Как осваивается космос. История телескопа «Хаббл» и его исследований

Изучение космоса — одна из главных задач технологической гонки между развитыми странами.

В космос хотят отправить музыкальные диски популярных исполнителей, туристические шаттлы и первых людей, которые должны будут основать на Марсе (или другой пригодной для жизни планете) земную колонию. В связи с этим количество изобретений, связанных с изучением космического пространства, растет в геометрической прогрессии. На орбиту выводятся искусственные спутники, космические корабли и новейшие станции, способные обрабатывать огромное количество данных. Около 30 лет назад был запущен первый телескоп, до сих пор исправно работающий на орбите.

Этот наиболее известный телескоп, передающий на Землю сотни фотографий планет, звездных скоплений и космического мусора, — «Хаббл». Его конструированием занималась огромная команда, а каждая деталь будущего телескопа должна была быть выверена на тысячу процентов. Сейчас, несмотря на изредка возникающие поломки, телескоп работает в штатном режиме. Каждую неделю официальный сайт миссии «Хаббла» публикует фотоотчеты, создает «событие недели» и рассказывает о будущих технических экспедициях на орбиту.

Хотите узнать больше о космическом телескопе, его создателе, методах починки агрегата прямо на орбите и планах NASA на его дальнейшее использование? Мы подготовили для вас подробный гид по вселенной телескопа «Хаббл».

Космический телескоп «Хаббл»: история создания

Телескоп фактически является проектом NASA и космического агентства Европы. В космосе он был размещен для того, чтобы регистрировать электромагнитные лучи в инфракрасном (невидимом без использования специальных девайсов) диапазоне. Со своей работой телескоп справляется в десять раз лучше, чем аналогичные аппараты на Земле. По крайней мере так заявляют специалисты NASA.

Изначально идею о размещении телескопа на орбите подал астрофизик Лайман Спитцер. Он научно обосновал необходимость такого аппарата в космосе около ста лет назад. Первые «поставки» прототипов телескопа начались в середине 60-х годов XX века. Один из похожих на «Хаббл» аппаратов хотели запустить еще в 1972-м, но из-за недостатка финансирования задача провалилась.

Для начала ученые решили выбрать название будущему телескопу. Так он стал носить имя ученого Эдвина Хаббла, который выдвинул нескольких важных научных теорий и подтвердил тогда еще не доказанное существование огромного количества галактик во Вселенной. В 20-х годах прошлого века он нашел пульсирующие переменные звезды в туманностях, находящихся слишком далеко от Земли, чтобы быть частью нашей галактики. До его открытия астрономы считали Млечный Путь единственной галактикой во Вселенной.

Бюджет на создание телескопа в итоге все же увеличили, и еще как. С 36 миллионов долларов стоимость проекта поднялась до 400. В дальнейшем расходы только увеличивались — нужно было уделить больше времени полировке зеркал и созданию единой работающей системы из существовавших компонентов. Запуск стал возможным только в середине 80-х, однако тогда он не состоялся. На время доработок аппаратов программы «Спейс шаттл» (в год должно было совершаться 24 старта) из-за произошедшей в 1986 году катастрофы, когда космический челнок с экипажем упал через несколько секунд после запуска, проект был заморожен. Телескоп доставили на орбиту в 1990-м; к тому моменту на его создание уже было потрачено около 2,5 миллиарда долларов. На данный момент стоимость проекта приблизилась к 10 миллиардам.

Эдвин Хаббл. Кто на самом деле создал телескоп

Эдвин Хаббл — один из самых влиятельных специалистов в сфере космоса и астрономии в XX веке. За время своей работы он успел создать научные проекты в сотрудничестве с несколькими обсерваториями. Эдвин подтвердил существование большого количества галактик, а также открыл закон расширения Вселенной, назвав его «законом Хаббла».

Всю свою жизнь исследователь изучал галактики и скопления звезд. Он открыл астероид, названный в его честь, однако решающей роли в создании телескопа, который смог бы работать в космосе, Хаббл не сыграл. Устройство названо в его честь, так как на момент запуска аппарата ученый считался главным специалистом в области изучения космоса, и разработчики приняли решение увековечить в истории не свои имена, а фамилию своего «учителя».

Технические характеристики телескопа «Хаббл»

Оптика «Хаббла», из-за которой финансирование проекта было увеличено в несколько раз, была создана согласно системе Ричи — Кретьена. В телескопе используется система зеркал, которые не идентичны привычным нам линзам. Вместо них используются телескопы-рефлекторы, обладающие двухзеркальным объективом. Интересно, что детали, которые были использованы при создании телескопа, не менялись вот уже 30 лет — с момента его вывода на орбиту. Но инструменты, используемые для обслуживания телескопа, меняются довольно часто.

Кроме нескольких зеркал (их количество варьируется от 13 до 6) телескоп обладает камерой типа WFC3. В 2009 году старая камера, которая выдавала снимки в форме квадрата без одного из углов, была заменена новой разработкой. Из-за проблем камеры WFPC2 с матрицей, которая получала изображения в различном увеличении, составить финальную картинку в едином диапазоне было невозможно. Снимки, которые были критически важны, пришлось переделывать уже на новом оборудовании.

Телескоп должен был функционировать не более 15 лет (по факту он работает на орбите без перерывов уже в 2 раза больше этого срока и останавливаться по техническим причинам не планирует). Аппарат весит примерно 12 тонн, а его длина не превышает 13 метров. Небольшой аппарат буквально «тащит на себе» всю мировую индустрию, связанную с изучением космоса.

Задачи телескопа на орбите

Основными задачами телескопа считаются регистрация электромагнитных лучей и поставка фотографий различных объектов на Землю. За все время работы на орбите телескоп получил около 1,5 миллиона таких снимков. Объем накопленных телескопом данных превышает 50 терабайт. На их основании современные астрономы опубликовали тысячи научных работ и статей по изучению космоса и новым разработкам в этой сфере.

Научные исследования, по сути, являются главной задачей вывода телескопа на орбиту. Однако у экспертов, знакомых с состоянием индустрии, вполне резонно возникает вопрос к огромным объемам финансирования проекта. Получить те же данные, но с гораздо более меньшей доказательной базой, можно было и на Земле, используя уже существующие телескопы и не выделяя средств на очередной космический проект. Тем не менее открыть новые спутники и изучить отдаленные галактики стало возможным только благодаря активному использованию мощностей «Хаббла». Телескоп в космосе позволяет с высокой точностью подтвердить или опровергнуть научную гипотезу просто из-за того, что он находится ближе к изучаемым объектам. Если «земной» телескоп дает возможность лишь построить гипотезу, то «Хаббл» нацелен на сбор доказательств.

Как работает телескоп

Телескоп управляется с земли; центр поддержки расположен в Мэриленде, США. Специалисты управления подготавливают решения по техническим вопросам и выбирают, какие объекты и данные нужно исследовать при помощи «Хаббла». Штат увеличивается на время отправки экспедиций к телескопу; а в обычном режиме всеми работами управляет команда из 10 человек.

На телескоп можно отправить заявку на сбор данных, что и происходит каждый год. Ученые со всего мира присылают их около тысячи, чтобы получить необходимые для своих исследований данные. Ежегодно «Хаббл» проводит 15–20 тысяч наблюдений, результаты которых безвозмездно отправляются в научные центры, резервировавшие время для проведения исследования телескопом на орбите.

Самые известные открытия «Хаббла»

Телескоп практически точно установил значение постоянной Хаббла, которая ранее имела погрешность в 50% (сейчас максимальная погрешность составляет 10%, что в данном случае является отличным результатом). Постоянная связывает расстояние до галактики со скоростью ее удаления. Телескоп сфотографировал момент столкновения одной из комет с Юпитером, поверхности Плутона и Сатурна, планетные диски вокруг звезд из разных туманностей. «Хаббл» сыграл решающую роль в подтверждении теории о наличии черных дыр в центре галактик, а также передал данные, которые позволили составить космологическую модель Вселенной.

В первые 10 лет телескоп стал научной сенсацией. Сейчас ученые как будто привыкли к «земному глазу», находящемуся на орбите на постоянной основе.

В 2013 году аппарат открыл Гиппокамп, спутник Нептуна, а еще через 3 года обнаружил новую галактику. В 2018-м телескоп передал снимки, на которых изображена одна их древнейших галактик, которая существует около 500 миллионов лет.

Как экспедиции исправляют поломки телескопа в открытом космосе

Основные поломки телескопа были обнаружены в 90-х годах, когда он только начал работу на орбите. Его резкость понизилась, поставив под сомнение расчетные данные, поэтому большинство исследований, которые были запланированы изначально, не могли быть проведены. Причина поломки оказалась в неправильной шлифовке зеркала, на которую потратили дополнительно полученное финансирование в размере нескольких миллионов долларов. Для линзы пришлось разрабатывать корректирующую систему, которую доставили на орбиту с ближайшей экспедицией. Для проведения надлежащего техобслуживания специалистам пришлось выйти в открытый космос — иначе скорректировать линзу не представлялось возможным. Аппарат в итоге был установлен далеко не с первого раза, поскольку специфики работы с телескопом на орбите космонавты еще не знали. Камера, которая передавала неточные изображения из-за проблем с линзой, также была заменена.

В 2009 году на телескоп было решено поставить новые приборы, содержащие обновленное поколение корректирующей оптики. Поэтому система, которая до этого являлась основным поводом для волнений специалистов NASA, была заслуженно отправлена в музей астронавтики.

В каком состоянии телескоп находится сейчас. Прогнозы на будущее

В настоящий момент телескоп перевыполнил план, проработав на орбите около 30 лет. Ученые предполагали, что он будет находиться в космосе только до 2014 года, но неготовность следующих проектов по запуску телескопов в космос заставила NASA отложить срок «списания» «Хаббла» на 5 лет. Запуск нового телескопа назначен на 2021 год, но точных данных о готовности аппарата пока что нет. Для дополнительного продления времени работы телескопа некоторые его системы нужно будет перевести на безопасный режим функционирования. Это ограничит работу «Хаббла» в сфере научных исследований, но даст возможность выиграть время для конструирования аппарата ему на замену.

Снимки телескопа «Хаббл» высокого разрешения

Галактические антенны

Мозаика галактики Сомбреро

Звездный шпиль в туманности Орла

Световое эхо спустя три года после гибели звезды

Столп газа и пыли, образующий новую звезду

Естественный вид Сатурна

Естественный вид Юпитера

Телескоп «Хаббл» войдет в историю как один из наиболее долго работающих на орбите земных аппаратов. Несмотря на все проблемы, связанные с его запуском и обслуживанием, именно «Хаббл» ответственен за половину разработок в астрономии и астрофизике. Как уже упоминалось, телескоп отлично справляется с изначально поставленными задачами и пока что работает в штатном режиме, помогая исследователям со всего мира подтверждать или опровергать свои гипотезы.