Arduino меню на трех кнопках. То же самое для визуалов. Функции. Выходные сигналы

Космический телескоп Хаббл (названный в честь Эдвина Хаббла) - автономная обсерватория, вращающаяся на околоземной орбите, совместный проект NASA и Европейского космического агентства. В космосе телескопы размещаются для того, чтобы регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, которые не пропускает земная атмосфера. Хаббл проработал почти 15 лет (с 1990 года) и продолжает работать (хотя основная миссия завершена и ее продолжают коллеги Хаббла - Спитцер и Кеплер, запущенные в 2003 и 2009 годах соответственно). Колоссальный по своей значимости проект, с помощью которого было проверено несметное множество теорий и совершено огромное число открытий. Карты Плутона и Эриды, высококачественные изображения комет, подтверждение гипотезы об изотропности Вселенной, открытие нового спутника Нептуна - Хаббл принес столько данных, что их изучение продолжается и продолжается.

В конце 2018 года космический зонд OSIRIS-Rex вышел на орбиту астероида Бенну и раскрыл интересные особенности о его структуре. Казалось бы, при такой близости аппарата, все новые открытия должны делаться только при помощи его бортового оборудования, но нет. Исследователи обнаружили, что скорость вращения астероида постоянно нарастает - эта особенность была зафиксирована не зондом, а наземными телескопами и обсерваторией «Хаббл». После такого открытия у исследователей возникли новые вопросы и предположения.

Есть признаки того, что впечатляющие снимки туманностей и галактик, которыми порадовало любителей астрономии американское космическое агентство NASA, могли быть сделаны с телескопа, расположенного на стратосферном самолете наподобие SOFIA. Каковы же эти признаки?

1. Зеркало телескопа Хаббл имеет диаметр 2,4 метра. Тот же диаметр имеет стратосферный телескоп SOFIA, расположенный на модифицированном самолете Боинг-747 . Это само по себе еще ничего не доказывает, но факт остается фактом.

Самолет летает на высоте до 14 км, тогда как наземные высокогорные телескопы находятся на значительно меньшей высоте.

Обсерватория на горе Чакалтая, Боливия, открытая в 1962г., расположена на высоте 5200 м. В ней ни одного телескопа, а установлены только приемники гамма-излучения. (с) Книга рекордов Гиннеса.

Соответственно, должно быть высоким качество получаемых снимков – значительная часть атмосферы (а также облака, пыль и восходящие потоки нагретого воздуха) по большей части - далеко внизу. В частности, 99% водяного пара, который мешает производить инфракрасные наблюдения, остается ниже "Софии". А обслуживать такой телескоп гораздо проще, чем космический аппарат.

Официально самолетный телескоп SOFIA в настоящее время находится в стадии испытаний (первый испытательный полет состоялся 26 апреля 2007 года), однако, ничто не мешало NASA запускать такие самолеты (неофициально) и раньше.

2. Качественные ультрафиолетовые снимки нельзя сделать с самолета
Заявлено, что Хаббл делает снимки в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Но с самолета качественные ультрафиолетовые снимки не сделаешь - именно этот диапазон в значительной степени ослабляется озоновым слоем стратосферы (этот слой атмосферы, который задерживает УФ-лучи, расположен на высоте от 15–20 до 55–60 км, аккурат выше высоты подъема самолетного телескопа наподобие SOFIA).

Поэтому, ультрафиолетовые снимки хорошего качества должны были бы разрешить наши сомнения. Казалось бы, качественные ультрафиолетовые снимки можно легко найти на сайте NASA, но не тут-то было! Они либо имеют отвратительное качество (как будто именно ультрафиолетовые снимки делали зеркалом значительно меньшего диаметра), либо их нет вовсе.

HubbleSite - NewsCenter - Jupiter"s Comet Collision Sites As Seen in Visible and Ultraviolet Light (07/18/1994) - Release Images

This comparison of visible light (blue) and far-ultraviolet (FUV) images of Jupiter taken with the Wide Field Planetary Camera-2 (WFPC-2) on NASA"S Hubble Space Telescope show how the appearance of the planet and of comet Shoemaker-Levy-9 impact sites differ at these two wavelengths (1400-2100 and 3100-3600 Angstroms). The images taken 20 minutes apart on July 17,1994 (around 19:00 UT), show the impact sites on the south hemisphere, from left to right, of comet fragments C, A and E, about 12, 23, and 4 hours after each collision. // Дальше - hubblesite.org
Заметим, что ультрафиолетовый снимок Юпитера значительно хуже по качеству. Почему бы это, как Вы думаете?

3. Знаменитые снимки Хаббла, которые поражают своим качеством и разрешением, сделаны в видимых и инфракрасных лучах.

То есть, ничто не мешало бы сделать их и с самолета.

В качестве примера приведу знаменитый снимок туманности Орла (Eagle Nebula) - он сделан в видимых лучах.

(щелкните на эту ссылку, чтобы увидеть отдельные спектральные составляющие снимка).

Галактика Galaxy ESO 510-G13 снята в натуральных цветах

А есть ли в наличии у NASA качественные снимки, сделанные именно в ультрафиолетовых лучах, недостижимых для самолета?

4. Снимки Юпитера в ультрафиолетовых лучах

Есть, однако, более или менее качественные снимки Юпитера, сделанные якобы Хабблом в ультрафиолетовых лучах:

HubbleSite - NewsCenter - Hubble Ultraviolet Image of Multiple Comet Impacts on Jupiter (07/23/1994) - Release Images

Ultraviolet image of Jupiter taken by the Wide Field Camera of the Hubble Space Telescope. The image shows Jupiter"s atmosphere at a wavelength of 2550 Angstroms after many impacts by fragments of comet Shoemaker-Levy 9. The most recent impactor is fragment R which is below the center of Jupiter (third dark spot from the right). This photo was taken 3:55 EDT on July 21, about 2.5 hours after R"s impact. A large dark patch from the impact of fragment H is visible rising on the morning (left) side. Proceeding to the right, other dark spots were caused by impacts of fragments Ql, R, D and G (now one large spot), and L, with L covering the largest area of any seen thus far. // Дальше - hubblesite.org
Однако, точно такие же снимки делал аккурат в то же время (22 июля 1994 года) пролетающий мимо Юпитера зонд «Галилео».
Я поставил рядом фотки, сделанные «Галилео» и «Хабблом», повернув Юпитер под одним и тем же углом зрения. Правда, похоже?
http://x-romix.narod.ru/nasa/galileo_hubble.png

Юпитер быстро вращается (делает полный оборот за 9 земных часов и 56 мин.).
Отличить снимки можно было бы по терминатору (положению не освещенной Солнцем части Юпитера), однако на хаббловских снимках он почему-то отрезан. Как вы думаете, почему NASA отрезало то место снимка, где должен быть терминатор? Не потому ли, что эта часть кадра выдала бы истинное происхождение снимка?

5. Кривое зеркало

Если в будущем кто-то (например, Россия или Китай), выведет на орбиту телескоп с большим зеркалом, и сделает значительно более качественные снимки в ультрафиолетовом диапазоне, у NASA всегда наготове отмазка: постоянные поломки Хаббла (какая жалость) и первоначальный дефект главного зеркала (поставили лишнюю шайбу).

Комиссия, возглавляемая Лю Алленом (англ. Lew Allen), директором Лаборатории реактивного движения установила, что дефект возник в результате ошибки при монтаже главного нуль-корректора, полевая линза которого была сдвинута на 1,3 мм относительно правильного положения. Сдвиг произошёл по вине техника, осуществлявшего сборку прибора. Он ошибся при работе с лазерным измерителем, применявшимся для точного размещения оптических элементов прибора, а когда после окончания монтажа заметил непредвиденный зазаор между линзой и поддерживающей её конструкцией, то просто вставил обычную металлическую шайбу.

6. Хаббл сделан в единственном экземпляре
Еще один уличающий признак: Хаббл сделан в единственном экземпляре. Но что было бы в случае неудачи, которую нельзя устранить? Известно, что штамповать уже готовое и отлаженное решение, внося лишь необходимые коррективы, в десятки и сотни раз дешевле, чем первоначальный образец. Так, Россия продолжает десятками лет производить одни и те же Протоны и Союзы. Что бы помешало наштамповать несколько хабблов, и делать ими качественные снимки? Ведь второй и последующие аппараты гораздо дешевле первого, а наличие нескольких устройств на орбите позволяет выполнить больший объем работ, и снимать астрономические события, которые оказываются скрытыми близкой Землей. «Конкуренция за время наблюдений очень высока, обычно суммарно запрошенное время в 6 - 9 раз превышает реально доступное» (там же).
http://moon.thelook.ru/book/15.htm

Согласно данным НАСА, затраты на программу "Аполлон" составили 20-25 миллиардов долларов . Известно, что при разработке новых технологий или изделий первые образцы стоят дорого, но стоимость производства последующих образцов начинает резко снижаться. Возьмём ту же самую ракету «Сатурн-5». Её разработка, а, значит, и первый экземпляр стоили около 7 млрд. $. Но уже последующие экземпляры стоили по 0,4 млрд. за штуку . Повторять всегда дешевле.

7. Конская голова
Интересная фраза в описании снимка туманности «Конская голова» (Horsehead Nebula):

"This 11th anniversary release image was composed by the Hubble Heritage Team, which superimposed Hubble data onto ground-based data (limited to small triangular regions around the outer edge of the image). Ground-based image courtesy of Nigel A. Sharp (NOAO/AURA/NSF) taken at the 0.9-meter telescope on Kitt Peak".

HubbleSite - NewsCenter - By Popular Demand: Hubble Observes the Horsehead Nebula (04/24/2001) - Release Images

Rising from a sea of dust and gas like a giant seahorse, the Horsehead nebula is one of the most photographed objects in the sky. NASA"s Hubble Space Telescope took a close-up look at this heavenly icon, revealing the cloud"s intricate structure. This detailed view of the horse"s head is being released to celebrate the orbiting observatory"s eleventh anniversary. Produced by the Hubble Heritage Project, this picture is a testament to the Horsehead"s popularity. Internet voters selected this object for the orbiting telescope to view. // Дальше - hubblesite.org
С какой-то радости подмешали к снимку 2.4-м Хаббла изображение с 0.9-метрового, да еще и наземного, телескопа Kitt Peak. Не указан диапазон волн, в котором сделан снимок. Нет других снимков, вырезан только кусок "конской головы".

8. Недавняя вспышка сверхновой GRB 060218 снималась вовсе не Хабблом. Угадайте, почему.

Элементы - новости науки: Сверхновая в прямом эфире

Объект, который сейчас с большим интересом наблюдают астрономы, не найти даже в сильный любительский телескоп, хотя излучает он как целая галактика. В полночь начала сентября на востоке можно увидеть восходящие созвездия Овна и Тельца. В созвездии Тельца есть группа звезд под названием Плеяды. В 10 градусах к западу от Плеяд и находится этот удивительный объект. // elementy.ru

18 февраля 2006 года обсерваторией «Свифт» был принят гамма-всплеск, получивший наименование (по дате) GRB060218, который длился целых 40 секунд (обычное время вспышек гамма-излучения - от миллисекунд до нескольких секунд). За это время удалось зафиксировать всплеск тремя инструментами «Свифта»: телескопом для регистрации гамма-всплесков Burst Alert Telescope (BAT) с приемником гамма-лучей, рентгеновским телескопом X-Ray Telescope (XRT) и телескопом, работающим в ультрафиолетовом и видимом диапазоне, - Ultra-violet/Optical Telescope (UVOT).

Диаметр зеркала телескопа Свифт больше похож на правду: 30 см.

"За вспышкой GRB 060218 также будут следить космические телескопы Hubble и Chandra, работающие, соответственно, в видимом и рентгеновском диапазонах длин волн".

Кто бы сомневался, что в видимом. Ведь с самолета не сделаешь качественные УФ снимки - мешает озоновый слой и стратосфера.

На орбите Земли есть три объекта, о которых знают даже далекие от астрономии и космонавтики люди: Луна, Международная Космическая Станция и космический 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.

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.

Хаббл - телескоп занятой, но даже его плотный график позволяет помочь совершенно любому, даже непрофессиональному, астроному. Ежегодно в Институт Исследований Космоса с Помощью Космического Телескопа 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

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.

Столпы творения

ID: opo9544a

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.

ID: heic1501a

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:

ID: heic0105a

Тогда она победила в интернет-голосовании на юбилейный объект для одинадцати лет на орбите. Интересно, что и до фотографий Хаббла, Конская Голова была одним из самых снимаемых объектов.

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.

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.

ID: heic1214a

И эта невероятная картинка свободно лежит на сайте Хаббла, показывая всем желающим крохотную часть 1 / 30 000 000 нашего неба, на которой видны тысячи галактик.

Хаббл (1990 – 203_)

Хаббл до лжен сойти с орбиты после 2030-го года. Этот факт кажется грустным, но на самом деле телескоп на много лет превысил длительность своей изначальной миссии. Телескоп несколько раз модернизировали, меняли оборудование на все более совершенное, но основной оптики эти доработки не касались.

И в ближайшие годы человечество получит более продвинутую замену старому бойцу, когда запустят телескоп Джеймс Уэбб. Но и после этого Хаббл продолжит работать, пока не выйдет из строя. В телескоп вложены невероятные объемы труда ученых, инженеров, астронавтов, людей других профессий и денег американских и европейских налогоплательщиков.

В ответ человечество имеет беспрецедентную базу научных данных и объектов искусства, помогающих понять устройство вселенной и создающих моду на науку.

Сложно понять ценность Хаббла не астроному, но для нас это прекрасный символ достижений человечества. Не беспроблемный, со сложной историей, телескоп стал успешным проектом, который еще, будем надеяться, больше десяти лет будет трудиться на благо науки. опубликовано

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .

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

Массив переданной «Хабблом» информации превышает сто терабайт и продолжает расти со скоростью около 10 Тб в год. К телескопу пять раз посылали шаттлы для ремонта и модернизации оборудования — он стал единственным беспилотным объектом, который удостоился такого внимания. С его помощью были сфотографированы экзопланеты, получены снимки самых далеких галактик и последствий столкновения Юпитера с кометой Шумейкер-Леви 9. По результатам наблюдений с его помощью астрономы опубликовали свыше 12 тысяч научных статей, что позволяет назвать «Хаббл» едва ли не самым результативным научным прибором в истории человечества.

Однако когда телескоп только вывели на орбиту, многие воспринимали его не как величайшее достижение науки, а как провальный проект.

Телескоп «Хаббл» выгружают из грузового отсека шаттла «Дискавери». Фото: NASA/IMAX

До запуска: как пришли к идее и как ее реализовали

Получить телескоп на околоземной орбите ученые хотели еще до того, как был запущен первый спутник. Проведенные еще в 1940-х годах расчеты свидетельствовали, что вынесенный за пределы атмосферы прибор даст более четкое изображение, чем наземные инструменты. В космосе нет ни облаков, ни засветки от городов, ни пыли, ни воздуха. Воздух задерживает значительную часть инфракрасного излучения и ультрафиолета, а для рентгеновского и гамма-излучения атмосфера вообще подобна кирпичной стене.

Первые телескопы, запущенные в космос, были рассчитаны на наблюдения в тех самых невидимых глазу лучах, которые атмосфера не пропускает. Телескопы Stargazer (1968, NASA) и «Орион» (1971, СССР) были ультрафиолетовыми, Uhuru (1970, NASA) — рентгеновским. Выводить сразу оптический, работающий в видимом свете, телескоп поначалу большого смысла не было, но как только технологии доросли до больших спутников и орбитальных станций, ситуация поменялась.

Четкость изображения, или, как говорят физики, разрешающая способность (возможность различить две очень близкие точки), зависит от размера зеркала, и к тому же большое зеркало собирает больше света от очень слабых звезд, поэтому до определенного предела большой телескоп внизу лучше маленького в космосе. Когда стало возможным отправить на орбиту телескоп с зеркалом свыше полутора метров, выигрыш за счет отсутствия атмосферных помех сыграл свою критическую роль, и инженеры приступили к проектированию большой орбитальной обсерватории.

Слово «обсерватория» отражает то, что «Хаббл» состоит не только из телескопа и цифровой камеры. На его борту есть несколько спектрометров, приборов для получения спектра астрономических объектов и анализа их излучения, а камер — две, для «широкоугольной» и для съемки особо тусклых объектов. Кавычки над «широкоугольной» не случайны: любой земной фотограф вряд ли употребит это прилагательное для инструмента с полем зрения немногим более одной угловой минуты! Для сравнения: применяемый при съемке дикой природы с больших расстояний сверхдлиннофокусный 600-мм объектив имеет поле зрения около трех с половиной градусов, а в одном градусе — 60 угловых минут.

Если продолжить сравнивать телескоп с фотоаппаратами, то выяснится еще одна интересная деталь. Первая камера орбитальной обсерватории имела две матрицы 800х800 пикселей, то есть суммарно 1,28 мегапикселя. Это меньше современных телефонов, но астрономическая матрица имела значительно меньший уровень шума и снимала фактически в полной темноте.

Обсерваторию в общих деталях спроектировали в первой половине 1970-х годов, но в 1974 году проект перестали финансировать вместе со значительной частью космических программ — США выиграли лунную гонку, и правительство решило, что тратить на космос порядка четырех процентов валового национального продукта смысла не имеет. Лишь к 1978 году ученые убедили политиков в необходимости орбитального телескопа и работа продолжилась. По плану 1978 года инструмент, еще не получивший названия, должен был полететь на орбиту в 1983 году.

Однако уже в 1981 году на этапе полировки главного зеркала стало ясно, что проект выбивается из сроков и бюджета. Сроки запуска сначала сдвинулись на 1984-й, потом на 1985-й, а затем и на 1986 год. В 1986 году все было почти готово и срок «октябрь» казался вполне реалистичным, но катастрофа шаттла Challenger поставила крест на этих планах. Полеты шаттлов прекратились до 1988 года, и в итоге готовый телескоп пришлось продержать на Земле несколько лет перед запуском. Впрочем, за это время инженеры заменили его аккумуляторные батареи на более надежные и дописали необходимое для управления «Хабблом» программное обеспечение.

NASA также привлекло финансирование со стороны Европейского космического агентства и в обмен предоставило 15% всего наблюдательного времени европейским коллегам.

После запуска: обнаружение и исправление дефекта

Первые же снимки разочаровали ученых. Да, они были лучше, чем с наземных телескопов, но до обещанной расчетами четкости изображения было далеко. Стало ясно, что с оптической системой инструмента что-то не так, и орбитальную обсерваторию в СМИ охарактеризовали как один из самых провальных дорогостоящих проектов.

Расследование показало, что инструмент, которым проверяли форму зеркала — она должна соблюдаться с точностью до 10 нанометров, был собран неправильно, одну из линз в нем установили со сдвигом относительно необходимого положения. Когда зеркало шлифовали, на заводе использовали два одинаковых стандартных прибора для независимых проверок, но для контроля во время окончательной полировки инженерам уже не хватало точности обычного оборудования и специально для зеркала «Хаббла» сделали уникальный прибор. Его просто нечем было поверить, и поэтому все измерения показывали, что с зеркалом все в порядке.

Изображение галактики М100 до и после установки корректирующей оптики. Фото: NASA

Поменять зеркало было невозможно, но инженеры смогли найти решение. Они определили то, каким именно образом произошло отклонение зеркала от правильной формы, и изготовили набор из двух зеркал, которые скомпенсировали искажения: эти «очки» поставили на телескоп в 1993 году, прилетев к нему на шаттле «Индевор».

Вид на телескоп с приближающегося к нему шаттла. Фото: NASA, 1993

Ремонтные работы

Ремонтировать телескоп пришлось еще несколько раз — в 1990-х и 2000-х США располагали кораблями многоразового использования, шаттлами, и могли добраться до орбитальной обсерватории. Шаттл захватывал телескоп манипулятором, из его грузового отсека выгружали необходимые запчасти, и астронавты проводили ремонт и обслуживание инструмента.

Во время второго полета в 1997 году телескопу поменяли два спектрометра, починили поврежденную теплоизоляцию и сменили устаревший накопитель на магнитной ленте на более эффективное устройство на основе микросхем. До этого телескоп записывал все данные перед передачей на Землю на магнитную ленту, как в магнитофоне.

Бортовой компьютер DF-224 «Хаббла». Фото: NASA

В ходе третьей экспедиции в 1999-м был заменен бортовой компьютер и вышедшие из строя гироскопы — устройства, представляющие собой вращающиеся маховики в специальном, позволяющем поворачиваться по всем трем осям подвесе. Когда эти маховики ускоряют или замедляют вращение, весь телескоп в строгом соответствии с законом сохранения импульса начинает вращаться сам. Гироскопы позволяют очень точно навести инструмент на интересующий объект, хотя у «Хаббла» и есть своя слепая зона: телескоп блокирует попытки развернуть его в сторону Солнца и неба по соседству.

Четвертая (но названная 3B, так как стала логическим продолжением предыдущей) экспедиция в 2002 году установила новую камеру, поменяла солнечные батареи и систему охлаждения. Миссия 3B оказалась примечательна тем, что заменила последний из оригинальных научных приборов.

Астронавт Эндрю Фейстель (Andrew Feustel) переносит ящик с корректирующей оптической системой. Потом ее выставят на Земле в музее. Фото: NASA

Пятый, последний, полет к «Хабблу» был запланирован на 2004 год, но тут снова помешала катастрофа: шаттл «Колумбия» в 2003 году сгорел в атмосфере. Погибли все семеро членов экипажа, и NASA решило отменить экспедицию к орбитальному телескопу. Без обслуживания «Хаббл» не имел шансов проработать до наших дней, и астрономы остались бы без большого орбитального телескопа вплоть до запуска «Джеймса Вебба» в 2018 году. NASA столкнулось с многочисленными протестами ученых и в 2006 пересмотрело свое решение. А в 2009 шаттл «Атлантис» доставил астронавтов к телескопу для его модернизации и обслуживания.

Телескоп «Хаббл», захваченный шаттлом «Атлантис». Фото: NASA

На телескопе в третий раз поменяли камеру, причем эта замена прошла далеко не так гладко, как предполагалось. Болты, крепившие камеру к корпусу телескопа, за 15 лет прикипели и не поддались гаечному ключу — встроенный в инструмент ограничитель срабатывал раньше, чем проворачивался болт. Астронавту Эндрю Фейстелю передали через воздушный шлюз рассчитанный на большее усилие ключ, но и он оказался бесполезен. После переговоров с Землей с ключей сняли ограничители и открутили болты грубой физической силой, решив, что сломанный болт хуже ситуацию уже не сделает, а везти назад новую камеру стоимостью в десятки миллионов долларов как-то обидно.

Поскольку полеты шаттлов прекращены, шестой миссии по ремонту уже не планируется. Вероятно, телескоп проработает еще несколько лет. 25-летний опыт показал, что самой ненадежной частью являются гироскопы, но во время последней сервисной миссии их поменяли на новую, усовершенствованную модель. Если гироскопы, камеры, спектрографы и все дополнительное оборудование продолжит функционировать, то «Хаббл» может продержаться вплоть до 2030-х годов, когда его орбита снизится настолько, что инструмент войдет в атмосферу. Предполагается, что к этому времени к телескопу отправят специальный космический аппарат, который позволит столкнуть его на Землю в том месте, где обломки не причинят никому вреда, однако конкретных планов по завершению работы «Хаббла» пока нет.

Что было открыто

«Хаббл» дает более качественное изображение, чем наземные телескопы. Это значит, что картинка получается более четкой и можно рассмотреть объекты небольшого по астрономическим меркам размера (например, планеты вблизи других звезд). А еще это значит, что телескоп позволяет увидеть более тусклые объекты, свет которых просто не пробивается через атмосферу Земли, — в первую очередь, далекие галактики.

Всего при помощи орбитальной обсерватории астрономы обозрели более 250 тысяч галактик. Фото: NASA

Именно «Хаббл» позволил наблюдать галактики, свет от которых шел до нас свыше 13 млрд лет. Открытие самых далеких галактик позволило определить то, когда рассеянная по Вселенной после Большого взрыва материя сформировала первые звезды, а детальное изучение спектров удаленных галактик позволило с ранее недоступной точностью узнать скорость расширения Вселенной.

Протопланетный диск в туманности Ориона. Фото: C.R. O"Dell/Rice University; NASA

Кроме того, «Хаббл» дал возможность разглядеть протопланетные диски — скопления пыли и газа вблизи формирующихся звезд. Именно из таких дисков потом образуются планетные системы.

В нашей Солнечной системе телескоп помог открыть ранее неизвестные спутники Плутона, а также увидеть в деталях последствия падения на Юпитер кометы Шумейкер-Леви 9 в 1994 году. В 2009 «Хаббл» также смог заснять след от падения на Юпитер небольшого астероида — вспышку увидел вначале астроном-любитель, а потом ученые оперативно навели на планету орбитальный телескоп.

След от падения кометы на Юпитер. Фото: NASA

Также «Хаббл» использовался для наблюдений полярных сияний вблизи Ганимеда, спутника Юпитера, и по этим сияниям астрофизики смогли сделать вывод о подледном океане Ганимеда: возникают при взаимодействии солнечных частиц с магнитосферой, а магнитное поле возникает в том числе при циркуляции соленой воды.

Более полная подборка снимков «Хаббла» и их научное значение — в нашей галерее. А мы в завершение скажем, что с 1991 по 1997 год NASA выделяло небольшую долю времени астрономам-любителям, которые могли воспользоваться лучшим в мире телескопом для своих целей. После сокращения бюджета эту программу свернули, но по сей день любой ученый в мире может подать заявку на проведение наблюдений (правда, не работающим в академических институтах США придется заплатить). Конкуренция за доступ к «Хабблу» столь велика, что лишь один проект из пяти поданных заявок получает желаемое время.