С момента начала работы выросло уже целое поколение людей, которое принимает «Хаббл» за должное, поэтому легко забыть, насколько революционным был этот аппарат. На данный момент он всё ещё работает, возможно, он продержится ещё лет пять. В неделю телескоп передаёт примерно 120 гигабайтов научных данных, за время функционирования снимков набралось на более 10 тысяч научных статей.
Последователем «Хаббла» станет космический телескоп имени Джеймса Уэбба. Проект последнего испытывает значительные превышения бюджета и срывы сроков на более, чем 5 лет. С «Хабблом» всё происходило точно так же, даже хуже - накладывались проблемы с финансированием и катастрофа «Челленджера» , а позже - «Колумбии ». В 1972 году считалось , что программа будет стоить 300 миллионов долларов (с учётом инфляции это примерно 590 млн). К тому моменту, когда телескоп наконец достиг стартовой площадки, цена увеличилась в несколько раз до примерно 2,5 млрд долларов. К 2006 году было подсчитано , что «Хаббл» обошёлся в 9 миллиардов (10,75 млрд с инфляцией), плюс пять космических полётов космических челноков для обслуживания и починки, каждый запуск которых обходился в приблизительно 500 млн.
Основная деталь телескопа - это зеркало диаметром 2,4 метра. Вообще, планировался телескоп с диаметром зеркала 3 метра, и запускать его хотели в 1979 году. Но в 1974 программу вычеркнули из бюджета, и только благодаря лоббированию астрономам удалось получить сумму в два раза меньше изначально запрашиваемой. Поэтому и пришлось поумерить пыл и уменьшить размах будущего проекта.
Оптически «Хаббл» - это реализация распространённой среди научных телескопов системы Ричи - Кретьена с двумя зеркалами. Она позволяет получить хороший угол обзора и отличное качество изображения, но зеркала имеют трудную для изготовления и тестирования форму. Оптические системы и зеркало должны быть изготовлены с минимальными допусками. Зеркала обычных телескопов полируются до допуска в примерно десятую часть длины видимого света, но «Хаббл» должен был производить наблюдения в том числе ультрафиолета, света с более короткими волнами. Поэтому зеркало полировалось с допуском в 10 нанометров, 1 / 65 длины волны красного света. Кстати, зеркала подогреваются до температуры 15 градусов, что ограничивает производительность в инфракрасном диапазоне - другом пределе видимого спектра.
Одно зеркало изготовила компания «Кодак», другое - корпорация Itek. Первое находится в Национальном музее авиации и космонавтики, второе используется в обсерватории Магдалена-Ридж. Это были запасные зеркала, а то, что стоит в «Хаббле» было произведено компанией «Перкин-Элмер» с использованием сложнейших станков с ЧПУ, которые и привели к очередному срыву сроков. Работа над полировкой заготовки от Corning (той самой, что делает Gorilla Glass) началась только в 1979 году. Условия микрогравитации симулировались с помощью размещения зеркала на 130 стержнях, сила поддержки которых варьировалась. Процесс продолжался до мая 1981 года. Стекло промыли 9100 литрами горячей деминерализованной воды и нанесли два слоя: 65-нанометровый отражающий слой алюминия и 25-нанометровый защитного фторида магния.
А сроки запуска продолжали отодвигаться: сначала до октября 1984 года, после до апреля 1985, до марта 1986, до сентября. Каждый квартал работы «Перкин-Элмер» приводил к сдвигу сроков на месяц, в какие-то моменты каждый день работы отодвигал запуск на день. Графики работ компании не удовлетворяли НАСА своей расплывачатостью и неопределённостью. Стоимость проекта уже выросла до 1175 млн долларов.
Корпус аппарата был другой головной болью, он должен был быть в состоянии выдерживать как прямое воздействие солнечных лучей, так и темноту тени Земли. А эти скачки температур грозили точным системам научного телескопа. Стенки «Хаббла» состоят из нескольких слоёв теплоизоляции, которые окружены лёгкой алюминиевой оболочкой. Внутри оборудование размещено в графитоэпоксидном каркасе. Чтобы избежать впитывания воды гигроскопичными соединениями графита и попадания льда в приборы, внутрь до запуска закачивали азот. Хотя изготовление космического аппарата шло куда стабильней, чем оптических систем телескопа, организационные проблемы были и здесь. К лету 1985 года корпорация «Локхид», работавшая над аппаратом, вышла на 30 % за рамки бюджета и на три месяца за расписание.
У «Хаббла» при запуске было пять научных инструментов, и позднее все они были заменены при техническом обслуживании на орбите. Широкоугольная и планетарная камеры выполняли оптические наблюдения. У прибора было 48 фильтров спектральных линий для выделения конкретных элементов. Восемь ПЗС-матриц разделялись между двумя камерами, по четыре на каждую. Каждая матрица имела разрешение 0,64 мегапикселя. Широкоугольная камера обладала большим углом обзора, в то время как планетарная имела большее фокусное расстояние и, следовательно, давала большее увеличение.
Спектрограф высокого разрешения, созданный Центром космических полётов Годдарда, работал в ультрафиолетовом диапазоне. Также в УФ наблюдали камера съёмки тусклых объектов, разработанная Европейским космическим агентством, и спектрограф тусклых объектов от Калифорнийского университета и корпорации «Мартин Мариэтта». Висконсинский университет в Мадисоне создал высокоскоростной фотометр для наблюдения видимого света и ультрафиолетового диапазона излучения звёзд и других астрономических объектов с изменяющейся яркостью. Он мог производить до 100 тысяч измерений в секунду с фотометрической точностью в 2 % или лучше. Наконец, в качестве научного инструмента можно было использовать датчики наведения телескопа, они позволяли проводить очень точную астрометрию.
На Земле исследованиями «Хаббла» управляет специально созданный в 1981 году Институт исследований космоса с помощью космического телескопа. Его формирование произошло не без боя: НАСА хотело собственноручно управлять аппаратом, но научное сообщество не было согласно.
Орбита «Хаббла» была выбрана таким образом, чтобы к телескопу можно было подлетать и выполнять технические обслуживание. Пол-орбиты наблюдениям мешает Земля, на пути не должны находиться Солнце, Луна, также научному процессу мешает Бразильская магнитная аномалия, при пролёте над которой резко возрастает уровень радиации. Хаббл находится на высоте 569 километров, наклонение его орбиты - 28,5°. Из-за наличия верхних слоёв атмосферы позиция телескопа может непредсказуемо меняться, поэтому точно предсказать положение на продолжительные периоды времени невозможно. Распорядок работы обычно утверждается только за несколько дней до начала, поскольку неясно, можно ли будет к тому моменту наблюдать нужный объект.
К началу 1986 года начал вырисовываться запуск в октябре, но катастрофа «Челленджера» сдвинула все сроки. Космический челнок - подобный тому, который должен был доставить уникальный телескоп стоимостью в миллиард на орбиту - взорвался в безоблачном небе на 73 секунде полёта, унеся жизни семи человек. До 1988 года весь флот шаттлов стоял на приколе, пока проводилось расследование произошедшего. Кстати, ожидание тоже обходилось дорого: «Хаббл» держали в чистом помещении в залитом азотом состоянии. Каждый месяц стоил примерно 6 миллионов долларов. Время не терялось зря, в аппарате поменяли ненадёжную батарею и сделали несколько других улучшений. В 1986 году не было программной начинки наземных систем управления, и к запуску в 1990 софт был едва готов.
24 апреля 1990 года, 25 лет назад, с превышением бюджета в несколько раз телескоп был наконец-то запущен к своей орбите. Но на этом трудности только начались.
STS-31, телескоп покидает грузовой отсек челнока «Дискавери»
Уже через несколько недель стало ясно, что оптическая система имеет серьёзный дефект. Да, первые изображения были чётче, чем с наземных телескопов, но «Хаббл» не смог достичь своих заявленных характестик. Точечные источники выглядели как окружности размером с 1 угловую секунду вместо кружка в 0,1 угловой секунды. Как оказалось, НАСА не зря беспокоилось о компетентности «Перкин-Элмер» - зеркало имело отклонение формы по краям на примерно 2200 нанометров. Дефект был катастрофическим, поскольку приводил к сильной сферической аберрации, то есть свет, отражённый от краёв зеркала, фокусировался в точке, отличной от той, в которой фокусировался свет, отражённый от центра. Из-за этого не сильно пострадала спектроскопия, но наблюдение тусклых объектов было затруднено, что ставило крест на большинстве космологических программ.
Несмотря на то, что он производил некоторые наблюдения, возможные благодаря сложным техникам обработки изображений на Земле, «Хаббл» считался проваленным проектом, а репутация НАСА была серьёзно подмочена. Над телескопом начали шутить, к примеру, в фильме «Голый пистолет 2½: Запах страха» космический аппарат сравнивают с «Титаником», автомобилем провалившейся марки Edsel и наиболее известным падением дирижабля - аварией «Гинденбурга ».
Чёрно-белая фотография телескопа присутствует на одной из картин
Считается, что причиной дефекта стала ошибка во время монтажа главного нуль-корректора, устройства, которое помогает достичь нужного параметра кривизны поверхности. Одна из линз прибора был сдвинута на 1,3 миллиметра. Во время работы специалисты «Перкин-Элмер» анализировали поверхность с помощью двух нуль-корректоров, затем для финальной стадии использовался специальный нуль-корректор, созданный для очень строгих допусков. В итоге зеркало получилось очень точным, но имело не ту форму. Позже ошибка была обнаружена - два обычных нуль-корректора говорили о наличии сферической аберрации, но компания предпочла проигнорировать их измерения. «Перкин-Элмер» и НАСА начали выяснять отношения. В американском космическом агентстве считали, что компания не следила за процессом изготовления должным образом и не использовала в процессе изготовления и контроля качества своих лучших работников. Впрочем, было ясно, что часть вины лежала и на НАСА.
Хорошей новостью являлось то, что конструкция телескопа предполагала техническое обслуживание - первое уже в 1993 году, поэтому были начаты поиски решения проблемы. На Земле было резервное зеркало от «Кодака», но поменять его на орбите было невозможно, а спускать аппарат на шаттле было бы слишком дорого и долго. Зеркало изготовили точно, но оно имело не ту форму, поэтому было предложено добавить новые оптические компоненты, компенсирующие ошибку. Путём анализа точечных источников света было определено, что коническая постоянная зеркала составляла −1,01390±0,0002 вместо необходимой −1,00230. Та же цифра была получена с помощью обработки данных ошибки нуль-корректора «Перкин-Элмер» и анализа интерферограмм тестирования.
В ПЗС-матрицы второй версии широкоугольной и планетарной камер добавили коррекцию ошибки, но для других инструментов сделать подобное было невозможно. Для них требовалось другое внешнее устройство оптической коррекции, которое получило название Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR). Грубо говоря, для телескопа сделали очки. Места для COSTAR не хватало, поэтому пришлось отказаться от высокоскоростного фотометра.
В декабре 1993 года был проведён первый полёт по техническому обслуживанию. Первая миссия была самой важной. Всего их было проведено пять, во время каждой космический челнок сближался с телескопом, затем с помощью манипулятора производилась замена инструментов и отказавших устройств. За одну-две недели проводилось несколько выходов в открытый космос, а после орбиту телескопа корректировали - он постоянно опускался из-за воздействия верхних слоёв атмосферы. Таким образом было возможным обновлять оборудование стареющего «Хаббла» до наиболее современного.
Первая операция по техническому обслуживанию проводилась с «Инедевора» и продлилась 10 дней. На место высокоскоростного фотометра поставили корректировочную оптику COSTAR, первая версия широкоугольной и планетарной камер была заменена на вторую. Были заменены солнечные панели и их электроника, четыре гироскопа системы наведения телескопа, два магнитометра, бортовые компьютеры и разные электрические системы. Полёт был признан успешным.
Фотография галактики М 100 до и после установки систем коррекции
Вторая операция по техническому обслуживанию была проведена в феврале 1997 года с шаттла «Дискавери». С телескопа сняли спектрограф высокого разрешения и спектрограф тусклых объектов. Их заменили STIS (регистрирующий спектрограф космического телескопа) и NICMOS (камера и мультиобъектный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона). NICMOS охлаждался жидким азотом для снижения шума, но в результате непредвиденного расширения деталей и повышенной скорости нагрева срок службы упал с 4,5 лет до 2. Изначально накопитель данных «Хаббла» был ленточным, его заменили на твердотельный. Также у аппарата поправили теплоизоляцию.
Полётов обслуживания было пять, но они считаются в порядке 1, 2, 3A, 3B и 4, и несмотря на близость названий, 3A и 3B не проводились сразу же один за другим, как это можно было бы предположить. Третий полёт проходил в декабре 1999 года на шаттле «Дискавери», он был вызван поломкой четырёх из шести гироскопов телескопа. Были заменены все шесть гироскопов, датчики наведения, бортовой компьютер - теперь там стоял процессор Intel 80486 частотой 25 МГц. До этого в «Хаббле» использовался DF-224 с основным процессором частотой 1,25 МГц и двумя такими же резервными, накопителем на магнитном проводе из шести банков с 8K 24-битных слов, и одновременно могло работать четыре банка.
Эту фотографию во время третьего технического обслуживания сделал Скотт Келли. Сегодня он на МКС в рамках эксперимента по изучению биологических эффектов долговременного космического полёта на организм человека.
Четвёртый (или 3B) полёт проводился на «Колумбии» в марте 2002 года. Последний оригинальный прибор - камера съёмки тусклых объектов - была заменена на усовершенствованную обзорную камеру. Во второй раз были заменены солнечные панели, новые были на 30 % мощнее. NICMOS смог продолжить функционирование благодаря установке экспериментального криоохлаждения.
С этого момента все инструменты «Хаббла» имели корректировку ошибки зеркала, и необходимость в COSTAR отпала. Но его убрали только в финальном полёте обслуживания, который произошёл после катастрофы «Колумбии». Во время следующего за хаббловским полётом челнок разрушился при возвращении на Землю - к этому привело нарушение теплозащитного слоя. Гибель семи человек отодвинула изначальную дату в феврале 2005 года на неопределённый срок. Дело в том, что теперь все полёты шаттлов должны были проводиться по орбите, позволявшей достичь Международную космическую станцию на случай непредвиденных проблем. Но ни один челнок не мог в одном полёте достичь как орбиту «Хаббла», так и МКС - не хватало топлива. Телескоп имени Джеймса Уэбба планировалось запустить только в 2018 году, что означало пустой промежуток после окончания работы «Хаббла». Многие астрономы выступили с идеей о том, что последнее техническое обслуживание стоит риска человеческих жизней.
Под давлением Конгресса в январе 2004 года администрация НАСА заявила, что решение об отмене будет пересмотрено. В августе Центр космических полётов Годдарда начал готовить предложения по полностью дистанционно управляемому полёту, но позже планы были отменены - их признали неосуществимыми. В апреле 2005 года новый администратор НАСА Майкл Гриффин допустил возможность пилотируемого полёта к «Хабблу». В октябре 2006 года намерения были окончательно подтверждены, и 11-дневный полёт был назначен на сентябрь 2008 года.
Позжё полёт отложили до мая 2009 года. С «Атлантиса» была выполнена починка STIS и усовершенствованной обзорной камеры. На «Хаббл» установили два новых никель-водородных аккумулятора, заменили датчики наведения и другие системы. Вместо COSTAR на телескоп установили ультрафиолетовый спектрограф, а также добавили систему для будущего захвата и утилизации телескопа либо с помощью пилотируемого, либо полностью автоматического запуска. Вторую версию широкоугольной камеры заменили на третью. В результате всех выполненных работ телескоп .
Телескоп позволил уточнить постоянную Хаббла , подтвердил гипотезу об изотропности Вселенной, открыл спутник Нептуна и сделал многие другие научные исследования. Но для обывателя «Хаббл» в первую очередь важен огромным количеством красочных фотографий. Некоторые технические издания полагают , что эти цвета на самом деле не существуют, но это не совсем так. Цвет является представлением в мозге человека, а картинки раскрашиваются с помощью анализа излучения различных длин волн. Электрон, переходя со второго на третий уровень структуры атома водорода, излучает свет с длиной волны 656 нанометров, и мы называем его красным. Наши глаза адаптируются к различной яркости, поэтому создать точное отражение цветов не всегда возможно. Некоторые телескопы могут фиксировать невидимые человеческому глазу спектры ультрафиолета или инфракрасного излучения, и их данные тоже нужно как-то отражать на фотографиях.
В астрономии используется формат FITS, Flexible Image Transport System . В нём все данные представлены в текстовом виде, это некий аналог формата RAW. Чтобы получить хоть что-то, нужно произвести обработку. К примеру, глаза воспринимают свет в логарифмической шкале, а файл может представлять его в линейной. Без настройки яркости картинка может казаться слишком тёмной.
До и после коррекции контраста и яркости
Большинство коммерчески доступных камер имеет группы пикселей, которые фиксируют красный, зелёный или голубой цвета, и комбинация этих точек даёт цветную фотографию. Примерно так же колбочки в глазу человека воспринимают цвет. Недостаток этого подхода вызван тем, что каждый из типов датчиков воспринимает только узкую долю света, поэтому астрономическое оборудование фиксирует большие диапазоны длин волн, а для выделения цветов применяются фильтры. В результате «сырые» данные в астрономии часто чёрно-белые.
«Хаббл» снял M 57 в цветах волн 658 нм (красный), 503 нм (зелёный) и 469 нм (голубой), Starts With A Bang!
Затем с помощью фильтров получают цветные картинки. Со знанием процесса возможно создать изображение, максимально точно соответствующее реальности, хотя часто цвета не совсем реальны, иногда это делается намеренно. Подобное называют «эффект National Geographic». В конце семидесятых аппараты программы «Вояджер» пролетали мимо Юпитера, и впервые в истории сделали снимки этой планеты. Журналы по типу National Geographic посвятили целые развороты потрясающим фотографиям, обработанным с различными цветовыми эффектами, и опубликованное не совсем соответствовало действительности.
Самая известная фотография, сделанная телескопом «Хаббл» - это «Столпы творения» от 1 апреля 1995 года. На ней зафиксировано рождение новых звёзд в Туманности Орёл и свет молодых звёзд рядом с облаками газа и пыли. Снимаемые объекты находятся в 7000 световых лет от Земли. Левая структура имеет длину примерно 4 световых года. Выступы на «столпах» крупнее нашей Солнечной системы. Зелёный цвет фотографии отвечает за водород, красный - за однократно ионизированную серу, а голубой - за дважды ионизированный кислород.
Почему же она и многие другие фотографии «Хаббла» выстроены «лесенкой»? Это связано с конфигурацией второй версии широкоугольной и планетарной камер. Позже их поменяли, и сегодня они выставляются в Национальном музее авиации и космонавтики.
Чтобы отметить 25-летие телескопа, была выполнена повторная фотография, сделанная в 2014 и опубликованная в январе этого года. Она производилась третьей версией широкоугольной камеры, что позволяет сравнить качество оборудования.
Вот ещё несколько наиболее известных фотографий телескопа «Хаббл». По возрастанию их качества легко заметить полёты технического обслуживания.
1990 год , сверхновая 1987A
1991 год , Галактика М 59
1992 год , Туманность Ориона
1993 год , Туманность Вуаль
1994 год , Галактика M 100
1996 год , Hubble Deep Field . Почти все 3000 объектов - это галактики, а запечатлена была примерно 1 / 28 000 000 небесной сферы.
1997 год , «подпись» чёрной дыры M 84
Телескоп «Джеймс Уэбб» - это орбитальная инфракрасная обсерватория, которая должна заменить тот самый знаменитый космический телескоп «Хаббл».
Это очень сложный механизм. Работа над его идет около 20 лет! «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6,5 метров в диаметре и стоить около 6.8 млрд долларов. Для сравнения, диаметр зеркала «Хаббла» - «всего» 2.4 метра.
Посмотрим?
1. Телескоп «Джеймс Уэбб» должен быть размещен на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце - Земля. А в космосе холодно. Здесь показаны испытания, проводимые 30 марта 2012, направленные на изучение возможности противостоять холодным температурам пространства. (Фото Chris Gunn | NASA):
3. Сравним с «Хабблом». Зеркало «Хаббла» (слева) и «Уэбба» (справа) в одном масштабе:
4. Полномасштабная модель космического телескопа Джеймса Уэбба в Остине, штат Техас, 8 марта 2013. (Фото Chris Gunn):
5. Проект телескопа представляет собой международное сотрудничество 17 стран, во главе которых стоит NASA, со значительным вкладом Европейского и Канадского космических агентств. (Фото Chris Gunn):
6. Изначально запуск намечался на 2007 год, в дальнейшем переносился на 2014 и на 2015 год. Однако первый сегмент зеркала был установлен на телескоп лишь в конце 2015 года, а полностью главное составное зеркало было собрано только в феврале 2016 года.(Фото Chris Gunn):
7. Чувствительность телескопа и его разрешающая способность напрямую связаны с размером площади зеркала, которое собирает свет от объектов. Учёные и инженеры определили, что минимальный диаметр главного зеркала должен быть 6.5 метра, чтобы измерить свет от самых далёких галактик.
Простое изготовление зеркала, подобного зеркалу телескопа «Хаббл», но большего размера, было неприемлемо, так как его масса была бы слишком большой, чтобы можно было запустить телескоп в космос. Команде учёных и инженеров необходимо было найти решение, чтобы новое зеркало имело 1/10 массы зеркала телескопа «Хаббл» на единицу площади. (Фото Chris Gunn):
8. Не только у нас всё дорожает от начальной сметы. Так, стоимость телескопа «Джеймс Уэбб» превысила изначальные расчёты по меньшей мере в 4 раза. Планировалось, что телескоп обойдётся в 1,6 млрд долл. и будет запущен в 2011 году, однако по новым оценкам стоимость может составить 6.8 млрд, при этом запуск состоится не ранее 2018 года. (Фото Chris Gunn):
9. Это спектрограф ближнего инфракрасного диапазона. Он будет анализировать спектр источников, что позволит получать информацию как о физических свойствах исследуемых объектов (например, температуре и массе), так и об их химическом составе. (Фото Chris Gunn):
Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 а. е. от своих звёзд, и удалённые от Земли на расстояние до 15 световых лет. В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря «Джеймсу Уэббу» ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии - возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет.
11. Инженеры тестируют в камере. систему подъема телескопа, 9 сентября 2014. (Фото Chris Gunn):
12. Исследование зеркал, 29 сентября 2014. Шестиугольная форма сегментов была выбрана не случайно. Она обладает высоким коэффициентом заполнения и имеет симметрию шестого порядка. Высокий коэффициент заполнения означает, что сегменты подходят друг к другу без зазоров. Благодаря симметрии 18 сегментов зеркала можно разделить на три группы, в каждой из которых настройки сегментов идентичны. Наконец, желательно, чтобы зеркало имело форму, близкую к круговой - для максимально компактного фокусирования света на детекторах. Овальное зеркало, например, дало бы вытянутое изображение, а квадратное послало бы много света из центральной области. (Фото Chris Gunn):
13. Очистка зеркала сухим льдом из двуокиси углерода. Тряпками здесь никто не трет. (Фото Chris Gunn):
14. Камера A — это гигантская испытательная камера с вакуумом, которая будет моделировать космическое пространства при испытаниях телескопа «Джеймса Уэбба», 20 мая 2015. (Фото Chris Gunn):
17. Размер каждого из 18 шестигранных сегментов зеркала составляет 1.32 метра от ребра до ребра. (Фото Chris Gunn):
18. Масса непосредственно самого́ зеркала в каждом сегменте - 20 кг, а масса всего сегмента в сборе - 40 кг. (Фото Chris Gunn):
19. Для зеркала телескопа «Джеймса Уэбба» используется особый тип бериллия. Он представляет собой мелкий порошок. Порошок помещается в контейнер из нержавеющей стали и прессуется в плоскую форму. После того как стальной контейнер удалён, кусок бериллия разрезается пополам, чтобы сделать две заготовки зеркала около 1.3 метра в поперечнике. Каждая заготовка зеркала используется для создания одного сегмента. (Фото Chris Gunn):
20. Затем поверхность каждого зеркала стачивается для придания формы, близкой к расчётной. После этого зеркало тщательно сглаживают и полируют. Этот процесс повторяется до тех пор, пока форма сегмента зеркала не станет близка к идеальной. Далее сегмент охлаждается до температуры −240 °C, и с помощью лазерного интерферометра производятся измерения размеров сегмента. Затем зеркало с учётом полученной информации проходит окончательную полировку. (Фото Chris Gunn):
21. По завершению обработки сегмента передняя часть зеркала покрывается тонким слоем золота для лучшего отражения инфракрасного излучения в диапазоне 0,6-29 мкм, и готовый сегмент проходит повторные испытания при криогенных температурах. (Фото Chris Gunn):
22. Работа над телескопом в ноябре 2016 года. (Фото Chris Gunn):
23. НАСА завершило сборку космического телескопа «Джеймс Уэбб» в 2016 году и приступило к его испытаниям. Это снимок от 5 марта 2017 года. На длинной выдержке техники выглядят призраками. (Фото Chris Gunn):
26. Дверь в ту самую камеру А с 14-й фотографии, в которой моделируется космическое пространство. (Фото Chris Gunn):
28. Текущие планы предусматривают, что телескоп будет запущен с помощью ракеты «Ариан-5» весной 2019 года. Отвечая на вопрос о том, что ученые ожидают узнать с помощью нового телескопа, ведущий научный сотрудник проекта Джон Мэтер сказал: «Надеюсь, мы найдем что-то, о чем никто ничего не знает». UPD. Запуск телескопа «Джеймс Уэбб» перенесен на 2020 год. (Фото Chris Gunn).
Первый телескоп был построен в 1609 году итальянским астрономом Галилео Галилеем . Ученый, основываясь на слухах об изобретении голландцами зрительной трубы, разгадал ее устройство и изготовил образец, который впервые использовал для космических наблюдений. Первый телескоп Галилея имел скромные размеры (длина трубы 1245 мм, диаметр объектива 53 мм, окуляр 25 диоптрий), несовершенную оптическую схему и 30-кратное увеличение.Но позволил сделать целую серию замечательных открытий: обнаружить четыре спутника планеты Юпитер , фазы Венеры , пятна на Солнце, горы на поверхности Луны, наличие у диска Сатурна придатков в двух противоположных точках.
Прошло более четырехсот лет - на земле и даже в космосе современные телескопы помогают землянам заглянуть в далекие космические миры. Чем больше диаметр зеркала телескопа, тем мощнее оптическая установка.
Многозеркальный телескоп
Расположен на горе Маунт-Хопкинс, на высоте 2606 метров над уровнем море, в штате Аризона в США . Диаметр зеркала этого телескопа – 6,5 метров . Этот телескоп был построен еще в 1979 году. В 2000 году он был усовершенствован. Многозеркальным он называется, потому что состоит из 6 точно подогнанных сегментов, составляющих одно большое зеркало.
Телескопы Магеллана
Два телескопа, “Магеллан -1″ и “Магеллан-2″, находятся в обсерватории “Лас-Кампанас” в Чили , в горах, на высоте 2400 м, диаметр их зеркал 6,5 м у каждого . Телескопы начали работать в 2002 году.
А 23 марта 2012 года начато строительство еще одного более мощного телескопа «Магеллан» - «Гигантского Магелланова Телескопа», он должен вступить в строй в 2016-м. А пока взрывом была снесена вершина одной из гор, чтобы расчистить место для строительства. Гигантский телескоп будет состоять из семи зеркал по 8,4 метра каждое, что эквивалентно одному зеркалу диаметром 24 метра, за это его уже прозвали “Семиглаз”.
Разлученные близнецы телескопы «Джемини»
Два телескопа-брата, каждый из которых расположен в другой части света. Один – «Джемини север» стоит на вершине потухшего вулкана Мауна-Кеа на Гавайях , на высоте 4200 м. Другой – «Джемини юг», находится на горе Серра-Пачон (Чили) на высота 2700 м.
Оба телескопа идентичны, диаметры их зеркал составляют 8,1 метра , построены они в 2000 г. и принадлежат обсерватории «Джемини». Телескопы расположены на разных полушариях Земли, чтобы было доступно для наблюдения все звездное небо. Системы управления телескопами приспособлены для работы через интернет, поэтому астрономам не приходится совершать путешествия к разным полушариям Земли. Каждое из зеркал этих телескопов составлено из 42 шестиугольных фрагментов, которые были спаяны и отполированы. Эти телескопы созданы по самым совершенным технологиям, что делает обсерваторию «Джемини» одной из передовых астрономических лабораторий на сегодняшний день.
Северный "Джемини" на Гаваях
Телескоп «Субару»
Этот телескоп принадлежит Японской Национальной Астрономической Обсерватории. А расположен на Гавайях, на высоте 4139 м, по соседству с одним из телескопов «Джемини». Диаметр его зеркала – 8,2 метра . «Субару» оснащенкрупнейшим в мире «тонким» зеркалом.: его толщина – 20 см., его вес - 22,8 т. Это позволяет использовать систему приводов, каждый из которых передает свое усилие на зеркало, придавая ему идеальную поверхность в любом положении, что позволяет добиться самого лучшего качества изображения.
С помощью этого зоркого телескопа была открыта самая далекая из известных на сегодняшний день галактик, расположенная на расстояние 12,9 млрд. св. лет, 8 новых спутников Сатурна, сфотографированы протопланетные облака.
Кстати, «субару» по-японски значит «Плеяды» - название этого красивейшего звездного скопления.
Японский телескоп "Субару" на Гаваях
Телескоп Хобби-Эберли (НЕТ)
Расположен в США на горе Фолкс, на высоте 2072 м, и принадлежит обсерватории Мак-Дональд. Диаметр его зеркала около 10 м . Несмотря на внушительные размеры, Хобби-Эберли обошелся своим создателям всего в 13,5 млн. долларов. Сэкономить бюджет удалось благодаря некоторым конструктивным особенностям: зеркало у этого телескопа не параболическое, а сферическое, не цельное – состоит из 91 сегмента. К тому же зеркало находится под фиксированным углом к горизонту (55°) и может вращаться только на 360° вокруг своей оси. Все это значительно удешевляет конструкцию. Специализируется этот телескоп на спектрографии и успешно используется для поиска экзопланет и измерения скорости вращения космических объектов.
Большой южноафриканский телескоп (SALT)
Принадлежит Южно-африканской Астрономической Обсерватории и находится в ЮАР , на плато Кару , на высоте 1783 м. Размеры его зеркала 11х9,8 м . Оно крупнейшее в Южном полушарии нашей планеты. А изготовлено в России , на «Лыткаринском заводе оптического стекла». Этот телескоп стал аналогом телескопа Хобби-Эберли в США. Но был модернизирован – откорректирована сферическая аберрация зеркала и увеличено поле зрения, благодаря чему кроме работы в режиме спектрографа, этот телескоп способен получать прекрасные фотографии небесных объектов с большим разрешением.
Самый большой телескоп в мире ()
Стоит на вершине потухшего вулкана Мучачос на одном из Канарских островов, на высоте 2396 м. Диаметр главного зеркала – 10,4 м . В создании этого телескопа принимали участие Испания , Мексика и США. Между прочим, этот интернациональный проект обошелся в 176 млн. долларов США, из которых 51% заплатила Испания.
Зеркало Большого Канарского Телескопа, составленное из 36 шестиугольных частей – крупнейшее из существующих на сегодняшний день в мире. Хотя это и самый большой телескоп в мире по размеру зеркала, нельзя назвать его самым мощным по оптическим показателям, так как в мире существуют системы, превосходящие его по своей зоркости.
Расположен на горе Грэхем, на высоте 3,3 км, в штате Аризона (США). Этот телескоп ринадлежит Международной Обсерватории Маунт-Грэм и строился на деньги США, Италии и Германии . Сооружение представляет собой систему из двух зеркал диаметром по 8,4 метра, что по светочувствительности эквивалентно одному зеркалу диаметром 11,8 м . Центры двух зеркал находятся на расстоянии 14,4 метра, что делает разрешающую способность телескопа эквивалентной 22-метровому, а это почти в 10 раз больше, чем у знаменитого космического телескопа "Хаббла". Оба зеркала Большого Бинокулярного Телескопа являются частью одного оптического прибора и вместе представляют собой один огромный бинокль – самый мощный оптический прибор в мире на данный момент.
Keck I и Keck II – еще одна пара телескопов-близнецов. Располагаются по соседству с телескопом «Субару» на вершине гавайского вулкана Мауна-Кеа (высота 4139 м). Диаметр главного зеркала каждого из Кеков составляет 10 метров - каждый из них в отдельности является вторым по величине в мире телескопом после Большого Канарского. Но эта система телескопов превосходит Канарский по «зоркости». Параболические зеркала этих телескопов составлены из 36 сегментов, каждый из которых снабжен специальной опорной системой, с компьютерным управлением.
Очень Большой Телескоп расположен в пустыне Атакама в горном массиве чилийских Анд, на горе Параналь, 2635 м над уровнем моря. И принадлежит Европейской Южной Обсерватории (ESO), включающей в себя 9 европейских стран.
Система из четырех телескопов по 8,2 метра, и еще четырех вспомогательных по 1,8 метра по светосиле эквивалентна одному прибору с диаметром зеркала 16,4 метра.
Каждый из четырех телескопов может работать и отдельно, получая фотографии, на которых видны звезды до 30-й звездной величины. Все телескопы сразу работают редко, это слишком затратно. Чаще каждый из больших телескопов работает в паре со своим 1,8 метровым помощником. Каждый из вспомогательных телескопов может двигаться по рельсам относительно своего «большого брата», занимая наиболее выгодное для наблюдения данного объекта положение. Очень Большой Телескоп – самая продвинутая астрономическая система в мире. На нем была сделана масса астрономических открытий, например, было получено первое в мире прямое изображение экзопланеты.
Космический телескоп «Хаббл»
Космический телескоп «Хаббл» - совместный проект NASA и Европейского космического агентства, автоматическая обсерватория на земной орбите, названная в честь американского астронома Эдвина Хаббла. Диаметр его зеркала только 2,4 м, что меньше самых больших телескопов на Земле. Но из-за отсутствия влияния атмосферы, разрешающая способность телескопа в 7 - 10 раз больше аналогичного телескопа, расположенного на Земле . «Хаббл» принадлежит множество научных открытий: столкновение Юпитера с кометой, изображение рельефа Плутона , полярные сияния на Юпитере и Сатурне...
Телескоп "Хаббл" на земной орбите
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.
Космические телескопы - это, как правило, телескопы, работающие за пределами атмосферы Земли и, тем самым, не утруждающие себя просвечиванием через эту атмосферу. Самым известным космическим телескопом на сегодняшний день является космический телескоп Хаббл, открывший сотни экзопланет, показавший множество живописных галактик, космических событий и расширивший горизонты нашего взгляда в космос. На смену Хабблу придет космический телескоп Джеймса Вебба, который будет запущен в космос в 2018 году и зеркало которого будет превышать диаметр зеркала Хаббла почти в три раза. После Джеймса Вебба ученые планируют отправить в космос Космический телескоп высокого разрешения (HDST), но это пока только в планах. Как бы то ни было, на долю космических телескопов приходится и будет приходиться большая часть наших открытий в глубоком космосе.
Мы представляем себе космос как темное, холодное и тихое место, где нет ничего, кроме бесконечной Вселенной вокруг. Однако насчет тишины космического пространства можно поспорить. По всей Вселенной перемещаются тысячи самых разных радиосигналов. Их испускают различные космические объекты и большая часть таких сигналов — это не более, чем шум и помехи. Но встречаются среди них и те, что к помехам отнести никак не получается. И недавно зарегистрировал огромный китайский радиотелескоп.
