«Зачем нужен космический телескоп?»
Первый поставленный конструкторами Хаббла вопрос был отвечен в 1946 году астрофизиком Лайманом Спитцером. В своей статье ученый высказал несколько фактов:
· На орбите Земли аппарат способен улавливать гамма-, рентген-, и ультрафиолетовое излучения, которые блокируются в озоновом слое планеты.
· Космический телескоп видит чистое изображение, не размытое земной турбулентностью, а также радиопомехами
· Наблюдения не зависят от погоды, времени суток и года
Первые идеи создания таковых появились после запуска «Спутника-1» в 1957 году: в 1960-70’х НАСА запускает несколько «Околоземных Космических Обсерваторий», главными целями которых было тестирование оптики за пределами планеты. В 1968 анонсируют проект «Large Space Telescope» - 3-метровый рефлектор Ричи-Кретьена, находящийся в связке со Спейс Шаттлом, должен был выйти на орбиту в 1972'м – прямо после программы «Аполлон».
Составив смету, NASA получили итоговую сумму в $72 млн – Конгресс отказал. Борьба за финансирования длилась до 1978 года, когда к тому моменту к проекту присоединилось Европейское Космическое Агенство. Получив половину суммы, пришлось урезать хар-ки: уже 2,4-метровое зеркало и меньший набор инструментов.
Создание началось с самого сложного – оптики.
Ее делало сразу две компании: Перкин-Элмер полировало зеркала с помощью новейших технологий, а Кодак получила контракт на изготовление запасного зеркала традиционными методами.
«П-Э», по мнению НАСА, не уделяла должного внимания созданию зеркала – это объяснимо переносимыми сроками и превышением бюджета. Запуск LST перенесли уже на 1984’й год, оптика готова в 1981’м: последним этапом нанесли отражающее покрытие из алюминия толщиной 25 нм.
Космический аппарат состоял из алюминиевой капсулы с термоизоляционным покрытием, обеспечивающее стабильную работу телескопа при прямых солнечных лучах и в тени Земли. Жесткость обеспечивала рама из углепластика. Производитель «Lockheed» сделал просторный аппарат, вмещающий шесть инструментов.
Способ наведения телескопа – креативная идея.
В Хаббле есть три датчика наведения (это один инструмент, ориг: Fine Guidance Sensors). Они определяют положение телескопа с помощью звезд. Миллисекундно от них приходит информация в бортовой компьютер. БК посылает эту информацию шести самым точным в мире гироскопам. Те в свою очередь отдают команду колесам-маховикам. Вращаясь со скоростью 320 об/мин и используя третий Закон Ньютона, они изменяют положение аппарата в пространстве. Сделано это было потому что маховики не используют топливо, поэтому не загрязняют поле зрения и работают от электроэнергии.
В ходе работ LST переименовали в Hubble Space Telescope в честь астронома Эдвина Хаббла. У обоих общая миссия: нахождение галактик и познание мира Вселенной.
В 1919 году астроном обнаружил цефеиды, находящиеся в другой галактике, и доказал, что наш Млечный Путь – ничтожная доля всего пространства. HST также определяет расстояния до объектов с помощью пульсирующих звезд – таким образом он смог уточнить Постоянную Хаббла и возраст Вселенной, а также отрыть множество галактик.
К моменту переименования отправление телескопа перенесли на октябрь 86’го, а затрачено было $1,175 млрд. Еще одна неудача наступила в январе назначенного года: катастрофа Шаттла «Челленджер» остановила запуски на два года. Лишь после этого, в 88’м, НАСА назначило запуск космического аппарата в апреле 1990-го. Все застойное время Хаббл находился в «чистой комнате», где проверялись его системы, были сменены солнечные панели, батареи, вычислительный комплекс и доработано ПО.
24.04.1990 HST взлетел, а через день он был на орбите. Газеты всего мира были украшены заголовками о запуске Хаббла: все ждали первых снимков.
Два месяца спустя НАСА получили снимок галактики M100.
После вопроса одного из руководителей проекта «HST»: «Погодите, это же смазанный снимок» экспертиза показала, что телескоп не может фокусироваться.
Неподобающая работа Перкин-Элмер привела к тому, что зеркало было слишком плоским (имело отклонение формы по краям на 2200 нанометров, что в 50 раз меньше толщины волоса). Меры по устранению проблемы были предприняты скорейшим образом: так как менять зеркало было дорого и практически невозможно, то нужно было ввести специальную корректирующую систему.
Если объяснять просто, то Хаббл был близоруким и ему требовались очки. Он не мог видеть тусклые и далекие объекты, поэтому его основная деятельность была под риском провала. До первой ремонтной миссии телескоп пользовался лишь высокоскоростным фотометром, на который не влияло качество оптики.
В декабре 1993-го «приплыл спасательный буксир» - Шаттл «Индевор» зацепил космический аппарат и за пять вылазок в течение 10 дней установили COSTAR (корректирующую оптику), размером с телефонную будку. Также были заменены батареи, солнечные панели, 4 гироскопа, бортовой компьютер, широкоугольная и планетарная камера на новую версию, а также два магнитометра. Убрали отработавший себя фотометр, на место которого и установили COSTAR. Самая сложная за всю историю миссия признана успешной.
Спустя 11 дней был получен снимок
той же M100: оптика сработала – телескоп видит! Таким образом ремонтные миссии позволили HST отлично работать на орбите: всего их было 4 (5 полетов). В ходе них была заменена куча инструментов: к моменту последней на телескопе не осталось ни одного родного инструмента (только оптика и каркас).
Решение создать кооперацию Шаттла и Хаббла позволила стать телескопу самым долгоживущим аппаратом в космосе.
Несмотря на это, миссия могла закончиться еще десять лет назад: когда в 2003 году разбилась «Колумбия», НАСА вплоть до 2005 года думали об отмене ремонтной миссии. Перенесенная на четыре года, миссия состоялась – в ходе нее COSTAR был убран, заменены некоторые инструменты.
Уже 29 лет управление телескопом ведется в реальном времени 24/7 тремя сменами по 3-5 человек: еженедельно от центра приходит 100 тысяч команд (от корректировки позиции до фотографирования).
Весомый вклад Хаббл вносит и в любительскую астрономию: каждый год в Институт исследований космоса с помощью космического телескопа поступает 20 тысяч заявок на наблюдение каких-либо предметов. Причем, 20% из них одобряются и HST их исполняет.
Как небесная обсерватория видит и получает снимки?
Кроме сенсоров точного наведения, естественно, у аппарата присутствуют камеры: ACS, WFPC2, WFC3.
В ходе последней миссии была снята WFPC2 у которой было три широкоугольных матрицы (для захвата протяженных объектов) и одна планетарная (более маленькая, с большим разрешением) – в итоге фотография казалась непрогруженной:
В WFC3 была одна вытянутая матрица и больший масштаб. Разницу между поколениями отлично иллюстрирует это сравнение:
Более странным может показаться то, что камеры телескопа – монохромные.
Откуда тогда берутся цветные снимки? Неужели их красят? – нет, все гораздо проще.
Как и в астрофотографии, Хаббл делает большую серию фото с некоторой выдержкой. Для получения цветного снимка требуется три разных фото - с разными цветными фильтрами. Позже эти фото проходят обработку. Необходимо получить максимальное количество информации из каждой (именно поэтому в монохромных камерах Хаббла нет сетки Байера, которая блокировала бы огромную долю света).
FITS-файл прошел обработку и готов к покраске: вы можете повторить то же самое.
В Photoshop открываете проект RGB. Вместо каждого канала вставляете фото – в «Green» - с зеленым фильтром, «Red» - красным, а «Blue» - синим. Таким образом получится цветное изображение: ему лишь понадобится пройти цветокоррекцию, чтобы полученные цвета были более натуральными.
Вместо обычных фильтров обсерватория использует другую палитру:
- вместо красного используется фильтр SII (сера 8 нм)
- вместо зеленого используется фильтр H-alpha (водород в линии H-alpha 35 нм)
- вместо синего используется OIII (дважды ионизированный кислород)
Так называемая «Палитра Хаббла» создает невероятно красивые снимки: сравните хотя бы одинаковые фото с разными фильтрами.
(полный процесс создания фотографий рассказаны в этом видео)
После всего этого файл получает свой номер и публикуется на сайте. За все время телескоп сделал 1,022 млн кадров: это около 50 ТБ информации.
Достижения Хаббла и его фотографии.
1. Телескоп уточнил постоянную Хаббла.
2. Создал карту Эриды и Плутона.
3. Первый получил снимок экзопланеты.
4. Первый получил фото протопланетных дисков.
5. Подтвердил существование черных дыр.
6. Уточнил возраст Вселенной (13,8 млрд лет), а также подтвердил гипотезу о ее изотропности.
7. Открыл спутник Нептуна Гиппокамп в 2013 году.
8. Обнаружил самую старую из обнаруженных галактику GN-z11.
Все снимки Хаббла ТУТ.
Что дальше?
Раньше оставаться на орбите небесной обсерватории позволяли Шаттлы, но после закрытия в 2011 году шанса на следующую ремонтную миссию не осталось – у телескопа отказал четвертый гироскоп и теперь он не может получать такие четкие снимки. Сталкиваясь с атмосферой Земли, Хаббл медленно теряет скорость и высоту. В конечном счете в 2030’х он упадет.
Несмотря на это HST проработал намного больше, чем задумывалось изначально. Пока наш слуга все еще может работать, НАСА спешит (не совсем) запускать телескоп им. Джеймса Уэбба, который примет эстафетную палочку.
Космический телескоп им. Эдвина Хаббла – символ достижения, борьбы за космос и науку. Это знамя труда рабочих. Это пример сплочения наций для общей цели.
Спасибо тебе.