Великие обсерватории NASA — четыре космических телескопа, которые позволили человечеству узнать о космосе за тридцать лет едва ли не больше, чем за всю историю наблюдений с Земли. И первым из них был Hubble, наше окно во Вселенную, через которое можно увидеть прошлое и предсказать будущее. Никакой астрологии — только наука. О, вероятно, самом знаменитом космическом телескопе мы и расскажем рамках проекта «Взгляд в темноту», приуроченного к запуску телескопа James Webb.
Астрономические суммы
Ранее мы рассказали о предшественниках Hubble — орбитальных астрономических обсерваториях (OAO), первых космических телескопах. Эти миссии были довольно успешны, поэтому никто не сомневался в необходимости запуска нового телескопа, который показал бы астрономам космос в других частях спектра. Телескопы серии OAO в 60-70-е годы «видели» в ультрафиолете, а также рентгене и гамма-диапазоне. Эти виды излучения почти полностью поглощаются земной атмосферой. Глаза нового телескопа, Hubble, способны видеть инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучение. Миссия подарила нам миллионы снимков, среди которых и групповые фото с сотнями тысяч галактик, и детализированные портреты отдельных объектов, включая сверхновые.
Hubble впервые зафиксировал столкновение двух небесных тел в Солнечной системе в 1994 году, когда комета Шумейкеров – Леви 9 упала на Юпитер. А в 2015 г. Hubble подтвердил наличие на Ганимеде огромного подледного океана. Вероятность возникновения здесь жизни даже выше, чем на Марсе.
В 1968 году NASA утвердило план строительства Large Space Telescope (LST), когда реальность проекта доказали ученые и инженеры. Они рекомендовали строительство телескопа, чувствительного к излучению с длиной волны от 800 ангстрем до 1 мм и зеркалом диаметром в три метра. Эксперты считали необходимым обеспечить возможность доступа человека к аппарату, чтобы его работа продлилась по меньшей мере десять лет. Значит, необходимы регулярные экспедиции к телескопу — фактически, параллельная программа. К тому же, его оборудование можно было бы обновлять — история показала, что это было отличной идеей. Агентство оптимистично запланировало запуск на 1972 год.
Непростая с технической точки зрения задача осложнялась проблемой финансирования. Бюджет постоянно урезали, а в 1974 году проект перестали финансировать вовсе. Астрономы со всей страны не сдались и развернули борьбу за еще не существующий телескоп — они писали письма, отправляли телеграммы, встречались с конгрессменами. Такая настойчивость удивила и NASA, и Конгресс, и в результате Hubble получил в этом году половину своего бюджета. Естественно, пришлось внести изменения в его конструкцию: диаметр зеркала уменьшили до 2,4 метров. Это привело к компактизации телескопа, что было в общем-то совсем не плохо — с новыми размерами шансов на успех было гораздо больше. Вдобавок пришлось ускоренно договариваться с коллегами из Европы, ведь стало понятно, что без их участия справиться не удастся. В результате Европейское космическое агентство (ESA) обязалось обеспечить новый телескоп камерой съемки тусклых объектов FAINT и солнечными панелями. Борьба за финансирование проекта сопровождала его всю жизнь. В 1976 году конгрессменам пришлось и вовсе посещать специальные лекции, чтобы понять значимость нового телескопа для астрономов. В 1973 году были запущены радиотелескопы VLA, и многие не понимали, зачем сейчас нужен еще один. Но все же финансирование проект получил.
Фиаско или успех?
Разные части телескопа были созданы в лабораториях NASA, Центре космических полетов Годдарда, ESA, Космическом центре Маршалла и Университете Висконсина. Приняли участие и частные компании: Perkin-Elmer разработала и изготовила зеркала и датчики точного наведения, авиастроительная компания Lockheed — аппарат-носитель для телескопа (она же ранее участвовала в запуске телескопов серии OAO). Причем Perkin-Elmer при полировке зеркал использовали станки с ЧПУ, поэтому для подстраховки было запасное зеркало, созданное компанией Kodak с помощью традиционных методов.
Изготовление зеркал на заводе Perkin-Elmer. NASA Marshall Space Flight Center
Миссия постоянно находилась под угрозой — бюджет к 1986 году перевалил за миллиард долларов, а сроки постоянно срывались. Чтобы обеспечить регулярные пилотируемые миссии, NASA работало над программой челноков. При крушении шаттла Challenger в январе 1986 года погибли все семь членов экипажа, в том числе и победительница конкурса «Учитель в Космосе» Шэрон Маколифф. Hubble планировали запустить в октябре, но в итоге полет снова перенесли. Телескоп пришлось законсервировать, что дало возможность еще немного улучшить его конструкцию, а заодно и дописать код для управления. Все четыре года Hubble хранила компания Lockheed, что обходилось в семь миллионов долларов каждый месяц.
История строительства Hubble — это одновременно череда ошибок и побед. 400 млн долларов, которые планировалось потратить изначально, превратились в более чем 6 млрд для Америки и 593 млн для Европы. Телескоп можно было закончить вовремя и в рамках бюджета, только если не возникло бы никаких проблем. Но каковы шансы на это, когда создаешь абсолютно новый сложнейший аппарат?
Утром 24 апреля 1990 года шаттл Discovery STS-31 стартовал с острова Меритт, а вечером следующего дня Hubble уже начал автономный полет. Мозаика человеческих и организационных ошибок в итоге оказалась едва ли не сложнее, чем технологии, которые были использованы. Их последствия не оставили Hubble и после запуска.
Запуск Hubble на орбиту. NASA
Раскраска «Столпы творения»
В 1995 году Hubble снял скопления межзвездного газа и пыли центральной части газопылевой туманности Орел. В этих областях идет процесс формирования звезд, а телескоп Chandra обнаружил в макушке дальнего столпа мощное рентгеновское излучение. Вероятно, оно исходит от огромной молодой звезды с массой в пять Солнц. Протуберанцы на вершинах столпов больше, чем вся Солнечная система.
Все фотографии, которые Hubble отправляет на Землю, черно-белые. Чтобы раскрасить изображение, используют несколько фото с различными светофильтрами. Поэтому с одной стороны, все снимки — это абсолютная правда, с другой — абсолютная ложь. Даже если подлететь к какой-нибудь туманности на космическом корабле, картинки как на фото все равно не увидишь — свет либо слишком тусклый, либо слишком яркий — изображение, полученное телескопом всегда будет отличаться от того, которое увидят наши глаза и мозг. А некоторые снимки и вовсе получены в ультрафиолетовом диапазоне, невидимом для нас. В этом случае цвета на раскрашенных снимках демонстрируют химический состав космического объекта, позволяя увидеть, как взаимодействуют газы в космосе, формируя звезды и галактики. В случае столпов творения: зеленый цвет соответствует водороду, красный — однократно ионизированной сере и синий — дважды ионизированным атомам кислорода. Очень немногие снимки Hubble проходят профессиональную обработку, поэтому каждый может найти в открытом архиве оригиналы снимков.
В 2014 году Hubble сделал новую фотографию в более высоком разрешении, в ближней инфракрасной и видимой части спектра.
Фотография «Столпов творения», 2014 год. NASA
Возраст Вселенной
Столпы творения находятся в 7000 световых годах от Земли. Это означает, что мы наблюдаем свет из прошлого, то есть фактически смотрим в прошлое. Мы можем посмотреть и на более древние объекты, а так же оценить возраст Вселенной и расстояние между объектами в космосе в будущем.
Расширение Вселенной, одно из важнейших явлений для космологии, было открыто в 1929 году Эдвином Хабблом. Тогда же он обнаружил, что чем дальше друг от друга находятся объекты, тем быстрее они разлетаются. Линейное соотношение между скоростью, с которой удаляются от нас далекие галактики, и расстоянием до них, называется постоянной Хаббла. Одной из задач, которую предстояло решить новому телескопу, стало уточнение этого коэффициента. Зная его, можно вычислить возраст Вселенной, когда объекты находились в одной точке. В момент запуска Hubble оценки колебались от 10 до 20 млрд лет, теперь же — 13,799 ± 0,021 млрд лет, а после оценки Hubble уточнялись другими методами.
Кроме того, Hubble показал, что скорость расширения Вселенной растет — скорее всего, из-за темной энергии. Поэтому постоянная Хаббла не является постоянной, а меняется со временем.
Ремонт нельзя закончить, только прекратить
Когда после всех сложностей Hubble оказался в космосе, с нетерпением причастные к его созданию ждали непревзойденных четких изображений, но получили лишь снимки, которые были слегка лучше полученных с Земли. Представьте, что потратили на неработающий телескоп несколько миллиардов. Это, пожалуй, самая короткая страшная история.
Люди, ответственные за его проверку зеркала перед полетом, возвращались из отпусков и начали поиск проблемы, опасаясь, что оно могло попросту треснуть. Виновником всех бед оказалась ошибка, допущенная при полировке. Отклонение от заданной формы по краям зеркала составляло 2 мкм. В результате разрешение упало до 1 угловой секунды, вместо ожидаемых 0,1. Причем эту ошибку обнаружили еще на Земле, но проигнорировали. Измерение кривизны зеркала провели одним главным и двумя вспомогательными нуль-корректорами. Показания последних были проигнорированы в компании Perkin-Elmer вопреки инструкции NASA.
Эту проблему решили с помощью системы коррекции сферической аберрации COSTAR, настоящих очков для Hubble. Их на него надели спустя три года члены экипажа Endeavour STS-61 Кэтрин Торнтон и Томас Эйкерс. Они и двое других участников экспедиции совершили пять выходов в открытый космос длительностью 6-8 часов. Так же заменили солнечные батареи, электронику для управления ими, новую камеру, гироскопы и освободили место для COSTAR, сняв высокоскоростной фотометр — почти каждый элемент размером и весом с холодильник. Нужно сказать, что несмотря на дефект зеркала, Hubble не дрейфовал без дела — спектроскопическим измерениям аберрация не мешала.
Снимки Hubble до установки COSTAR и после. ESA
В дальнейшем COSTAR утратил свою необходимость — многие части Hubble заменили на новые, со встроенными системами коррекции. Повторные экспедиции проводились в 1997, 1999, 2002 и 2009 годах. Последний полет должен был состояться еще в 2005 году, но из-за катастрофы шаттла Columbia его и вовсе хотели отменить. В этом случае Hubble закончил бы свою работу уже тогда, но вновь вмешалась общественность, и NASA пришлось принять меры. Миссия STS-125 шаттла Atlantis стоимостью более 800 миллионов долларов устранила все неполадки в работе телескопа и установила ультрафиолетовый спектрограф COS вместо COSTAR. Этот прибор позволяет изучать формирование и эволюцию галактик, звезд и планет, а так же обнаруживать углерод и железо — элементы, необходимые для возникновения жизни.
Установка COSTAR. NASA/ESO
После пятой экспедиции предполагалось, что Hubble проработает как минимум до 2014 года, но судя по всему, он еще успеет увидеть и своего преемника, James Webb Space Telescope. В этом году телескоп едва не превратился в космический мусор из-за сбоя, связанного с деградацией микросхем памяти компьютера. Но его удалось откачать с Земли, запустив резервный компьютер. Теперь постепенно возобновляют работу его приборы для наблюдений за космосом. Так, 30 ноября восстановили ультрафиолетовый спектрограф. Научная программа телескопа продлится как минимум до 2026 года, а управляемый сход нашего героя с орбиты планируется в 2030 году, после чего он затонет в несудоходном регионе Тихого Океана. Пока же у него в запасе есть время и 196 миллионов долларов — не время умирать.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
