Орбитальный телескоп Хаббл: история великих открытий. Россия создаёт самый большой космический телескоп в мире Самый большой телескоп в космосе
В июле 1923 г. в издательстве Ольденбурга в Мюнхене вышла книга «Ракета в космическое пространство». Ее автором был Герман Оберт (Hermann Julius Oberth), ставший известным десятки лет спустя и даже произведенный в «отцы-основатели» ракетной техники. Основные положения его работы можно кратко сформулировать так:
1. При современном состоянии науки и техники возможно создание аппарата, способного выйти за пределы земной атмосферы.
2. В дальнейшем подобные аппараты смогут развивать такую скорость, что преодолеют земное притяжение и уйдут в межпланетное пространство.
3. Имеется возможность создать такие устройства, которые смогут выполнить подобные задачи, имея на своем борту человека, причем без серьезного ущерба его здоровью.
4. При определенных условиях создание таких устройств может стать вполне целесообразным. Такие условия могут возникнуть в ближайшие десятилетия.
В заключительных, констатирующих фразах последней части книги идет обсуждение далеких перспектив - возможности увидеть обратную сторону Луны, запуска искусственных спутников Земли, широкого применения их для различных целей, создания орбитальных станций, осуществления с их помощью определенных видов деятельности, в том числе научных исследований и астрономических наблюдений. Это позволяет считать июль 1923 года «точкой отсчета» космической астрономии.
В ознаменование 90-летия этого события редакция нашего журнала подготовила публикацию цикла статей о реализуемых в настоящее время (или недавно завершенных)
проектах исследования Вселенной, базирующихся на астрономических инструментах за пределами земной атмосферы. Полная летопись этой интереснейшей и активно
развивающейся отрасли астрономии заслуживает отдельной книги, которая, несомненно, уже в скором времени будет написана.
Космические телескопы видимого диапазона
В ходе эволюции человеческий глаз приобрел наибольшую чувствительность к тому участку электромагнитного спектра, который лучше всего пропускается земной атмосферой. Поэтому и астрономические наблюдения с древнейших времен ведутся главным образом в видимом диапазоне. Однако уже в конце XIX века астрономам стало понятно, что «воздушный океан» с его неоднородностями и непредсказуемыми течениями создает слишком много препятствий для дальнейшего развития наблюдательной техники. Если при измерениях положения звезд на небе все эти погрешности в основном устранялись статистическими методами, то попытки получить изображения небесных тел с высоким разрешением оказывались безуспешными даже в местах с наилучшим астроклиматом. При наблюдениях с поверхности Земли самые совершенные телескопы могли обеспечить стандартное разрешение порядка половины угловой секунды, в идеальных случаях - до четверти секунды. Теоретические расчеты показывали, что вынос телескопа за пределы атмосферы позволил бы на порядок улучшить его возможности (в ультрафиолетовой части спектра можно было добиться почти в 20 раз более высокого разрешения).
 |
|
ХАРАКТЕРИСТИКИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА:
> Длина - 13,3 м, диаметр - 4,3 м, масса - 11 тонн
(с установленными приборами - около 12,5 т); две солнечных батареи имеют размеры 2,6x7,1 м.
ПРИБОРЫ, РАБОТАВШИЕ ИЛИ РАБОТАЮЩИЕ НА ОБСЕРВАТОРИИ HUBBLE: > Широкоугольная и планетарная камера {Wide Field and Planetary Camera). Оснащена набором из 48 светофильтров для выделения участков спектра,
представляющих особый интерес для астрофизических наблюдений. В составе камер - 8 ПЗС-матриц (2 секции по 4 матрицы каждая). Широкоугольная
камера имеет больший угол обзора, планетарная камера обладает большим эквивалентным фокусным расстоянием, позволяя получать большие увеличения.
Именно этой камерой сделаны все потрясающие «пейзажные» снимки.
|
| КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ |
Начало практического воплощения идей внеатмосферной астрономии связано с именем американского астрофизика Лаймана Спитцера (Lyman Spitzer). В 1946 он подготовил для проекта RAND (Research and Development - «Исследования и разработка») компании Douglas Aircraft обширный доклад «Астрономические преимущества внеземной обсерватории», в котором не только доказал, что крупные орбитальные телескопы неизмеримо расширят возможности исследования небесных объектов, но и наметил развернутую программу таких исследований. Первая орбитальная обсерватория (для фотографирования Солнца) была запущена Великобританией в 1962 г. в рамках программы Ariel.
В 1968 г. Национальная аэрокосмическая администрация США (NASA) утвердила план строительства телескопа-рефлектора с диаметром зеркала 3 м. Проект получил условное название LST (Large Space Telescope - «Большой космический телескоп»). Запуск был запланирован на 1972 г. Но борьба продолжалась теперь уже в финансовой «плоскости»: средства то выделялись, то очередное правительство и Конгресс сокращали финансирование, вплоть до полного сворачивания программы. Диаметр объектива телескопа уменьшили до 2,4 м, зато появился новый участник проекта - Европейское Космическое агентство (ESA), взявшееся «в обмен» на 15% наблюдательного времени частично финансировать программу и участвовать в изготовлении отдельных приборов.
В 1979 г. был опубликован доклад NASA «Стратегия космической астрономии и астрофизики на 1980-е годы», в котором предполагалось осуществление программы «Большие обсерватории». Уже профинансированный Конгрессом в 1978 г. LST стал одним из четырех элементов проекта - ему была отведена роль «наблюдателя» в видимом, а также ближнем инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Комптоновская обсерватория (CGRO) отвечала за исследования в жестком рентгеновском и гамма-диапазоне,2 телескоп Chandra (СХО) должен был исследовать мягкое рентгеновское излучение, a Spitzer (SST) - средний и дальний инфракрасный участок спектра.
Hubble Space Telescope
Работы по созданию LST двигались наиболее быстро. Первоначально его отправка на орбиту планировалась на 1983 г. Правда, тогда его запустить не удалось, но было решено присвоить орбитальной обсерватории имя Эдвина Хаббла (Edwin Hubble). 24 апреля 1990 г. шаттл Discovery вывел телескоп на расчетную орбиту. От начала проектирования до запуска на этот проект было затрачено 2,5 млрд. долларов - при начальном бюджете $400 млн.
В настоящее время Hubble является старейшим и наиболее «плодовитым» астрономическим инструментом, работающим за пределами атмосферы. Для поддержания его в рабочем состоянии NASA организовала 4 ремонтных миссии, последнюю из которых осуществил экипаж шаттла Atlantis в мае 2009 г. Общие расходы на эксплуатацию орбитальной обсерватории с американской стороны составили более 6 млрд. долларов; еще 593 млн. евро выделило ESA.
Управление полетом, прием данных и их первичная обработка осуществляются Центром космических полетов Годдарда (Goddard Space Flight Center). В течение суток данные передаются в Научный институт космического телескопа (Space Telescope Science Institute, STScI), отвечающий за их основную обработку и публикацию для использования научным сообществом. Телескоп Hubble работает как международная исследовательская лаборатория. Рассматриваются проекты, поступающие со всего мира, хотя конкуренция за наблюдательное время весьма жесткая, поэтому реализуется в среднем один из 10 проектов.
Научные достижения телескопа Hubble. Несмотря на то, что после начала работы обнаружились отклонения формы главного зеркала телескопа от расчетной (не позволившие задействовать его «в полную силу»), Hubble практически сразу начал приносить ценные научные результаты. При создании этого инструмента было заявлено, что его основная задача - «устремить взор вглубь Вселенной». Ему предстояло, прежде всего, отработать «аванс» - продолжить исследования, начатые его «крестным отцом» Эдвином Хабблом:уточнить постоянную и проверить закон его имени, подтвердить интерпретацию красного смещения как допплеровского эффекта и реальность расширения Вселенной. С этими задачами ставший уже легендарным космический телескоп успешно справился.
В доказательствах того, что наша Галактика - не единственная подобная система во Вселенной, астрономы уже давно не нуждаются. Также не вызывает сомнений тот факт, что все эти «звездные острова» (точнее - их гравитационно связанные группы), постоянно удаляются друг от друга. Скорость взаимного удаления прямо пропорциональна расстоянию между объектами, а коэффициент пропорциональности носит название «константы Хаббла» (Н0). Ее первые оценки, сделанные самим Хабблом, давали значение порядка пятисот километров в секунду на мегапарсек. На протяжении последующих 90 лет они неоднократно пересматривались, будучи предметом ожесточенных дискуссий: ведь на самом деле эта константа, приведенная к системным единицам, представляет собой величину, обратную - ни много, ни мало - возрасту Вселенной. Последнее, наиболее точное ее значение равно 70,4 (км/с)/Мпк (Н0=2,28х10 -18 с -1), и немалую лепту в его установление внесли измерения, проведенные телескопом Hubble. Именно это и принято считать его главным «научным подвигом».
Установив факт расширения Вселенной, Эдвин Хаббл этим и ограничился, но его «космический тезка» пошел дальше и сумел не только подтвердить это на новом техническом уровне, но и доказать неравномерность этого расширения (точнее - его ускорение). Такое открытие требовало проведения измерений спектральных характеристик объектов на предельно больших расстояниях - а в этом был «силен» только Hubble. Удалось сделать несколько тысяч оценок блеска сверхновых типа 1а, особенность которых заключается в том, что в максимуме вспышки они выделяют примерно одинаковое количество энергии, а значит, наблюдаемая яркость вспышки зависит только от расстояния до ее источника.6 В выполнении этой программы исследований участвовало более десятка наземных и космических телескопов. Плоды такой кооперации были весьма успешными, а степень важности полученных результатов для науки оказалось достаточной для того, чтобы присудить коллективу авторов открытия Нобелевскую премию в области физики.
Для проверки «дальнобойности» телескопа было проведено несколько так называемых глубоких обзоров Вселенной. Для этого выбиралась площадка на небе, на которой отсутствуют близкие галактики и звезды нашей Галактики, и проводилось фотографирование с максимально длительными экспозициями. При этом удавалось запечатлеть очень удаленные объекты различных типов, размеров, светимостей и возрастов. Среди них были и молодые звездные скопления, которые только готовятся стать «привычными» галактиками, и уже вполне сформировавшиеся звездные системы. Глубокие обзоры Вселенной - Hubble Deep Field (HDF), в шутку названные астрономами «Глубокими Проколами Вселенной» -это взгляд сквозь миллиарды лет, в древнейшую историю нашего мира.
В ходе одного из «проколов» Hubble сосредоточил свое внимание на площадке размером в одну тридцатимиллионную часть небесной сферы и обнаружил на ней более 3000
тусклых - на пределе видимости - галактик. Детальный снимок другой подобной области неба продемонстрировал такую же картину, из чего был сделан вывод об изотропности
Вселенной - ее однородности во всех направлениях на больших масштабах. Поскольку такие наблюдения требуют весьма длительных экспозиций (во время одного из
сеансов «выдержка» достигла 11,3 суток), они были единичными. Астрономам удалось увидеть протогалактики - первые сгустки материи, сформировавшиеся менее чем через
миллиард лет после Большого взрыва и позже объединившиеся в звездные системы современного вида.
Особого внимания заслуживает уникальный эксперимент «Глубокий обзор Большими обсерваториями» (Great Observatories Origins Deep Survey - GOODS), осуществленный
скоординированными усилиями космических телескопов Hubble, Spitzer, Chandra, орбитального рентгеновского телескопа XMM-Newton и ряда крупнейших наземных инструментов.
Объектом наблюдений стали две площадки из программы Hubble Deep Field. На красном смещении Z=6 достигнута пространственная разрешающая способность порядка килопарсека,
для 60 тыс. галактик поля определены фотометрические красные смещения. Участники этого проекта утверждают, что они заглянули на 13 млрд. лет назад, в эпоху
реионизации, когда излучение первых звезд вызвало распад части атомов межзвездного водорода на электроны и протоны.
Рекордным пока что является «погружение» в глубины Вселенной, анонсированное в сентябре 2012 г. (Hubble extreme Deep Field). На протяжении 10 лет участок неба в
созвездии Печи экспонировался с суммарной выдержкой 2 млн. секунд. Астрономы утверждают, что в данном случае они увидели Вселенную в совершенно «детском» возрасте - не более
полумиллиарда лет. Самые тусклые галактики на снимке (всего их там насчитывается порядка 5500) имеют яркость в 10 млрд. раз ниже предела чувствительности
человеческого зрения.
 |
|
АКЦ ФИАН
Астрокосмический центр Физического института Академии Наук, Россия
ESA Европейское Космическое агентство NASA Национальная аэрокосмическая администрация, США CNES Национальный центр космических исследований, Франция CSA Канадское космическое агентство ASI Итальянское космическое агентство JAXA Японское агентство аэрокосмических исследований SSC Шведская космическая корпорация |
| КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ |
| Под названиями телескопов приведены параметры орбиты, оператор и дата запуска |
 |
Долгое время астрофизики-теоретики пытались убедить научную общественность в том, что сверхмассивные черные дыры обязательно должны присутствовать в центральных областях галактик, но наблюдательных доказательств этого не имели. Стоило «вмешаться в спор» телескопу Hubble - и все встало на свои места: сейчас экзотикой является скорее галактика без центральной черной дыры. Теперь аргументы ученых выглядят весьма убедительно: систематические наблюдения большого количества звездных систем выявили корреляцию между размерами балджа (центрального сгущения галактики) и массой сверхплотных объектов в их центрах, определяемой по лучевым скоростям звезд.
Не все результаты космического телескопа требовали сложных долговременных наблюдений. Среди его снимков много таких, которые сами по себе уже представляют решенные астрофизические задачи. Рождение звезд в «Трехдольной туманности» М20 он продемонстрировал исключительно наглядно. Планетарная туманность NGC 7027 - финальная стадия эволюции звезды, похожей на наше Солнце. Классическими стали «Столпы творения» в туманности «Орел»...
В момент подготовки «полетного задания» обсерватории некоторые проблемы не просто не были приоритетными - астрономы только догадывались о том, что они возникнут. К
таким задачам, прежде всего, следует отнести поиск планет иных звезд (экзопланет). Благодаря высокой чувствительности своих детекторов и отсутствию влияния
земной атмосферы Hubble способен зарегистрировать ничтожное изменение блеска наблюдаемой звезды, вызванное прохождением перед ее диском спутника планетных размеров.
В технике наблюдений такой способ поиска экзопланет называется «методом транзитов». Он применим только для объектов, плоскость орбиты которых слабо наклонена
к направлению на Землю, зато позволяет сразу определить много их характеристик - в частности, размер, массу, а иногда и состав атмосферы (путем спектрального
анализа излучения звезды во время «затмения»). Прорывным открытием следует признать первое обнаружение органической молекулы - метана СН4 -в газовой оболочке
планеты-гиганта HD 189733b с использованием одного из важнейших приборов телескопа Hubble - спектрометра NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer),
установленного на борту обсерватории через семь лет после запуска в ходе второй ремонтной миссии.
Кроме планетоподобных тел, космический телескоп подтвердил существование многочисленных протопланетных дисков в областях звездообразования (туманность «Орел», Большая Туманность Ориона) и возле некоторых звезд. Эти открытия инициировали появление весьма перспективного научного направления - поисков и исследования экзокомет, поясов экзоастероидов. Теперь уже очевидно, что процесс формирования планет в нашей Галактике происходит постоянно. Немало доказательств Hubble собрал для общепринятого с недавнего времени вывода о том, что экзопланеты должны быть во Вселенной вполне заурядным и распространенным явлением.
 |
|
Космический телескоп Hubble предоставил нам возможность полюбоваться потрясающим изображением яркого кольца звездообразования, окружающего сердце спиральной галактики с
перемычкой, обозначенной индексом NGC 1097. Эта галактика удалена от нас примерно на 45 млн. световых лет и видна в южном созвездии Печи. Она относится к классу
сейфертовских галактик, этот факт, что ее главная плоскость почти перпендикулярна к направлению на Землю, делает ее особенно «лакомым» объектом для астрономов.
Скрытая в самом центре галактики сверхмассивная черная дыра (ЧД) с массой окло 100 млн. солнечных масс постепенно поглощает вещество из окружающего пространства.
Это вещество, падая на ЧД, «закручивается» в аккреционный диск, разогревается и начинает излучать в широком диапазоне электромагнитных волн. Контуры диска четко
очерчены сравнительно недавно «родившимися» звездами, материалом для которых является падающее на ЧД вещество центрального бара (перемычки) галактики. Эти области
звездообразования ярко светятся благодаря излучению облаков ионизованного водорода. Диаметр кольца составляет около 5 тыс. световых лет, а спиральные рукава NGC 1097
простираются на десятки тысяч световых лет за ее пределы.
Однако в поведении этой галактики наблюдаются отдельные моменты, которые резко выделяют ее из сообщества подобных объектов. У нее имеется два небольших компаньона - эллиптическая галактика NGC 1097А, находящаяся на расстоянии 42 тыс. световых лет от центра «основной» звездной системы, и карликовая галактика NGC 1097В. Их наличие, безусловно, влияет на эволюцию необычного космического «трио». Существуют серьезные основания утверждать, что в недалеком (по космическим масштабам) прошлом взаимодействие между его членами было более тесным и активным. NGC 1097 является также уникальным регионом для «охотников за сверхновыми»: в ней уже отмечено три случая вспышек звезд большой массы в период между 1992 и 2003 гг. В этом отношении она заслуживает особого внимания и проведения регулярного мониторинга. |
 |
| КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ |
Основной «сферой деятельности» мощного космического телескопа, конечно же, мыслились исследования дальнего Космоса. Поэтому при изучении нашей Солнечной системы его потенциал был задействован довольно ограниченно. Но и перечень его достижений в ее пределах также впечатляет. Прежде всего, следует отметить небывалое в истории астрономии сопровождение падения на Юпитер обломков кометы Шумейкер-Леви 9 (D/1993 F2 Shoemaker-Levy 9) в июле 1994 г. Этот случай стал первым наблюдавшимся столкновением двух тел Солнечной системы.
Телескоп Hubble наконец-то сфотографировал поверхность Плутона с таким разрешением, что стало возможным говорить о составлении его карты. На снимках, сделанных космической обсерваторией, эксперты различают полярные шапки, яркие перемещающиеся пятна и загадочные линии. Впечатляющим было также открытие у Плутона, в дополнение к уже известному спутнику Харону, еще четырех небольших лун - Никты, Гидры, PIV, PV.
При наблюдениях астероида Веста (4 Vesta) планетологов поразила высокая разрешающая способность и четкая детализация поверхности (конечно, не стоит сравнивать снимки, сделанные полтора десятка лет назад с расстояния более 110 млн. км, с теми, которые получил космический аппарат Dawn в 2011-12 гг., находясь на орбите вокруг Весты). После того, как Hubble в 2006 г. провел исследования объекта 2003 UB313, вначале считавшегося 10-й планетой Солнечной системы, а позже получившего имя Эрида (136199 Eris), это небесное тело было признано слишком маленьким, чтобы «носить звание» планеты. Не подлежит сомнению и важность открытия полярных (авроральных) сияний на планетах-гигантах Юпитере и Сатурне, а также на юпитерианских лунах Ио и Ганимеде.
 |
|
Важным объектом исследований телескопа Hubble стали планетарные туманности - посмертный этап эволюции звезд типа нашего Солнца. По мере истощения запасов
термоядерного горючего они начинают периодически выбрасывать свое вещество в окружающее пространство, переходя в состояние белого карлика - сверхплотного объекта,
выделяющего энергию за счет медленного гравитационного сжатия. Сброшенные оболочки, освещаемые излучением звездного остатка, формируют сложные структуры, в
которых просматривается динамика процесса испускания вещества.
Ярким примером таких структур могут служить газовые волокна туманности NGC 5189, расположенной в южном созвездии Мухи на расстоянии 1800 световых лет (она имеет неофициальное название «Спираль»). Можно предположить, что туманность была сформирована в процессе взаимодействия двух независимых расширяющихся структур, наклоненных друг к другу. Подобную двойную биполярную структурированность обычно объясняют наличием у «сгоревшей» звезды массивного спутника, который своим притяжением влияет на направление «рек» истекающего газа. Хотя это объяснение весьма правдоподобно, визуально обнаружить такой компаньон в данном случае не удалось. Яркие золотистые кольца состоят из большого количества радиальных нитей и кометоподобных узлов. Обычно они формируются комбинированным воздействием ионизирующего излучения и звездного ветра. Фотография была сделана 6 июля 2012 г. Камерой широкого поля (Wide Field Camera 3) через узкополосные фильтры, центрированные на основные линии эмиссии ионизированных атомов серы, водорода и кислорода. Для определения цвета звезды в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне использовались широкополосные фильтры. |
| КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ |
Поскольку сервисные миссии к обсерватории Hubble больше невозможны (из-за прекращения полетов американских кораблей многоразового использования), ее технические возможности со временем будут только сокращаться, а оборудование - морально устаревать. NASA гарантирует полноценное функционирование телескопа как минимум до 2015 г. Его предполагаемый «сменщик», названный в честь бывшего директора американского космического ведомства Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope -JWST), будет ориентирован в основном на ближний инфракрасный диапазон. Связано это с тем, что в результате развития технологии адаптивной оптики, компенсирующей влияние неоднородностей атмосферы, наземные обсерватории в скором времени смогут делать снимки небесных объектов с «хаббловским» разрешением, затрачивая на это намного меньше средств и усилий, чем требуется для вывода на орбиту и эксплуатации сравнимого по размерам инструмента.
Человека всегда волновали тайны мироздания. Когда появилась наша вселенная? Как давно? Существуют ли другие планеты, похожие на Землю? Вопросов огромное количество, и астрономы с помощью своих приборов всегда пытались увидеть в космосе больше, дальше и отчётливей.
Осуществлять наблюдение с поверхности нашей планеты в целом достаточно удобно. Надо просто выбрать место с атмосферой, не загрязнённой различными выбросами. Линзу телескопа можно сделать настолько большой, насколько позволяют имеющиеся технологии. Осталось только автоматизировать процесс наблюдения и записи результатов. И, казалось бы, всё, готовься узнать все тайны мира. Однако перед исследователями возникает большая проблема, связанная с поглощением земной атмосферой приходящего из космоса инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Между тем, в этом невидимом человеческим глазом волновом диапазоне содержится огромный объём информации, помогающей понять сущность происходящих процессов.
Лайман Спитцер
Идею создания средства наблюдения, картинка которого не подвержена искажению земной атмосферой, впервые выдвинул Герман Оберт в 1923 году. В то время такие перспективы казались очень далёким будущим. Однако уже в 1946 году в работе астрофизика Лаймана Спитцера были сформулированы основные принципы функционирования внеземной обсерватории. В качестве основного рабочего элемента предлагалось использовать не систему линз, как в обычных земных телескопах, а огромное зеркало, которое будет собирать на своей поверхности потоки исходящего излучения. При этом на точность наблюдения будет влиять только ровность зеркальной поверхности без каких-либо привнесённых искажений, вызванных турбулентными потоками земной атмосферы. Ну и конечно такой телескоп мог бы работать во всех интересующих диапазонах.
Период от формулирования идеи до её воплощения составил более 40 лет. Ведь сначала необходимо было детально отработать процедуру вывода телескопа на околоземную орбиту, да и инструменты, позволяющие с огромной точностью отполировать поверхность зеркала, появились только в 60-х годах прошлого века.
Первопроходцем в сфере создания больших космических телескопов по праву считается американская корпорация НАСА. Начиная с 1962 года она вплотную занималась созданием универсальных средств наблюдения. Первые орбитальные астрономические обсерватории (ОАО) были достаточно громоздкими и не имели устойчивых каналов связи с центром управления для передачи накопленной информации. Но даже эта несовершенная техника позволила сделать ряд научных открытий. Например, впервые была сфотографирована и изучена ультрафиолетовая спектрограмма Солнца.
Телескоп Хаббл
Следующим шагом должна была стать разработка телескопа с большим зеркалом, которое можно было бы использовать для изучения удалённых галактик и планет. Его строительство продолжалось около 15 лет, а стоимость была настолько велика, что НАСА пришлось обращаться за помощью к Европейскому космическому агентству. В результате на орбиту он был выведен только в 1990 году. Телескоп получил имя американского учёного Эдвина Хаббла, который разработал концепцию расширяющейся Вселенной.
Первые результаты работы нового космического телескопа оказались просто ошеломляющими. Невозможная ранее разрешающая способность, позволяющая без всяких искажений получить отчётливое изображение далёких планет, произвела настоящий фурор в научном сообществе. С помощью «Хаббла» удалось в деталях рассмотреть процесс столкновения кометы Шумейкера-Леви с Юпитером, получить чёткие изображения поверхности Плутона, обнаружить ранее неизвестные планеты, находящиеся вне солнечной системы.
Фрагмет туманности Киля, сфотографированной телескопом Хаббл в 2010 году
Срок службы космического телескопа «Хаббл» заканчивается в 2014 году. Ему на смену должен прийти новый аппарат, строительство которого уже вовсю ведётся НАСА и Европейским космическим агентством. Участвуют в разработках и российские учёные. Планируется, что новый телескоп получит имя Джеймса Вебба, талантливейшего американского учёного, внёсшего огромный вклад в изучение теории происхождении нашего мира.
Диаметр зеркала нового телескопа будет равен 6,5 метров (у «Хаббла» - 2,5 м). Для его защиты от солнечной радиации предполагается развернуть огромный отражающий экран, целью которого будет отведение лишнего тепла от измерительных датчиков. Телескоп сможет заглянуть ещё дальше во вселенную, уловить излучение самых далёких звёзд. Поэтому неслучайно, что основной целью выведения его на орбиту считается проведение целого комплекса наблюдений в отношении планетарных систем вне нашей галактики, изучение их физико-химических параметров и определение возможности существования на них органической жизни. С помощью нового телескопа учёные будут стремиться доказать, что мы не одиноки во вселенной.
Современные космические телескопы размещаются в открытом космосе с целью регистрации электромагнитных излучений в тех диапазонах, для которых атмосфера Земли непрозрачна. Вследствие отсутствия влияния земной атмосферы разрешающая способность таких приборов в несколько раз больше, чем у наземных аналогов. Телескопы разделены на классы согласно основным диапазонам частот, включающих рентгеновское излучение, гамма-излучение, ультрафиолетовое излучение, а также инфракрасное, видимое, микроволновое и радиоизлучение.
Собрать и измерить гамма-излучение, исходящее от астрофизических источников, и являющееся высоко энергетическим, могут гамма-телескопы. Гамма-излучение идет от сверхновых нейтронных звезд, черных дыр и пульсаров и поглощается атмосферой, поэтому для ведения наблюдения необходимы полеты в космосе или высотные аэростаты. В этом диапазоне работают телескоп Комптон, обсерватория Гранат и телескоп Ферми. Рентгеновское излучение, представляющее собой фотоны высоких энергий, измеряется соответствующими телескопами. Рентгеновские лучи испускаются такими астрофизическими объектами, как остатки звезд, скопления галактик и черные дыры активных галактических ядер. Они также поглощаются земной атмосферой, вследствие чего могут измеряться в самых высоких слоях атмосферы или в космическом пространстве. С этой задачей успешно справляются рентгеновская обсерватория ASCA, орбитальная обсерватория BeppoSAX, и обсерватория с зеркалами HEAO-2. Ультрафиолетовый диапазон длин волн изучается ультрафиолетовыми телескопами. Свет на длинах волн от 10 до 320 нм поглощается атмосферой, поэтому все наблюдения за небом проводятся либо в высоких слоях атмосферы, либо в космосе. К объектам, излучающим ультрафиолет, относится Солнце, а также другие галактики и звезды. А измерением занимаются телескопы FUSE и GALEX, и обсерватория Copernicus. Оптическая астрономия считается самой старой формой этой науки. Телескоп, работающий в данном диапазоне (от 400 до 700 нм), атмосферных помех не видит, однако обеспечивает получение высокого разрешения. Они используются для наблюдения протопланетных дисков, галактик, звезд и планетарных туманностей. К этому виду телескопов относятся американский Kepler, обсерватория SIM Life и знаменитый телескоп Хаббл, являющийся совместным проектом Европейского космического агентства и NASA.
Свое название данная автоматическая обсерватория получила в честь американского астронавта Эдвина Хаббла. А запуск телескопа состоялся весной 1990 года. Именно благодаря ему были получены карты поверхностей планет Эриды и Плутона, стало возможным наблюдение за ультрафиолетовыми полярными сияниями на Ганимеде, Юпитере и Сатурне. Была подтверждена гипотеза об изотропности Вселенной и теория о наличии в центрах галактик сверхмощных черных дырах. А полученные телескопом снимки планет не оставили равнодушным никого из зрителей. Инфракрасное излучение испускается более холодными объектами, поскольку имеет гораздо меньшую энергию, чем свет видимый. В этом излучении можно наблюдать за туманностями, холодными звездами и очень далекими галактиками, что и выполняют космический телескоп Herschel, орбитальная обсерватория IRAS, телескоп Спитцер и телескоп имени Джеймса Вебба, которым в дальнейшем планируется заменить Хаббл. Фотонов на сверхвысоких частотах достаточно, однако из-за слишком низкой энергии их концентрация должна быть максимальной. В этом диапазоне возможно измерение космического микроволнового фона, а также тормозного и синхронного излучений нашей галактики. На подобные исследования способны космическая обсерватория COBE, известная также под именем Explorer 66, аппарат WMAP и европейский телескоп Planck. Поскольку для радиоволн атмосфера прозрачна, то находящийся в космосе телескоп помогает производить одновременные наблюдения совместно с наземными аппаратами. В данном случае исследуются звездообразования в галактиках, гравитационное линзирование, а также остатки сверхновых звезд. К радиотелескопам относятся HALSA, ASTRO-G и РадиоАстрон. Испускаемые Солнцем и Галактикой лучи наблюдаются космическими аппаратами для регистрации частиц, к которым причислены HEAO-3, AMS-01 и AMS-02. Учеными предполагается, что созданный новейший вид космического телескопа поможет обнаружить гравитационные волны, представляющие собой рябь в пространстве-времени, образованную в результате столкновений черных дыр и нейтронных звезд.
Качественные строительные материалы очень важны, ведь именно от них зависит надежность будущей конструкции, например, сетка сварная арматурная должна быть правильно подобрана, не стоит экономить, выбирайте проверенного производителя, который поставит вам самый лучший строительный материал.
В настоящее время на самых различных орбитах вокруг Земли, Солнца и в точках Лагранжа работает множество космических телескопов, покрывающих весь диапазон электромагнитных волн от радио- до гамма-излучения, в их числе уникальный и крупнейший в истории российский Радиоастрон.
Космические телескопы могут работать круглые сутки, для них исключены искажения атмосферы и погодные условия, большая часть открытий в глубоком космосе приходится на эти обсерватории.
Лучшим из аппаратов, работающих в радиодиапазоне в режиме интерферометра со сверхдлинной базой совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов, является российский Радиоастрон, он позволяет получить самое высокое угловое разрешение за всю историю астрономии – 21 микросекунда дуги. Это более чем в тысячу раз лучше разрешения космического телескопа «Хаббл», оптический телескоп с таким угловым разрешением мог бы разглядеть спичечный коробок на поверхности Луны.
Космический радиотелескоп с приёмной параболической антенной диаметром 10 метров выведен 18 июля 2011 года ракетой-носителем «Зенит-3SLБФ» на высокоапогейную орбиту спутника Земли высотой до 340 тыс. км в составе космического аппарата «Спектр-Р». Он является крупнейшим в мире космическим телескопом, что было отмечено в книге рекордов Гиннеса.
Основные изучаемые типы объектов - это квазары, нейтронные звёзды и черные дыры. В новой программе до конца 2018 года - исследования внутренних областей ядер активных галактик и их магнитных полей, слежение за наиболее яркими квазарами, изучение облаков водяного пара во Вселенной, пульсаров и межзвездной среды, гравитационный эксперимент.
Недавно получены научные данные об открытии экстремальной яркости ядра квазара 3С273 в созвездии Девы, он имеет температуру от 10 до 40 триллионов градусов. В изображении квазара удалось разглядеть неоднородности – яркие пятнышки, которые появились "на просвет" при прохождении излучения сквозь межзвездную среду Млечного пути.
Астрофизики впервые смогли изучить структуры, связанные с процессами в сверхмассивной черной дыре в центре нашей Галактики.
В диапазоне микроволнового излучения наилучшие результаты были получены обсерваторией Европейского космического агентства "Планк", функционировавшей до 23 октября 2013 года. Главное зеркало размером 1,9?1,5 м наклонено по отношению ко входящему пучку, апертура телескопа - 1,5 м. "Планк" производил наблюдения из точки Лагранжа L2 системы Солнце-Земля на удалении 1 500 000 км.
Основной задачей являлись исследования распределения интенсивности и поляризации реликтового излучения с высоким разрешением.
По данным «Планка», мир состоит на 4,9 % из обычного (барионного) вещества, на 26,8 % из тёмной материи и на 68,3 % из тёмной энергии.
Уточнена постоянная Хаббла, новое значение H0 = 68 км/c/Мпк, то есть с момента большого взрыва прошло 13,80 млрд лет.
Из анализа полученных данных удалось более уверенно установить количество типов нейтрино - три типа (электронное, мюонное и тау-нейтрино).
«Планк» подтвердил наличие небольшого отличия спектра первоначальных возмущений материи от однородного, что является важным результатом для инфляционной теории, которая является на сегодняшний день основополагающей теорией первых мгновений жизни Вселенной.
В инфракрасном диапазоне крупнейшим был телескоп "Гершель" Европейского космического агентства, с зеркалом диаметром 3,5 метра, запущенный с помощью ракеты-носителя «Ариан-5» одновременно с обсерваторией "Планк" к точке Лагранжа L2. Он функционировал до 17 июня 2013 года, пока не исчерпались 2300 кг жидкого гелия для охлаждения инфракрасной ПЗС-матрицы.
Исследовались формирование и развитие галактик в ранней Вселенной; химический состав атмосфер и поверхности тел Солнечной системы, включая планеты, кометы и спутники планет. Главным объектом исследований было образование звёзд и их взаимодействие с межзвёздной средой. Получено множество красивейших снимков галактических газовых туманностей.
В молекулярном облаке W3, расположенном на расстоянии в 6200 световых лет от Земли, можно рассмотреть желтые точки, которые являются протозвездами небольшой массы. Более массивные "зародыши" светил окрашены на снимке синим светом, соответствующим их более высокой температуре.
Среди оптических телескопов наиболее крупным, самым знаменитым и заслуженным, является космический телескоп НАСА и Европейского космического агентства «Хаббл» с главным зеркалом диаметром 2.4 метра, запущенный шаттлом «Дискавери» 24 апреля 1990 года на орбиту вокруг Земли высотой 569 км. После пяти техобслуживаний, произведенных в ходе экспедиций космических челноков, продолжает работу и в настоящее время.
Телескопом имени Эдвина Хаббла получены тысячи снимков планет Солнечной системы
Исследованы планетные системы у некоторых близких звёзд
Получены красивейшие и необычные снимки газовых туманностей
Показали свою необычайную красоту далекие галактики.
Уже упоминавшийся близкий квазар 3С273 с вырывающимся из центра джетом:
На этом изображении с общим временем экспозиции в 2 миллиона секунд, насчитывается около 5500 галактик, самая далекая из которых удалена от нас на 13,2 млрд световых лет, самая молодая галактика, запечатлённая на снимке, образовалась всего через 600 млн. лет после Большого взрыва.
В ультрафиолетовом диапазоне волн крупнейшим был и остается также «Хаббл», а крупнейшим специализированным ультрафиолетовым телескопом была советская обсерватория «Астрон» с диаметром главного зеркала 0.8 м, запущенная 23 марта 1983 года ракетой-носителем «Протон» на вытянутую орбиту - от 19015 км до 185071 км вокруг Земли и проработавшая до 1989 года.
По количеству результатов "Астрон" считается одним из самых успешных космических проектов. Были получены спектры свыше сотни звёзд различных типов, около тридцати галактик, десятков туманностей и фоновых областей нашей Галактики, а также нескольких комет. Проводилось изучение нестационарных явлений (выбросы и поглощение материи, взрывы) в звёздах, явлений ключевых для понимания процесса образования газопылевых туманностей. Наблюдались кома кометы Галлея с 1985 по 1986 год и вспышка сверхновой 1987А в Большом Магеллановом облаке.
Снимки Петли Лебедя, полученные телескопом Хаббла в ультрафиолете:
Среди рентгеновских обсерваторий выделяется космический телескоп «Чандра», взлётная масса AXAF/Чандра составляла 22 753 кг, что является абсолютным рекордом массы, когда-либо выведенной в космос космическими челноками шаттлами, запущенный 23 июля 1999 года с помощью шаттла "Колумбия" на вытянутую орбиту - от 14304 км до 134528 км вокруг Земли, он действует и в настоящее время.
При наблюдениях обсерваторией «Чандра» в Крабовидной туманности удалось различить ударные волны вокруг центрального пульсара, бывшие до сего момента незаметными другим телескопам; удалось различить рентгеновское излучение сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути; был обнаружен новый тип чёрных дыр в галактике M82, ставший недостающим звеном между чёрными дырами звёздных масс и сверхмассивными чёрными дырами.
Доказательства существования тёмной материи были открыты в 2006 году при наблюдении столкновений сверхскоплений Галактик.
В гамма-диапазоне продолжает работу международный космический гамма-телескоп Ферми массой 4303 кг, запущенный 11 июня 2008 года ракетой-носителем "Дельта-2" на орбиту высотой 550 км.
Первым значительным открытием обсерватории была регистрация гамма-пульсара, расположенного в остатке сверхновой CTA 1.
Начиная с 2010 года, телескоп зарегистрировал несколько мощных гамма-вспышек, источником которых являются новые звезды. Такие гамма-вспышки возникают в тесно связанных двойных системах, когда вещество аккрецируется с одной звезды на другую.
Одним из самых удивительных открытий, сделанных космическим телескопом, стало обнаружение гигантских образований размером до 50 тысяч световых лет, расположенных над и под центром нашей Галактики, которые возникли благодаря активности сверхмассивной чёрной дыры центра Галактики.
В октябре 2018 года с помощью ракеты «Ариан-5» планируется к запуску космический телескоп имени Джеймса Уэбба с диаметром главного зеркала 6.5 метра. Он будет работать в точке Лагранжа в оптическом и инфракрасном диапазонах, значительно превосходя по возможностям космический телескоп имени Хаббла.
НПО имени С. А. Лавочкина работает над космической обсерваторией «Миллиметрон» («Спектр-М») миллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн с криогенным телескопом диаметром 10 м. Телескоп по своим характеристикам на порядки превысит показатели аналогичных западных предшественников.
Один из самых амбициозных проектов Роскосмоса, запуск которого намечался после 2019-го года, находится на стадии макетов, проектных чертежей и расчетов.
Телескоп Хаббл носит название в честь Эдвина Хаббла и является работающей в абсолютно автоматическом режиме обсерваторией, местом нахождения которой является орбита планеты Земля.
Шаттл Дискавери 24 апреля 1990 года вывел космический телескоп Хаббл на заданную орбиту. Нахождение на орбите дает отличную возможность фиксировать электромагнитное излучение в инфракрасном диапазоне Земли. Вследствие отсутствия атмосферы, способности Хаббла увеличиваются в разы по сравнению с такими же аппаратами, находящимися на Земле.
Трехмерная модель телескопа
Технические данные
Космический телескоп Хаббл, представляет собой сооружение цилиндрической формы протяжённостью 13,3 м, окружность которого составляет 4,3 м. Масса телескопа до оснащения спец. оборудованием составляла 11 000 кг, но после установки всех необходимых для исследования приборов общая его масса достигла 12 500 кг. Питание всего установленного в обсерватории оборудования осуществляется за счет двух солнечных батарей, установленных прямо в корпус данного агрегата. Принцип работы представляет собой рефлектор системы Ричи-Кретьена с диаметром главного зеркала 2,4 м, это дает возможность получать изображения с оптическим разрешением порядка 0,1 угловой секунды.
Установленные приборы
В данном устройстве имеется 5 отсеков предназначенных для приборов. В одном из пяти отсеков долгое время находилась с 1993 по 2009 годы корректирующая оптическая система (COSTAR), она предназначалось для того, чтобы компенсировать неточность главного зеркала. Благодаря тому, что все приборы, которые были установленные, имеют встроенные системы коррекции дефекта, COSTAR демонтировали, а отсек стали использовать для установки ультрафиолетового спектрографа.
На момент отправки аппарата в космос, на нем были установлены следующие приборы:
- Планетарная и широкоугольная камеры;
- Спектрограф высокого разрешения;
- Камера съемки и спектрограф тусклых объектов;
- Датчик точного наведения;
- Высокоскоростной фотометр.
Достижения телескопа
На фотографии телескопа — звезда RS Кормы
За все время своей работы Хаббл передал на Землю около двадцати терабайтов информации. В результате чего, были опубликованы около четырех тысяч статей, возможность наблюдать небесные тела получили более трехсот девяноста тысяч астрономов. Только за пятнадцать лет работы телескопу удалось получить семьсот тысяч изображений планет, всевозможных галактик, туманностей и звезд. Данные, которые ежедневно проходят через телескоп в процессе работы составляют примерно 15 Гб.
Снимок газопылевого облака IRAS 20324+4057
Несмотря на все достижения этого оборудования обслуживание, содержание и ремонт телескопа в 100 раз превышает стоимость содержания его «наземного коллеги». Правительства США задумывается об отказе от использования данного аппарата, но пока он на орбите и исправно работает. Есть предположение, что данная обсерватория будет располагаться на орбите до 2014 года, затем ее заменит космический собрат «Джеймс Вебб».
