных достижений российской орбитальной астрономии пока нечем похвастаться. Сейчас на орбите находится только телескоп «Радиоастрон» (Спектр-Р), запущенный 18 июля 2011 года: он занимался изучением чёрных дыр, нейтронных звёзд и других объектов, излучающих в электромагнитном спектре. Хотя гарантийный срок телескопа истёк в 2016 году, до недавнего времени он работал исправно и потерял управляемость только 10 января 2019 года, а данные передаёт до сих пор. Попытки восстановить двустороннюю связь учёные собираются повторять до середины мая.

Российский космический телескоп «Радиоастрон» (Роскосмос, концепт-арт)

Планировалось, что в ближайшие годы к нему присоединятся обсерватории «Спектр-РГ», «Спектр-УФ» и «Спектр-М» («Миллиметрон») с криогенным телескопом диаметром 10 метров, который улавливает излучение в миллиметровом и инфракрасном диапазонах. Работая вместе, три аппарата могли бы составить самую подробную в истории карту внегалактической Вселенной.

Однако в последнее время появляются сообщения, что финансирование двух последних проектов собираются сильно урезать. Хочется надеяться, что это «ложная тревога», потому что в таком случае наша наука останется без современных инструментов по изучению дальнего космоса. А изучать его необходимо, ведь орбитальные обсерватории XXI века помогают учёным не только по-новому вглядываться в бездны пространства, но и делать более уверенные прогнозы о будущей эволюции космоса, от которых в конечном итоге зависит вопрос выживания всего человечества.

Источник

Космический телескоп Хаббл (статья плюс ролик)

На орбите Земли есть три объекта, о которых знают даже далекие от астрономии и космонавтики люди: Луна, Международная Космическая Станция и космический телескоп Хаббл. Последний на целых восемь лет старше МКС и застал еще Орбитальную Станцию «Мир». Многие считают его просто большим фотоаппаратом в космосе. Реальность же немного сложнее, не зря ведь люди, работающие с этим уникальным аппаратом с уважением называют его небесной обсерваторией.

Очень много картинок!

История постройки Хаббла — это постоянное преодоление трудностей, борьба за финансирование и поиск решений в непредвиденные ситуации. Роль же Хаббла в науке бесценна. Невозможно составить полный список открытий в астрономии и смежных направлениях, совершенных благодаря снимкам телескопа, настолько много работ ссылаются на полученную им информацию. Тем не менее, официальная статистика говорит о почти 15 тысячах публикаций.

История

Идея разместить телескоп на орбите возникла почти сто лет назад. Научное обоснование важности постройки такого телескопа в виде статьи опубликовал астрофизик Лайман Спитцер в 1946-м году. В 65-м его сделали главой комитета академии наук, которая определила задачи такого проекта.

В шестидесятых удалось провести несколько успешных запусков и доставить на орбиту более простые устройства, и в 68-м НАСА дало зеленый свет предтече Хаббла — аппарату LST, Большому Космическому Телескопу, с более крупным диаметром зеркала — 3 метра против хаббловских 2,4 — и амбициозной задаче запустить его уже в 72-м году, с помощью находящегося тогда в разработке космического шаттла. Но расчетная проектная смета вышла слишком дорогой, с деньгами возникали трудности, а в 74-м финансирование и вовсе отменили. Активное лоббирование проекта астрономами, привлечение Европейского Космического Агентства и упрощение характеристик приблизительно до хаббловских позволили в 78-м получить финансирование от Конгресса в размере смешных по итоговым затратам 36-и миллионов долларов, что на сегодняшний день равно примерно 137-и миллионам.

Тогда же будущий телескоп назвали в честь Эдвина Хаббла, астронома и космолога, подтвердившего существование других галактик, создавшего теорию расширения Вселенной и давшего свое имя не только телескопу, но еще научному закону и величине.

Телескоп разрабатывали несколько компаний, отвечающих за разные элементы, из которых самые сложные: оптическая система, которой занималась Перкин-Элмер, и космический аппарат, который создавала Локхид. Бюджет вырос уже до 400 млн долларов.

Локхид затянула создание аппарата на три месяца и превысила свой бюджет на 30%. Если посмотреть на истории строительства похожих по сложности аппаратов, то это нормальная ситуация. У Перкин-Элмер же все было значительно хуже. Компания полировала зеркало по инновационной технологии до конца 81-го года, сильно превысив бюджет и испортив отношения с НАСА. Интересно, что болванку зеркала им сделала компания Корнинг, которая сегодня выпускает стекла Горилла Гласс, активно используемые в телефонах. Кстати, Кодак получил контракт на изготовление запасного зеркала с использованием традиционных методов полировки, если с полировкой основного зеркала возникнут проблемы. Задержки по созданию остальных компонентов тормозили процесс настолько, что стала известной цитата из характеристики НАСА по поводу графиков работ, которые были «неопределенными и изменяющимися ежедневно».

Запуск стал возможен лишь к 86-у году, но из-за катастрофы Челленжера, запуски шаттлов приостановили на время доработок.

Хаббл по частям положили на хранение в специальные продуваемые азотом камеры, что обходилось в шесть миллионов долларов в месяц.

В итоге, 24 апреля 1990-го года, шаттл Дискавери стартовал с телескопом на орбиту. К этому моменту на Хаббл потратили 2,5 миллиарда долларов. Общие затраты на сегодня подбираются к десяти миллиардам.

Со времени запуска произошло несколько драматичных событий с участием Хаббла, но главное произошло в самом начале.

Когда после вывода на орбиту, телескоп начал свою работу, оказалось, что его резкость на порядок ниже расчетной. Вместо десятой доли угловой секунды получалась целая секунда. После нескольких проверок, оказалось, что зеркало телескопа слишком плоское по краям: на целых два микрометра не совпадает с расчетным. Аберрация вследствие этого в буквальном смысле микроскопического дефекта делала большинство планируемых исследований невозможными.

Была собрана комиссия, члены которой нашли причину: невероятно точно рассчитанное зеркало неправильно отшлифовали. Более того, еще до запуска такие же отклонения показывала используемая в тестах пара нуль-корректоров — устройств, которые здесь отвечали за нужную кривизну поверхности. Но тогда этим показаниям не стали доверять, положившись на показания главного нуль-корректора, который показывал правильные результаты и по которому производили шлифовку. И одна из линз которого, как оказалось, была неправильно установлена.

Установить новое зеркало прямо на орбите было технически невозможно, а спускать телескоп и затем снова выводить — слишком дорого. Решение нашлось изящное.

Да, зеркало было сделано неправильно. Но оно было сделано неправильно с очень высокой точностью. Искажение было известно, и его оставалось лишь компенсировать, для чего разработали специальную систему корректировки COSTAR. Установить ее решили в рамках первой экспедиции по обслуживанию телескопа. Такая экспедиция — это сложная десятидневная операция с выходами астронавтов в открытый космос. Более футуристической работы и представить нельзя, а ведь это всего лишь техобслуживание. Всего экспедиций за время работы телескопа было четыре, с двумя вылетами в рамках третьей.

2 декабря 1993-го года шаттл Индевор, для которого это был пятый полет, доставил астронавтов к телескопу. Те установили Костар и заменили камеру.

Костар скорректировала сферическую аберрацию зеркала, сыграв роль самых дорогостоящих очков в истории. Система оптической коррекции выполняла свою задачу до 2009-го года, когда нужда в ней отпала в связи с использованием во всех новых приборах собственной корректирующей оптики. Она уступила драгоценное место в телескопе спектрографу и заняла почетное место в Национальном музее воздухоплавания и астронавтики, после демонтажа в рамках четвертой экспедиции по обслуживанию Хаббла в 2009-м году.

Управление

Управляется и контролируется телескоп в реальном времени 24/7 из центра управления в городе Гринбелт в штате Мэриленд. Задачи центра делятся на два вида: технические (обслуживание, управление и мониторинг состояния) и научные (выбор объектов, подготовка задач и непосредственно сбор данных). Еженедельно Хаббл получает с Земли более 100 000 разных команд: это корректирующие орбиту инструкции, и задания на съемку космических объектов.

В ЦУПе сутки разбиты на три смены за каждой из которых закреплена отдельная команда из трех-пяти человек. Во время экспедиций к самому телескопу штат работников увеличивается до нескольких десятков.

Кстати, существует отдельный сайт, разработанный Крисом Питом, где можно отследить положение небесной обсерватории. Там же есть данные и по другим искусственным орбитальным объектам:
www.heavens-above.com

Хаббл — телескоп занятой, но даже его плотный график позволяет помочь совершенно любому, даже непрофессиональному, астроному. Ежегодно в Институт Исследований Космоса с Помощью Космического Телескопа поступает по тысяче заявок на бронирование времени от астрономов из разных стран. Около 20% заявок получают одобрение экспертной комиссии и, по данным НАСА, благодаря международным запросам проводится плюс-минус 20 тысяч наблюдений ежегодно. Все эти заявки стыкуются, программируются и отправляются Хабблу из все того же центра в Мэриленде.

Оптика

NICMOS
Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer
Камера и мультиобъектный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона

ACS
Advanced Camera для Surveys
Усовершенствованная обзорная камера

WFC3
Wide Field Camera 3
Широкоугольная камера 3

COS
Cosmic Origins Spectrograph
Ультрафиолетовый спектрограф

STIS
Space Telescope Imaging Spectrograph
Регистрирующий спектрограф космического телескопа

FGS
Fine Guidance Sensor
Система наведения

Основная оптика Хаббла сделана по системе Ричи-Кретьена. Она состоит из круглого, гиперболически изогнутого, зеркала диаметром 2,4 м с отверстием в центре. Это зеркало отражает на вторичное зеркало тоже гиперболической формы, которое отражает в центральное отверстие первичного пригодный к оцифровке пучок. Для отсеивания лишних частей спектра и выделения нужных диапазонов используются всевозможные фильтры.

В таких телескопах используют именно систему зеркал, а не линз, как в фотокамерах. Тому много причин: перепады температур, допуски полировки, общие размеры и отсутствие потерь пучка внутри самой линзы.

Основная оптика на Хаббле не менялась с самого начала. А набор разнообразных инструментов, ее использующих, полностью сменили за несколько обслуживающих экспедиций. Хабблу обновляли инструментарий, и за время его существования там работало тринадцать разных инструментов. Сегодня он несет шесть, один из которых в гибернации.

За фотографии в оптическом диапазоне отвечали Широкоугольные и планетарные камеры первого и второго поколения, и Широкоугольная камера третьего сейчас.

Потенциал первой WFPC так и не был раскрыт из-за проблем с зеркалом. А экспедиция 93-го года, установив Костар, заодно и заменила ее на вторую версию.

У камеры WFPC2 было четыре квадратных матрицы, изображения с которых формировали большой квадрат. Почти. Одна матрица — как раз-таки «планетарная» — получала изображение с бо́льшим увеличением, и при восстановлении масштаба эта часть изображения захватывает меньше шестнадцатой части общего квадрата вместо четверти, но в более высоком разрешении. Остальные три матрицы отвечали за «широкоугольность». Именно поэтому полные снимки камеры выглядят как квадрат, у которого отъели 3 блока с одного угла, а не из-за проблем с загрузкой файлов или других неполадок.

WFPC2 заменили на WFC3 в 2009-м. Разницу между ними хорошо иллюстрируют переснятые Столпы Творения, о которых позже.

Кроме оптического и ближнего инфракрасного диапазона широкоугольной камерой, Хаббл видит:

Снимки

Снимки Хаббла — это не совсем фотографии в привычном понимании. Очень много информации недоступно в оптическом диапазоне. Многие космические объекты активно излучают в других диапазонах. Хаббл оборудован множеством устройств с разнообразными фильтрами, что позволяют уловить данные, которые позже астрономы обрабатывают и могут свести в наглядное изображение. Богатство цветов обеспечивают разные диапазоны излучения звезд и ионизированных ими частиц, а также их отраженный свет.

Фотографий очень много, расскажу лишь о нескольких, самых захватывающих. Все фотографии имеют свой ID, по которому легко находятся на сайте Хаббла spacetelescope.org или прямо в Гугле. Многие снимки лежат на сайте в высоком разрешении, здесь же я оставляю screensize-версии.

Столпы творения

Свой самый знаменитый кадр Хаббл сделал первого апреля 95-го года, не отвлекаясь от умной работы в день дурака. Это Столпы Творения, названные так потому, что из этих скоплений газа формируются звезды, и потому, что напоминают формой. На снимке — небольшой кусочек центральной части туманности Орел. Туманность эта интересная тем, что крупные звезды в ее центре частично ее же развеяли, да еще и как раз со стороны Земли. Такая удача позволяет посмотреть в самый центр туманности и, например, сделать знаменитый выразительный снимок.

Другие телескопы тоже снимали этот регион в разных диапазонах, но в оптическом Столпы выходят выразительнее всего: ионизированный теми самыми звездами, что развеяли часть туманности, газ светится синим, зеленым и красным цветами, создавая красивые переливы.

В 2014-м году Столпы пересняли обновленным оборудованием Хаббла: первую версию снимала камера WFPC2, а вторую — WFC3.

Роза, сделанная из галактик

Объект Арп 273 — красивый пример коммуникации между галактиками, оказавшимися близко друг к другу. Ассиметричная форма верхней — это следствие так называемых приливных взаимодействий с нижней. Вместе они образуют грандиозный цветок, подаренный человечеству в 2011-м году.

Магическая галактика Сомбреро

Мессье 104 — величественная галактика, которую как будто придумали и нарисовали в Голливуде. Но нет, прекрасная сто-четвертая находится на южной окраине созвездия Девы. И она настолько яркая, что видна даже в домашние телескопы. Хабблу эта красавица позировала в 2004-м году.

Новый вид туманности Конской головы в инфракрасном спектре — изображение на 23-ю годовщину Хаббла

В 2013-м году Хаббл переснял Барнард 33 в инфракрасном спектре. И мрачная туманность Конская Голова в созвездии Ориона, почти непрозрачная и черная в видимом диапазоне, предстала в новом свете. То есть, диапазоне.

До этого Хаббл уже фотографировал ее в 2001-м:

Тогда она победила в интернет-голосовании на юбилейный объект для одинадцати лет на орбите. Интересно, что и до фотографий Хаббла, Конская Голова была одним из самых снимаемых объектов.

Хаббл запечатлел звездообразовательный регион S106

S106 — звездообразовательная область в созвездии Лебедя. Красивая структура обусловлена выбросами молодой звезды, что окутана пылью в форме пончика в центре. Эта пылевая завеса имеет бреши сверху и снизу, через которые вещество звезды вырывается активнее, образуя форму, напоминающую известную оптическую иллюзию. Снимок сделан в конце 2011-го года.

Кассиопея А: красочные последствия смерти звезды

Вы, вероятно слышали о взрывах Сверхновых звезд. А этот снимок наглядно показывает один из сценариев дальнейшей судьбы таких объектов.

На фото 2006-го года — последствия взрыва звезды Кассиопеи А, что случилось прямо в нашей галактике. Прекрасно видна волна разлетающегося из эпицентра вещества, со сложной и детальной структурой.

Изображение Хаббла Arp 142

И снова снимок, демонстрирующий последствия взаимодействия двух галактик, оказавшихся близко одна к другой во время своего Вселенского пути.

NGC 2936 и 2937 столкнулись и повлияли друг на друга. Это уже само по себе интересное событие, но в этом случае добавился еще один аспект: нынешняя форма галактик напоминает пингвина с яйцом, что работает как большой плюс для популярности этих галактик.

В милой картинке 2013-го года можно увидеть следы случившегося столкновения: например, глаз пингвина сформирован, по большей части, телами из галактики-яйца.

Зная возраст обеих галактик, можно наконец-то ответить, что же было раньше: яйцо или пингвин.

Бабочка, появляющаяся из остатков звезды в планетарной туманности NGC 6302

Иногда раскаленные до 20 тысяч градусов потоки газа, летящие со скоростью почти в миллион км/ч выглядят как крылышки хрупкой бабочки, нужно лишь найти правильный ракурс. Хабблу не пришлось искать, туманность NGC 6302 — ее еще называют туманностью Бабочка или Жук — сама повернулась к нам подходящей стороной.

Создает эти крылья умирающая звезда нашей галактики в созвездии Скопиона. Форму крыльев потоки газа получают снова из-за кольца пыли вокруг звезды. Эта же пыль закрывает саму звезду от нас. Возможно, кольцо было сформировано потерей вещества звездой вдоль экватора на относ ительно низкой скорости, а крылья — более быстрой потерей от полюсов.

Фотография сделана в 2009-м году.

Deep Field

Есть несколько снимков Хаббла, в названии которых имеется Deep Field. Это кадры с огромным многодневным временем экспозиции, демонстрирующие маленький кусочек звездного неба. Чтобы их снять, пришлось очень тщательно выбирать подходящий для такого экспонирования участок. Его не должны были перекрывать Земля и Луна, поблизости не должно было быть ярких объектов и так далее. В итоге Дип Филд стали очень полезными для астрономов кадрами, по которым можно изучать процессы формирования вселенной.

Самый последний такой кадр — Hubble Extreme Deep Field 2012-го года — достаточно скучный на обывательский взгляд — это беспрецедентная съемка с выдержкой в два миллиона секунд (

23 дня), показавшая 5,5 тысяч галактик, самые тусклые из которых имеют яркость в десять миллиардов меньше чувствительности человеческого зрения.

И эта невероятная картинка свободно лежит на сайте Хаббла, показывая всем желающим крохотную часть 1 / 30 000 000 нашего неба, на которой видны тысячи галактик.

Масскульт

Ценность работы телескопа Хаббл столь велика, что он перестал быть сугубо научным достижением, давно став культурным явлением, часто появляясь в кино и других видах искусства в разных ипостасях.

Уже более уважительный референс можно встретить в масштабном фантастическом дурдоме «Армагеддон» 98-го года, где именно Хаббл делает первые снимки огромного метеорита, летящего к Земле.

Одно из первых заметных появлений полученных телескопом снимков в массовой культуре — четвертый сезон сериала Стар Трек Вояджер в 97-м году.

Хаббл много снимается в кино и на телевидении, и перечислять все фильмы с его участием слишком долго. Одним из самых красивых применений фотографий телескопа, помимо документальных, можно назвать Контакт 97-го года с Джоди Фостер. Также завязка недавней Гравитации происходит во время ремонтной миссии на Хаббле.

Из неожиданных применений наследия Хаббла: меметичные космические леггинсы. Ну и в качестве принтов для одежды в целом.

Хаббл (1990 – 203_)

Хаббл должен сойти с орбиты после 2030-го года. Этот факт кажется грустным, но на самом деле телескоп на много лет превысил длительность своей изначальной миссии. Телескоп несколько раз модернизировали, меняли оборудование на все более совершенное, но основной оптики эти доработки не касались. И в ближайшие годы человечество получит более продвинутую замену старому бойцу, когда запустят телескоп Джеймс Уэбб. Но и после этого Хаббл продолжит работать, пока не выйдет из строя. В телескоп вложены невероятные объемы труда ученых, инженеров, астронавтов, людей других профессий и денег американских и европейских налогоплательщиков.

В ответ человечество имеет беспрецедентную базу научных данных и объектов искусства, помогающих понять устройство вселенной и создающих моду на науку.

Сложно понять ценность Хаббла не астроному, но для нас это прекрасный символ достижений человечества. Не беспроблемный, со сложной историей, телескоп стал успешным проектом, который еще, будем надеяться, больше десяти лет будет трудиться на благо науки.

Ролик

В формате статьи историю Хаббла я подготовил для Гиктаймс, но изначально мы делали ролик. В нем закадровый текст с историческими, техническими и просто красивыми иллюстрациями.

Источник