Хаббл (телескоп)

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Хаббл» — наше окно во вселенную / Документальный фильм Би-би-си // BBC News - Русская служба (13 нояб. 2020 г.) [51:01]
Главные фото Хаббла за 30 лет работы // Alpha Centauri (22 июл. 2020 г.) [12:04]
Вселенная глазами телескопа Хаббл // Сергей Чурашов (27 янв. 2012 г.) [1:03:22]
С точки Зрения Науки / Телескоп Хаббл / Документальный Фильм National Geographic 2023 на русском // Лучшие Документальные Фильмы HD (28 июл. 2023 г.) [49:54]

Космический телескоп «Хаббл», КТХ (Hubble Space Telescope, HST) — автоматическая обсерватория.

Размещёна на орбите Земли. Это совместный проект NASA (НАСА) и Европейского космического агентства. Телескоп «Хаббл» работает в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном спектрах[1].

История[править]

В 1946 году в одном из ведущих в мире научных журналов по астрономии и астрофизике Astronomy Quarterly была опубликована статья «Астрономические преимущества внеземной обсерватории» Лаймана Спитцера, в которой автор высказал идею о размещении на орбите телескопа и научно обосновал необходимость такого аппарата в космосе. Спитцер считал, что подобные телескопы смогут «открыть новые явления, которые трудно даже вообразить, и, возможно, значительно изменить наши базовые представления о пространстве и времени»[1].

Спитцер также отметил, что возникающие в атмосфере турбулентные помехи не явятся для внеземного телескопа помехой. Кроме того, космический аппарат сможет вести наблюдения не только в обычном, но и в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах волн, значительная часть излучений которых поглощается земной атмосферой. Как результат, посредством внеземного телескопа можно будет разглядеть и объекты, недоступные для наблюдения с поверхности Земли[2].

С 1966 по 1972 годы NASA реализовало проект, в который вошли четыре спутника ОАО (Orbiting Astronomical Observatory), и на которых были размещены детекторы ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения. Эксперимент оказался не совсем успешным: два спутника досрочно завершили миссию, но при помощи двух других удалось получилось спектры сотен звёзд высокого качества и открыть несколько пульсаров. Впервые было установлено, что кометы окружены огромным водородным облаком, шириной в несколько сотен тысяч километров[3].

В 1968 году начались первые разработки прототипов космического телескопа[4]. NASA предложило проект постоянно действующего на орбите гигантского телескопа-рефлектора[2]. Большой вклад в проект внесла Нэнси Грейс Роман, принявшая участие в планировании и разработке ряда орбитальных телескопов, в том числе и «Хаббла». В последующие годы Нэнси за свой вклад в проблему называли не иначе, как «Матерью Хаббла»[5].

В 1970 году NASA учредило два комитета для разработки космического телескопа: в одном комитете изучались и планировались технические аспекты, во втором разрабатывались программы научных исследований. Работа над созданием космического телескопа была поделена между многими компаниями и учреждениями. Космический центр Маршалла отвечал за разработку, проектирование и строительство телескопа, Центр космических полётов Годдарда осуществлял общее руководство разработкой научных приборов и был выбран в качестве наземного центра управления. Центр Маршалла заключил контракт с компанией «Перкин-Элмер» на проектирование и изготовление оптической системы телескопа (Optical Telescope Assembly — OTA) и датчиков точного наведения. Корпорация «Локхид» получила контракт на строительство космического аппарата для телескопа.

В 1978 году Конгресс США утвердил финансирование в размере 36 млн долларов, и сразу после этого начались полномасштабные работы по проектированию телескопа, к которой подключились многие научные центры и технологические компании, всего тридцать два учреждения по всему миру[6]. NASA получило согласие Белого дома на совместную работу с Европейским космическим агентством, со штаб-квартирой в Париже. Дата запуска планировалась на 1983 год, однако катастрофа космического челнока «Челленджер» с семью астронавтами на борту, случившаяся 28 января 1986 года, приостановила на время полёты американских многоразовых транспортных космических кораблей[7].

В 1982 году телескоп получил название «Хаббл» в честь Эдвина Хаббла, выдвинувшего несколько важных научных теорий и подтвердившего ещё не доказанное в то время существование во Вселенной огромного количества галактик. До открытия Эдвина Хаббла астрономы считали Млечный Путь единственной галактикой во Вселенной[1].

В 1990 году, 24 апреля, космический шаттл Дискавери (Discovery) стартовал с мыса Канаверал с телескопом «Хаббл» в грузовом отсеке[8].

Запуск и начало работы[править]

Космический аппарат «Хаббл» был доставлен на высоту около 610 км и запущен на орбиту[9]. Несмотря на то, что телескоп имел преимущество перед наземными телескопами, оптике которых приходится «пробиваться» сквозь слои атмосферы, прогнозы учёных, планировавших использовать КТХ для наблюдения планет Солнечной системы, отдалённых звёзд и галактик, не оправдались, и первые два года работы не принесли практических результатов[10]. Первая статья, основанная на наблюдениях телескопа, была опубликована 1 октября 1990 года.

Дефект главного зеркала[править]

Сделанные «Хабблом» снимки до и после установки блока корректирующей аппаратуры.

27 июня 1990 года центр координации полётов НАСА сообщил об обнаруженном дефекте в главном зеркале телескопа. Отклонение поверхности зеркала от заданной формы составило 2 мкм, что обусловило сильную сферическую аберрацию, приведшую к расфокусировке изображения. Угловое разрешение телескопа оказалось существенно ниже проектного[8], что привело к тому, что получаемые результаты оказались хуже, чем у наземных телескопов такого же диаметра[11].

Для исправления ошибки фирма Kodak 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». Астронавтам пришлось совершить 5 выходов в открытый космос, чтобы вернуть телескоп в строй[12].

Современный этап[править]

За последние годы участились случаи поломок оборудования телескопа, происходит постепенное снижение орбиты телескопа. Представители NASA надеются, что телескоп сможет проработать до 2030 года — после этого высоту орбиты понизят до такой степени, что аппарат частично сгорит в атмосфере Земли и упадет на дно Тихого океана. 22 сентября 2022 года представители компании SpaceX и агентства NASA подписали соглашение о космической программе Polaris, в ходе которой будет установлено, возможно ли поднять орбиту телескопа и осуществить повторный ремонт «Хаббла», чтобы удлинить срок его службы на 10-15 лет[13].

Технические характеристики[править]

Ранние стадии строительства «Хаббла».

Телескоп «Хаббл» входит в группу Больших обсерваторий NASA, и оставался самым большим оптическим инструментом в космосе, пока в 2009 году Европейское космическое агентство не запустило на орбиту инфракрасный телескоп «Гершель» (Herschel Space Observatory) с диаметром зеркала 3,5 метра. Диаметр зеркала определяет разрешение телескопа, от площади его поверхности зависит, насколько тусклые объекты еще доступны наблюдению[14]. Главное зеркало КТХ имеет диаметр 2,4 м, массу 816 кг, оно монолитно и изготовлено из кремниевого стекла с алюминиевым покрытием. На шлифовку и полировку зеркала ушло два года и четыре месяца.

Резервное зеркало для КХТ диаметром 2,5 м. Находится в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия.

Для работы инфракрасной камеры, доставленной астронавтами к орбитальному телескопу во время второго полёта, было предусмотрено охлаждение жидким азотом до температуры 60 кельвинов (−213 °C). На телескоп был доставлен сосуд Дьюара, содержащий более 100 кг твёрдого азота, который постепенно таял и использовался для охлаждения. Но из-за небольшого нарушения теплоизоляции азот закончился быстрее, чем планировалось и в следующей экспедиции астронавтам пришлось ремонтировать систему охлаждения[14].

Основные характеристики космического телескопа «Хаббл»[11]:

  • бюджет проекта — 16 млрд долларов от старта проекта в 1978 году (6 млрд долларов на момент запуска в 1990 году).

Приборы[править]

Телескоп имеет модульную структуру, все научные инструменты размещаются в модулях, которые легко снимать и устанавливать на аппарат. Всего телескоп содержит пять отсеков для оптических приборов. Один из отсеков в течение долгого времени (1993—2009 годы) занимала корректирующая оптическая система COSTAR, установленная во время первой экспедиции. Поскольку все приборы, установленные в последующих сервисных экспедициях, имеют встроенные системы коррекции дефекта главного зеркала, во время последней миссии стало возможным демонтировать систему COSTAR и использовать отсек для установки ультрафиолетового спектрографа.

На момент 2023 года на борту установлены пять научных приборов[16]:

  • Усовершенствованная камера для съёмок (ACS) представляет собой широкоугольную камеру третьего поколения. Была установлена ​​​​на космическом телескопе «Хаббл» во время сервисной миссии в 2002 году. и предназначена для наблюдения за большими участками неба на различных длинах волн.
  • Спектрограф Cosmic Origins (COS) работает в ультрафиолетовом диапазоне и имеет два канала: канал дальнего ультрафиолета (FUV), охватывающий длины волн от 90 до 215 нм, и канал ближнего ультрафиолета (NUV), с длинами волн от 170 до 320 нм. Используется для наблюдений за яркими источниками, такими как звёзды и квазары, установлен во время сервисной миссии в 2009 году.
  • Спектрограф изображения космического телескопа (STIS) объединяет камеру со спектрографом, и позволяет получать данные о температуре, химическом составе, плотности и движении небесных объектов. Установлен в 1997 году во время второй сервисной миссии.
  • Широкоугольная камера 3 (WFC3) высокого разрешения работает в трех диапазонах: ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном. Благодаря широкому обзору позволяет запечатлевать все астрономические объекты — от образования ближайших звёзд до галактик в очень далеких Вселенных.
  • Датчик точного наведения (FGS) фиксируется на наблюдаемых звёздах и направляет «Хаббл» в нужном направлении. На телескопе используются три датчика. Два датчика направляют телескоп на астрономическую цель, а затем удерживают эту цель в поле зрения научного прибора. Третий датчик доступен для проведения научных наблюдений, точного измерения расстояния между звёздами и их относительного движения.
  • Камера ближнего инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр (NICMOS) позволяет получать изображения осуществлять спектроскопические наблюдения астрономических целей в ближнем инфракрасном диапазоне. Хотя NICMOS в настоящее время неактивен, большая часть его функций заменена другими научными инструментами «Хаббла».

Экспедиции[править]

Работы на телескопе во время первой экспедиции.

Помимо первой экспедиции 1993 года, в ходе которой был устранён дефект главного зеркала, а также заменены солнечные батареи, гироскопы, широкоугольная камера и другие важные компоненты, астронавты совершили к «Хабблу» ещё четыре экспедиции.

В экипаж каждой экспедиции входили семь астронавтов. Для проведения ремонтных работ им приходилось по несколько часов работать в открытом космосе. Телескоп на время ремонта помещался на платформу в грузовом отсеке прилетевшего шаттла[7].

11-21 февраля 1997 года — вторая сервисная экспедиция на шаттле «Дискавери». На аппарат были установлены инфракрасная камера-спектрометр NICMOS и спектрограф STIS.

13 ноября 1999 года вышли из строя несколько гироскопов, после чего аппарат перевели в безопасный режим. 19-27 декабря этого же года была совершена третья сервисная экспедиция на шаттле «Дискавери», которая провела замену всех гироскопов и установила новый бортовой компьютер[2].

Астронавты Майкл Гуд и Майк Массимино выполняют работы по восстановлению и модернизации космического телескопа «Хаббл» в ходе четвёртой экспедиции.

1-12 марта 2002 года прибывшая на шаттле «Колумбия» четвёртая сервисная экспедиция обновила систему охлаждения спектрометра NICMOS, устанавила новую камеру ACS, а также обновила солнечные батареи.

27 сентября 2008 года из-за сбоя при передаче данных на Землю «Хаббл» был переведен в безопасный режим.

11-24 мая 2009 года к КТХ на шаттле «Атлантис» была отправлена сервисная экспедиция: прибывшие астронавты провели ремонт спектрографа STIS и камеры ACS, заменили часть гироскопов и аккумуляторов. На аппарат был установлен новый УФ-спектрограф COS и камера WFC3[2].

В ходе каждой экспедиции заменялись вышедшие из строя или радикально ухудшившие свои характеристики приборы и устройства. К настоящему времени на космической обсерватории не осталось ни одного из научных приборов, с которыми она стартовала в 1990 году[11].

Работа с телескопом[править]

В течение первых нескольких лет работы телескопа часть резервного времени выделялась астрономам-любителям. Их заявки рассматривались комитетом, в который входили также и наиболее известные астрономы-непрофессионалы. Основными требованиями к заявке были оригинальность исследования и несовпадение темы с поданными профессиональными астрономами запросами[2].

В общей сложности, в период между 1990 и 1997 годами было произведено 13 наблюдений по программам, предложенным астрономами-любителями. В дальнейшем, из-за сокращения бюджета института, предоставление времени непрофессионалам было прекращено[17].

Заявку на работу с «Хабблом» теперь может подать любой человек или организация, вне зависимости от ее государственной или академической принадлежности. Конкуренция очень высока, а суммарно запрошенное время, как правило, в 6−9 раз превышает реально доступное.

Конкурс заявок на наблюдение объявляется примерно раз в год. Заявки делятся на несколько категорий[17]:

  • Общие наблюдения. В эту категорию попадает большинство заявок, требующих обычной процедуры и длительности наблюдений.
  • Блиц-наблюдения, требующие не более 45 минут, включая время наведения телескопа, что позволяет заполнить паузы между общими наблюдениями.
  • Срочные наблюдения, для изучения явлений, которые можно наблюдать в течение ограниченного, заранее известного промежутка времени.

Кроме того, 10 % времени наблюдений остаётся в так называемом «резерве директора института космического телескопа». «Хаббл» использовали в качестве инструмента в своей работе свыше 3900 астрономов[2].

Совершённые открытия[править]

Поток данных, который телескоп ежемесячно генерирует в процессе наблюдений, превышает 80 Гбайт. Общий объем данных, накопленный за все время работы телескопа к середине 2011 года, составлял примерно 50 Тбайт[11]. За 31 год своей работы «Хаббл» выполнил свыше 1,5 млн исследований Вселенной, на основе которых было подготовлено более 18 000 научных работ и совершено более двух десятков астрономических открытий.

В рамках исследования «Окно поиска транзитных внесолнечных планет в созвездии Стрельца» (SWEEPS) «Хаббл» проверил 180 000 звёзд в центральном шаровидном утолщении Млечного Пути, находящемся в 26 000 световых лет от Земли. Полученные данные совпадают с количеством планет, которые, как предполагалось, могут быть обнаружены при исследовании с такого большого расстояния. Если результат экстраполировать посредством математических методов на всю Галактику, можно прийти к выводу, что в ней содержится не менее шести миллиардов планет размером с Юпитер[18].

Исследуя Галактику, КТХ помог уточнить сведения о такой важнейшей характеристике звёзд, как их масса. На фотографиях некоторых туманностей обнаружены звёзды, находящиеся в эмбриональной стадии эволюции, и завершающие жизненный путь звезды, такие как белые карлики. Есть фотографии, позволившие уточнить детали строения и эволюции протопланетных дисков, из которых формируются планеты. Кроме того, с помощью КТХ астрономы открыли несколько экзопланет[7].

Помимо этого, «Хаббл» совершил ещё одно выдающее открытие: впервые в истории определен химический состав атмосферы экзопланеты. Планета Осирис вращается вокруг звезды HD 209458 в созвездии Пегаса. «Хаббл» установил, что в атмосфере Осириса определённо присутствуют метан, пары воды и двуокись углерода.

Ниже перечень наиболее значимых открытий, совершённых посредством телескопом «Хаббл», с точки зрения пресс-центра NASA[19]:

  • Благодаря изучению пульсирующих звёзд удалось определить возраст нашей Вселенной — 13,8 млрд лет.
  • В январе 1992 года астрономы подтвердили существование планет за пределами Cолнечной системы.
  • Телескоп зафиксировал столкновение кометы Шумейкера-Леви 9 с Юпитером в 1994 году. Это первые в истории фотографии столкновения двух объектов Солнечной системы.
  • Телескоп детально зафиксировал эволюцию погоды Юпитера, в том числе редкий шторм вблизи экватора планеты.
  • «Хаббл» сделал ряд снимков поверхности Плутона впервые с момента открытия планеты в 1930 году.
  • Аппарат сфотографировал шлейф газа и пыли высотой 400 км в результате извержения вулкана на Ио, самой большой внутренней луне Юпитера.
  • Подтвердил предположения о наличии сверхмассивных чёрных дыр в ядрах Галактик.
  • Нашёл самый далекий из известных на сегодня космических объектов — галактику GN-z11. Сейчас мы видим её такой, какой она была 13,4 млрд лет назад.
  • Подтвердил существование на спутнике Юпитера Ганимеде огромного подземного океана под 150-километровой толщей льда. На основании этого открытия астрономы внесли крупнейший в Солнечной системе спутник в список возможных кандидатов на поиск жизненных форм.
  • Обнаружил водяной пар на экзопланете K2-18b из обитаемой зоны, а также первую подтвержденную межзвёздную комету 2I/Borisov.

Известные снимки, полученные телескопом[править]

В искусстве и культуре[править]

В 2010 году в США был снят документальный фильм «Хаббл» о полётах шаттлов для ремонта и модернизации космического телескопа. Режиссёр фильма — Тони Майерс, текст озвучивает актёр Леонардо Ди Каприо. Упоминание телескопа также можно встретить в масштабном фантастическом фильме «Армагеддон» 1998 года, где именно «Хаббл» делает первые снимки огромного метеорита, летящего к Земле.

В кинокомедии 1991 года «Голый пистолет 2½: Запах страха» обыгран дефект главного зеркала выявленный в начале миссии «Хаббла», это ситуация поставлена в один ряд с такими катастрофами, как крушение «Титаника» и затопление «Лузитании», взрыв дирижабля «Гинденбург» и землетрясение в Сан-Франциско 1906 года.

С 1998 по 2016 год был запущен проект «Наследие Хаббла», курируемый группой астрономов и специалистов по обработке изображений из Научного института космического телескопа. Целью проекта было использование архива изображений космического телескопа «Хаббл» для создания художественно высоких изображений Вселенной[20].

В США работает передвижная выставка, знакомящая посетителей с космическим телескопом «Хаббл». На выставке представлена ​​масштабная модель телескопа, а также несколько «спутниковых» блоков. Также, на выставке представлены работы, демонстрирующие вклад Хаббла в исследование планет, звёзд, галактик и Вселенной[21].

В честь 30-летия со дня запуска «Хаббла» центром NASA были записаны четыре выпуска подкаста.

История[править]

  1. 1,0 1,1 1,2 Дэвид Х. Деворкин Космос. Уникальные снимки телескопа «Хаббл». — АСТ.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Владимир Веретенников Поломки, открытия и снова поломки. Краткая история «Хаббла» — первого орбитального телескопа // НОЖ : Сайт. — 2022.
  3. The Copernicus Satellite (OAO-3). Проверено 23 мая 2023.
  4. Evan Mcbride Как осваивается космос. История телескопа «Хаббл» и его исследований // Hitecher : Сайт. — 2010.
  5. Константин Радченко 15 женщин, внесших большой вклад в астрономию (30 марта 2020). Проверено 31 мая 2023.
  6. Орбитальный телескоп Хаббл: история великих открытий // Novate : Журнал.
  7. 7,0 7,1 7,2 Ефрем Левитан Телескоп имени Э. Хаббла: 20 лет на орбите // Наука и жизнь : Журнал. — 2010. — № 6.
  8. 8,0 8,1 Роман Фишман Судьба телескопа: как закончится жизнь самого зоркого прибора в мире // TechInsider : Журнал. — 2020.
  9. Мария Биккинина Не только «Хаббл»: космические телескопы настоящего и будущего // РБК : Газета. — 2021.
  10. Телескоп Hubble. История запуска и технического обслуживания (11.02.2021). Проверено 21 мая 2023.
  11. 11,0 11,1 11,2 11,3 Алифанов О. М. и др. Фундаментальные космические исследования. Книга 1: Астрофизика . / Г. Г. Райкунов. — Москва: Физматлит, 2014. — С. 166. — 450 с. — ISBN 978-5-9221-1549-0.
  12. Антон Первушин История космических телескопов // МирФ : Сайт. — 2019.
  13. Рамис Ганиев SpaceX хочет продлить срок службы телескопа «Хаббл» до 2040-х годов // Hi-news. — 2022.
  14. 14,0 14,1 «Джеймс Уэбб» vs «Хаббл»: насколько вперед шагнет астрономия в этом году // Вокруг света : журнал. — 2022.
  15. Design. Проверено 26 мая 2023.
  16. Instruments (28 февраля 2023). Проверено 27 мая 2023.
  17. 17,0 17,1 Хаббл (телескоп) - Доступ к телескопу (2011). Проверено 25 мая 2023.
  18. «ОБИТЕЛЬ БОГА» ГОРОД В КОСМОСЕ НА СНИМКАХ NASA, ЧТО ЭТО НА САМОМ ДЕЛЕ?. Проверено 31 мая 2023.
  19. Discoveries (2023-01-14). Проверено 22 мая 2023.
  20. Hubble Heritage. Проверено 23 мая 2023.
  21. At the Museum - About the Hubble Traveling Exhibit (2023-02-28). Проверено 22 мая 2023.
П:
Древний период
Средневековье
Становление теоретической астрономии
XVII век

Закон всемирного тяготения

XVIII век
XIX век

Открытие Нептуна

XX век

Телескоп Хаббл

Znanie.png Одним из источников этой статьи является статья в википроекте «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Хаббл (телескоп)», находящаяся по адресам:

«https://baza.znanierussia.ru/mediawiki/index.php/Хаббл_(телескоп)»

«https://znanierussia.ru/articles/Хаббл_(телескоп)».

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.
Всем участникам Знание.Вики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?»