Телескоп-очкарик: невероятная история «Хаббла»

nathoncharova — 26.12.2024
Космический телескоп «Хаббл» подарил человечеству бесценные снимки просторов Вселенной, помог создать более 15 тысяч важнейших научных работ и дал прокашляться самому Альберту Эйнштейну. Рассказываем, сколько стоил сам телескоп, зачем ему понадобились очки, и как астрофизики сражались с властями за «Хаббл».

Идея создания телескопа
Если устанавливать телескопы на поверхности Земли, то их работе будет мешать ее магнитное поле. А вот размещение этих устройств в космосе — крайне удачная мысль! Во-первых, так станут видимыми излучения в тех диапазонах, где Земля непрозрачна, а особенно физиков интересует инфракрасный диапазон. Во-вторых, разрешающая способность космического телескопа в 10 раз больше земного из-за отсутствия влияния атмосферы.

Об этих приятных бонусах первым догадался американский астрофизик Лайман Спитцер еще в 1946 году. Он опубликовал работу «Астрономические преимущества внеземной обсерватории», а позже посвятил огромную часть своей научной карьеры продвижению этого проекта.

Лайман Спитцер
WikiCommons
В 1968 году NASA, наконец, утвердило план строительства телескопа-рефлектора.

Первые трудности
Серьезной проблемой стало финансирование, и это неудивительно — затраты на космический телескоп во много раз превышали стоимость любого земного. Поначалу Конгресс США просто сократил бюджет проекта, а в 1974 году вообще полностью прекратил инвестирование.

Помните тот знаменитый снимок галактики Андромеды, который хоть раз, но точно стоял у вас на рабочем столе? Его сделал именно «Хаббл».

В ответ на такое выступление астрофизики начали массово осаждать сенаторов и конгрессменов: писали письма, привлекали журналистов и даже встречались с представителями власти лично. В конце концов телескоп ученые отвоевали. И, хотя пришлось сократить бюджет почти вдвое и уменьшить диаметр главного зеркала (с трех метров до двух с половиной), запуск на орбиту был запланирован на 1983 год. В этот период телескоп получил имя в честь легендарного астрофизика Эдвина Хаббла.

Элегантный Эдвин Хаббл
WikiCommons
Вес телескопа «Хаббл» на Земле составляет 11 тонн, а его размеры сопоставимы со школьным автобусом.
Беда не приходит одна: еще пара отсрочек запуска «Хаббла» на орбиту
Перед специалистами стояли две сложнейшие инженерные проблемы: разработка оптической системы и аппарата носителя. Решить их оказалось труднее, чем рассчитывалось изначально — задержка сроков увеличивалась примерно на один месяц каждый квартал, а на финальных этапах росла на один день ежедневно. Команда NASA была вынуждена перенести запуск еще дважды: сначала на март, а затем и на октябрь 1986 года.

После катастрофы космического шаттла «Челленджер» в январе 1986-го, унесшей жизни всех семи членов экипажа, программа Space Shuttle была приостановлена на несколько лет, и запуск телескопа снова пришлось отложить.

Момент гибели шаттла «Челленджер»
Kennedy Space Center
Все эти годы «Хаббл» хранился в специальном ангаре с искусственно очищенным воздухом, а его бортовые системы были частично включены. Разумеется, это не бесплатно — на содержание телескопа каждый месяц уходило шесть миллионов долларов!

«Хаббл» потребляет достаточно мало энергии — примерно 2800 ватт. Это сравнимо с мощностью электрического кухонного чайника.
Однако нет худа без добра. Такая огромная задержка запуска проекта неожиданно пошла ему на пользу. Инженерам, видимо, было нечего делать, поэтому годы ожидания старта они потратили на апгрейд: заменили солнечные батареи на более мощные, улучшили бортовой вычислительный комплекс и системы связи, а также изменили конструкцию кормового защитного кожуха. Это упростило обслуживание телескопа на орбите.
По правде говоря, программное обеспечение для управления «Хабблом» оказалось не готово в срок и было дописано впритык к запуску. Да, он все же состоялся.

Запуск телескопа на орбиту и главный инженерный вызов
Тесты бортовых систем пройдены, а накопившаяся на главном зеркале пыль удалена сжатым азотом. Пуску быть! Двигатели шаттла «Дискавери» загудели 24 апреля 1990 года и на следующий же день доставили телескоп на расчетную орбиту.

Взлет шаттла «Дискавери» с телескопом «Хаббл» на борту
NASA
Однако злоключения на этом не закончились. Уже в первые несколько недель работы стала очевидна серьезная ошибка оптической системы. Конечно, «Хаббл» выдавал намного более четкие снимки, чем любой земной телескоп, но резкость изображений была существенно ниже ожидаемой.

Беда обнаружилась в форме главного зеркала. Несомненно, это было самым точно рассчитанным зеркалом в истории человечества, но все же оказалось слишком плоским по краям. Отклонение от заданных параметров было всего лишь два микромиллиметра. Это обернулось настоящей катастрофой — из-за этого дефекта телескоп был почти непригоден для наблюдения тусклых объектов и выполнения снимков с низкой контрастностью. Практически все космологические программы стали невыполнимыми — они требовали отслеживания поведения небесных тел, обладающих низкой яркостью.

Телескоп «Хаббл» на орбите
NASA Watch
Зеркало раздора: кто виноват и что делать?

Дефект появился из-за ошибки при установке главного нуль-корректора — его линза была сдвинута на 1,3 миллиметра от правильного положения. Техник, занимавшийся сборкой устройства, ошибся в работе с лазерным измерителем, который нужен для точного размещения оптики. После монтажа горе-работник заметил непонятный зазор между линзой и обрамляющей ее конструкцией и...просто воткнул туда обычную металлическую шайбу.

Во время полировки зеркала его форму повторно проверяли двумя другими нуль-корректорами. Оба устройства верно обнаруживали оптическое искажение. Компания-изготовитель этот казус проигнорировала, а специалисты NASA не выполнили контроль качества надлежащим образом.

Спускать телескоп на Землю это очень дорого и долго, а заменить зеркало прямо на орбите просто невозможно. Тогда инженерам пришла в голову идея — а что, если изобрести оптический компонент, у которого была бы точно такая же ошибка, но с обратным знаком? Так появилась система COSTAR — первые (и единственные) в мире очки для телескопа, и 31 января 1994 года «Хаббл», наконец, заработал в полную силу.

Снимок галактики М100 до и после установки «очков»
NASA / Hubble Images
Любой профессиональный астроном вне зависимости от гражданства и академической принадлежности может подать заявку на использование телескопа «Хаббл».

Астронавты устанавливают корректирующее устройство. Эта миссия считается одной из самых сложных в истории
NASA
Изначально на проект было выделено 400 миллионов долларов. Итоговые расходы составили шесть миллиардов долларов с американской стороны и 593 миллиона евро со стороны Европейского космического агентства.

Чем крут космический телескоп «Хаббл»?
В 1939 году Альберт Эйнштейн утверждал, что существование черных дыр невозможно, потому что они не могут образоваться в естественных условиях. Благодаря телескопу ученые смогли доказать, что центр большинства больших галактик — это сверхмассивная черная дыра.
Сверхмассивная черная дыра в центре спиральной галактики в созвездии Девы, запечатленная телескопом «Хаббл»
NASA
Существование темной материи, ускорение, расширение и примерный возраст Вселенной — все это человечеству удалось узнать благодаря «Хабблу», который долго и кропотливо наблюдал за квазарами.

Квазар 3C 273
NASA / ESA
В 1995 году ученые провели исследование одного тридцатимиллионного участка космоса вокруг нас. На этом крошечном кусочке неба было обнаружено около двух тысяч галактик. Позже этот сектор сравнили с другим, расположенным в противоположной стороне небосвода. Это подтвердило гипотезу о том, что физические свойства Вселенной не зависят от выбранного направления наблюдения.

Область звездообразования N159, Большое Магелланово Облако. Расстояние от Земли — 160 тысяч световых лет.
NASA / ESA
В 2018 году стало известно, что «Хабблу» удалось крупным планом запечатлеть одну из самых древних из ныне известных галактик во Вселенной. Она родилась спустя всего лишь 500 миллионов лет после Большого взрыва.

Галактика Bedin-1. Ее звездам примерно 13 миллиардов лет
NASA, ESA and L. Bedin (Astronomical Observatory of Padua, Italy)
За годы работы «Хаббл» сделал более миллиона красивейших фотографий космических объектов, собрал данных более чем на 50 терабайт и выполнил более полутора миллионов исследований Вселенной.
Горе-телескоп находится на орбите уже более 30 лет. Дату схода с орбиты назначат после 2030 года. Что ж, это было дорого, нервно и долго, но определенно того стоило!
источник

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив