Вот где находится знаменитый телескоп хаббл.
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
Идея разместить телескоп на орбите возникла почти сто лет назад. Научное обоснование важности постройки такого телескопа в виде статьи опубликовал астрофизик Лайман Спитцер в 1946-м году. В 65-м его сделали главой комитета академии наук, которая определила задачи такого проекта.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
Управляется и контролируется телескоп в реальном времени 24/7 из центра управления в городе Гринбелт в штате Мэриленд. Задачи центра делятся на два вида: технические (обслуживание, управление и мониторинг состояния) и научные (выбор объектов, подготовка задач и непосредственно сбор данных). Еженедельно Хаббл получает с Земли более 100 000 разных команд: это корректирующие орбиту инструкции, и задания на съемку космических объектов.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
Основная оптика Хаббла сделана по системе Ричи-Кретьена . Она состоит из круглого, гиперболически изогнутого, зеркала диаметром 2,4 м с отверстием в центре. Это зеркало отражает на вторичное зеркало тоже гиперболической формы, которое отражает в центральное отверстие первичного пригодный к оцифровке пучок. Для отсеивания лишних частей спектра и выделения нужных диапазонов используются всевозможные фильтры.
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
Снимки Хаббла - это не совсем фотографии в привычном понимании. Очень много информации недоступно в оптическом диапазоне. Многие космические объекты активно излучают в других диапазонах. Хаббл оборудован множеством устройств с разнообразными фильтрами, что позволяют уловить данные, которые позже астрономы обрабатывают и могут свести в наглядное изображение. Богатство цветов обеспечивают разные диапазоны излучения звезд и ионизированных ими частиц, а также их отраженный свет.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
ID: heic1107a
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
ID: opo0328a
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
ID: heic1307a 
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
ID: heic1118a
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
ID: heic0609a
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
ID: heic1311a
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
ID: heic0910h
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
Есть несколько снимков Хаббла, в названии которых имеется Deep Field . Это кадры с огромным многодневным временем экспозиции, демонстрирующие маленький кусочек звездного неба. Чтобы их снять, пришлось очень тщательно выбирать подходящий для такого экспонирования участок. Его не должны были перекрывать Земля и Луна, поблизости не должно было быть ярких объектов и так далее. В итоге Дип Филд стали очень полезными для астрономов кадрами, по которым можно изучать процессы формирования вселенной.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.
Вид «Хаббла» с борта космического корабля «Атлантис» STS-125
Космический телескоп «Хаббл» (КТХ ; Hubble Space Telescope , HST ; код обсерватории «250») - на орбите вокруг , названная в честь Эдвина Хаббла. Телескоп «Хаббл» - совместный проект НАСА и Европейского космического агентства ; он входит в число Больших обсерваторий НАСА.
Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна; в первую очередь - в инфракрасном диапазоне. Благодаря отсутствию влияния атмосферы разрешающая способность телескопа в 7-10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле.
История
Предыстория, концепции, ранние проекты
Первое упоминание концепции орбитального телескопа встречается в книге Германа Оберта «Ракета в межпланетном пространстве» (Die Rakete zu den Planetenraumen ), изданной в 1923 году.
В 1946 году американский астрофизик Лайман Спитцер опубликовал статью «Астрономические преимущества внеземной обсерватории» (Astronomical advantages of an extra-terrestrial observatory ). В статье отмечены два главных преимущества такого телескопа. Во-первых, его угловое разрешение будет ограничено лишь дифракцией, а не турбулентными потоками в атмосфере; в то время разрешение наземных телескопов было от 0,5 до 1,0 угловой секунды, тогда как теоретический предел разрешения по дифракции для орбитального телескопа с зеркалом 2,5 метра составляет около 0,1 секунды. Во-вторых, космический телескоп мог бы вести наблюдение в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, в которых поглощение излучений земной атмосферой весьма значительно.
Спитцер посвятил значительную часть своей научной карьеры продвижению проекта. В 1962 году доклад, опубликованный Национальной академией наук США, рекомендовал включить разработку орбитального телескопа в космическую программу, и в 1965 году Спитцер был назначен главой комитета, в задачу которого входило определение научных задач для крупного космического телескопа.
Космическая астрономия стала развиваться после окончания Второй мировой войны. В 1946 году впервые был получен ультрафиолетовый спектр .Орбитальный телескоп для исследований Солнца был запущен Великобританией в 1962 году в рамках программы «Ариэль», а в 1966 году НАСА запустило в космос первую орбитальную обсерваторию OAO-1. Миссия не увенчалась успехом из-за отказа аккумуляторов через три дня после старта. В 1968 году была запущена OAO-2, которая производила наблюдения ультрафиолетового излучения и вплоть до 1972 года, значительно превысив расчётный срок эксплуатации в 1 год.
Миссии OAO послужили наглядной демонстрацией роли, которую могут играть орбитальные телескопы, и в 1968 году НАСА утвердило план строительства телескопа-рефлектора с зеркалом диаметром 3 м. Проект получил условное название LST (Large Space Telescope ). Запуск планировался на 1972 год. Программа подчёркивала необходимость регулярных пилотируемых экспедиций для обслуживания телескопа с целью обеспечения продолжительной работы дорогостоящего прибора. Параллельно развивавшаяся программа «Спейс шаттл» давала надежды на получение соответствующих возможностей.
Борьба за финансирование проекта
Благодаря успеху программы ОАО в астрономическом сообществе сложился консенсус о том, что строительство крупного орбитального телескопа должно стать приоритетной задачей. В 1970 году НАСА учредило два комитета, один для изучения и планирования технических аспектов, задачей второго была разработка программы научных исследований. Следующим серьёзным препятствием было финансирование проекта, затраты на который должны были превзойти стоимость любого наземного телескопа. Конгресс США поставил под сомнение многие статьи предложенной сметы и существенно урезал ассигнования, первоначально предполагавшие масштабные исследования инструментов и конструкции обсерватории. В 1974 году, в рамках программы сокращений расходов бюджета, инициированной президентом Фордом, Конгресс полностью отменил финансирование проекта.
В ответ на это астрономами была развёрнута широкая кампания по лоббированию. Многие учёные-астрономы лично встретились с сенаторами и конгрессменами, было также проведено несколько крупных рассылок писем в поддержку проекта. Национальная Академия Наук опубликовала доклад, в котором подчёркивалась важность создания большого орбитального телескопа, и в результате сенат согласился выделить половину средств из бюджета, первоначально утверждённого Конгрессом.
Финансовые проблемы привели к сокращениям, главным из которых было решение уменьшить диаметр зеркала с 3 до 2,4 метра, для снижения затрат и получения более компактной конструкции. Также был отменён проект телескопа с полутораметровым зеркалом, который предполагалось запустить с целью тестирования и отработки систем, и принято решение о кооперации с Европейским космическим агентством. ЕКА согласилось участвовать в финансировании, а также предоставить ряд инструментов и для обсерватории, взамен за европейскими астрономами резервировалось не менее 15 % времени наблюдений. В 1978 году Конгресс утвердил финансирование в размере 36 млн долл., и сразу после этого начались полномасштабные работы по проектированию. Дата запуска планировалась на 1983 год. В начале 1980-х телескоп получил имя Эдвина Хаббла.
Организация проектирования и строительства
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 занимался общим руководством 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 для телескопа.
Изготовление оптической системы
Полировка главного зеркала телескопа, лаборатория компании «Перкин-Элмер», май 1979 года
Зеркало и оптическая система в целом были наиболее важными частями конструкции телескопа, и к ним предъявлялись особо жёсткие требования. Обычно зеркала телескопов изготавливаются с допуском примерно в одну десятую длины волны видимого света, но, поскольку космический телескоп предназначался для наблюдений в диапазоне от ультрафиолетового до почти инфракрасного, а разрешающая способность должна была быть в десять раз выше, чем у наземных приборов, допуск для изготовления его главного зеркала был установлен в 1/20 длины волны видимого света, или примерно 30 нм.
Компания «Перкин-Элмер» намеревалась использовать новые станки с числовым программным управлением для изготовления зеркала заданной формы. Компания «Кодак» получила контракт на изготовление запасного зеркала с использованием традиционных методов полировки, на случай непредвиденных проблем с неопробированными технологиями (зеркало, изготовленное компанией «Кодак», в настоящее время находится в экспозиции музея Смитсоновского института). Работы над основным зеркалом начались в 1979 году, для изготовления использовалось стекло со сверхнизким коэффициентом теплового расширения. Для уменьшения веса зеркало состояло из двух поверхностей - нижней и верхней, соединённых решётчатой конструкцией сотовой структуры.
Резервное зеркало телескопа, Смитсоновский музей авиации и космонавтики, Вашингтон
Работы по полировке зеркала продолжались до мая 1981 года, при этом были сорваны первоначальные сроки и значительно превышен бюджет. В отчётах НАСА того периода выражаются сомнения в компетентности руководства компании «Перкин-Элмер» и её способности успешно завершить проект такой важности и сложности. В целях экономии средств НАСА отменило заказ на резервное зеркало и перенесло дату запуска на октябрь 1984 года. Окончательно работы завершились к концу 1981 года, после нанесения отражающего покрытия из алюминия толщиной 75 нм и защитного покрытия из фторида магния толщиной в 25 нм.
Несмотря на это, сомнения в компетентности «Перкин-Элмер» оставались, поскольку сроки окончания работ над остальными компонентами оптической системы постоянно отодвигались, а бюджет проекта рос. Графики работ, предоставляемые компанией, НАСА охарактеризовало как «неопределённые и изменяющиеся ежедневно» и отложило запуск телескопа до апреля 1985 года. Тем не менее, сроки продолжали срываться, задержка росла в среднем на один месяц каждый квартал, а на завершающем этапе росла на один день ежедневно. НАСА было вынуждено ещё дважды перенести старт, сначала на март, а затем на сентябрь 1986 года. К тому времени общий бюджет проекта вырос до 1,175 млрд долл.
Космический аппарат
Начальные этапы работ над космическим аппаратом, 1980
Другой сложной инженерной проблемой было создание аппарата-носителя для телескопа и остальных приборов. Основными требованиями были защита оборудования от постоянных перепадов температур при нагреве от прямого солнечного освещения и охлаждения в тени Земли и особо точное ориентирование телескопа. Телескоп смонтирован внутри лёгкой алюминиевой капсулы, которая покрыта многослойной термоизоляцией, обеспечивающей стабильную температуру. Жёсткость капсулы и крепление приборов обеспечивает внутренняя пространственная рама из углепластика.
Хотя работы по созданию космического аппарата проходили более успешно, чем изготовление оптической системы, «Локхид» также допустила некоторое отставание от графика и превышение бюджета. К маю 1985 года перерасход средств составил около 30 % от первоначального объёма, а отставание от плана - 3 месяца. В докладе, подготовленном Космическим центром Маршалла, отмечалось, что при проведении работ компания не проявляет инициативу, предпочитая полагаться на указания НАСА.
Координация исследований и управление полётом
В 1983 году, после некоторого противоборства между НАСА и научным сообществом был учреждён Научный институт космического телескопа. Институт управляется Ассоциацией университетов по астрономическим исследованиям (Association of Universities for Research in Astronomy ) (AURA) и располагается в кампусе университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд. Университет Хопкинса - один из 32 американских университетов и иностранных организаций, входящих в ассоциацию. Научный институт космического телескопа отвечает за организацию научных работ и обеспечение доступа астрономов к полученным данным; эти функции НАСА хотело оставить под своим контролем, но учёные предпочли передать их академическим учреждениям.
Европейский координационный центр космического телескопа был основан в 1984 году в городе Гархинг, Германия для предоставления аналогичных возможностей европейским астрономам.
Управление полётом было возложено на Центр космических полётов Годдарда, который находится в городе Гринбелт, Мэриленд, в 48 километрах от Научного института космического телескопа. За функционированием телескопа ведётся круглосуточное посменное наблюдение четырьмя группами специалистов. Техническое сопровождение осуществляется НАСА и компаниями-контакторами через Центр Годдарда.
Запуск и начало работы
Старт шаттла «Дискавери» с телескопом «Хаббл» на борту
Первоначально запуск телескопа на орбиту планировался на октябрь 1986 года, но 28 января приостановила программу «Спейс шаттл» на несколько лет, и запуск пришлось отложить.
Всё это время телескоп хранился в помещении с искусственно очищенной атмосферой, его бортовые системы были частично включены. Расходы на хранение составляли около 6 млн долл. в месяц, что ещё больше увеличило стоимость проекта.
Вынужденная задержка позволила произвести ряд усовершенствований: солнечные батареи были заменены на более эффективные, был модернизирован бортовой вычислительный комплекс и системы связи, а также изменена конструкция кормового защитного кожуха с целью облегчить обслуживание телескопа на орбите.Кроме того, программное обеспечение для управления телескопом было не готово в 1986 году и фактически было окончательно написано только к моменту запуска в 1990 году.
После возобновления полётов шаттлов в 1988 году запуск был окончательно назначен на 1990 год. Перед запуском накопившаяся на зеркале пыль была удалена при помощи сжатого азота, а все системы прошли тщательное тестирование.
Аналогами три преимущества: на качество изображения не влияет , благодаря меньшему рассеиванию света расположенные объекты и диапазон электромагнитных волн от инфракрасных до ультрафиолетовых. Все эти преимущества используются в полной мере благодаря сложной конструкции телескопа Хаббл.
Главное зеркало телескопа имеет диаметр 2,4 м, а вторичное – 0,34 м. Расстояние между ними строго выверено и составляет 4,9 м. Оптическая система позволяет собирать свет в пучок диаметром 0,05 дюймов (даже у самых лучших телескопов на Земле кружок рассеяния больше 0,5 дюймов). Разрешающая способность телескопа Хаббл в 7-10 раз больше, чем у аналогов на Земле.
При такой экспозиции необходима очень высокая степень стабилизации и точности наведения . Именно это составило главную сложность при проектировании – в результате сложная комбинация датчиков, гироскопов и звездных гидов позволяет удерживать фокус в пределах 0,007 дюймов длительное время (точность наведения при этом не менее 0,01 дюйма).
На борту установлено шесть основных научных приборов, являющихся достижениями научной мысли на момент запуска шаттла. Это высокого Годдарда для работы в ультрафиолетовом диапазоне, камера и спектрограф для съемки тусклых объектов, планетарная и широкоугольная камеры, высокоскоростной фотометр для наблюдений за объектами с изменяющейся яркостью и датчики точного наведения.
Чтобы система была самодостаточной и не нуждалась в источниках питания, снабжен мощными солнечными батареями, которые, в свою очередь, заряжают шесть водородно-никелевых аккумулятора. Все компьютеры, аккумуляторные батареи, телеметрические и другие системы располагаются так, чтобы их можно было без проблем заменить в случае необходимости.
Видео по теме
Оптические инструменты известны еще с древних времен. Архимед использовал линзы для фокусировки света и уничтожения деревянных кораблей противника. Но вот телескопы появились куда позже, и причина этого неизвестна.
Истоки
Система учений об оптике была создана греческими учеными Евклидом и Аристотелем. По сути, оптика – это результат изучения строения человеческого глаза, а неразвитость анатомии в античности не позволяла развить оптику в серьезную науку.В XIII веке появились первые очки на основе знаний о прямолинейных лучах. Они служили утилитарным целям – помогали мастерам разглядывать мелкие детали. Вряд ли это изобретение стало результатом долгих изысканий – это могла быть чистая удача, находка того, что шлифованное стекло может давать эффект увеличения предмета при приближении к глазу.
Английский естествознатель Бэкон писал об арабских инструментах, которые могли в теории давать увеличение, что можно было увидеть звезды на близком расстоянии. Гений да Винчи дошел до таких высот, что он проектировал свои станки стекла и писал трактаты о фотометрии. Однолинзовый телескоп, точнее, его чертежи и техническая документация, был продуман до мелочей Леонардо, а сам гений утверждал, что можно таким образом достичь увеличения в 50 раз. Вряд ли такая конструкция имела право на жизнь, но факт есть факт – первый камень в основание нового направления в науке был заложен.
Первая зрительная труба была сделана в Голландии в конце XVI - начале XVII века (мнения о точной дате сегодня расходятся) З.Янсеном в Миддельбурге по подобию некого итальянского телескопа. Это событие было официально задокументировано. Голландцы проявили немалую сноровку в производстве зрительных труб. Метциус, Липперсгей – их имена сохранились в хрониках, а их изделия были представлены на суд герцогов и королей, за что мастера награждались большими суммами денег. Кто же был первым – по сей день неизвестно. Инструменты делались из дешевых материалов, но на практической, а не теоретической основе, как это было ранее.
Галилео Галилей получил место профессора в университете Падуи за представление дожу Венеции своего образца телескопа. Его авторство не оставляет сомнений, поскольку изделия хранятся и сейчас во флорентийских музеях. Его телескопы позволяли добиться увеличения в 30 раз, в то время как другие мастера изготавливали телескопы с увеличением в 3 раза. Он же и внес практическую базу в учение о гелиоцентрической сущности Солнечной системы, наблюдая лично за планетами, звездами.
Великий астроном Иоганн Кеплер, ознакомившись с изобретением Галилея, составил подробное
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:
- Съемка столкновения кометы Шумейкеров - Леви с Юпитером в 1994 году.
- Получены подробные кадры поверхности Плутона и Эриды (еще одна карликовая планета).
- Засняты ультрафиолетовые полярные сияния Сатурне, Юпитере и на его спутнике Ганимеде.
- 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.
- Способствовал частичному подтверждению теории о присутствии сверхмассивных черных дыр в центрах галактик.
- Получено доказательство того, что Вселенная расширяется с ускорением, а не с постоянной (или затухающей) скоростью.
- Подтвержден точный возраст Вселенной - 13,7 млрд. лет.
- Обнаружено наличие аналогов гамма-всплесков в оптическом диапазоне.
- Подтверждение гипотезы об изотропности (т.е. одинаковости самой Вселенной и ее свойств в отдельных ее частях) Вселенной.
- 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.