Телескоп имени Э.Хаббла: 20 лет на орбите
Доктор педагогических наук Ефрем Левитан.
О космическом телескопе имени Э.Хаббла мир узнал 20 лет назад. С тех пор летающая вокруг Земли обсерватория остаётся одним из главных источников уникальной информации о дальних звёздах и галактиках.
О космическом телескопе имени Э.Хаббла мир узнал 20 лет назад. С тех пор летающая вокруг Земли обсерватория остаётся одним из главных источников уникальной информации о дальних звёздах и галактиках. Вначале планировалось, что телескоп проработает на околоземной орбите 15лет, но, по-видимому, он доживёт в рабочем состоянии до 30-летия, а может и больше, и поможет разгадать ещё не одну тайну Вселенной.
25 апреля 1990 года многоразовый космический корабль «Дискавери» вывел на околоземную орбиту высотой около 610 км уникальный аппарат — космический телескоп имени Э.Хаббла (КТХ). Его могли запустить в космос несколькими годами раньше. Однако катастрофа космического челнока «Челленджер» с семью астронавтами на борту, случившаяся 28 января 1986 года, остановила на время полёты американских многоразовых транспортных космических кораблей.
Телескоп получил имя великого американского астронома Эдвина Хаббла (1889—1953). Хаббл доказал, что во Вселенной кроме нашей Галактики — Млечного Пути существует множество других (ближайшая из них — Туманность Андромеды) и что все они удаляются друг от друга. Открыв разбегание галактик, учёный вывел знаменитый закон, утверждающий, что галактики разбегаются со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними.
По своей первой профессии Хаббл был юристом, но любовь к астрономии, привитая ему дедушкой в дет-стве, затмила все другие интересы и сделала его одним из выдающихся открывателей Вселенной.
Телескоп имени Э.Хаббла — весьма внушительное сооружение: длина — 13,1 м, диаметр — 4,2м, размах солнечных батарей — 12м, масса — 11,3т, диаметр главного зеркала телескопа-рефлектора — 2,4м.
Главное зеркало КТХ массой 816 кг и диаметром 2,4 м изготовлено из плавленого кварцевого стекла, не подверженного тепловым деформациям. На его шлифовку и полировку ушло два года и четыре месяца. Если с такой же точностью «отшлифовать» поверхность земного шара, то высочайшие горные вершины будут выступать над поверхностью не более чем на 130 мм. Особые меры были приняты, чтобы не допустить искажения формы зеркала в условиях невесомости.
Несмотря на тщательность изготовления деталей и сборки, телескоп пришлось пять раз ремонтировать на орбите. Серьёзные дефекты главного зеркала обнаружились уже в самом начале работы. Оказалось, что оно обладает большой сферической аберрацией*, а это не позволяло получать снимки космических объектов высокого качества. Их можно было сравнить со снимками с наземного телескопа. Учёным удалось решить эту непростую проблему. Они придумали новый способ обработки снимков, при котором качество не страдало.
Однако дефекты главного зеркала и неполадки, возникавшие в блоках и системах космической обсерватории, надо было устранять. К КТХ полетели шаттлы с ремонтными бригадами: в декабре 1993 года — «Индевор»; в феврале 1997-го — «Дискавери»; в декабре 1999-го — «Дискавери»; в марте 2002-го — «Колумбия»; в мае 2009-го — «Атлантис»). В экипаж каждой экспедиции входили семь астронавтов. «Ремонтникам» приходилось по несколько часов работать в открытом космосе. Во время ремонта телескоп ставили на платформу в грузовом отсеке прилетевшего шаттла. Астронавты буквально охотились за КТХ, чтобы поймать и осторожнейшим образом поставить эту громадину высотой с четырёхэтажный дом на «рабочий стол».
Уже в ходе первой экспедиции в декабре 1993 года астронавты «Индевора» установили на главном зеркале КТХ корректирующий прибор COSTAR, который позволил улучшить «зрение» телескопа. Следующим экспедициям приходилось ремонтировать или даже заменять некоторые научные приборы, электронные блоки, гироскопы и солнечные батареи. Все ремонтные работы завершились в мае 2009 года.
Космический телескоп имени Э.Хаббла — один из самых успешных орбитальных космических аппаратов научного назначения. В нём заинтересованы исследователи планет Солнечной системы, нашей и других галактик, специалисты в области звёздной астрономии, космологи. Они постоянно обращаются к КТХ при решении множества проблем — от поиска замёрзшей воды на Луне до исследования загадочной тёмной материи во Вселенной.
КТХ передал на Землю огромное число фотографий самых разных космических объектов. Исследуя Солнечную систему, он фотографировал, например, Марс, Юпитер и Сатурн, полярные сияния на Юпитере, Сатурне и Ганимеде, падение на Юпитер в июле 1994 года кометы Шумейкеров — Леви. КТХ сфотографировал Плутон, который ещё недавно считался девятой планетой Солнечной системы, а сейчас возглавляет семейство карликовых планет, и открыл два его новых маленьких спутника — Никту и Гидру. Теперь семейство Плутона насчитывает три спутника (крупный спутник — Харон был открыт ещё в 1978 году). В 2015-м к Плутону приблизится американская межпланетная станция «Новые горизонты», которая наверняка откроет ещё какие-нибудь тайны этой далёкой планеты.
Исследуя Галактику, КТХ помог уточнить сведения о такой важнейшей характеристике звёзд, как их масса (с его помощью удалось измерить массу звёзд, превосходящих массу Солнца в 100—150 раз). На фотографиях некоторых туманностей обнаружены звёзды, находящиеся в эмбриональной стадии эволюции и завершающие жизненный путь, 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 (см. «Наука и жизнь» № 9, 2009 г., с. 81).
Фотографии диффузных и планетарных туманностей содержат уникальную научную информацию о происходящих в них физических процессах. А ещё мы наконец увидели, как красивы эти туманности.
В портретной галерее КТХ есть фотографии галактик всех типов и возрастов — от самых юных до самых старых, возраст которых сравним с возрастом самой Вселенной. Среди них можно увидеть и одиночные галактики, и двойные, включая взаимодействующие, а также группы галактик и их скопления. В некоторых далёких звёздных системах КТХ открыл сверхмассивные чёрные дыры.
Телескоп имени Э. Хаббла помог уточнить возраст Вселенной, отсчитываемый от Большого взрыва. По закону, открытому Эдвином Хабблом в 1929 году, v = Hr, где v — скорость галактики (так называемая лучевая скорость), r — расстояние до неё, H — постоянная Хаббла. По величине этой постоянной оценивают возраст Вселенной. Закон Хаббла справедлив для большинства галактик, за исключением очень близких к нам и очень далёких от нас.
КТХ удаётся регистрировать удалённые объекты, недоступные наблюдениям с Земли, в том числе цефеиды и пульсирующие звёзды, которые часто называют «маяками Вселенной». Благодаря этим маякам учёные с точностью до нескольких процентов рассчитали, что постоянная Хаббла Н = 72 км/(с·Мпк). Эта цифра хорошо согласуется с другими данными современной космологии. Если она верна, то возраст Вселенной составляет 13,7 млрд лет.
Благодаря КТХ сделано ещё одно из самых замечательных открытий последних лет: разлёт галактик происходит не замедленно, как думали раньше, а ускоренно. Получается, что во Вселенной кроме вселенского тяготения действует и вселенское отталкивание. Причём если первое вызвано привычной нам гравитацией звёзд и галактик, то второе — загадочной тёмной материей, заполняющей Вселенную.
В последние годы появились космические телескопы более внушительных размеров, чем телескоп имени Э.Хаббла. 14 мая 2009 года запущена космическая обсерватория «Гершель» Европейского космического агентства с главным зеркалом диаметром 3,5 м. В 2014 году планируется отправить в космос телескоп нового поколения, носящий имя Джеймса Э. Уэбба (в честь второго руководителя NASA — Джеймса Э. Уэбба, возглавлявшего агентство в 1960-е годы). Новая космическая обсерватория будет исследовать Вселенную в инфракрасном диапазоне. Её главный инструмент — телескоп с зеркалом диаметром 6,5м. До сих пор такие огромные зеркала делали лишь для наземных обсерваторий, а телескоп Джеймса Э.Уэбба готов поселиться на околоземной орбите. С его запуском астрономов несомненно ждут новые открытия.
Комментарии к статье
* Сферическая аберрация — погрешность изображения, обусловленная тем, что лучи, падающие на края линзы, преломляются сильнее, чем более близкие к оси. При этом возникает много изображений разного размера, и в результате вместо точки мы видим расплывчатое пятно.
** Протопланетный диск — сплюснутое облако плотного газа, вращающееся вокруг недавно сформировавшейся протозвезды.
Читайте в любое время
