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.
Телескоп Хаббл – окно в Космос
Космический телескоп «Хаббл» — автоматическая обсерватория на орбите вокруг Земли, названная в честь Эдвина Хаббла. Телескоп «Хаббл» — совместный проект НАСА и Европейского космического агентства nи входит в число Больших обсерваторий НАСА.
Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна; в первую очередь — в инфракрасном диапазоне. Благодаря отсутствию влияния атмосферы разрешающая способность телескопа в 7—10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле.
История
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.
Эдвин Пауэлл ХабблБудущий телескоп планировалось назвать 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.
Активное продвижение проекта астрономами, привлечение Европейского Космического Агентства и упрощение характеристик позволили в 78-м получить финансирование от Конгресса в размере суммы на сегодняшний день равном примерно 137-и миллионам.
Компании, принимавшие участив в создании телескопа
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.
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».
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.
Запуск на орбиту
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.
Старт ракеты с телескопом Хаббл
Со времени запуска произошло несколько драматичных событий с участием Хаббла, но главное произошло в самом начале.
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.
Общие сведения
Шаттл Дискавери 24 апреля 1990 года вывел космический телескоп Хаббл на заданную орбиту. Нахождение на орбите дает отличную возможность фиксировать электромагнитное излучение в инфракрасном диапазоне Земли. Вследствие отсутствия атмосферы, способности Хаббла увеличиваются в разы по сравнению с такими же аппаратами, находящимися на Земле.
Космический телескоп Хаббл, представляет собой сооружение цилиндрической формы протяжённостью 13,3 м, окружность которого составляет 4,3 м. Масса телескопа до оснащения спец. оборудованием составляла 11 000 кг, но после установки всех необходимых для исследования приборов общая его масса достигла 12 500 кг. Питание всего установленного в обсерватории оборудования осуществляется за счет двух солнечных батарей, установленных прямо в корпус данного агрегата. Принцип работы представляет собой рефлектор системы Ричи-Кретьена с диаметром главного зеркала 2,4 м, это дает возможность получать изображения с оптическим разрешением порядка 0,1 угловой секунды.
Установленные приборы
В данном устройстве имеется 5 отсеков предназначенных для приборов. В одном из пяти отсеков долгое время находилась с 1993 по 2009 годы корректирующая оптическая система (COSTAR), она предназначалось для того, чтобы компенсировать неточность главного зеркала. Благодаря тому, что все приборы, которые были установленные, имеют встроенные системы коррекции дефекта, COSTAR демонтировали, а отсек стали использовать для установки ультрафиолетового спектрографа.
На момент отправки аппарата в космос, на нем были установлены следующие приборы:
- Планетарная и широкоугольная камеры;
- Спектрограф высокого разрешения;
- Камера съемки и спектрограф тусклых объектов;
- Датчик точного наведения;
- Высокоскоростной фотометр.
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.
Управление
Управляется и контролируется телескоп в реальном времени 24/7 из центра управления в городе Гринбелт в штате Мэриленд. Задачи центра делятся на два вида: технические (обслуживание, управление и мониторинг состояния) и научные (выбор объектов, подготовка задач и непосредственно сбор данных). Еженедельно Хаббл получает с Земли более 100 000 разных команд: это корректирующие орбиту инструкции, и задания на съемку космических объектов.
В ЦУПе сутки разбиты на три смены за каждой из которых закреплена отдельная команда из трех-пяти человек. Во время экспедиций к самому телескопу штат работников увеличивается до нескольких десятков.
Кстати, существует отдельный сайт, разработанный Крисом Питом, где можно отследить положение небесной обсерватории. Там же есть данные и по другим искусственным орбитальным объектам:
www.heavens-above.com
Хаббл — телескоп занятой, но даже его плотный график позволяет помочь совершенно любому, даже непрофессиональному, астроному. Ежегодно в 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
NICMOS
Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer
Камера и мультиобъектный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона
ACS
Advanced Camera для Surveys
Усовершенствованная обзорная камера
WFC3
Wide Field Camera 3
Широкоугольная камера 3
COS
Cosmic Origins Spectrograph
Ультрафиолетовый спектрограф
STIS
Space Telescope Imaging Spectrograph
Регистрирующий спектрограф космического телескопа
FGS
Fine Guidance Sensor
Система наведения
Основная оптика Хаббла сделана по системе Ричи-Кретьена. Она состоит из круглого, гиперболически изогнутого, зеркала диаметром 2,4 м с отверстием в центре. Это зеркало отражает на вторичное зеркало тоже гиперболической формы, которое отражает в центральное отверстие первичного пригодный к оцифровке пучок. Для отсеивания лишних частей спектра и выделения нужных диапазонов используются всевозможные фильтры.
В таких телескопах используют именно систему зеркал, а не линз, как в фотокамерах. Тому много причин: перепады температур, допуски полировки, общие размеры и отсутствие потерь пучка внутри самой линзы.
Основная оптика на Хаббле не менялась с самого начала. А набор разнообразных инструментов, ее использующих, полностью сменили за несколько обслуживающих экспедиций. Хабблу обновляли инструментарий, и за время его существования там работало тринадцать разных инструментов. Сегодня он несет шесть, один из которых в гибернации.
За фотографии в оптическом диапазоне отвечали Широкоугольные и планетарные камеры первого и второго поколения, и Широкоугольная камера третьего сейчас.
Потенциал первой WFPC так и не был раскрыт из-за проблем с зеркалом. А экспедиция 93-го года, установив Костар, заодно и заменила ее на вторую версию.
У камеры WFPC2 было четыре квадратных матрицы, изображения с которых формировали большой квадрат. Почти. Одна матрица — как раз-таки «планетарная» — получала изображение с бо́льшим увеличением, и при восстановлении масштаба эта часть изображения захватывает меньше шестнадцатой части общего квадрата вместо четверти, но в более высоком разрешении. Остальные три матрицы отвечали за «широкоугольность». Именно поэтому полные снимки камеры выглядят как квадрат, у которого отъели 3 блока с одного угла, а не из-за проблем с загрузкой файлов или других неполадок.
WFPC2 заменили на WFC3 в 2009-м. Разницу между ними хорошо иллюстрируют переснятые Столпы Творения, о которых позже.
Кроме оптического и ближнего инфракрасного диапазона широкоугольной камерой, Хаббл видит:
- с помощью спектрографа STIS в ближнем и дальнем ультрафиолете, а также от видимого до ближнего ифракрасного;
- там же с помощью одного из каналов ACS, другие каналы которой перекрывают огромный диапазон частот от инфракрасной до ультрафиолетовой области;
- слабые точечные источники в ультрафиолетовом диапазоне спектрографом COS.
Галактика M104, более известная как «Сомбреро», получила своё название благодаря выступающей центральной части (балджу) и ребру из тёмного пылевого вещества. Находится на южной окраине созвездия Девы. Была снята телескопом в 2004 году.
В честь кого был назван космический телескоп «Хаббл»?
Телескоп назван в честь Эдвина Хаббла (1889–1953), астронома, который в 1920-х годах жил в Калифорнии, США. И с помощью телескопа обнаружил множество галактик.
Его часто называют человеком, подтвердившим расширение Вселенной – открытие, о котором было объявлено в 1929 году.
Есть ли ему замена?
У этого космического аппарата нет собственной двигательной установки. И поэтому космический телескоп Хаббл фактически постоянно падает на Землю. Но это происходит очень медленно. Отчет за сентябрь 2018 года предсказывает, что он войдет в атмосферу Земли не ранее 2027 года. А наиболее вероятно – около 2038 года.
Однако его преемник, космический телескоп имени Джеймса Уэбба, уже почти готов к запуску. Он будет гораздо мощнее своего предшественника. Диаметр линзы инструмента – 6,5 метров!. Представляете, что можно увидеть в космосе с такой линзой!
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.
Планирование наблюдений
Планирование наблюдений является чрезвычайно сложной задачей, так как необходимо учитывать влияние множества факторов:
- Поскольку телескоп находится на низкой орбите, что необходимо для обеспечения обслуживания, значительная часть астрономических объектов затемнена Землёй чуть меньше половины времени обращения. Существует так называемая «зона длительной видимости», примерно в направлении 90° к плоскости орбиты, однако из-за прецессии орбиты точное направление изменяется с восьминедельным периодом 97 .
- Из-за повышенного уровня радиации наблюдения невозможны, когда телескоп пролетает над Южно-Атлантической аномалией . 9798
- Минимальное отклонение от Солнца составляет около 50° для предотвращения попадания прямого солнечного света в оптическую систему, что, в частности, делает невозможными наблюдения Меркурия, а прямые наблюдения Луны и Земли допустимы при отключённых датчиках точного наведения. 98
- Так как орбита телескопа проходит в верхних слоях атмосферы, плотность которых меняется с течением времени, невозможно точно предсказать местоположение телескопа. Ошибка шестинедельного предсказания может составлять до 4 тыс. км. В связи с этим, точные расписания наблюдений составляются всего на несколько дней вперёд, чтобы избежать ситуации, когда выбранный для наблюдения объект будет не виден в назначенное время 97 .
Передача, хранение и обработка данных телескопа
Передача на Землю
Данные «Хаббла» сначала сохраняются в бортовых накопителях, на момент запуска в этом качестве использовались катушечные TDRSS en , расположенных на геостационарной орбите, данные передаются в Центр Годдарда. 99
Архивирование и доступ к данным
В течение первого года с момента получения данные предоставляются только основному исследователю (подателю заявки на наблюдение), а затем помещаются в архив со свободным доступом. 100 Исследователь может подать просьбу на имя директора института о сокращении или увеличении этого срока. 101
Наблюдения, выполненные за счёт времени из резерва директора, немедленно становятся общественным достоянием, так же как вспомогательные и технические данные.
Данные в архиве хранятся в формате 102 Проект « 103
Анализ и обработка информации
Астрономические данные, снятые с ПЗС-матриц приборов, должны пройти ряд преобразований, прежде чем станут пригодными для анализа. Институт космического телескопа разработал пакет программ для автоматического преобразования и калибрации данных. Преобразования производятся автоматически при запросе данных. Из-за большого объёма информации и сложности алгоритмов обработка может занять сутки и более 104 .
Астрономы могут также получить необработанные данные и выполнить эту процедуру самостоятельно, что удобно, когда процесс преобразования отличается от стандартного. 104
Данные могут быть обработаны при помощи различных программ, но Институт телескопа предоставляет пакет STSDAS («Система анализа научных данных космического телескопа», англ. Space Telescope Science Data Analysis System ). Пакет содержит все необходимые для обработки данных программы, оптимизированные для работы с информацией «Хаббла». Пакет работает как модуль популярной астрономической программы 105
Предполагалось, что после ремонтных работ, выполненных четвёртой экспедицией, «Хаббл» проработает на орбите до 113 , после чего его сменит космический телескоп « Технические данные
Как чинили «Хаббл» в открытом космосе
Интересным фактом является то, что в разное время к телескопу были отправлены несколько космических бригад с целью оказания ему помощи в условиях открытого космоса. Поскольку в начале работы «Хаббла» была обнаружена сильная сферическая аберрация главного зеркала, он не мог посылать на Землю высококачественные и чёткие снимки дальних объектов.
Впервые телескоп пришлось серьёзно чинить в 1993 году, когда к нему отправили шаттл «Индевор». Тогда ремонтной космической бригаде удалось оснастить инструмент специальным прибором, корректирующим его «зрение». Этот прибор получил название «Костар» — в целом, можно смело утверждать, что специалисты выписали «Хабблу» очки и доставили их «пациенту» прямиком на околоземную орбиту.
В дальнейшем наблюдалось ещё несколько серьёзных сбоев в работе блоков и систем этой орбитальной космической обсерватории:
- 1997 и 1999 г. — к ней отправили шаттл «Дискавери»;
- 2002 г. — на помощь «Хабблу» спешит шаттл «Колумбия»;
- 2009 г. — к телескопу отправили шаттл «Атлантис».
Каждая экспедиция состояла из семи опытных астронавтов, которые работали в условиях открытого космоса много часов подряд. При этом, телескоп нужно было фиксировать на специально отведённой для него площадке грузового отсека корабля. Его в буквальном смысле слова ловили в космическом пространстве для того, чтобы поставить на поверхность «рабочего стола». Учитывая тот факт, что примерная высота «Хаббла» — это дом в четыре этажа, можно примерно представить себе, о какой сложной и невероятной работе идёт речь.
Исследования телескопа и их важность для всего мира
Результатами работы этого уникального аппарата пользуются учёные, которые занимаются исследованиями не только планет Солнечной системы, но и других звёздных скоплений и галактик. С помощью «Хаббла» людям удалось сделать огромное количество прекрасных фотографий объектов дальнего космоса. Многие из них хорошо известны пользователям интернета: например: туманность «Конская голова» и чудесные полярные сияния, наблюдаемые на разных планетах.
Туманность «Конская голова»
В 1994 году весь мир, благодаря «Хабблу», стал свидетелем уникального астрономического явления: падения на поверхность Юпитера кометы, открытой Шумейкерами-Леви. Телескоп сделал ценные фотографии Плутона: известно, что до недавнего времени его считали девятой планетой, а теперь относят к карликам. «Хаббл» установил, что у Плутона есть не один спутник, как считалось ранее, а, как минимум, три, открыв два новых.
Кроме того, с помощью этого большого зеркального телескопа астрономы измерили массу тех звёзд, которые являются во много раз тяжелее, чем Солнце. Благодаря его наблюдениям учёные смогли получить ценные сведения об эволюции (развитии) звёзд и их систем, что дало основания предполагать, как «росла» и «развивалась» наша родная Галактика — Млечный Путь.
Именно «Хаббл» помог учёным в уточнении возраста Вселенной, если вести отсчёт от Большого взрыва (около 13,7 млрд. лет). Будем надеяться, что несмотря на свой возраст, уже «почтенный» для космического телескопа, этот замечательный аппарат ещё долго будет радовать нас удивительными открытиями и фотоснимками.
Ну а если Вы хотите самостоятельно изучать ближний и дальний космос — предлагаем купить телескоп в нашем магазине «Познавая Мир»!
