Хаббл: долгая миссия в космосе
Хаббл и сейчас радует нас новыми открытиями. Не смотря на то, что по времени нахождения в космосе он рекордсмен, мы не воспринимаем его как старичка - ветерана. А ведь подумать только, на момент запуска, телескоп для хранения данных использовал катушечные магнитофоны, и только позже они были заменены на твердотельные накопители.
Кто такой Эдвин Хаббл?
Сложно поверить, но ещё в начале прошлого века люди были уверены, что Вселенная ограничивается только нашей галактикой. Эдвин Хаббл изменил представление о размерах Вселенной и месте Млечного пути в ней. Тем самым его имя можно поставить в один ряд с именем Николая Коперника, автора гелиоцентрической системы мира.
Телескоп, названный его именем, был призван расширить наше видение Вселенной и сложно представить, что он мог бы быть назван в честь кого-то другого. Впрочем, это вполне могло бы случиться, если бы Эдвин Хаббл не стал астрономом. А так вполне могло бы и быть, он был спортсменом, затем юристом, и даже преподавал испанский язык. Но в конце концов стал астрономом.
Эдвин Пауэлл Хаббл родившийся в 1889 году, внёс решающий вклад в понимание структуры космоса и стал одним из наиболее влиятельных астрономов и космологов прошлого века. Ему принадлежат три открытия изменивших астрономическую науку.
Наблюдая в телескоп за спиральными туманностями, Эдвин Хаббл пришёл к выводу, что они находятся слишком далеко для того чтобы быть частью нашей галактики. И действительно это были отдельные галактики, такие как наша. Не случайно галактику Андромеды иногда, как говорится по старой памяти, называют туманностью.
Когда стало понятно что, помимо Млечного пути в космосе есть ещё мириады галактик, потребовалась их классификация. Наблюдаемые галактики были им сгруппированы по следующим типам: эллиптические, линзообразные, спиральные и неправильные. Уже позже было установлено, что Млечный путь относится к спиральным галактикам.
Третьим значимым выдающегося открытием астронома было открытие расширения Вселенной. И не просто расширение, а расширение с ускорением. Чем больше расстояние между галактиками, тем больше скорость их разлёта друг от друга. Эту зависимость, позже назовут законом Хаббла.
Работу телескопа названного его именем, вполне можно назвать продолжением работы самого Эдвина Хаббла.
Старт и местоположение в космосе
Шаттл Дискавери, с телескопом на борту стартовал 24 апреля 1990 года. На следующий день он вывел Хаббл на заданную орбиту. Но на этом они не надолго расстанутся. В дальнейшем Дискавери будет два раза принимать участие в ремонте и модернизации Хаббла.
Космический телескоп находится на низкой околоземной орбите. Высота его орбиты около 569 км. Такое положение обеспечивает возможность ремонта телескопа. По сравнению с другими космическими аппаратами орбита Хаббла находится выше орбиты МКС (337 - 430 км), но гораздо ниже навигационных спутников GPS (20 200 км)и ГЛОНАС (19 400 км). Геостационарная орбита, на которой расположены телекоммуникационные спутники, а так же находятся коммуникационные спутники TDRSS, через которые данные собранные Хабблом передаются на Землю, так же находится гораздо выше орбиты телескопа - 35 786 км.
Что касается других космических телескопов, то для них характерно разнообразие орбит. Так, идущий на смену Хабблу, телескоп Джеймс Уэбб займет свое место на гелиоцентрической орбите вблизи второй точки Лагранжа (L2) системы Земля - Солнце и присоединится к уже находящемуся там европейскому телескопу Gaia. Ране в окрестностях этой точки также находился космический телескоп Гершель, созданный Европейским космическим агентством. Расстояние до точки Лагранжа (L2) составляет 1 500 000 км.
Известный своими открытиями экзопланет, телескоп Кеплер находится на гелиоцентрической орбите и вращается вокруг Солнца на расстоянии одной астрономической единицы от него. То есть на том же расстоянии что и Земля. А российский телескоп интерферометр Радиоастрон обращается вокруг Земли по эллиптической орбите достигая в высшей точке (апогее) 340 тыс. км. Он практически «достаёт» орбиту Луны.
Космические обсерватории не случайно пытаются вывести на орбиты подальше от Земли. Вероятно Хаббл последний крупный телескоп, расположенный на низкой околоземной орбите. Близость к Земле конечно облегчает обслуживание телескопа, к нему направлялось пять технических миссий, но осложняет наблюдения. Существенная часть астрономических объектов затемнена планетой практически половину времени обращения телескопа вокруг Земли. Кстати, период обращения телескопа вокруг планеты составляет 96-97 мин.
Достижения и открытия
Космический телескоп Хаббл не случайно является самым известным из множества телескопов выведенных в космос. Один из большой четвёрки обсерваторий NASA, он единственный предназначен для наблюдения в видимом диапазоне. Это позволяет получать потрясающие снимки космических объектов, которые затем представляются широкой публике.
Туманность Конская голова
Другие телескопы четвёрки – Комптон (исследует гамма-излучение, выведен на орбиту в 1991 году), Чандра (рентгеновское излучение, 1999 год), и Спитцер (инфракрасный диапазон, 2003 год) так же внесли существенный вклад в астрономию, но их достижения менее эффектно можно проиллюстрировать. Это же можно сказать и о российском Радиоастроне, являющемся крупнейшим в мире космическим телескопом.
Кеплер, запущенный в 2009 году, второй по известности космический телескоп, так же не даёт картинки, которую можно показать общественности. Для иллюстрации его открытий NASA привлекает множество художников, которые преобразуют научные данные в привлекательные и захватывающие изображения экзопланет.
Телескоп расположенный на орбите имеет существенное преимущество перед телескопами на поверхности Земли. Благодаря отсутствию атмосферы (атмосферных помех) разрешающая способность телескопа в 10 раз выше, чем у такого же телескопа, но расположенного на Земле. Отсутствие атмосферы так же позволяет регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна и в первую очередь - в инфракрасном диапазоне. Не случайно и земные телескопы, чтобы уменьшить влияние атмосферы, стараются поднять как можно выше над уровнем моря и размещают в высокогорных районах.
Вот только некоторые снимки Хаббла удивившие нас и имеющие значение для науки:
Галактика Андромеды – самая близкая к нам из больших галактик. Её наблюдениями, тогда ещё считаемой туманностью, занимался Эдвин Хаббл.
«Столпы творения», наверное, самая известная и эффектная фотография сделанная телескопом. Представляют собой скопления межзвёздного газа и пыли в туманности Орёл, расположенной на расстоянии около 7000 световых лет от нас. Такое название получили потому, что газ и пыль в них вовлечены в процесс формирования новых звёзд. Стоит сказать, что фотографии этой области космоса, сделанные космическим телескопом Гершель, тоже красивы, но выглядят не столь эффектно.
Эффект гравитационного линзирования был предсказан ещё Альбертом Эйнштейном. Голубое подковообразное свечение вокруг красной галактики есть не что иное, как мираж. Красная галактика, на фотографии выглядящая как звезда, исказила своей гравитацией идущий к нам свет от более удалённой голубой галактики.
Созвездие Центавра известно не только тройной звездой Альфа Центавра, самой близкой звездой к Солнцу, но и шаровым звёздным скоплением Омега Центавра. Хаббл заглянул и в него, увидев мириады звёзд похожие на россыпь самоцветов. Шаровое скопление находится от нас на расстоянии 18 300 световых лет.
В марте этого года, астрономы с помощью телескопа Хаббл, обнаружили самый дальний из известных нам объектов во Вселенной. Свет от галактики GN-z11 шёл до Земли 13,4 миллиарда лет. Галактика возникла всего через 400 миллионов лет после Большого взрыва. Фактически она находится на краю Вселенной.
Эксплуатация
Снимки которыми запомнится Хаббл это не только фотографии сделанные самим телескопом, но и те на которых он сам «позировал». Для этого было множество причин и возможностей. Главные из которых уже упомянутые технические миссии к телескопу.
Первый ремонт
Впрочем, первая модернизация телескопа прошла ещё на Земле. План строительства телескопа был утверждён NASA ещё в 1968 году, тогда он ещё даже не назывался Хаббл. Сроки строительства затягивались и планируемый запуск многократно откладывался. Но когда телескоп уже был построен, запуск назначили на октябрь 1986 года. Но из-за трагедии с Челенджером полёты челноков были приостановлены. Отсрочка позволила модернизацию телескопа.
На телескопе были заменены солнечные батареи, вместо ране установленных, поставили более совершенные. Подвергся модернизации бортовой вычислительный комплекс и системы связи. Для того чтобы легче было обслуживать телескоп на орбите были внесены изменения в конструкцию кормового защитного кожуха. Время также было потрачено на то чтобы дописать программное обеспечение телескопа, так как к 1986 году он ещё не было готово.
Практически сразу после запуска выяснилось, что телескоп работает не так как этого ожидали учёные. Получаемые изображения были лучше, чем те которые можно было сделать земными телескопами, но гораздо хуже, чем планировалось. Причина оказалась вполне земная. Дефект главного зеркала вызванный ошибкой при его полировке. Дефект можно было выявить и на Земле, тем более что некоторые измерительные приборы указывали на это, но человеческий фактор сыграл свою роль. Телескоп стоимостью несколько миллиардов долларов отправился в космос с дефектным главным зеркалом.
Не смотря на то, что на Земле осталось запасное зеркало, сделанное другой компанией, произвести замену зеркала диаметром 2,4 метра в космосе не представлялось возможным. Поиски выхода из ситуации, привели к простому, хотя и сложному технически, решению. Так же как человек с плохим зрением надевает очки, так и телескопу предстояло тоже надеть своеобразные очки.
Система оптической коррекции (COSTAR) состояла из двух зеркал, одно из которых компенсировало дефект. Но так как место на телескопе было ограничено то встал вопрос каким из установленных прибором пожертвовать. Здесь требуется сказать, что Хаббл не просто телескоп, это космическая обсерватория. Его зеркала захватывают свет, а обрабатываться он может различными приборами расположенными на его борту.
Отказаться было решено от высокоскоростного фотометра. К слову сказать, что этот тип прибора является основным в телескопе Кеплер, подарившем нам множество открытий экзопланет. Интересно как бы сложилась история Хаббла и астрономии в целом, если бы этот прибор не был демонтирован.
Первая техническая миссия состоялась со 2 по 13 декабря 1993 года. Это была, пожалуй, самая важная экспедиция к телескопу и одна из сложнейших в истории шаттлов. Было совершено пять длительных выходов в открытый космос. Телескоп был захвачен манипулятором, что позволило провести его ремонт и обслуживание.
Была заменена часть приборов и солнечные батареи, телескоп был поднят на более высокую орбиту, но главное была установлена корректирующая система. 31 января 1994 года NASA продемонстрировало первые снимки значительно лучшего качества.
Галактика М100: снимки до и после установки системы коррекции
В дальнейшем к Хабблу летали ещё четыре раза. В телескопе были заменены практически все приборы. Неоднократно менялись гироскопы, солнечные батареи и теплоизоляция. На современные твердотельные накопители был заменён бортовой регистратор, записывавший данные на магнитную ленту. Со временем необходимость в системе коррекции отпала, поскольку все находящиеся на борту приборы уже имеют встроенные средства корректировки дефекта главного зеркала. Пожалуй, заменено все кроме главного зеркала.
Одна из технических миссий
Хаббл ещё остаётся на орбите. Но уже в ближайшее время в космос отправится его сменщик Космический телескоп имени Джеймса Уэбба. Это должно случиться до конца 2018 года. А в NASA уже задумываются о новом телескопе. WFIRST (Wide-Field Infrared Survey Telescope) который придёт на смену уже Уэббу, будет иметь обзор в 100 раз больше, чем у телескопа Хаббл.
