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.
Очень много картинок!
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.
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.
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.
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 бо?льшим 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:
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Фотография сделана в 2009-м году.
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.
Ценность работы телескопа Хаббл столь велика, что он перестал быть сугубо научным достижением, давно став культурным явлением, часто появляясь в кино и других видах искусства в разных ипостасях.
Конечно же, Голливуд не мог пройти мимо истории с зеркалом, и в фильме «Голый Пистолет 2 с половиной» 91-го года его изображение можно заметить в сцене вечерней депрессии лейтенанта Фрэнка Дребина среди фотографий главных катастроф века.
Уже более уважительный референс можно встретить в масштабном фантастическом дурдоме «Армагеддон» 98-го года, где именно Хаббл делает первые снимки огромного метеорита, летящего к Земле.
Одно из первых заметных появлений полученных телескопом снимков в массовой культуре — четвертый сезон сериала Стар Трек Вояджер в 97-м году.
Хаббл много снимается в кино и на телевидении, и перечислять все фильмы с его участием слишком долго. Одним из самых красивых применений фотографий телескопа, помимо документальных, можно назвать Контакт 97-го года с Джоди Фостер. Также завязка недавней Гравитации происходит во время ремонтной миссии на Хаббле.
Из неожиданных применений наследия Хаббла: меметичные космические леггинсы. Ну и в качестве принтов для одежды в целом.
Хаббл должен 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.
В формате статьи историю Хаббла я подготовил для Гиктаймс, но изначально мы делали ролик. В нем закадровый текст с историческими, техническими и просто красивыми иллюстрациями.
Очень много картинок!
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.
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
Актуальный набор инструментов:
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
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 бо?льшим 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.
Фотография сделана в 2009-м году.
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.
Масскульт
Ценность работы телескопа Хаббл столь велика, что он перестал быть сугубо научным достижением, давно став культурным явлением, часто появляясь в кино и других видах искусства в разных ипостасях.
Конечно же, Голливуд не мог пройти мимо истории с зеркалом, и в фильме «Голый Пистолет 2 с половиной» 91-го года его изображение можно заметить в сцене вечерней депрессии лейтенанта Фрэнка Дребина среди фотографий главных катастроф века.
Уже более уважительный референс можно встретить в масштабном фантастическом дурдоме «Армагеддон» 98-го года, где именно Хаббл делает первые снимки огромного метеорита, летящего к Земле.
Одно из первых заметных появлений полученных телескопом снимков в массовой культуре — четвертый сезон сериала Стар Трек Вояджер в 97-м году.
Хаббл много снимается в кино и на телевидении, и перечислять все фильмы с его участием слишком долго. Одним из самых красивых применений фотографий телескопа, помимо документальных, можно назвать Контакт 97-го года с Джоди Фостер. Также завязка недавней Гравитации происходит во время ремонтной миссии на Хаббле.
Из неожиданных применений наследия Хаббла: меметичные космические леггинсы. Ну и в качестве принтов для одежды в целом.
Хаббл (1990 – 203_)
Хаббл должен 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.
Ролик
В формате статьи историю Хаббла я подготовил для Гиктаймс, но изначально мы делали ролик. В нем закадровый текст с историческими, техническими и просто красивыми иллюстрациями.
Комментарии (39)
batja84
11.03.2018 06:37Самый последний такой кадр — Hubble Extreme Deep Field 2012-го года — достаточно скучный на обывательский взгляд — это беспрецедентная съемка, показавшая 5,5 тысяч галактик.
И эта невероятная картинка свободно лежит на сайте Хаббла, показывая всем желающим крохотную часть 1 / 30 000 000 нашего неба.
Подумать только и в каждой из этих галактик может жить разумная цивилизация. Может разумнее нашей, а может и нет. Это так невероятно и волнующе верить, что мы можем быть не одни во Вселенной. Ведь она такая огромная и не хочется думать, что мы, может быть, лишь исключение, а не закономерность.
voyager-1
11.03.2018 09:13+1Подумать только и в каждой из этих галактик может жить разумная цивилизация.
Это скорее к тому, почему с нами до сих пор не связались. Сейчас оценки числа пригодных для жизни планет только в Млечном пути составляют 11 миллиардов — нам только примитивность астрономических инструментов пока не позволяет найти их больше 15-ти.
da-nie
11.03.2018 09:35+1Это скорее к тому, почему с нами до сих пор не связались
Если звезда с гигантской мощностью излучения на таком расстоянии видна разве что в сильный телескоп, то как же ослабнет сигнал любого передатчика, мощностью, меньшей на несколько десятков порядков!
engine9
11.03.2018 12:10+3Мы около ста лет владеем радиосвязью и вполне способны укокошить собственную цивилизацию ближайшие сто лет. Имеем условные 200 лет на возможность связаться с братьями по разуму. Что по космическим меркам всего лишь наносекундный «пшик». Из этого легко понять, что проще простого разминуться во времени.
4erdak
12.03.2018 22:24За всю свою историю, человеческий вид только увеличивало свою численность не смотря на не описуемые по сегоднешним меркам глобальные катастрофы на подобии ледниковых периодов и извержений супервулканов, а любые "темные века" всегда заканчивались "эпохами возрождения", по этому
"укокошить цивилизацию" практически не возможно, разве только взорвать всю планету полностью или столкнуть с другой планетой, но вероятность таких событий практически 0.
ababich
11.03.2018 15:19нам только примитивность астрономических инструментов пока не позволяет найти их больше 15-ти.
Количество пригодных ни о чем не говорит и ни на что не влияет. Мы не знаем вероятность возникновения жизни (в основном, потому, что не знаем, как именно это произошло).
K0Y0T
12.03.2018 14:41Это скорее к тому, почему с нами до сих пор не связались.
Первая деректива Звёздного флотаПервая (Основная) директива, также известная как Общий приказ Звёздного флота №1, является одним из самых важных обязательных принципов Звёздного флота о невмешательстве во внутренние дела другой культуры, естественное развитие и прогресс. Первая директива запрещает офицерам Звёздного флота вмешательство в общественный строй любой планеты. (ТНГ: «Половина жизни»). Нарушение Первой директивы приводит к трибуналу, сопровождается серьезным наказанием, если не было предоставлено достаточное объяснение причин, приведших к нарушению. Но даже при всем этом были инциденты, когда персонал Звёздного флота выбирал этическую сторону и игнорировал первую директиву.
Директива утверждает, что члены Звёздного флота во внутренние дела других цивилизаций, особенно в естественное развитие доварповых цивилизаций, ни прямым вмешательством, ни технологическим открытием. Изучая цивилизацию планеты, особенно во время обзора планеты, первая директива говорит, что не должно быть «Никакого обнаружения себя или миссии, никакого вмешательства в социальное развитие данной планеты, никакого упоминания о космосе, других мирах и более развитых цивилизациях». Персонал Звёздного флота должен понимать, что право культуры на самостоятельное развитие является очень важным и необходимы любые жертвы для защиты самостоятельного развития культуры, даже ценой их собственных жизней.
OKyJIucT
11.03.2018 11:29Как говорил один из астрофизиков современности (к сожалению, не помню кто именно, много роликов с их участием смотрю): внеземная жизнь не невозможна, она неизбежна.
Eyes
11.03.2018 07:58Для последней картинки — указано время экспозиции.
А какое оно примерно у предыдущих картинок? Это минуты или часы? На сайте с картинками, к сожалению, этой информации тоже нет.
TheShock
11.03.2018 09:22+3Была собрана комиссия, члены которой нашли причину: невероятно точно рассчитанное зеркало неправильно отшлифовали
Намного интереснее версия, описанная в Википедии — ошибка была при монтаже, а не при шлифовке:Комиссия, возглавляемая Лью Алленом, 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 зазор между линзой и поддерживающей её конструкцией, то просто вставил обычную металлическую шайбу
Меня просто до мурашек удивляет эта история, которая, своего рода, памятник человеческой глупости. В космическом телескопе за 3 миллиарда долларов, где точность шлифовки линзы в районе микрометров техник вставил шайбу, потому что там оказался лишний зазор. Хорошо, что кувалдой не старался загнать линзу на место.Wizard_of_light
11.03.2018 10:50+3Ну, формально всё верно — ошибка при шлифовке таки возникла, хотя причиной конечно был неправильно собранный контрольный прибор. Меня удивила не только шайба (таким нашего человека вообще сложно удивить :)), но и упорное игнорирование расхождения в показаниях основного и вспомогательных нуль-корректоров в течении всей работы.
Serge78rus
11.03.2018 13:31Из-за затянувшихся сроков, люди работали под огромным прессингом. В таких условиях те, кто буквально «кричит» о существующей проблеме, имеют мало шансов быть услышанными вовремя.
Gutt
13.03.2018 12:05Ошибка при шлифовке возникла из-за того, что форма зеркала контролировалась неправильно установленным прибором.
Длина волны среднего ультрафиолета — от 200 нм, точность зеркала по меньшей мере не хуже ?/4 (скорее всего — минимум ?/10), отсюда получаем минимальную точность в 0,05 мкм, т. е. в районе десятков нанометров. Микрометр — это на самом деле много, целая 1/1000 мм, просто звучит внушительно.
da-nie
11.03.2018 09:32— это беспрецедентная съемка с выдержкой в два миллиона секунд
Интересно, какова точность системы стабилизации и на каких гироскопах она сделана…chersanya
11.03.2018 11:06+3Это же не подряд, а сложено из большого количества относительно коротких экспозиций. Причём для лучшего разрешения каждый раз телескоп направлялся чуть по другим углом, и итоговая картинка имеет разрешение лучше, чем матрица хаббла.
Tarson
11.03.2018 12:01+2Почему такое визуальное сходство, допустим, у туманности Конская Голова с с обыкновенными земными облаками? Разница условий, размеров и прочего не то что на порядки, на миллионы порядков! А на вид — будто во одном и том же месте сделано.
Atractor
11.03.2018 12:38«Иногда раскаленные до 20 тысяч градусов потоки газа, летящие со скоростью почти в миллион км/ч» — гм… получается, выше скорости света?
Moog_Prodigy
11.03.2018 13:04+1Переведя км\ч в м\с я получил значение 277777 м\с. До скорости света им очень далеко.
TheShock
11.03.2018 12:38Кстати, кто-то замечал, что на Столпах Творения изображена семья львов, где отец (просматривается нос, глаз, уши, лапы и хвост) сидит наверху и смотрит вдаль, а внизу у столпа спят двое львят (просматриваются уши, глаз, форма головы и тела)?
Уж простите, что так антинаучно, но я теперь не могу спокойно смотреть на эту и так прекрасную фотографию.Serge78rus
11.03.2018 13:37Испокон веков, люди, глядя на небо, постоянно искали сходство увиденного с привычными окружающими объектами. Ничего оригинального здесь Вы не придумали.
TheShock
11.03.2018 21:56Где вы увидели, чтобы я претендовал на оригинальность этой идеи? Странный вы человек. Придраться абы придраться?
Serge78rus
12.03.2018 10:30Где вы увидели, чтобы я претендовал на оригинальность этой идеи?
Вы сочли необходимым поделиться данным изображением, даже не поместив его под кат. Именно из этого я сделал вывод, что в своей трактовке Вы нашли нечто оригинальное. Статья содержит массу действительно потрясающих фотографий. Если мы все начнем в комментариях постить то, с чем у нас ассоциируется то или иное изображение, да еще сопровождая это графическими иллюстрациями, то ресурс превратиться из технического в гуманитарный, чего не хотелось бы.Странный вы человек.
Какой уж естьПридраться абы придраться?
Вы поделились своим мнением, я своим, пусть и «странным» на Ваш взгляд. Где Вы в этом увидели придирки?
Mad__Max
11.03.2018 22:11Лучше нарисуйте, где в «гонской голове» хоть что-то похожее на лошадь? Что-то в упор не вижу никакого сходства (так же как «не вижу» ничего хоть отдаленно напоминающего краба в крабовидной туманности).
Хотя например «бабочку», «розу» или «пингвина с яйцом» — никаких проблем и напрягаться/фантазию подключать не приходится — действительно чем-то похоже.TheShock
11.03.2018 22:56Так чуть более похоже:
Mad__Max
13.03.2018 20:03О, теперь «вижу». Заодно понятно почему не «видел» раньше — я мысленно представлял настоящую (живую) лошадь, а вовсе не шахматную фигуру «конь».
Хотя живого коня в принципе тоже можно, но тогда не в обычном положении (стоящего как положено на 4х ногах), а вставшего на дыбы (на задние ноги). Тогда некоторое сходство есть.
P.S.
А краба тоже видите?TheShock
13.03.2018 20:12+1Нет, краба не особо вижу.
У меня есть два предположения — более мультяшное или не занимающее всю туманность. Мультяшное, правда, больше похоже на рака отшельника
Mad__Max
13.03.2018 22:31Хм, наверно правый вариант подразумевается.
Это часть как раз выделяется/сильнее светится если в других диапазонах помимо видимого посмотреть например:
wallhalla.com/thumbs/preview/7/74y0p94Xcw4l.jpg
AngusMetall
11.03.2018 14:09Даже не знаю кому хочется выдрать руки: технику, который ставил прибор, менеджеру который его нанял, или специалисту, который должен был проверять за техником. Подобные вещи крайне дискредитируют науку. Интересно, в разрезе текущих проблем НАСА с финансированием, ввиду того, что налогоплательщики стали завадаться вопросом куда тратят их деньги, что-то подобное бы так же спустили на тормозах?
old_bear
11.03.2018 16:20Подобные вещи крайне дискредитируют науку.
Допускать ошибки — это естественное свойство человека. В больших проектах ошибок невозможно избежать, можно только снизить их вероятность путём множественных перекрёстных проверок. При этом дополнительные проверки выливаются в затягивание сроков и требуют привлечения дополнительных ресурсов, что в свою очередь порождает возможность для новых ошибок. В итоге снизить вероятность ошибок до нуля невозможно по определению.
Те, кто не понимают этой простой вещи, действительно дискредитируют науку.allter
11.03.2018 18:56И самое главное, даже если сделать эти дополнительные перекрёстные проверки, может оказаться так, что какой-то высокопоставленный менеджер по каким-то своим причинам (политическим, я полагаю) наплюет на выявленные дефекты, как это в той же NASA произошло с сообщениями о дефектах в твердотопливных ускорителях и в теплоизолирующих плитках…
А вот то, что наука, насколько я знаю, мало занимается вопросами оптимальности/оптимизации управления — это её, как мне кажется, дискредитирует.
SynmanProff
11.03.2018 22:46Интересно, в земных условиях все эти зеркала держали в «идеальных» условиях, где не было не пылинки. В космосе, астронавты, когда проводили техобслуживание, вскрывали его герметичные полости. А космос не совсем «пустое» пространство, влияют ли какие-то частицы (та же темная материя) на качество картинки?
AlexParker
12.03.2018 14:41Темная материя — как морская свинка. Никакая она не морская, и совсем не свинка.
Gutt
13.03.2018 12:23Простите, чьи герметичные полости? Их там минимум, электроника и оптика общаются с агрессивным вакуумом с его ~ 10 000 000 атомов на кубический сантиметр. Времена, когда приборы помещали в герметичные корпуса, наполненные газом, который перемешивают вентиляторы, прошли где-то в начале семидесятых, если верить Чертоку. Сейчас предпочитают делать корпуса негерметичными.
Nubus
Спасибо за историю и красиво подобранные ракурсы вселенной!