Небесный глаз: космическому телескопу хаббл исполнилось пятнадцать лет

      Комментарии к записи Небесный глаз: космическому телескопу хаббл исполнилось пятнадцать лет отключены

Небесный глаз: космическому телескопу хаббл исполнилось пятнадцать лет

Мысль орбитального телескопа, "Наверное," в первый раз пришла в голову одному из отцов-основателей ракетной техники Герману Оберту (1894—1989). В собственной книге «Ракеты в космическом пространстве», размещённой в 1923 году, Оберт внес предложение поставить телескоп на неестественный спутник, пребывающий на геостационарной орбите. А во второй половине 40-ых годов двадцатого века американский астрофизик Лайман Спитцер (1914—1997) подготовил для проекта RAND компании Douglas Aircraft широкий доклад «Астрономические преимущества внеземной обсерватории».

В данной воистину пророческой работе он не только доказал, что большие орбитальные телескопы неизмеримо расширят возможности изучения внеземных объектов, но и наметил развернутую программу аналогичных изучений. Доклад Спитцера сильно поразил руководство авиастроительной фирмы и проекта Douglas и был срочно сохраняеться в тайне.

В то время, когда космические полеты стали действительностью, Спитцер стал добиваться практического воплощения собственных идей. В большой степени по его инициативе NASA утвердило первую программу создания автоматических орбитальных обсерваторий, предназначенных для изучения дальнего космоса. В ее рамках были запущены четыре спутника (удачно — всего два, в 1968 x 1972 годах) с устройствами для наблюдений в ультрафиолетовых и рентгеновских лучах.

Спитцер же грезил о большем. Он осознавал, что для подлинно революционных открытий астрономии нужен замечательный орбитальный телескоп, трудящийся в оптическом диапазоне (и соседних с ним).

В те годы разрешающая свойство наибольших земных телескопов не превышала одной угловой секунды (в самых оптимальных условиях — одной половины секунды). Они не разрешали вести наблюдения ни в УФ, ни в ИК лучах, очень сильно поглощаемых и рассеиваемых воздухом. Орбитальный телескоп не имел бы этих ограничений, и согласно расчетам его разрешающая свойство должна была составить около одной десятой секунды в видимом спектре и одной двадцатой — в ультрафиолете.

И наконец, он разрешал замечать объекты, нижний порог светимости которых в 50 раз уступал подобному показателю лучших земных инструментов. Первоначально у проекта космического телескопа было не через чур много приверженцев, но они владели высоким авторитетом и умели им пользоваться.

Доктор наук университета канадской провинции Альберта Роберт Смит, продолжительное время занимавшийся историей «Хаббла», поведал об этом «Популярной механике»: «Лайман Спитцер умел убеждать не только сотрудников-астрологов, но и государственныхы служащих NASA и участников Конгресса. Неудивительно, что именно он возглавил комитет по планированию большого космического телескопа, созданный в 1965 году Национальной Академией наук США.

По окончании четырех лет дискуссий комитет опубликовал доклад, в котором находились весьма важные доводы в пользу запуска телескопа. В середине 1970-х Спитцер и его стороники заручились помощью не только американского руководителей и астрономического сообщества NASA, вместе с тем законодателей и аммериканского президента Джеральда Форда».

Успешному исполнению этих замыслов содействовало соглашение с Космическим агентством ЕС, которое взяло на себя 15% затрат. Первоначально предполагалось вывести на орбиту махину с трехметровым рефлектором, но наконец-то восторжествовала концепция более недорогого инструмента с 240-сантиметровым зеркалом, что возможно было доставить в космос в грузовом отсеке космического корабля многоразового применения. В каком-то смысле появлению на свет нового телескопа помогло само существование шаттлов — NASA желало оправдать истраченные на них огромные деньги.

Дети шпионов

Во второй половине 70-ых годов XX века Конгресс США выделил на космическую обсерваторию $475 млн., по окончании чего началась изготовление главного и шлифовка зеркала вторых инструментов. Работу по сборке возглавила космическая корпорация Lockheed, телескоп был смонтирован на ее заводе в Саннивейле, одном из городов Силиконовой Равнины.

Lockheed не просто так стала главным изготовителем «Хаббла». В 70—80-е годы она строила разведывательные спутники KH-11 (KeyHole — «замочная скважина»). Эти тринадцатитонные аппараты были самыми настоящими орбитальными телескопами, но нацеливались они не в глубины космоса, а на поверхность отечественной планеты. На борту каждого спутника был 230-сантиметровый рефлектор, дополненный маленьким вращающимся зеркалом, которое сканировало земную поверхность.

Для регистрации изображений в первый раз употреблялись фоточувствительные интегральные схемы, разрешавшие передавать на Землю оцифрованную данные в настоящем масштабе времени. Совершенно верно такие же устройства позднее были установлены и на «Хаббле».

Главные зеркала спутников-шпионов KH-11 поставляла оптическая компания PerkinElmer, которая взяла (и практически провалила — но об этом позднее) заказ на зеркало для «Хаббла». Существовал (действительно, лишь на бумаге) еще один армейский предок космического телескопа — проект пилотируемой космической станции MOL (Manned Orbiting Laboratory), которую в 1960-х Пентагон планировал вывести на околоземную орбиту для сбора развединформации. Программа MOL так и не состоялась, а вот созданная под нее разработка изготовления зеркал космического базирования очень понадобилась.

Долгострой

В соответствии с начальным замыслам, первый в мире орбитальный телескоп должен был вступить в строй в первой половине 80-ых годов XX века. Но в намеченные сроки его не только не вывели на орбиту, но кроме того не выстроили. Запуск заменили на церемонию крещения — как раз тогда телескопу присвоили имя Эдвина Хаббла. NASA к тому же было нужно неоднократно просить у Конгресса дополнительных ассигнований на завершение проекта.

В конечном итоге разработка, запуск и изготовление «Хаббла» обошлись почти в $2 млрд.

«Хаббл» мог отправиться в космос во второй половине 80-ых годов двадцатого века, но старт отложили из-за трагедии «Челленджера». Разобранный телескоп пролежал на заводе в Саннивейле еще три года. В октябре 1989-го упрятанную в контейнер 11-тонную обсерваторию перевезли на авиабазу Моффет-Филд, загрузили на военно-транспортный самолет С-5А и под покровом секретности доставили на мыс Канаверал. 29 марта 1990 года ее разместили в грузовом отсеке корабля «Дискавери», что ушел в космос 24 апреля.

На следующий сутки, на 14-м витке шаттла, космонавты послали обсерваторию в свободный полет. 20 мая «Хаббл» передал на Землю первый снимок космического объекта NGC 3532 — небольшого звездного скопления из отечественной Галактики, отстоящего от Солнца на 1300 световых лет.

Об этом событии NASA сказало с громадной помпой, не смотря на то, что в действительности радоваться было еще рано. Космические картины не были достаточно резкими, и экспертам никак не получалось расширить их четкость. Сначала эти сведенья скрывали от публики, но 27 июня управление NASA предало ее гласности на пресс-конференции.

О конфузе срочно и с большим ехидством заговорила мировая пресса. Дорогостоящий проект, от которого ожидали великих астрономических открытий, угрожал обернуться полным провалом.

Обстоятельством неполадок был недостаток шлифовки главного зеркала. Его центральная территория приблизительно соответствовала заданной гиперболической геометрии, но на периферии оно выяснилось чуть менее вогнутым, нежели требовалось. Сама по себе эта погрешность была ничтожной (менее 2 мкм), но и этого хватило для происхождения большой сферической аберрации.

Скупой платит два раза

Виноватых нашли скоро. Оказалось, что техники PerkinElmer осуществляли контроль точность шлифовки лазерным интерферометром с неправильно установленными линзами. Неисправный прибор завысил кривизну зеркала, и его перешлифовали, сделав чересчур плоским.

Любопытно, что PerkinElmer получила от NASA договор на изготовление зеркала в первую очередь вследствие того что запросила на $30 млн. меньше, чем ее главный соперник, компания Kodak, включившая в цена проекта дополнительный всесторонний контроль качества рефлектора. Руководство NASA клюнуло на дешевизну, но заплатить пришлось намного больше — PerkinElmer в итоге стребовала с федеральной казны $450 млн. (в шесть раза больше начальной стоимости договора!).

Малоприятные последствия недостатка шлифовки главного зеркала возможно было до некоей степени нейтрализовать за счет понижения светочувствительности телескопа. Для этого в его электронные фотокамеры следовало отправлять лишь свет, отраженный от центра зеркала, и совершенствовать оцифрованные изображения посредством корректирующих компьютерных программ, но наряду с этим терялось более 80% прошедшего через апертуру света. Это сводило к нулю главное преимущество космического телескопа — свойство фотографировать весьма тусклые космические объекты, и уровень качества снимков с «Хаббла» было ненамного лучшим, чем у наибольших земных телескопов.

Очки для телескопа

Но эксперты нашли выход. «Хаббл» нес пять астрономических устройств: широкоугольную фотокамеру, талантливую осуществлять обзорные съемки и трудиться в режиме наблюдения планет, камеру для съемки тусклых объектов, два спектрографа и скоростной фотометр. Специалисты советовали заменить главную фотокамеру на подобную модель с модифицированной оптикой, исправляющей сферическую аберрацию.

В этих же целях было решено оснастить «Хаббл» зеркальным оптическим преобразователем COSTAR, разрешающим улучшить камеры и работу спектрографов для съемки слабосветящихся объектов. Для его размещения потребовалось убрать фотометр, но другого выхода все равно не было.

Новую аппаратуру необходимо было изготовить и отъюстировать, а это потребовало времени. Более того, ее имели возможность установить только инженеры-космонавты, а у трех шаттлов и без того хватало работы. Исходя из этого еще более трех лет «Хаббл» проработал в нештатном режиме.

К декабрю 1993 года у телескопа начали «барахлить» солнечные панели и отказали два банка электронной памяти и три гироскопа совокупности ориентации. Исходя из этого ремонт отнюдь не ограничился заменой астрономической аппаратуры. Работы, выполненные экипажем космического корабля «Индевер», заняли в общем итоге 35 часов, но затем «Хаббл» в первый раз «прозрел».

Позднее «Хаббл» модернизировали еще трижды — в 1997, 1999 x 2002 годах. Он приобрел новые спектроскопы, гироскопы и запоминающие устройства, более замечательный бортовой компьютер, и сверхсовременную камеру для обзорных съемок, разрешающую вести наблюдения в спектральном диапазоне от ближней инфракрасной территории до ультрафиолета.

Продолжительная вахта

Еще недавно эксперты предполагали, что «Хаббл» прослужит впредь до 2010 года. Но в августе 2004-го из-за неполадок в совокупности питания отказал спектрограф. Плановое физико-техническое обслуживание намечалось провести в феврале 2005-го, но доставить ремонтную бригаду к телескопу было нечем: по окончании смерти «Колумбии» (1 февраля 2003 года) все запуски шаттлов были отменены.

Существует и более значительная неприятность. «Хаббл» ориентируется в пространстве посредством гироскопов, каковые, увы, не вечны. Телескоп стабилизировали три «волчка», но для пущей сохранности один из них 28 августа 2005 года перевели в пассивный режим. Имеется настоящая опасность, что к 2008 году у «Хаббла» останется только один действующий гироскоп, и тогда телескоп, вероятнее, станет совсем ненужным.

Для исправления данной ситуации нужен пятый по счету сеанс технического обслуживания, но вот состоится ли он — вопрос открытый. «Управление NASA не исключает очередной модернизации «Хаббла», но сказать о ней до тех пор пока преждевременно. Полеты шаттлов возобновятся не раньше мая 2006 года. В случае если первые запуски пройдут гладко, покажется шанс и на отправку корабля к «Хабблу», — говорит начальник научной программы «Хаббла» Дэвид Лекрон. — Прежде всего нужно будет привести в порядок совокупность ориентации.

Возможность того, что к середине 2008 года по крайней мере два гироскопа сохранят работоспособность, образовывает всего 50%. на данный момент мы пробуем создать способ нацеливания телескопа посредством единственного гироскопа, но окажется ли это, пока не светло». «Хаббл» испытывает недостаток и в новых аккумуляторная батареях: емкость ветхих неспешно уменьшается и уже через четыре года они не смогут обеспечить телескоп нужной энергией.

Хотелось бы кроме этого оснастить его новой новым и широкоугольной камерой ультрафиолетовым спектрографом. В случае если удастся совершить пятый ремонт, «Хаббл», вероятнее, сможет функционировать впредь до запуска собственного преемника, космического телескопа «Джеймс Уэбб», что будет выведен на орбиту не раньше середины 2013 года.

Орбитальный телескоп «Хаббл» уже послал на Землю более чем семисот тысяч изображений разных космических объектов. Эта информация была очень важной для астрономии, космологии и астрофизики: с ее помощью было установлено присутствие сверхмассивных черных дыр в галактических ядрах и доказано, что Вселенная расширяется с возрастающей скоростью. Но «Хаббл» все еще трудится — он ведет поиск миров на краю видимой Вселенной.

Два зеркала

Оптическая совокупность «Хаббла» является модификацией схемы телескопа-рефлектора, предложенной в первой половине 70-ых годов XVII века французским католическим священником Лораном Кассегреном (1629—1693), учителем Шартрского колледжа.

Основное вогнутое зеркало отбрасывает световые лучи на соосное выпуклое запасного, откуда они возвращаются, проходят через отверстие в центре главного рефлектора и фокусируются сзади него. Применение второго зеркала многократно увеличивает фокусное расстояние инструмента и одновременно с этим делает его более компактным (фокусное расстояние «Хаббла» равняется 58 м, а протяженность всего лишь 13 м).

Подобную бизеркальную совокупность в первой половине 60-ых годов семнадцатого века изобрел британец Джеймс Грегори, но в его конструкции оба зеркала были вогнутыми. В схеме Кассегрена основное зеркало — параболоид вращения, а вспомогательное — выпуклый гиперболоид. В начале ХХ века Джордж Ритчи и Анри Кретьен продемонстрировали, что уровень качества изображения улучшится, в случае если оба зеркала сделать гиперболическими. Эта конструкция и реализована в космическом телескопе «Хаббл».

Кстати, как раз Ритчи сконструировал и выстроил телескоп имени Хукера, на котором трудился Эдвин Хаббл.

Закон Хаббла

Эдвин Пауэлл Хаббл (1899—1953) появился в городе Маршфилд (штат Миссури). В возрасте 21 года он получил диплом Чикагского университет со степенью бакалавра по астрономии и математике. По требованию отца Хаббл изучал право в Оксфордском университете, а по возвращении в Соединенных Штатах посвятил год адвокатской практике, но природная склонность к научным изучениям забрала собственный.

В 1914 году он поступил в аспирантуру при Йеркской обсерватории, через три года защитился и был приглашен трудиться в калифорнийскую обсерваторию Маунт-Вилсон. Эта обсерватория располагала парой самых современных зеркальных телескопов. 150-сантиметровый рефлектор был открыт в 1908 году, а в 1917-м было закончено сооружение 250-сантиметрового телескопа имени Хукера, что до 1948 года оставался наибольшим в мире.

В начале 1920-х Харлоу Шепли посредством полутораметрового рефлектора выяснил размеры отечественной Галактики — Млечного Пути (он оценил это значение в 300 тысяч световых лет, не смотря на то, что на данный момент считается верным значение 90 тысяч) и доказал, что отечественное Солнце расположено на большом растоянии от ее центра. Коперник лишил Почву статуса центра мироздания, дав его Солнцу; Шепли поступил так же по отношению к нашему светилу.

Хаббл совершил очередной революционный прорыв, доказав, что отечественная Галактика — всего лишь одна из многих. В 1923—1924 годах, проводя изучения посредством 250-сантиметрового телескопа, он вычислил расстояние до туманности Андромеды — 900 тысяч световых лет (позднее было доказано, что оно в два с половиной раза больше). Кроме того применяя оценку Шепли диаметра отечественной Галактики, нереально было не осознать, что Млечный Путь и Андромеда — равноправные звездные скопления.

Скоро Хаббл идентифицировал еще две независимые галактики — M33 и NGC 6822. Тем самым подтвердилась догадка о существовании внегалактических «звездных островов», выдвинутая в 1775 году Иммануилом Кантом. До Хаббла к подобным выводам пришли американец Эбер Кёртис и швед Кнут Лундмарк, но их доводы были неубедительны.

В 1925 году Хаббл и Шепли узнали, что туманность Андромеды и Млечный Путь являются участниками скопления галактик, названного Местной группой.

Но собственный основное открытие Хаббл сделал во второй половине 20-ых годов XX века. Он доказал, что галактики разбегаются по всем направлениям, причем скорость их разлета пропорциональна расстоянию до Нашей системы. Это утверждение образовывает известный закон Хаббла. Сейчас мы знаем, что разлет галактик говорит о расширении Вселенной, но эта интерпретация, с которой Хаббл до самой смерти так и не примирился, стала общепринятой только во второй половине прошлого века по окончании появления теории Громадного Взрыва.

Закон Хаббла справедливо считается величайшим достижением астрономии XX века. Так что не следует удивляться, что имя этого ученого присвоили первому многоцелевому орбитальному телескопу.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№39, январь 2006).

Телескоп Хаббл. Отправляя глаза в никуда, Космическое путешествие


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: