Телескоп Хаббл: история, достижения и миллионы снимков космоса. Самые невероятные факты о телескопе «Хаббл

Телескоп Хаббл - наверное, самый популярный и известный объект так или иначе связанный с космосом, мало кто не слышал это название.

Назван телескоп в честь великого американского ученого Эдвина Пауэлла Хаббла , главным достижением которого было открытия эффекта Расширения Вселенной.

Хаббл был запущен на земную орбиту в апреле 1990 года. По своей сути это не просто телескоп - это настоящая автоматическая орбитальная обсерватория.

На воплощение и запуск такого сложного и масштабного проекта как Хаббл понадобилось невероятно много времени, ресурсов и финансовых средств. Видимо поэтому Хаббл и стал совместным проектом двух крупнейших космических агенств мира: НАСА и ЕКА (Европейское космическое агенство).

Размещение телескопа в космосе было абсолютно логичным шагом на пути к его изучению, поскольку земная атмосфера сильно затрудняет наблюдение в некоторых диапазонах (в частности инфракрасном, менее в ультрафиолетовом) а также практически не позволяет регистрировать электромагнитные излучения средней и низкой интенсивности. Таким образом, Хаббл делает в 7 - 10 раз более качественные снимки чем аналогичные аппараты на поверхности Земли.

Статус главного "небесного ока" Хаббл приобрел не сразу после своего запуска, т.к. изначально при изготовлении оптики, в частности главного зеркала, подрядчиками была допущена серьезная ошибка, что сильно сказывалось на качестве получаемых снимков. Дефект был устранен в 1993 году первой экспедицией по техническому обслуживанию и ремонту в результате установки корректирующей оптической системы COSTAR . Процедура установки этой системы стала одной из самых сложных операций в истории астронавтики. Результат не заставил себя долго ждать - качество изображений возросло на несколько порядков и Хаббл был готов покорять новые, неизведанные тайны космоса.

снимок одной и той же галактики до и после установки системы COSTAR

С каждой из четырех последующих обслуживающих экспедиций 1997, 1999, 2002 и 2009 годов космический телескоп получал новейшие обновления для своего технического арсенала, становясь все более совершенным и универсальным орудием исследования просторов космоса. На данный момент в распоряжении Хаббла имеются такие приборы: широкоугольная и планетарные камеры, усовершенствованная обзорная камера, мульти-объектный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона, ультрафиолетовый спектрограф. Благодаря своему техническому арсеналу Хаббл был так или иначе причастен к львиной части новостей космоса : открытиям, наблюдениям и снимкам Вселенной начиная еще с 1993 года.

Почти за 23 года проведенных на околоземной орбите Хаббл стал легендарным телескопом. Им было сделано несколько миллионов фотографий, было сделано множество открытий, на базе которых была построена не одна космологическая теория. Ежемесячный поток данных превышает 80 Гигабайт, а их общий объем достиг 50 Терабайт.

Наиболее значимые наблюдения Хаббла:

1. Съемка столкновения кометы Шумейкеров - Леви с Юпитером в 1994 году.
2. Получены подробные кадры поверхности Плутона и Эриды (еще одна карликовая планета).
3. Засняты ультрафиолетовые полярные сияния Сатурне, Юпитере и на его спутнике Ганимеде.
4. Найдены планеты вне Солнечной системы, а также большое количество протопланетных дисков вокруг звезд в Туманности Ориона. Были найдены доказательства того, что формирование планет происходит у многих звезд в нашей галактике.
5. Способствовал частичному подтверждению теории о присутствии сверхмассивных черных дыр в центрах галактик.
6. Получено доказательство того, что Вселенная расширяется с ускорением, а не с постоянной (или затухающей) скоростью.
7. Подтвержден точный возраст Вселенной - 13,7 млрд. лет.
8. Обнаружено наличие аналогов гамма-всплесков в оптическом диапазоне.
9. Подтверждение гипотезы об изотропности (т.е. одинаковости самой Вселенной и ее свойств в отдельных ее частях) Вселенной.
10. Сфотографированы самые дальние участки Вселенной, вплоть до времени образования первых звезд (т.е. Хаббл позволил заглянуть в прошлое на 12,7 - 13 млрд. лет).

Также к заслугам телескопа можно отнести огромное количество впечатляющих снимков неба и отдельных его объектов, которые помимо научной ценности несут еще и эстетическую. Ниже представлены лучшие снимки за 23 года работы Хаббла. Рассматривать и любоваться этими кадрами можно часами.

Космический телескоп «Хаббл»

Обычно астрономы строили свои обсерватории на вершинах гор, выше облаков и загрязненной атмосферы. Но даже тогда изображение искажалось воздушными потоками. Самое четкое изображение доступно только из внеатмосферной обсерватории - космоса.

С помощью телескопа можно увидеть то, что недоступно человеческому глазу, поскольку телескоп собирает больше электромагнитного излучения. В отличие от подзорной трубы, в которой для сбора и фокусирования света используются линзы, в больших астрономических телескопах эту функцию выполняют зеркала.

Телескопы с самыми большими зеркалами должны иметь наилучшее изображение, поскольку собирают наибольшее количество излучения.

Космический телескоп «Хаббл» — автоматическая обсерватория на орбите вокруг Земли, названная в честь Эдвина Хаббла, американского астронома.

И хотя диаметр зеркала "Хаббла" только 2,4 м - меньше самых больших телескопов на Земле, - он может видеть объекты в 100 раз менее четкие, и детали в десять раз мельче, чем лучшие наземные телескопы. И это потому, что он находится выше искажающей атмосферы.

Телескоп «Хаббл» — совместный проект NASA и Европейского космического агентства.

Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна, в первую очередь — в инфракрасном диапазоне.

Из-за отсутствия влияния атмосферы, разрешающая способность телескопа в 7—10 раз больше аналогичного телескопа, расположенного на Земле.

Марс

Космический телескоп "Хаббл" помог ученым узнать много нового об устройстве нашей галактики, потому оценить его важность для человечества очень трудно.

Достаточно взглянуть на список самых важных открытий этого оптического устройства, чтобы понять, насколько полезен он был, и каким важным инструментом в изучении космоса он еще может быть.

С помощью телескопа "Хаббл" было изучено столкновение Юпитера с кометой, было получено изображение рельефа Плутона, данные с телескопа стали основой гипотезы о массе черных дыр, находящихся в центре абсолютно каждой галактики.

Ученые получили возможность увидеть полярные сияния на некоторых планетах Солнечной системы, например, Юпитере и Сатурне, а также были сделаны многие наблюдения и открытия.

Юпитер

Космический телескоп "Хаббл" "заглянул" в другую солнечную систему, отдаленную от нашей на 25 световых лет, и впервые получил изображение нескольких ее планет.

Телескоп "Хаббл" получил изображение новых планет

На одной из фотографий, полученных в оптическом, то есть в видимом свете, "Хаббл" запечатлел планету Фомалхот, вращающуюся по орбите вокруг яркой звезды Фомалхот, расположенной от нас на расстоянии 25 световых лет (около 250 триллионов километров) в созвездии Южная Рыба.

"Данные с "Хаббла" невероятно важны. Излучение света с планеты Фомалхот в миллиард раз слабее света, исходящего от звезды", - прокомментировал изображение новой планеты астроном из Калифорнийского университета Пол Калас. Он и другие ученые начали исследование звезды Фомалхот еще в 2001 году, когда о существовании планеты рядом со звездой еще не было известно.

В 2004 году "Хаббл" направил на Землю первые снимки районов вокруг звезды.

На новых снимках с космического телескопа "Хаббл", астроном получил "документальное" подтверждение своим предположениям о существовании планеты Фомалхот.

С помощью фотографий орбитального телескопа ученые "увидели" также еще три планеты в созвездии Пегаса.
Всего астрономами за пределами нашей Солнечной системы обнаружено около 300 планет.

Но все эти открытия делались на основе косвенных признаков, главным образом, через наблюдение за воздействием их гравитациоционных полей на звезды, вокруг которых они обращаются.

"Каждая планета вне нашей солнечной системы была только на схеме, - отметил Брюс Макинтош, астрофизик из Национальной лаборатории в Калифорнии. - Мы безуспешно пытались получить изображения планет в течение восьми лет, а теперь у нас уже есть фотографии нескольких планет сразу".

За 15 лет работы на околоземной орбите «Хаббл» получил 700 тысяч изображений 22 тысяч небесных объектов — звёзд, туманностей, галактик, планет.

Тем не менее, цена, которую приходится платить за достижения «Хаббла» весьма высока: стоимость содержания космического телескопа выше в 100 и более раз, чем наземного рефлектора, с 4-метровым зеркалом.

Уже в первые недели после начала работы телескопа в 1990 году, полученные изображения продемонстрировали серьёзную проблему в оптической системе телескопа. Хотя качество изображений было лучше, чем у наземных телескопов, «Хаббл» не мог достичь заданной резкости, и разрешение снимков было значительно хуже ожидаемого.
Анализ изображений показал, что источником проблемы является неверная форма главного зеркала. Оно было изготовлено слишком плоским по краям. Отклонение от заданной формы поверхности составило лишь 2 микрометрa, но результат оказался катастрофическим — оптический дефект, при котором свет, отражённый от краёв зеркала, фокусируется в точке, отличной от той, в которой фокусируется свет, отражённый от центра зеркала.
Потеря значительной части светового потока значительно уменьшили пригодность телескопа для наблюдений тусклых объектов и получения изображений с высокой контрастностью. Это означало, что практически все космологические программы стали просто невыполнимыми, поскольку требовали наблюдений особо тусклых объектов.

В течение первых трёх лет работы, до установки корректирующих устройств телескоп выполнил большое количество наблюдений. Дефект не оказывал большого влияния на спектроскопические замеры. Несмотря на отменённые из-за дефекта эксперименты, было достигнуто множество важных научных результатов.

Техническое обслуживание телескопа.

Техническое обслуживание телескопа «Хаббла» производится космонавтами во время выходов в открытый космос с космических кораблей многоразового использования типа «Спейс Шаттл».

Всего были осуществлены четыре экспедиции по обслуживанию телескопа «Хаббл».

В связи с выявившимся дефектом зеркала, первая экспедиция по обслуживанию телескопа должна была установить на телескопе корректирующую оптику. Экспедиция (2-13 декабря 1993 г.) была одной из сложнейших, были осуществлены пять длительных выходов в открытый космос. Кроме этого были заменены солнечные батареи, обновлен бортовой вычислительный комплекс, была произведена коррекция орбиты.

Второе техобслуживание было произведено 11-21 февраля 1997 года. Было заменено исследовательское оборудование, заменён бортовой регистратор, произведён ремонт теплоизоляции и выполнена коррекция орбиты.

Экспедиция 3А состоялась 19-27 декабря 1999 года. Было принято решение о досрочном проведении части работ. Это было вызвано тем, что три из шести гироскопов системы наведения вышли из строя. Экспедиция заменила все шесть гироскопов, датчик точного наведения и бортовой компьютер.

Экспедиция 3В (четвёртая миссия) выполнена 1-12 марта 2002 года. В ходе экспедиции камера съёмки тусклых объектов была заменена усовершенствованной обзорной камерой. Были во второй раз заменены солнечные батареи. Новые панели были на треть меньше по площади, что значительно уменьшило потери на трение в атмосфере, но при этом вырабатывали на 30% больше энергии, благодаря этому стала возможна одновременная работа со всеми приборами, установленными на борту обсерватории.

Произведённые работы существенно расширили возможности телескопа, позволили получить изображения глубокого космоса.

Предполагается, что телескоп Хаббл продолжит свою работу на орбите, по крайней мере, до 2013 года.

Наиболее значимые наблюдения

* «Хаббл» предоставил высококачественные изображения столкновения кометы Шумейкеров-Леви 9 с Юпитером в 1994 году.

* Впервые получены карты поверхности Плутона и Эриды.

* Впервые наблюдались ультрафиолетовые полярные сияния на Сатурне, Юпитере и Ганимеде.

* Получены дополнительные данные о планетах вне солнечной системы, в том числе, спектрометрические.

* Найдено большое количество протопланетных дисков вокруг звёзд в Туманности Ориона. Доказано, что процесс формирования планет происходит у большинства звёзд нашей Галактики.

* Частично подтверждена теория о сверхмассивных чёрных дырах в центрах галактик, на основе наблюдений выдвинута гипотеза, связывающая массу чёрных дыр и свойства галактики.

* уточнён возраст Вселенной — 13,7 млрд. лет.

На орбите Земли есть три объекта, о которых знают даже далекие от астрономии и космонавтики люди: Луна, Международная Космическая Станция и космический телескоп Хаббл. Последний на целых восемь лет старше МКС и застал еще Орбитальную Станцию «Мир». Многие считают его просто большим фотоаппаратом в космосе. Реальность же немного сложнее, не зря ведь люди, работающие с этим уникальным аппаратом с уважением называют его небесной обсерваторией.

Очень много картинок!

История постройки Хаббла - это постоянное преодоление трудностей, борьба за финансирование и поиск решений в непредвиденные ситуации. Роль же Хаббла в науке бесценна. Невозможно составить полный список открытий в астрономии и смежных направлениях, совершенных благодаря снимкам телескопа, настолько много работ ссылаются на полученную им информацию. Тем не менее, официальная статистика говорит о почти 15 тысячах публикаций.

История

В шестидесятых удалось провести несколько успешных запусков и доставить на орбиту более простые устройства, и в 68-м НАСА дало зеленый свет предтече Хаббла - аппарату LST, Большому Космическому Телескопу, с более крупным диаметром зеркала - 3 метра против хаббловских 2,4 - и амбициозной задаче запустить его уже в 72-м году, с помощью находящегося тогда в разработке космического шаттла. Но расчетная проектная смета вышла слишком дорогой, с деньгами возникали трудности, а в 74-м финансирование и вовсе отменили. Активное лоббирование проекта астрономами, привлечение Европейского Космического Агентства и упрощение характеристик приблизительно до хаббловских позволили в 78-м получить финансирование от Конгресса в размере смешных по итоговым затратам 36-и миллионов долларов, что на сегодняшний день равно примерно 137-и миллионам.

Тогда же будущий телескоп назвали в честь Эдвина Хаббла , астронома и космолога, подтвердившего существование других галактик, создавшего теорию расширения Вселенной и давшего свое имя не только телескопу, но еще научному закону и величине.

Телескоп разрабатывали несколько компаний, отвечающих за разные элементы, из которых самые сложные: оптическая система, которой занималась Перкин-Элмер , и космический аппарат, который создавала Локхид . Бюджет вырос уже до 400 млн долларов.

Локхид затянула создание аппарата на три месяца и превысила свой бюджет на 30%. Если посмотреть на истории строительства похожих по сложности аппаратов, то это нормальная ситуация. У Перкин-Элмер же все было значительно хуже. Компания полировала зеркало по инновационной технологии до конца 81-го года, сильно превысив бюджет и испортив отношения с НАСА. Интересно, что болванку зеркала им сделала компания Корнинг , которая сегодня выпускает стекла Горилла Гласс, активно используемые в телефонах. Кстати, Кодак получил контракт на изготовление запасного зеркала с использованием традиционных методов полировки, если с полировкой основного зеркала возникнут проблемы. Задержки по созданию остальных компонентов тормозили процесс настолько, что стала известной цитата из характеристики НАСА по поводу графиков работ, которые были «неопределенными и изменяющимися ежедневно».

Запуск стал возможен лишь к 86-у году, но из-за катастрофы Челленжера, запуски шаттлов приостановили на время доработок.

Хаббл по частям положили на хранение в специальные продуваемые азотом камеры, что обходилось в шесть миллионов долларов в месяц.

В итоге, 24 апреля 1990-го года, шаттл Дискавери стартовал с телескопом на орбиту. К этому моменту на Хаббл потратили 2,5 миллиарда долларов. Общие затраты на сегодня подбираются к десяти миллиардам.

Со времени запуска произошло несколько драматичных событий с участием Хаббла, но главное произошло в самом начале.

Когда после вывода на орбиту, телескоп начал свою работу, оказалось, что его резкость на порядок ниже расчетной. Вместо десятой доли угловой секунды получалась целая секунда. После нескольких проверок, оказалось, что зеркало телескопа слишком плоское по краям: на целых два микрометра не совпадает с расчетным. Аберрация вследствие этого в буквальном смысле микроскопического дефекта делала большинство планируемых исследований невозможными.

Была собрана комиссия, члены которой нашли причину: невероятно точно рассчитанное зеркало неправильно отшлифовали. Более того, еще до запуска такие же отклонения показывала используемая в тестах пара нуль-корректоров - устройств, которые здесь отвечали за нужную кривизну поверхности. Но тогда этим показаниям не стали доверять, положившись на показания главного нуль-корректора, который показывал правильные результаты и по которому производили шлифовку. И одна из линз которого, как оказалось, была неправильно установлена.

Человеческий фактор.

Установить новое зеркало прямо на орбите было технически невозможно, а спускать телескоп и затем снова выводить - слишком дорого. Решение нашлось изящное.

Да, зеркало было сделано неправильно. Но оно было сделано неправильно с очень высокой точностью. Искажение было известно, и его оставалось лишь компенсировать, для чего разработали специальную систему корректировки COSTAR . Установить ее решили в рамках первой экспедиции по обслуживанию телескопа. Такая экспедиция - это сложная десятидневная операция с выходами астронавтов в открытый космос. Более футуристической работы и представить нельзя, а ведь это всего лишь техобслуживание. Всего экспедиций за время работы телескопа было четыре, с двумя вылетами в рамках третьей.

2 декабря 1993-го года шаттл Индевор, для которого это был пятый полет, доставил астронавтов к телескопу. Те установили Костар и заменили камеру.

Костар скорректировала сферическую аберрацию зеркала, сыграв роль самых дорогостоящих очков в истории. Система оптической коррекции выполняла свою задачу до 2009-го года, когда нужда в ней отпала в связи с использованием во всех новых приборах собственной корректирующей оптики. Она уступила драгоценное место в телескопе спектрографу и заняла почетное место в Национальном музее воздухоплавания и астронавтики, после демонтажа в рамках четвертой экспедиции по обслуживанию Хаббла в 2009-м году.

Управление

В ЦУПе сутки разбиты на три смены за каждой из которых закреплена отдельная команда из трех-пяти человек. Во время экспедиций к самому телескопу штат работников увеличивается до нескольких десятков.

Кстати, существует отдельный сайт, разработанный Крисом Питом, где можно отследить положение небесной обсерватории. Там же есть данные и по другим искусственным орбитальным объектам:
www.heavens-above.com

Хаббл - телескоп занятой, но даже его плотный график позволяет помочь совершенно любому, даже непрофессиональному, астроному. Ежегодно в поступает по тысяче заявок на бронирование времени от астрономов из разных стран. Около 20% заявок получают одобрение экспертной комиссии и, по данным НАСА, благодаря международным запросам проводится плюс-минус 20 тысяч наблюдений ежегодно. Все эти заявки стыкуются, программируются и отправляются Хабблу из все того же центра в Мэриленде.

Оптика

Актуальный набор инструментов:

NICMOS
Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer
Камера и мультиобъектный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона

ACS
Advanced Camera для Surveys
Усовершенствованная обзорная камера

WFC3
Wide Field Camera 3
Широкоугольная камера 3

COS
Cosmic Origins Spectrograph
Ультрафиолетовый спектрограф

STIS
Space Telescope Imaging Spectrograph
Регистрирующий спектрограф космического телескопа

FGS
Fine Guidance Sensor
Система наведения

В таких телескопах используют именно систему зеркал, а не линз, как в фотокамерах. Тому много причин: перепады температур, допуски полировки, общие размеры и отсутствие потерь пучка внутри самой линзы.

Основная оптика на Хаббле не менялась с самого начала. А набор разнообразных инструментов, ее использующих, полностью сменили за несколько обслуживающих экспедиций. Хабблу обновляли инструментарий, и за время его существования там работало тринадцать разных инструментов. Сегодня он несет шесть, один из которых в гибернации.

За фотографии в оптическом диапазоне отвечали Широкоугольные и планетарные камеры первого и второго поколения, и Широкоугольная камера третьего сейчас.

Потенциал первой WFPC так и не был раскрыт из-за проблем с зеркалом. А экспедиция 93-го года, установив Костар, заодно и заменила ее на вторую версию.

У камеры WFPC2 было четыре квадратных матрицы, изображения с которых формировали большой квадрат. Почти. Одна матрица - как раз-таки «планетарная» - получала изображение с бо́льшим увеличением, и при восстановлении масштаба эта часть изображения захватывает меньше шестнадцатой части общего квадрата вместо четверти, но в более высоком разрешении. Остальные три матрицы отвечали за «широкоугольность». Именно поэтому полные снимки камеры выглядят как квадрат, у которого отъели 3 блока с одного угла, а не из-за проблем с загрузкой файлов или других неполадок.

WFPC2 заменили на WFC3 в 2009-м. Разницу между ними хорошо иллюстрируют переснятые Столпы Творения, о которых позже.

Кроме оптического и ближнего инфракрасного диапазона широкоугольной камерой, Хаббл видит:

• с помощью спектрографа STIS в ближнем и дальнем ультрафиолете, а также от видимого до ближнего ифракрасного;
• там же с помощью одного из каналов ACS , другие каналы которой перекрывают огромный диапазон частот от инфракрасной до ультрафиолетовой области;
• слабые точечные источники в ультрафиолетовом диапазоне спектрографом COS .

Снимки

Фотографий очень много, расскажу лишь о нескольких, самых захватывающих. Все фотографии имеют свой ID, по которому легко находятся на сайте Хаббла spacetelescope.org или прямо в Гугле. Многие снимки лежат на сайте в высоком разрешении, здесь же я оставляю screensize-версии.

Свой самый знаменитый кадр Хаббл сделал первого апреля 95-го года, не отвлекаясь от умной работы в день дурака. Это Столпы Творения, названные так потому, что из этих скоплений газа формируются звезды, и потому, что напоминают формой. На снимке - небольшой кусочек центральной части туманности Орел. Туманность эта интересная тем, что крупные звезды в ее центре частично ее же развеяли, да еще и как раз со стороны Земли. Такая удача позволяет посмотреть в самый центр туманности и, например, сделать знаменитый выразительный снимок.

Другие телескопы тоже снимали этот регион в разных диапазонах, но в оптическом Столпы выходят выразительнее всего: ионизированный теми самыми звездами, что развеяли часть туманности, газ светится синим, зеленым и красным цветами, создавая красивые переливы.

В 2014-м году Столпы пересняли обновленным оборудованием Хаббла: первую версию снимала камера WFPC2, а вторую - WFC3.

Роза, сделанная из галактик

Объект Арп 273 - красивый пример коммуникации между галактиками, оказавшимися близко друг к другу. Ассиметричная форма верхней - это следствие так называемых приливных взаимодействий с нижней. Вместе они образуют грандиозный цветок, подаренный человечеству в 2011-м году.

Магическая галактика Сомбреро

Мессье 104 - величественная галактика, которую как будто придумали и нарисовали в Голливуде. Но нет, прекрасная сто-четвертая находится на южной окраине созвездия Девы. И она настолько яркая, что видна даже в домашние телескопы. Хабблу эта красавица позировала в 2004-м году.

Новый вид туманности Конской головы в инфракрасном спектре - изображение на 23-ю годовщину Хаббла

В 2013-м году Хаббл переснял Барнард 33 в инфракрасном спектре. И мрачная туманность Конская Голова в созвездии Ориона, почти непрозрачная и черная в видимом диапазоне, предстала в новом свете. То есть, диапазоне.

До этого Хаббл уже фотографировал ее в 2001-м:

Хаббл запечатлел звездообразовательный регион S106

S106 - звездообразовательная область в созвездии Лебедя. Красивая структура обусловлена выбросами молодой звезды, что окутана пылью в форме пончика в центре. Эта пылевая завеса имеет бреши сверху и снизу, через которые вещество звезды вырывается активнее, образуя форму, напоминающую известную оптическую иллюзию . Снимок сделан в конце 2011-го года.

Кассиопея А: красочные последствия смерти звезды

Вы, вероятно слышали о взрывах Сверхновых звезд. А этот снимок наглядно показывает один из сценариев дальнейшей судьбы таких объектов.

На фото 2006-го года - последствия взрыва звезды Кассиопеи А, что случилось прямо в нашей галактике. Прекрасно видна волна разлетающегося из эпицентра вещества, со сложной и детальной структурой.

Изображение Хаббла Arp 142

И снова снимок, демонстрирующий последствия взаимодействия двух галактик, оказавшихся близко одна к другой во время своего Вселенского пути.

NGC 2936 и 2937 столкнулись и повлияли друг на друга. Это уже само по себе интересное событие, но в этом случае добавился еще один аспект: нынешняя форма галактик напоминает пингвина с яйцом, что работает как большой плюс для популярности этих галактик.

В милой картинке 2013-го года можно увидеть следы случившегося столкновения: например, глаз пингвина сформирован, по большей части, телами из галактики-яйца.

Зная возраст обеих галактик, можно наконец-то ответить, что же было раньше: яйцо или пингвин.

Бабочка, появляющаяся из остатков звезды в планетарной туманности NGC 6302

Иногда раскаленные до 20 тысяч градусов потоки газа, летящие со скоростью почти в миллион км/ч выглядят как крылышки хрупкой бабочки, нужно лишь найти правильный ракурс. Хабблу не пришлось искать, туманность NGC 6302 - ее еще называют туманностью Бабочка или Жук - сама повернулась к нам подходящей стороной.

Создает эти крылья умирающая звезда нашей галактики в созвездии Скопиона. Форму крыльев потоки газа получают снова из-за кольца пыли вокруг звезды. Эта же пыль закрывает саму звезду от нас. Возможно, кольцо было сформировано потерей вещества звездой вдоль экватора на относ ительно низкой скорости, а крылья - более быстрой потерей от полюсов.

Фотография сделана в 2009-м году.

Deep Field

Самый последний такой кадр - Hubble Extreme Deep Field 2012-го года - достаточно скучный на обывательский взгляд - это беспрецедентная съемка с выдержкой в два миллиона секунд (~23 дня), показавшая 5,5 тысяч галактик, самые тусклые из которых имеют яркость в десять миллиардов меньше чувствительности человеческого зрения.

Из своего земного дома мы вглядываемся вдаль, стремясь представить себе устройство мира, в котором родились. Ныне мы глубоко проникли в пространство. Близкие окрестности мы знаем уже довольно хорошо. Но по мере продвижения вперёд наши познания становятся всё менее полными, пока мы не подходим к неясному горизонту, где в тумане ошибок ищем едва ли более реальные ориентиры. Поиски будут продолжаться. Стремление к знаниям древнее истории. Оно не удовлетворено, его нельзя остановить.
Эдвин Пауэлл Хаббл

На заре ХХ века теоретики космонавтики мечтали о том, что когда-нибудь человечество научится запускать в космос телескопы. Земная оптика в то время была несовершенна, астрономическим наблюдениям часто мешала плохая погода и «засветка» неба, поэтому казалось разумным отправить телескоп за пределы атмосферы, чтобы изучать планеты и звёзды без помех. Но даже фантасты не смогли бы в то время предсказать, сколько удивительных и неожиданных открытий принесут орбитальные телескопы.

СЧАСТЛИВЫЙ БРАК

Самым известным орбитальным телескопом является «Хаббл» (Hubble Space Telescope, HST), названный в честь знаменитого американского астронома Эдвина Пауэлла Хаббла, доказавшего, что галактики являются звёздными системами, и открывшего их разбегание.

Телескоп «Хаббл» входит в четвёрку Больших обсерваторий NASA. Имея главное зеркало диаметром 2,4 метра, он долгое время оставался самым большим оптическим инструментом на орбите, пока в 2009 году Европейское космическое агентство не запустило туда инфракрасный телескоп «Гершель» с диаметром зеркала 3,5 метра. На Земле такого размера инструменты не могут полностью реализовать свою разрешающую способность: дрожание атмосферы размывает изображение.

Проект мог провалиться, если бы телескоп изначально не был рассчитан на обслуживание астронавтами. Фирма «Кодак» быстро изготовила второе зеркало, однако заменить его в космосе было невозможно, и тогда специалисты предложили создать космические «очки» - систему оптической коррекции COSTAR из двух особых зеркал. Чтобы установить систему на «Хаббл», 2 декабря 1993 года на орбиту отправился шаттл Endeavour. Астронавты совершили пять сложнейших выходов в открытый космос и вернули дорогостоящий телескоп к жизни.

Позднее астронавты NASA летали к «Хабблу» ещё четыре раза, значительно продлив срок его эксплуатации. Очередная экспедиция была назначена на февраль 2005 года, но в марте 2003-го, после катастрофы шаттла Columbia, она была отложена на неопределённый срок, что поставило под угрозу дальнейшую работу телескопа.

Под давлением общественности в июле 2004 года комиссия Академии наук США постановила сохранить телескоп. Через два года новый директор NASA Майкл Гриффин объявил о подготовке последней экспедиции по ремонту и модернизации телескопа. Предполагается, что после этого «Хаббл» проработает на орбите до 2014 года, после чего его сменит более совершенный телескоп «Джеймс Вебб».

«Хаббл» был доставлен на орбиту 24 апреля 1990 года в грузовом отсеке шаттла Discovery. По иронии судьбы «Хаббл», начав работу в космосе, дал изображение хуже, чем такой же по размерам наземный телескоп. Причиной была ошибка при изготовлении главного зеркала

РАБОТА С «ХАББЛОМ»

С «Хабблом» может поработать любой человек, имеющий диплом астронома. Однако придётся подождать в очереди. Конкуренция за время наблюдений высока: обычно запрошенное время в шесть, а иногда в девять раз превышает реально доступное.

В течение нескольких лет часть времени из резерва выделялась астрономам-любителям. Их заявки рассматривались специальным комитетом. Основным требованием к заявке была оригинальность темы. В период между 1990 и 1997 годом было произведено 13 наблюдений по программам, предложенным астрономами-любителями. Затем из-за недостатка времени эту практику прекратили.

Открытия, сделанные с помощью «Хаббла», трудно переоценить: первые изображения астероида Церера, карликовой планеты Эрида, далёкого Плутона. В 1994 году «Хаббл» предоставил высококачественные снимки столкновения кометы Шумейкеров-Леви-9 с Юпитером. «Хаббл» отыскал множество протопланетных дисков вокруг звёзд в Туманности Ориона - таким образом астрономы смогли доказать, что процесс формирования планет происходит у большинства звёзд нашей галактики. По результатам наблюдений квазаров была построена космологическая модель Вселенной - оказалось, что наш мир расширяется с ускорением и заполнен загадочной тёмной материей. Кроме того, наблюдения «Хаббла» позволили уточнить возраст Вселенной - 13,7 миллиарда лет.

За 15 лет работы на околоземной орбите «Хаббл» получил 700 тысяч изображений 22 тысяч небесных объектов: планет, звёзд, туманностей и галактик. Поток данных, которые он ежедневно генерирует в процессе наблюдений, составляет 15 гигабайт. Общий их объём уже превысил 20 терабайт.

В этой подборке мы представляем наиболее интересные из снимков, сделанных «Хабблом». Тема - туманности и галактики. Ведь «Хаббл» прежде всего создавался для на- блюдения за ними. В следующих статьях «МФ» обратится к снимкам других космических объектов.

ТУМАННОСТЬ АНДРОМЕДЫ

Туманность Андромеды, получившая в каталоге Мессье обозначение М31, хорошо известна любителям как астрономии, так и научной фантастики. И все они знают, что это вовсе не туманность, а ближайшая к нам галактика. Благодаря наблюдениям за ней Эдвин Хаббл сумел доказать, что многие из туманностей являются звёздными системами, подобными нашему Млечному Пути.

Как следует из названия, туманность расположена в созвездии Андромеды и находится от нас на расстоянии 2,52 миллиона световых лет. В 1885 году в галактике вспыхнула сверхновая SN 1885A. За всю историю наблюдений это пока единственное подобное событие, зарегистрированное в М31.

В 1912 году было установлено, что Туманность Андромеды приближается к нашей галактике со скоростью 300 км/с. Столкновение двух галактических систем произойдёт приблизительно через 3-4 миллиарда лет. Когда это произойдёт, они сольются в одну большую галактику, которую астрономы называют Млечномедой. Возможен вариант, что при этом наша Солнечная система будет выброшена в межгалактическое пространство мощными гравитационными возмущениями

КРАБОВИДНАЯ ТУМАННОСТЬ

Крабовидная туманность - одна из самых знаменитых газовых туманностей. Она занесена в каталог французского астронома Шарля Мессье под номером один (М1). Сама идея создать каталог космических туманностей пришла к Мессье после того, как, наблюдая небо 12 сентября 1758 года, он принял Крабовидную туманность за новую комету. Чтобы избежать таких ошибок в будущем, француз и взялся регистрировать подобные объекты.

Крабовидная Туманность находится в созвездии Тельца, на расстоянии 6,5 тысяч световых лет от Земли, и представляет собой остатки от взрыва сверхновой. Сам взрыв наблюдали арабские и китайские астрономы 4 июля 1054 года. Согласно сохранившимся записям, вспышка оказалась настолько яркой, что была видна даже днём. С тех пор туманность расширяется с чудовищной скоростью - около 1000 км/с. Её протяжённость сегодня составляет более десяти световых лет. В центре туманности находится пульсар PSR B0531+21 - десятикилометровая нейтронная звезда, оставшаяся после взрыва сверхновой. Свое название Крабовидная туманность получила от рисунка астронома Уильяма Парсонса, сделанного в 1844 году, - в этом наброске она очень напоминала краба

У орбитальной астрономии есть своя история. К примеру, во время полного солнечного затмения 19 июня 1936 года московский астроном Пётр Куликовский совершил подъём на субстратостате для фотографирования короны и ореола Солнца. В 1950-х годах француз Одуен Дольфюс предпринял серию стратосферных полётов в специально сконструированной для этой цели гермокабине, поднимаемой гирляндой из 104-х небольших воздушных шаров, привязанных к 450-метровому тросу. Кабина была снабжена 30-сантиметровым телескопом, и с его помощью снимались спектры планет. Развитием этих экспериментов стала беспилотная гондола «Астролаб», с которой французы выполнили серию стратосферных наблюдений, - её система ориентации и стабилизации уже создавалась на основе космических технологий.

Для американских астрономов первым шагом к орбитальным телескопам стала программа «Стратоскоп», которой руководил известный астрофизик Мартин Шварцшильд. С 1955 года начались полёты «Стратоскопа-1» с солнечным телескопом, а 1 марта 1963 года свой первый ночной полёт совершил «Стратоскоп-2», оснащённый высококачественным рефлектором системы Кассегрена - с его помощью были получены инфракрасные спектры планет и звёзд. Последний и наиболее удачный полёт состоялся в марте 1970 года. За девять часов наблюдения были получены снимки планет-гигантов и ядра галактики NGC 4151. Полётом управляла группа во главе с сотрудником Принстонского университета Робертом Даниельсоном, который позднее вошёл в группу проектантов телескопа «Хаббл».

СТОЛПЫ ТВОРЕНИЯ

Столпы Творения - фрагменты газопылевой туманности Орла (М16), которую можно разглядеть в созвездии Змеи. «Хаббл» снял их в апреле 1995 года, и этот снимок стал одним из самых популярных в коллекции NASA. Первоначально считалось, что в Столпах Творения рождаются новые звёзды - отсюда и название. Однако более поздние исследования показали обратное - как раз там материала для образования звёзд недостаточно. Пик рождения светил в туманности Орла завершился уже миллион лет назад, и первые молодые и горячие солнца своим излучением успели разогнать газ в центре

Столпы Творения являются частью нашей галактики, но отстоят на 7 тысяч световых лет. Они колоссальны (высота левого - треть парсека), но весьма неустойчивы. Недавно астрономы обнаружили, что около 9 тысяч лет назад рядом с ними взорвалась сверхновая. Ударная волна достигла Столпов 6 тысяч лет на- зад и уже уничтожила их, но с учетом удалённости земляне ещё нескоро смогут наблюдать разрушение одного из самых необычных и красивых космических объектов.

ИНКУБАТОР МИРОВ

Если в туманности Орла процесс рождения новых звёзд завершился, то в созвездии Ориона пока ещё нет. Газопылевая туманность Ориона (М42) находится в том же спиральном рукаве галактики, что и Солнце, но на расстоянии 1300 световых лет от нас. Это ярчайшая туманность ночного неба, она хорошо различима невооружённым глазом. Размеры туманности велики - её протяжённость составляет 33 световых года. Там находится около тысячи светил в возрасте менее миллиона лет (по космическим меркам, это младенцы) и десятки тысяч звёзд, которым чуть больше десяти миллионов лет. Благодаря «Хабблу» удалось разглядеть протопланетные диски рядом с юными звёздами, причём на разных стадиях формирования. Наблюдая за туманностью, астрономы могут наконец составить ясное представление о том, как рождаются планетные системы. Однако происходящие в туманности Ориона процессы настолько активны, что уже через 100 тысяч лет она распадётся и прекратит существование, оставив после себя скопление звёзд с планетами.

БУДУЩЕЕ СОЛНЦА

В космосе можно увидеть не только рождение миров, но и их смерть. На снимке «Хаббла», полученном в 2001 году, запечатлена Муравьиная туманность, которая известна астрономам под обозначением Mz3 (Menzel 3). Туманность расположена в нашей галактике на расстоянии 3 тысяч световых лет от Земли и образовалась в результате выбросов газа из звезды, похожей на наше Солнце. Её протяжённость более светового года.

Муравьиная туманность озадачила астрономов. Пока они не могут ответить на вопрос, почему вещество умирающей звезды разлетается не в виде расширяющейся сферы, а в виде двух независимых выбросов, придающих туманности вид муравья, - это плохо согласуется с существующей теорией эволюции звёзд. Одно из возможных объяснений: у затухающей звезды есть очень близкая звезда-компаньон, сильные гравитационные приливные силы которой оказыва- ют влияние на формирование потоков газа. Другое объяснение: при вращении затухающей звезды её магнитное поле приобретает сложную закручивающуюся структуру, влияя на заряженные частицы, разлетающиеся в пространстве со скоростью до 1000 км/с. Так или иначе, но пристальное наблюдение за Муравьиной туманностью поможет нам увидеть возможное будущее нашего родного светила.

СМЕРТЬ МИРА

Звёзды, превышающие по массе Солнце, обычно заканчивают свою жизнь превращением в сверхновую. «Хабблу» удалось запечатлеть несколько таких вспышек, но, пожалуй, самым эффектным выглядит снимок сверхновой 1994D, которая взорвалась на окраинах диска галактики NGC 4526 (видна на фотографии как яркое пятно внизу слева). Сверхновая 1994D не была чем-то особенным - наоборот, она интересна как раз тем, что очень похожа на другие. Имея представление о сверхновых, астрономы по блеску 1994D могут определить расстояние до неё и уточнить, как расширяется Вселенная. Сам снимок наглядно демонстрирует масштабы явления - по своей светимости сверхновая сопоставима со светимостью целой галактики.

ПОЖИРАТЕЛЬ ГАЛАКТИК

В космосе существуют не только звёзды, туманности и галактики, но и чёрные дыры. Чёрная дыра - это область в пространстве, гравитационное притяжение в которой настолько велико, что её не может покинуть даже свет. Счи- тается, что можно встретить несколько типов чёрных дыр: возникших в момент Большого взрыва, зародившихся в результате коллапса массивной звезды и сформировавшихся в центрах галактик. Астрономы говорят, что огромные чёрные дыры есть в центре любой спиральной и эллиптической галактики. Но как увидеть то, из чего не способен вырваться даже свет? Оказывается, обнаружить чёрную дыру можно по её взаимодействию с пространством.

На снимке «Хаббла», полученном в 2000 году, запечатлён центр эллиптической галактики М87 - крупнейшей в скоплении созвездия Девы. Она находится от нас на расстоянии 50 миллионов световых лет и является источником мощнейшего радио- и гамма-излучения. Ещё в 1918 году было установлено, что из центра галактики бьёт струя раскалённых газов, скорость внутри которой близка к световой. Протяжённость струи - 5 тысяч световых лет! Изучение галактики М87 показало: феноменальную плотность вещества в её центре и чудовищную струю можно объяснить, только если предположить, что там находится гигантская чёрная дыра, масса которой в 6,4 миллиарда раз больше солнечной. Наличие этого «пожирателя» галактик и периодические выбросы вещества из области рядом с ним препятствуют рождению новых звёзд. Астрономы уверены: если бы в центре М87 находилась обычная чёрная дыра, то галактика имела бы спиральный вид, а по яркости в 30 раз превосходила бы нашу.

ЮНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

Орбитальный телескоп «Хаббл» может служить не только оптическим инструментом, но и настоящей «машиной времени» - например, с его помощью можно разглядеть объекты, появившиеся практически сразу после Большого взрыва. В 2004 году «Хаббл» посредством новой чувствительной камеры сумел сфотографировать скопление из 10 тысяч самых удалённых и, соответственно, самых древних галактик. Эти галактики находятся от нас на рекордном расстоянии - 13,1 миллиарда световых лет. Если наша Вселенная родилась 13,7 миллиарда лет назад, то получается, что обнаруженные галактики появились всего-то спустя 650-700 миллионов лет после Большого взрыва. Разумеется, мы видим не сами эти галактики, а лишь их свет, который наконец-то добрался до Земли

Таким образом, на фотографии отображены события, которые происходили в первый миллиард лет жизни нашей Вселенной. По оценкам учёных, на том этапе эволюции она была на порядок меньше своих сегодняшних размеров, а находившиеся в ней объекты располагались ближе друг к другу. Некоторые из сфотографированных галактик напрочь лишены чёткой внутренней структуры, присущей нашей галактике. Другие - явно переживают период столкновения, когда чудовищные гравитационные силы придают им необычную форму.

Регион древнейших галактик астрономы условно называют Ultra Deep Field. Он находится чуть ниже созвездия Ориона.

ТУМАННОСТЬ КОНСКАЯ ГОЛОВА

Туманность Конская Голова (или Barnard 33) находится в созвездии Ориона на расстоянии около 1600 световых лет от Земли. Её линейный размер - 3,5 световых года. Она - часть огромного газопылевого комплекса, названного Облаком Ориона. Эта туманность известна даже людям, далёким от астрономии, ведь она и впрямь похожа на конскую голову. Красное свечение голове придает ионизация водорода, находящегося за туманностью, под действием излучения от ближайшей яркой звезды - Альнитак. Истекающий из туманности газ движется в сильном магнитном поле. Яркие пятна в основании туманности Конская Голова - это молодые звёзды, находящиеся в процессе формирования. Благодаря своей необычной форме туманность привлекает внимание: её часто рисуют и фотографируют. Наверное, именно поэтому снимок Конской Головы, сделанный «Хабблом», был признан лучшим по итогам голосования пользователей интернета.

ГАЛАКТИКА СОМБРЕРО

Сомбреро (М104) - это спиральная галактика в созвездии Девы, которая находится на расстоянии 28 миллионов световых лет от нас. Диаметр галактики - 50 тысяч световых лет. Свое название она получила благодаря выступающей центральной части (балджу) и ребру из тёмного вещества (не путать с тёмной материей!), придающим галактике сходство с мексиканской шляпой. Центральная часть галактики излучает во всех диапазонах электромагнитного спектра. Как установили учёные, там находится гигантская чёрная дыра, масса которой в миллиард раз превосходит солнечную. Пылевые кольца M104 содержат большое количество молодых ярких звёзд и обладают крайне сложной структурой, которая пока не поддаётся объяснению.

Снимок галактики Сомбреро был признан лучшим снимком «Хаббла» по мнению астрономов, опрошенных корреспондентами британской газеты Daily Mail. Наверное, своим выбором астрономы хотели сказать, что познание Вселенной не сводится к кропотливому изучению тысяч фотографий звёздного неба, к построению графиков и к бесконечным вычислениям. Познавая Вселенную, мы ещё и наслаждаемся её фантастической красотой. И в этом нам помогает уникальное творение человеческих рук - орбитальный телескоп «Хаббл».

Эдвин Пауэлл Хаббл - выдающийся американский астроном ХХ века. Родился 20 ноября 1889 года в Маршфилде (штат Миссури). Умер 28 сентября 1953 года в Сан-Марино (штат Калифорния). Основные труды Хаббла посвящены изучению галактик.

• В 1922 году Хаббл предложил разделить наблюдаемые туманности на внегалактические (галактики) и галактические (газопылевые).
• В 1923 году учёный ввёл классификацию внегалактических туманностей, разделив их на эллиптические, спиральные и иррегулярные.
• В 1924-м астроном выявил на фотографиях некоторых ближайших галактик звёзды, из которых они состоят, чем доказал: галактики представляют собой звёздные системы, подобные Млечному Пути.
• В 1929 году Хаббл обнаружил зависимость между красным смещением в спектре галактик и расстоянием до них (закон Хаббла). Он вычислил коэффициент, связывающий расстояние до галактики со скоростью её удаления (постоянная Хаббла). Разбегание галактик стало прямым доказательством того, что Вселенная возникла в результате Большого взрыва и продолжает быстро расширяться.

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:

1. Планетарная и широкоугольная камеры;
2. Спектрограф высокого разрешения;
3. Камера съемки и спектрограф тусклых объектов;
4. Датчик точного наведения;
5. 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.