Найкращі галактичні знімки орбітального телескопа «хаббл. Ось де знаходиться знаменитий телескоп хабл Орбіта космічного телескопа хабл знаходиться на висоті

На орбіті Землі є три об'єкти, про які знають навіть далекі від астрономії та космонавтики люди: Місяць, Міжнародна Космічна Станція та космічний телескоп Хаббл.

На орбіті Землі є три об'єкти, про які знають навіть далекі від астрономії та космонавтики люди: Місяць, Міжнародна Космічна Станція та космічний телескоп Хаббл.

Останній на вісім років старший за МКС і застав ще Орбітальну Станцію «Світ». Багато хто вважає його просто великим фотоапаратом у космосі. Реальність же трохи складніша, адже не дарма люди, які працюють з цим унікальним апаратом з повагою називають його небесною обсерваторією.

Історія побудови Хаббла - це постійне подолання труднощів, боротьба за фінансування та пошук рішень у непередбачені ситуації. Роль Хаббла в науці безцінна. Неможливо скласти повний список відкриттів в астрономії та суміжних напрямках, зроблених завдяки знімкам телескопа, настільки багато робіт посилаються на отриману інформацію. Тим не менш, офіційна статистика говорить про майже 15 тисяч публікацій.

Історія

Ідея розмістити телескоп на орбіті виникла майже сто років тому. Наукове обґрунтування важливості побудови такого телескопа у вигляді статті опублікував астрофізик Лайман Спітцер у 1946-му році. 65-го його зробили головою комітету академії наук, яка визначила завдання такого проекту.

У шістдесятих вдалося провести кілька успішних запусків і доставити на орбіту простіші пристрої, і в 68-му НАСА дало зелене світло предтечі Хаббла - апарату LST, Великому Космічному Телескопу, з більшим діаметром дзеркала - 3 метри проти хабблівських 2,4 - і амбітною. задачі запустити його вже в 72-му році, за допомогою космічного шатла, що знаходиться тоді в розробці. Але розрахунковий проектний кошторис вийшов надто дорогим, з грошима виникали труднощі, а в 74-му фінансування взагалі скасували.

Активне лобіювання проекту астрономами, залучення Європейського Космічного Агентства та спрощення характеристик приблизно до хаблівських дозволили у 78-му отримати фінансування від Конгресу у розмірі смішних за підсумковими витратами 36 мільйонів доларів, що на сьогодні дорівнює приблизно 137 мільйонам.

Тоді ж майбутній телескоп назвали на честь Едвіна Хаббла, астронома і космолога, який підтвердив існування інших галактик, створив теорію розширення Всесвіту і дав своє ім'я як телескопу, а й науковому закону і величині.

Телескоп розробляли кілька компаній, які відповідають за різні елементи, з яких найскладніші: оптична система, якою займалася Перкін-Елмер, та космічний апарат, який створювала Локхід. Бюджет зріс уже до 400 млн. доларів.

Локхід затягла створення апарату на три місяці та перевищила свій бюджет на 30%. Якщо подивитися на історії будівництва схожих складності апаратів, то це нормальна ситуація. У Перкін-Елмер все було значно гірше. Компанія полірувала дзеркало за інноваційною технологією до кінця 81-го року, сильно перевищивши бюджет та зіпсувавши відносини з НАСА. Цікаво, що болванку дзеркала їм зробила компанія Корнінг, яка сьогодні випускає скло Горила Глас, що активно використовуються в телефонах.

До речі, Кодак отримав контракт на виготовлення запасного дзеркала з використанням традиційних методів полірування, якщо з поліруванням основного дзеркала виникнуть проблеми. Затримки щодо створення інших компонентів гальмували процес настільки, що стала відомою цитата з характеристики НАСА з приводу графіків робіт, які були «невизначеними і щодня що змінюються».

Запуск став можливим лише до 86-го року, але через катастрофу Челленжера, запуски шатлів призупинили на час доробок.

Хаббл частинами поклали на зберігання в спеціальні камери, що продуваються азотом, що обходилося в шість мільйонів доларів на місяць.

У підсумку, 24 квітня 1990 року, шатл Дискавері стартував з телескопом на орбіту. На цей момент на Хаббл витратили 2,5 мільярда доларів. Загальні витрати на сьогодні добираються до десяти мільярдів.

З часу запуску відбулося кілька драматичних подій за участю Хаббла, але головне відбулося на самому початку.

Коли після виведення на орбіту, телескоп почав свою роботу, виявилося, що його різкість на порядок нижча за розрахункову. Замість десятої частки кутової секунди виходила ціла секунда. Після кількох перевірок виявилося, що дзеркало телескопа надто плоске по краях: на цілих два мікрометри не збігається з розрахунковим. Аберація внаслідок цього в буквальному значенні мікроскопічного дефекту унеможливлювала більшість планованих досліджень.

Було зібрано комісію, члени якої знайшли причину: неймовірно точно розраховане дзеркало неправильно відшліфували. Більш того, ще до запуску такі ж відхилення показувала пара нуль-коректорів - пристроїв, які тут відповідали за потрібну кривизну поверхні.

Але тоді цим свідченням не стали довіряти, поклавшись на свідчення головного нуль-коректора, який показував правильні результати і яким робили шліфування. І одна з лінз якого, як виявилось, була неправильно встановлена.

Людський фактор

Встановити нове дзеркало на орбіті було технічно неможливо, а спускати телескоп і потім знову виводити - занадто дорого. Рішення знайшлося витончене.

Так, дзеркало було зроблено неправильно. Але його було зроблено неправильно з дуже високою точністю. Спотворення було відомо, і його залишалося лише компенсувати, навіщо розробили спеціальну систему коригування COSTAR. Встановити її вирішили у рамках першої експедиції з обслуговування телескопа.

Така експедиція – це складна десятиденна операція з виходами астронавтів у відкритий космос. Більш футуристичної роботи і уявити не можна, адже це всього лише техобслуговування. Загалом експедицій за час роботи телескопа було чотири, з двома вильотами в рамках третьої.

2 грудня 1993 року шатл Індевор, для якого це був п'ятий політ, доставив астронавтів до телескопа. Ті встановили Костар та замінили камеру.

Костар скоригувала сферичну аберацію дзеркала, зігравши роль найдорожчих очок в історії. Система оптичної корекції виконувала своє завдання до 2009 року, коли потреба в ній відпала у зв'язку з використанням у всіх нових приладах власної оптики, що коригує. Вона поступилася дорогоцінним місцем у телескопі спектрографу і посіла почесне місце в Національному музеї повітроплавання та астронавтики після демонтажу в рамках четвертої експедиції з обслуговування Хаббла в 2009-му році.

Управління

Керується та контролюється телескоп у реальному часі 24/7 з центру управління у місті Грінбелт у штаті Меріленд. Завдання центру поділяються на два види: технічні (обслуговування, управління та моніторинг стану) та наукові (вибір об'єктів, підготовка завдань та безпосередньо збір даних). Щотижня Хаббл отримує з Землі понад 100 000 різних команд: це інструкції, що коригують орбіту, і завдання на зйомку космічних об'єктів.

У ЦУПі добу розбито на три зміни за кожну з яких закріплено окрему команду з трьох-п'яти осіб. Під час експедицій до телескопа штат працівників збільшується до кількох десятків.

Хаббл - телескоп зайнятий, але навіть його щільний графік дозволяє допомогти будь-якому, навіть непрофесійному, астроному. Щорічно в Інститут Досліджень Космосу з Допомога Космічного Телескопа надходить по тисячі заявок на бронювання часу від астрономів з різних країн.

Близько 20% заявок отримують схвалення експертної комісії та, за даними НАСА, завдяки міжнародним запитам проводиться плюс-мінус 20 тисяч спостережень щороку. Всі ці заявки стикуються, програмуються і відправляються Хаблу з того самого центру в Меріленді.

Оптика

Основна оптика Хаббла зроблена за системою Річі-Кретьєна. Вона складається з круглого, гіперболічно вигнутого, дзеркала діаметром 2,4 м з отвором у центрі. Це дзеркало відбиває на вторинне дзеркало теж гіперболічної форми, яке відбиває в центральний отвір первинного придатний до оцифрування пучок. Для відсіювання надлишкових елементів діапазону і виділення необхідних спектрів застосовуються різні фільтри.

У таких телескопах використовують систему дзеркал, а не лінз, як у фотокамерах. Тому багато причин: перепади температур, допуски полірування, загальні розміри та відсутність втрат пучка всередині самої лінзи.

Основна оптика на Хаблі не змінювалася від початку. А набір різноманітних інструментів, які її використовують, повністю змінили за кілька обслуговуючих експедицій. Хаблу оновлювали інструментарій, і за його існування там працювало тринадцять різних інструментів. Сьогодні він несе шість, один із яких у глибокій глибині.

За фотографії в оптичному діапазоні відповідали ширококутні та планетарні камери першого та другого покоління, і ширококутна камера третього зараз.

Потенціал першої WFPC так і не був розкритий через проблеми із дзеркалом. А експедиція 93-го року, встановивши Костар, заразом і замінила її на другу версію.

У камери WFPC2 було чотири квадратні матриці, зображення з яких формували великий квадрат. Майже. Одна матриця - саме «планетарна» - отримувала зображення з більшим збільшенням, і при відновленні масштабу ця частина зображення захоплює менше шістнадцятої частини загального квадрата замість чверті, але у вищій роздільній здатності.

Інші три матриці відповідали за «ширококутність». Саме тому повні знімки камери виглядають як квадрат, у якого від'їли 3 блоки з одного кута, а не через проблеми із завантаженням файлів або інших неполадок.

WFPC2 замінили на WFC3 у 2009-му. Різницю між ними добре ілюструють перезняті Стовпи Творіння, про які пізніше.

Крім оптичного та ближнього інфрачервоного діапазону ширококутною камерою, Хаббл бачить:

  • за допомогою спектрографа STIS у ближньому та далекому ультрафіолеті, а також від видимого до ближнього іфрачервоного;
  • там-таки за допомогою одного з каналів ACS, інші канали якої перекривають величезний діапазон частот від інфрачервоної до ультрафіолетової області;
  • слабкі точкові джерела у ультрафіолетовому діапазоні спектрографом COS.

Знімки

Знімки Хаббла - це не зовсім фотографії у звичному розумінні. Дуже багато інформації недоступне в оптичному діапазоні. Багато космічних об'єктів активно випромінюють в інших діапазонах. Хабл обладнаний безліччю пристроїв з різноманітними фільтрами, що дозволяють вловити дані, які пізніше астрономи обробляють і можуть звести в наочне зображення. Багатство кольорів забезпечують різні діапазони випромінювання зірок та іонізованих ними частинок, а також їх відбите світло.

Фотографій дуже багато, розповім лише про кілька найзахоплюючих. Всі фотографії мають свій ID, за яким легко знаходяться на сайті Хаббла spacetelescope.org або прямо в Гуглі. Багато знімків лежать на сайті у високій роздільній здатності, тут же я залишаю screensize-версії.

Стовпи творіння

ID: opo9544a

Свій найзнаменитіший кадр Хаббл зробив першого квітня 95-го року, не відволікаючись від розумної роботи в день дурня. Це Стовпи Творіння, названі так оскільки з цих скупчень газу формуються зірки, і тому, що нагадують формою. На знімку – невеликий шматочок центральної частини туманності Орел.

Туманність ця цікава тим, що великі зірки в її центрі частково її розвіяли, та ще й саме з боку Землі. Така удача дозволяє подивитися в центр туманності і, наприклад, зробити знаменитий виразний знімок.

Інші телескопи теж знімали цей регіон у різних діапазонах, але в оптичному Стовпі виходять найвиразніше: іонізований тими самими зірками, що розвіяли частину туманності, газ світиться синім, зеленим та червоним кольорами, створюючи гарні переливи.

У 2014 році Стовпи перезняли оновленим обладнанням Хаббла: першу версію знімала камера WFPC2, а другу - WFC3.

ID: heic1501a

Троянда, виготовлена ​​з галактик

ID: heic1107a

Об'єкт Арп 273 - чудовий приклад комунікації між галактиками, що опинилися близько один до одного. Асиметрична форма верхньої - це наслідок про припливних взаємодій з нижньої. Разом вони утворюють грандіозну квітку, подаровану людству у 2011-му році.

Магічна галактика Сомбреро

ID: opo0328a

Месьє 104 - велична галактика, яку начебто вигадали і намалювали в Голлівуді. Але ні, прекрасна сто-четверта знаходиться на південній околиці сузір'я Діви. І вона настільки яскрава, що видно навіть у домашніх телескопах. Хаблу ця красуня позувала у 2004-му році.

Новий вид туманності Кінської голови в інфрачервоному спектрі - зображення на 23 річницю Хаббла

ID: heic1307a

У 2013 році Хаббл перезняв Барнард 33 в інфрачервоному спектрі. І похмура туманність Кінська Голова у сузір'ї Оріона, майже непрозора та чорна у видимому діапазоні, постала у новому світлі. Тобто діапазоні.

До цього Хаббл вже фотографував її 2001-го:

ID: heic0105a

Тоді вона перемогла у інтернет-голосуванні на ювілейний об'єкт для одинадцяти років на орбіті. Цікаво, що і до фотографій Хаббла, Кінська Голова була одним з об'єктів, що найбільш знімаються.

Хаббл зняв зіркоосвітній регіон S106

ID: heic1118a

S106 - зіркоосвітня область у сузір'ї Лебедя. Красива структура обумовлена ​​викидами молодої зірки, що огорнута пилом у формі пончика у центрі. Ця пилова завіса має проломи зверху та знизу, через які речовина зірки виривається активніше, утворюючи форму, що нагадує відому оптичну ілюзію. Знімок зроблено наприкінці 2011 року.

Кассіопея А: барвисті наслідки смерті зірки

ID: heic0609a

Ви, мабуть, чули про вибухи Наднових зірок. А цей знімок наочно показує один із сценаріїв подальшої долі таких об'єктів.

На фото 2006-го року - наслідки вибуху зірки Кассіопеї А, що сталося прямо в нашій галактиці. Прекрасно видно хвиля речовини, що розлітається з епіцентру, зі складною і детальною структурою.

Зображення Хаббла Arp 142

ID: heic1311a

І знову знімок, що демонструє наслідки взаємодії двох галактик, що опинилися близько одна до одної під час свого Всесвітнього шляху.

NGC 2936 та 2937 зіткнулися та вплинули один на одного. Це вже сама собою цікава подія, але в цьому випадку додався ще один аспект: нинішня форма галактик нагадує пінгвіна з яйцем, що працює як великий плюс для популярності цих галактик.

У милій картинці 2013-го року можна побачити сліди зіткнення, що сталося: наприклад, око пінгвіна сформоване, здебільшого, тілами з галактики-яйця.

Знаючи вік обох галактик, можна відповісти, що було раніше: яйце чи пінгвін.

Метелик, що з'являється із залишків зірки у планетарній туманності NGC 6302

ID: heic0910h

Іноді розпечені до 20 тисяч градусів потоки газу, що летять зі швидкістю майже в мільйон км/год, виглядають як крильця крихкого метелика, потрібно лише знайти правильний ракурс. Хаблу не довелося шукати, туманність NGC 6302 – її ще називають туманністю Метелик чи Жук – сама повернулася до нас підходящою стороною.

Створює ці крила вмираюча зірка нашої галактики у сузір'ї Скопіона. Форму крил потоки газу одержують знову через кільце пилу навколо зірки. Цей же пил закриває саму зірку від нас. Можливо, кільце було сформоване втратою речовини зіркою вздовж екватора на відносно низькій швидкості, а крила - швидше втратою від полюсів.

Deep Field

Є кілька знімків Хаббла, у назві яких є Deep Field. Це кадри з величезним багатоденним часом експозиції, які демонструють маленький шматочок зоряного неба. Щоб їх зняти, довелося дуже ретельно вибирати відповідну для такого експонування ділянку. Його не мали перекривати Земля і Місяць, поблизу не мало бути яскравих об'єктів і так далі. У результаті Діп Філд стали дуже корисними для астрономів кадрами, якими можна вивчати процеси формування всесвіту.

Найостанніший такий кадр - Hubble Extreme Deep Field 2012-го року - досить нудний на обивательський погляд - це безпрецедентна зйомка з витримкою в два мільйони секунд (~23 дні), що показала 5,5 тисяч галактик, найтьмяніші з яких мають яскравість десять мільярдів менше чутливості людського зору.

ID: heic1214a

І ця неймовірна картинка вільно лежить на сайті Хаббла, показуючи всім бажаючим крихітну частину 1/30 000 000 нашого неба, на якій видно тисячі галактик.


Хаббл (1990 - 203_)

Хаббл до брехень зійти з орбіти після 2030-го року. Цей факт видається сумним, але телескоп на багато років перевищив тривалість своєї початкової місії. Телескоп кілька разів модернізували, змінювали обладнання на все досконаліше, але основної оптики ці доробки не стосувалися.

І найближчими роками людство отримає більш просунуту заміну старому бійцю, коли запустять телескоп Джеймс Вебб. Але і після цього Хаббл продовжить працювати, поки не вийде з ладу. У телескоп вкладено неймовірні обсяги праці вчених, інженерів, астронавтів, людей інших професій та грошей американських та європейських платників податків.

У відповідь людство має безпрецедентну базу наукових даних та об'єктів мистецтва, які допомагають зрозуміти устрій всесвіту та створюють моду на науку.

Важко зрозуміти цінність Хаббла не астроному, але це прекрасний символ досягнень людства. Не безпроблемний, зі складною історією, телескоп став успішним проектом, який ще, сподіватимемося, більше десяти років буде працювати на благо науки. опубліковано

Якщо у вас виникли питання з цієї теми, задайте їх фахівцям та читачам нашого проекту.

Телескоп Хаббл, названий на честь американського астронома Едвіна Хаббла (1889-1953) запустили на низьку навколоземну орбіту 24 квітня 1990 року. За його роботу отримано понад мільйон знімків зірок, планет, галактик, туманностей та інших космічних об'єктів.

Атмосфера Землі непрозора, тому, якби Хаббл розташований на поверхні нашої планети, він бачив би вдесятеро гірше.

Відразу після запуску телескопа з'ясувалося, що його головне дзеркало має дефект, через що різкість і дозвіл отриманих знімків були значно гіршими за очікувані. За всю історію телескопа відбулося п'ять експедицій щодо його обслуговування. Головним завданням першого польоту на Хаббл було, звичайно ж, усунення дефекту дзеркала шляхом встановлення оптики, що коригує. Це була одна із найскладніших експедицій за всю історію освоєння нами позаземного простору. Астронавти здійснили п'ять тривалих виходів у відкритий космос; було замінено кілька камер, сонячні батареї, системи наведення… Наприкінці робіт проведено коригування орбіти, оскільки через тертя повітря під час руху у верхніх шарах атмосфери виникла втрата висоти. Місія була виконана успішно і знімки, отримані після закінчення, були дуже хороші. У подальших експедиціях виконувались планові роботи з техобслуговування та заміни обладнання більш сучасне. Довгий час під питанням був п'ятий політ на Хаббл.

Після катастрофи корабля Колумбія у березні 2003 року роботи з обслуговування телескопа були тимчасово припинені. У НАСА вирішили, що кожна космічна човна повинна мати можливість дістатися МКС, у разі виникнення технічних проблем.

Однак необхідність робіт з технічного обслуговування явно назріла. Перед НАСА постало серйозне питання: йти на ризик чи залишити все як є? П'ятий політ на Хабл відбувся незважаючи ні на що навесні 2009 року після того, як у НАСА змінився адміністратор. Вирішили, що ця експедиція на Хаббл стане останньою.

Як виходять яскраві та барвисті знімки з Хаббла?

Хаббл робить знімки космічних об'єктів у різних діапазонах від інфрачервоного до ультрафіолетового, на виході виходять чорно-білі фотографії дуже гарної якості та дозволу. Звідки ж беруться ці яскраві кольорові знімки, які з'являються на сайті НАСА, а потім кочують по всьому інтернету? Відповідь досить банальна: Photoshop. Процес обробки фото складний і трудомісткий, нехай вас не вводить в оману двохвилинна довжина ролика. Ось як це виглядає:

Найвідоміші знімки з Хаббла:

Стовпи творіння

Стовпи творіння або Слонові хоботи - скупчення зоряного пилу та газу в туманності Орел (7000 світлових років від Землі).

Галактика Андромеди, 2,5 млн світлових років від Землі:

Галактика M83, 15 млн світлових років від Землі:

Крабовидна туманність - результат вибуху наднової в 1054 н.е.; у центрі туманності знаходиться нейтронна зірка (маса того ж порядку, що й у нашого Сонця, розмір – як невелике місто).

Галактика NGC 5194, 23 млн. світлових років від Землі:

Зліва внизу - наднова, що спалахнула 1994 року на околиці спіральної галактики

Галактика Сомбреро, 30 млн. світлових років від Землі:

Туманність Омега в сузір'ї Стрільця, 5 тисяч світлових років від Землі:

Найкращі знімки з телескопа Хаббл. Можна ставити на повний екран і насолоджуватися:

Передісторія, концепції, ранні проекти

Перша згадка про концепцію орбітального телескопа зустрічається в книзі Германа Оберта «Ракета в міжпланетному просторі» (ньому. «Die Rakete zu den Planetenraumen» ).

1946 року американський астрофізик Лайман Спітцер опублікував статтю «Астрономічні переваги позаземної обсерваторії» (англ. Астрономічні відзнаки an extra-terrestrial observatory ). У статті зазначено дві головні переваги такого телескопа. По-перше, його кутовий дозвіл буде обмежений лише дифракцією, а не турбулентними потоками в атмосфері; у той час роздільна здатність наземних телескопів була від 0,5 до 1,0 кутової секунди, тоді як теоретична межа дозволу по дифракції для телескопа з дзеркалом 2,5 метра становить близько 0,1 секунди. По-друге, космічний телескоп міг би вести спостереження в інфрачервоному та ультрафіолетовому діапазонах, у яких поглинання випромінювань земною атмосферою дуже значне.

Спітцер присвятив значну частину своєї наукової кар'єри просуванню проекту. У 1962 році доповідь, опублікована Національною академією наук США, рекомендувала включити розробку орбітального телескопа в космічну програму, і в 1965 Спітцер був призначений главою комітету, в завдання якого входило визначення наукових завдань для великого космічного телескопа.

Космічна астрономія почала розвиватися після закінчення Другої світової війни. У 1946 році вперше було отримано ультрафіолетовий спектр Сонця. Орбітальний телескоп для досліджень Сонця був запущений Великобританією в 1962 в рамках програми «Аріель», а в 1966 НАСА запустила в космос першу орбітальну обсерваторію OAO -1 (англ. Orbiting Astronomical Observatory ). Місія не увінчалася успіхом через відмову акумуляторів через три дні після старту. У 1968 року було запущено OAO-2, яка проводила спостереження ультрафіолетового випромінювання зірок і галактик до 1972 року, значно перевищивши розрахунковий термін експлуатації один рік.

Місії OAO послужили наочною демонстрацією ролі, яку можуть грати орбітальні телескопи, і в 1968 НАСА затвердило план будівництва телескопа-рефлектора з дзеркалом діаметром 3 м. Проект отримав умовну назву LST (англ. Large Space Telescope). Запуск планувався на 1972 рік. Програма наголошувала на необхідності регулярних пілотованих експедицій для обслуговування телескопа з метою забезпечення тривалої роботи дорогого приладу. Програма, що паралельно розвивалася, Спейс шаттл давала надії на отримання відповідних можливостей.

Боротьба за фінансування проекту

Завдяки успіху програми ВАТ в астрономічному співтоваристві склався консенсус про те, що будівництво великого орбітального телескопа має стати пріоритетним завданням. У 1970 році NASA заснувало два комітети, один для вивчення та планування технічних аспектів, завданням другого була розробка програми наукових досліджень. Наступною серйозною перешкодою було фінансування проекту, витрати на який мали перевершити вартість будь-якого наземного телескопа. Конгрес США поставив під сумнів багато статей запропонованого кошторису і суттєво урізав асигнування, що спочатку передбачали масштабні дослідження інструментів та конструкції обсерваторії. У 1974 році, в рамках програми скорочень видатків бюджету, ініційованої президентом Фордом, Конгрес повністю скасував фінансування проекту.

У відповідь на це астрономами було розгорнуто широку кампанію з лобіювання. Багато вчених особисто зустрілися з сенаторами та конгресменами, було також проведено кілька великих розсилок листів на підтримку проекту. Національна Академія Наук опублікувала доповідь, в якій наголошувалося на важливості створення великого орбітального телескопа, і в результаті сенат погодився виділити половину коштів з бюджету, спочатку затвердженого Конгресом.

Фінансові проблеми призвели до скорочень, головним з яких було рішення зменшити діаметр дзеркала з 3 до 2,4 метра для зниження витрат і отримання більш компактної конструкції. Також було скасовано проект телескопа з півтораметровим дзеркалом, який передбачалося запустити з метою тестування та відпрацювання систем, та ухвалено рішення про кооперацію з Європейським космічним агентством. ЄКА погодилася брати участь у фінансуванні, а також надати низку інструментів та сонячні батареї для обсерваторії, замість європейських астрономів резервувалося не менше 15% часу спостережень. 1978 року Конгрес затвердив фінансування у розмірі 36 млн дол., і відразу після цього почалися повномасштабні роботи з проектування. Дата запуску планувалася на 1983 рік. На початку 1980-х телескоп отримав ім'я Едвіна Хаббла.

Організація проектування та будівництва

Робота над створенням космічного телескопа була поділена між багатьма компаніями та установами. Космічний центр Маршалла відповідав за розробку, проектування та будівництво телескопа, Центр космічних польотів Годдарда займався загальним керівництвом розробкою наукових приладів та був обраний як наземний центр управління. Центр Маршалла уклав контракт із компанією Перкін-Елмер на проектування та виготовлення оптичної системи телескопа (англ. Optical Telescope Assembly, OTA ) та датчиків точного наведення. Корпорація Локхід одержала контракт на будівництво космічного апарату для телескопа.

Виготовлення оптичної системи

Полірування головного дзеркала телескопа, лабораторія компанії Перкін-Елмер, травень 1979.

Дзеркало та оптична система загалом були найважливішими частинами конструкції телескопа, і до них пред'являлися особливо жорсткі вимоги. Зазвичай дзеркала телескопів виготовляються з допуском приблизно в одну десяту довжини хвилі видимого світла, але оскільки космічний телескоп призначався для спостережень в діапазоні від ультрафіолетового до майже інфрачервоного, а роздільна здатність повинна була бути в десять разів вищою, ніж у наземних приладів, допуск для виготовлення його головне дзеркало було встановлено в 1/20 довжини хвилі видимого світла, або приблизно 30 нм.

Компанія Перкін-Елмер мала намір використати нові верстати з числовим програмним керуванням для виготовлення дзеркала заданої форми. Компанія Кодак отримала контракт на виготовлення запасного дзеркала з використанням традиційних методів полірування на випадок непередбачених проблем з неапробованими технологіями (дзеркало, виготовлене компанією Кодак, в даний час знаходиться в експозиції музею). Роботи над основним дзеркалом розпочалися у 1979 році, для виготовлення використовувалося скло із наднизьким коефіцієнтом розширення. Для зменшення ваги дзеркало складалося з двох поверхонь - нижньої та верхньої, з'єднаних гратчастою конструкцією стільникової структури.

Резервне дзеркало телескопа, Смітсонівський музей авіації та космонавтики, Вашингтон.

Роботи з полірування дзеркала тривали до травня 1981 року, при цьому було зірвано початкові терміни та значно перевищено бюджет. У звітах НАСА того періоду висловлюються сумніви щодо компетентності керівництва компанії Перкін-Елмер та її здатності успішно завершити проект такої важливості та складності. З метою економії коштів НАСА відмінило замовлення на резервне дзеркало та перенесло дату запуску на жовтень 1984 року. Остаточно роботи завершилися до кінця 1981 після нанесення відбиває покриття з алюмінію товщиною 75 нм і захисного покриття з фториду магнію товщиною в 25 нм.

Незважаючи на це, сумніви в компетентності Перкін-Елмер залишалися, оскільки терміни закінчення робіт над іншими компонентами оптичної системи постійно відсувалися, а бюджет проекту зростав. Графіки робіт, надані компанією, НАСА охарактеризувало як «невизначені і щодня щоденно», і відклало запуск телескопа до квітня 1985 року. Проте терміни продовжували зриватися, затримка зростала в середньому на один місяць щокварталу, а на завершальному етапі зростала на один день щодня. НАСА було змушене ще двічі перенести старт, спочатку на березень, а потім на вересень 1986 року. На той час загальний бюджет проекту зріс до 1,175 млрд дол.

Космічний апарат

Початкові етапи робіт над космічним апаратом, 1980р.

Інший складної інженерної проблемою було створення космічного корабля для телескопа та інших приладів. Основними вимогами були захист обладнання від постійних перепадів температур під час нагрівання від прямого сонячного освітлення та охолодження в тіні Землі та особливо точне орієнтування телескопа. Телескоп змонтований усередині легкої алюмінієвої капсули, яка покрита багатошаровою термоізоляцією, що забезпечує стабільну температуру. Жорсткість капсули та кріплення приладів забезпечує внутрішня просторова рама з вуглецевого волокна.

Хоча роботи зі створення космічного апарату проходили успішніше, ніж виготовлення оптичної системи, Локхід також допустила деяке відставання від графіка та перевищення бюджету. До травня 1985 року перевитрата коштів становила близько 30 % від початкового обсягу, а відставання від плану - 3 місяці. У доповіді, підготовленій Космічним центром Маршалла, зазначалося, що під час проведення робіт компанія не виявляє ініціативу, воліючи покладатися на вказівки НАСА.

Координація досліджень та управління польотом

У 1983 році, після деякого протистояння між НАСА і науковою спільнотою було засновано . Інститут керується Асоціацією університетів з астрономічних досліджень (англ. Association of Universities for Research in Astronomy ) (англ. AURA) і знаходиться в кампусі університету Джона Хопкінса в Балтіморі , штат Меріленд . Університет Хопкінса - один із 32 американських університетів та іноземних організацій, що входять до асоціації. Науковий інститут космічного телескопа відповідає за організацію наукових праць та забезпечення доступу астрономів до отриманих даних, функції яких НАСА хотіло залишити під своїм контролем, але вчені вважали за краще передати їх академічним установам.

Європейський координаційний центр космічного телескопа був заснований у 1984 році в місті Гархінг, Німеччина для надання аналогічних можливостей європейським астрономам.

Управління польотом було покладено Центр космічних польотів Годдарда (англ. Goddard Space Flight Center), який знаходиться в місті Грінбелт, Меріленд за 48 кілометрів від Наукового інституту космічного телескопа. За функціонуванням телескопа ведеться цілодобове позмінне спостереження чотирма групами фахівців.

Технічний супровід здійснюється НАСА та компаніями-контакторами через Центр Годдарда.

Запуск та початок роботи

Старт шатла "Діскавері" з телескопом "Хаббл" на борту.

Спочатку запуск телескопа на орбіту планувався на жовтень 1986, але катастрофа Челленджера 28 січня призупинила програму Спейс шатл на кілька років, і запуск довелося відкласти.

Вимушена затримка дозволила зробити ряд удосконалень: сонячні батареї були замінені на більш ефективні, модернізовано бортовий обчислювальний комплекс і системи зв'язку, а також змінено конструкцію кормового захисного кожуха з метою полегшити обслуговування телескопа на орбіті.

Весь цей час частини телескопа зберігалися у приміщеннях із штучно очищеною атмосферою, що ще більше збільшило витрати на проект.

Після відновлення польотів шатлів у 1988 році запуск був остаточно призначений на 1990 рік. Перед запуском пил, що накопичився на дзеркалі, був видалений за допомогою стисненого азоту, а всі системи пройшли ретельне тестування.

Прилади, встановлені на момент запуску

На момент запуску на борту було встановлено п'ять наукових приладів:

  • Ширококутна та планетарна камера (англ. Wide Field and Planetary Camera ) (англ. Wide Field and Planetary Camera, WFPC ). Камера була сконструйована в Лабораторії реактивного руху НАСА. Вона була оснащена набором з 48 світлофільтрів для виділення ділянок спектру, що становлять особливий інтерес для астрофізичних спостережень. Прилад мав 8 ПЗЗ-матриць, розділених між двома камерами, кожна з яких використовувала по 4 матриці. Ширококутна камера мала великий кут огляду, тоді як планетарна камера мала більшу фокусну відстань і, отже, давала більше збільшення.
  • Камера зйомки тьмяних об'єктів (англ. Faint Object Camera) (англ. Faint Object Camera, FOC). Прилад розроблений ЕКА. Камера призначалася для зйомки об'єктів в ультрафіолетовому діапазоні з високою роздільною здатністю до 0,05 сек.
  • Спектрограф тьмяних об'єктів (англ. Faint Object Spectrograph) (англ. Faint Object Spectrograph, FOS ). Призначався для дослідження особливо тьмяних об'єктів в ультрафіолетовому діапазоні.
  • Високошвидкісний фотометр (англ. High Speed ​​Photometer) (англ. High Speed ​​Photometer, HSP). Розроблений в Університеті Вісконсіна, призначався для спостережень за змінними зірками та іншими об'єктами з яскравістю, що змінюється. Міг робити до 10 000 вимірів на секунду з похибкою близько 2%.

Дефект головного дзеркала

Вже в перші тижні після початку роботи отримані зображення продемонстрували серйозну проблему оптичної системи телескопа. Хоча якість зображень була кращою, ніж у наземних телескопів, «Хаббл» не міг досягти заданої різкості, і дозвіл знімків був значно гіршим за очікуваний. Зображення мали радіус понад одну тілесну секунду замість фокусування в коло 0,1 секунди в діаметрі, згідно специфікації.

Аналіз зображень показав, що джерелом проблеми є неправильна форма головного дзеркала. Незважаючи на те, що це було, можливо, найбільш точно розраховане дзеркало з коли-небудь створених, а допуск становив не більше 1/20 довжини видимого світла, воно було виготовлено занадто плоским по краях. Відхилення від заданої форми поверхні склало лише 2 мкм, але результат виявився катастрофічним - сильна сферична аберація, оптичний дефект, при якому світло, відбите від країв дзеркала, фокусується в точці, відмінної від тієї, в якій фокусується світло, відбите від центру дзеркала.

Вплив дефекту на астрономічні дослідження залежало від конкретного типу спостережень - характеристики розсіювання були достатні для отримання унікальних спостережень яскравих об'єктів з високою роздільною здатністю, і спектроскопія практично не постраждала. Тим не менш, втрата значної частини світлового потоку через розфокусування значно зменшили придатність телескопа для спостережень тьмяних об'єктів та отримання зображень із високою контрастністю. Це означало, що майже всі космологічні програми стали просто нездійсненними, оскільки вимагали спостережень особливо тьмяних об'єктів.

Причини дефекту

Аналізуючи зображення точкових джерел світла, астрономи встановили, що конічна постійна дзеркала становить -1,0139, замість необхідної -1,00229. Те саме число було отримано шляхом перевірки нуль-коректорів (прилади, що дозволяють вимірювати з високою точністю кривизну поверхні, що полірується), використаних компанією Перкін-Елмер, а також з аналізу інтерферограм, отриманих в процесі наземного тестування дзеркала.

Комісія, яку очолює Лю Аллен (англ. Lew Allen), директором Лабораторії реактивного руху, встановила, що дефект виник у результаті помилки при монтажі головного нуль-коректора, польова лінза якого була зсунута на 1,3 мм щодо правильного положення. Зрушення відбулося з вини техніка, що здійснювала складання приладу. Він помилився при роботі з лазерним вимірювачем, що застосовувався для точного розміщення оптичних елементів приладу, а коли після закінчення монтажу помітив непередбачений зазор між лінзою і конструкцією, що підтримує її, то просто вставив звичайну металеву шайбу .

У процесі полірування дзеркала його поверхню перевіряли за допомогою двох інших нуль-коректорів, кожен з яких правильно вказував на наявність сферичної аберації. Ці перевірки були спеціально передбачені для унеможливлення серйозних оптичних дефектів. Незважаючи на чіткі інструкції з контролю якості, компанія проігнорувала результати вимірювань, воліючи вірити, що два нуль-коректори менш точні, ніж головний, показання якого свідчили про ідеальну форму дзеркала.

Комісія поклала провину за те, що сталося насамперед на виконавця. Відносини між оптичною компанією та НАСА серйозно погіршилися в процесі роботи над телескопом через постійний зрив графіка робіт та перевитрати коштів. НАСА встановило, що компанія не належала до робіт над дзеркалом як до основної частини свого бізнесу і перебувала у впевненості, що замовлення не може бути передано іншому підряднику після початку робіт. Хоча комісія піддала компанію суворій критиці, частина відповідальності лежала також на НАСА, насамперед – за нездатність виявити серйозні проблеми з контролем якості та порушення процедур з боку виконавця.

Пошуки рішення

Оскільки конструкція телескопа спочатку передбачала обслуговування на орбіті, вчені негайно розпочали пошук потенційного рішення, яке можна було б застосувати під час першої технічної місії, запланованої на 1993 рік. Хоча Кодак закінчив виготовлення запасного дзеркала для телескопа, заміна його в космосі не була можливою, а знімати з орбіти телескоп для заміни дзеркала на Землі було б занадто довго і дорого. Той факт, що дзеркало з високою точністю було відполіровано до неправильної форми, призвело до ідеї розробити новий оптичний компонент, який виконував би перетворення, еквівалентне помилці, але зі зворотним знаком. Новий пристрій працював би подібно до окулярів для телескопа, коригуючи сферичну аберацію.

Через різницю в конструкції приладів потрібно розробити два різних коригувальних пристроїв. Одне призначалося для Широкоформатної і Планетарної камери, яка мала спеціальні дзеркала, що перенаправляли світло на її сенсори, і корекція могла здійснюватися рахунок використання дзеркал спеціальної форми, які повністю компенсували аберацію. Відповідна зміна була передбачена у конструкції нової Планетарної камери. Інші прилади не мали проміжних поверхонь, що відображають, і таким чином потребували зовнішнього коригувального пристрою.

Система оптичної корекції (COSTAR)

Система, призначена для коригування сферичних аберацій, отримала назву COSTAR (англ. COSTAR) та складалася з двох дзеркал, одне з яких компенсувало дефект. Для встановлення COSTAR на телескоп необхідно було демонтувати один з приладів, і вчені вирішили пожертвувати високошвидкісним фотометром.

Протягом трьох років роботи, до встановлення коригувальних пристроїв, телескоп виконав велику кількість спостережень. Зокрема, дефект не впливав на спектроскопічні виміри. Незважаючи на скасовані через дефект експерименти, було досягнуто безліч важливих наукових результатів, у тому числі нові алгоритми покращення якості зображень за допомогою деконволюції.

Технічне обслуговування телескопа

Обслуговування «Хаббла» проводиться під час виходів у відкритий космос із космічних кораблів багаторазового використання типу Спейс шатл.

Усього було здійснено чотири експедиції з обслуговування телескопа «Хаббл»:

Перша експедиція

Роботи на телескоп під час першої експедиції.

У зв'язку з дефектом дзеркала, що виявився, значення першої експедиції з обслуговування було особливо велике, оскільки вона повинна була встановити на телескопі коригуючу оптику. Політ Індевор STS-61 відбувся 2-13 грудня 1993 року, роботи на телескопі тривали протягом десяти днів. Експедиція була однією з найскладніших за всю історію, у її рамках було здійснено п'ять тривалих виходів у відкритий космос.

Високошвидкісний фотометр був замінений на систему оптичної корекції, ширококутна та планетарна камера була замінена на нову модель (WFPC2). Wide Field and Planetary Camera 2 )) із системою внутрішньої оптичної корекції. Камера мала три квадратні ПЗС-матриці, з'єднаних кутом, і меншу «планетарну» матрицю вищої роздільної здатності в четвертому кутку. Тому знімки камери мають характерну форму вищербленого квадрата.

STIS має робочий діапазон 115-1000 нм і дозволяє вести двовимірну спектрографію, тобто одержувати спектр одночасно кількох об'єктів у полі зору.

Було також замінено бортовий реєстратор, проведено ремонт теплоізоляції та виконано корекцію орбіти.

Третя експедиція (A)

Експедиція 3A («Діскавері» STS-103) відбулася 19-27 грудня 1999 року, після того, як було ухвалено рішення про дострокове проведення частини робіт за програмою третього сервісного обслуговування. Це було викликано тим, що три із шести гіроскопів системи наведення вийшли з ладу. Четвертий гіроскоп відмовив за кілька тижнів до польоту, зробивши телескоп непридатним для спостережень. Експедиція замінила всі шість гіроскопів, датчик точного наведення та бортовий комп'ютер. Новий комп'ютер використовував процесор Intel 80486 у спеціальному виконанні – з підвищеною стійкістю до радіації. Це дозволило виробляти частину обчислень, які раніше виконували землі, з допомогою бортового комплексу.

Третя експедиція (B)

«Хаббл» у вантажному відсіку шатла перед поверненням на орбіту, на тлі висхідної Землі. Експедиція STS-109

Експедиція 3B (четверта місія) виконана 1-12 березня 2002, політ «Колумбія» STS-109. У ході експедиції Камера зйомки тьмяних об'єктів замінили на Удосконалену оглядову камеру (англ. Advanced Camera for Surveys) (англ. Advanced Camera for Surveys, ACS ) та відновлено функціонування Камери та спектрометра навколо-інфрачервоного діапазону, в системі охолодження якого у 1999 році закінчився рідкий азот.

ACS складається з трьох камер, одна з яких працює в далекому ультрафіолеті, а інші дублюють та покращують можливості WFPC2. Частково непрацездатна з 29 січня 2007 року.

Були вдруге замінені сонячні батареї. Нові панелі були на третину менші за площею, що значно зменшило втрати на тертя в атмосфері, але при цьому виробляли на 30% більше енергії, завдяки чому стала можлива одночасна робота з усіма приладами, встановленими на борту обсерваторії. Також було замінено вузол розподілу енергії, що вимагало повного вимкнення електроживлення на борту – вперше з моменту запуску.

Зроблені роботи значно розширили можливості телескопа. Два прилади, введені в дію під час робіт - ACS та NICMOS, дозволили отримати зображення глибокого космосу.

Четверта експедиція

Чергова експедиція з обслуговування з метою заміни акумуляторів і гіроскопів, а також встановлення нових удосконалених інструментів була призначена на лютий 2005 року, але після катастрофи космічного корабля «Колумбія» 1 березня 2003 року була відкладена на невизначений термін. Хаббла». Навіть після відновлення польотів шатлів, місія була скасована, оскільки було прийнято рішення, що кожен човник, що вирушає в космос, повинен мати можливість досягти МКС у разі виявлення несправностей, а через велику різницю в способі і висоті орбіт, шатл не може причалити до станції після відвідування телескопа.

Після цієї місії телескоп «Хаббл» має продовжувати свою роботу на орбіті принаймні до 2014 року.

Досягнення

За 15 років роботи на навколоземній орбіті «Хаббл» отримав 700 тис. зображень 22 тис. небесних об'єктів – зірок, туманностей, галактик, планет. Потік даних, що він щодня генерує у процесі спостережень, становить близько 15 Гб . Загальний обсяг, накопичений за весь час роботи телескопа, перевищує 20 терабайт. Понад 3900 астрономів отримали можливість використовувати його для спостережень, опубліковано близько 4000 статей у наукових журналах. Встановлено, що в середньому індекс цитування астрономічних статей, заснованих на даних телескопа, в два рази вищий, ніж статей, заснованих на інших даних. Щорічно у списку 200 статей, що найбільш цитуються, не менше 10 % займають роботи, виконані на основі матеріалів Хаббла. Нульовий індекс цитування мають близько 30 % робіт з астрономії загалом, і лише 2 % робіт, виконаних з допомогою космічного телескопа.

Тим не менш, ціна, яку доводиться платити за досягнення «Хаббла», дуже висока: спеціальне дослідження, присвячене вивченню впливу на розвиток астрономії телескопів різних типів, встановило, що хоча роботи, виконані за допомогою орбітального телескопа, мають сумарний індекс цитування в 15 разів більше, ніж у наземного рефлектора з 4-метровим дзеркалом, вартість утримання космічного телескопа вища у 100 і більше разів.

Найбільш значущі спостереження

Доступ до телескопа

Будь-яка людина або організація може подати заявку на роботу з телескопом - не існує обмежень щодо національної чи академічної належності. Конкуренція під час спостережень дуже висока, зазвичай сумарно запрошений час у 6-9 разів перевищує реально доступний.

Конкурс заявок на спостереження оголошується приблизно на рік. Заявки поділяються на декілька категорій:

  • Загальні спостереження (англ. General observer). До цієї категорії потрапляє більшість заявок, які потребують звичайної процедури та тривалості спостережень.
  • Бліц-спостереження (англ. Snapshot observations), спостереження, які вимагають трохи більше 45 хвилин, включаючи час наведення телескопа, дозволяють заповнити паузи між загальними спостереженнями.
  • Термінові спостереження (англ. Target of Opportunity), вивчення явищ, які можна спостерігати протягом обмеженого, заздалегідь відомого проміжку часу.

Крім того, 10% часу спостережень залишається в так званому резерві директора. Астрономи можуть подавати заявки на використання резерву у будь-який час, зазвичай він використовується для спостережень незапланованих короткострокових явищ, таких як вибухи наднових. Зйомки глибокого космосу за програмами Hubble Deep Field та Hubble Ultra Deep Field також було здійснено за рахунок директорського резерву.

Протягом перших кількох років частина часу з резерву виділялася астрономам-аматорам. Їхні заявки розглядалися комітетом, що складається також з найпомітніших астрономів-непрофесіоналів. Основними вимогами до заявки були оригінальність дослідження та розбіжність теми з поданими запитами професійних астрономів. Загалом, у період між 1997 роком було проведено 13 спостережень за програмами, запропонованими астрономами-аматорами. Надалі через скорочення бюджету інституту надання часу непрофесіоналам було припинено.

Планування спостережень

Планування спостережень є надзвичайно складним завданням, оскільки необхідно враховувати вплив багатьох факторів:

  • Оскільки телескоп знаходиться на низькій орбіті, що необхідно для забезпечення обслуговування, значна частина астрономічних об'єктів затінена Землею трохи менше половини часу обігу. Існує так звана «зона тривалої видимості», приблизно у напрямку 90° до площини орбіти, проте через прецесію орбіти точний напрямок змінюється з восьмитижневим періодом.
  • Через підвищений рівень радіації спостереження неможливі, коли телескоп пролітає над Південно-Атлантичною аномалією.
  • Мінімальне відхилення від Сонця становить 45° для запобігання потраплянню прямого сонячного світла в оптичну систему, що, зокрема, унеможливлює спостереження Меркурія, а прямі спостереження Місяця та Землі допустимі при відключених датчиках точного наведення.
  • Так як орбіта телескопа проходить у верхніх шарах атмосфери, щільність яких змінюється протягом часу, неможливо точно передбачити розташування телескопа. Помилка шеститижневого прогнозу може становити до 4 тис. км. У зв'язку з цим, точні розклади спостережень складаються лише кілька днів наперед, щоб уникнути ситуації, коли обраний для спостереження об'єкт буде видно в призначений час.

Передача, зберігання та обробка даних телескопа

Передача на Землю

Дані "Хаббла" спочатку запасаються в бортових накопичувачах, на момент запуску в цій якості використовувалися котушкові магнітофони, в ході експедицій 2 і 3A вони були замінені на твердотільні накопичувачі. Потім, через систему комунікаційних супутників (TDRSS) (англ. TDRSS)), розташованих на низькій орбіті, дані передаються до Центру Годдарда.

Архівування та доступ до даних

Протягом першого року з моменту отримання дані надаються лише основному досліднику (подавцю заявки на спостереження), а потім розміщуються в архіві з вільним доступом. Дослідник може подати прохання на ім'я директора інституту щодо скорочення або збільшення цього терміну.

Спостереження, виконані рахунок часу з резерву директора, негайно стають громадським надбанням, як і допоміжні і технічні дані.

Дані в архіві зберігаються у форматі приладів, повинні пройти низку перетворень, перш ніж стануть придатними для аналізу. Інститут космічного телескопа розробив пакет програм для автоматичного перетворення та калібрації даних. Перетворення виконуються автоматично при запиті даних. Через великий обсяг інформації та складність алгоритмів обробка може зайняти добу і більше.

Астрономи можуть отримати необроблені дані і виконати цю процедуру самостійно, що зручно, коли процес перетворення відрізняється від стандартного.

Дані можуть бути оброблені за допомогою різних програм, але Інститут телескопу надає пакет STSDAS(система аналізу наукових даних космічного телескопа, англ. Space Telescope Science Data Analysis System ). Пакет містить усі необхідні для обробки даних програми, які оптимізовані для роботи з інформацією «Хаббла». Пакет працює як модуль найпопулярнішої астрономічної програми IRAF.

Зв'язки з громадськістю

Для проекту космічного телескопа завжди було важливо привернути увагу і уяву широкої публіки, і особливо американських платників податків, які зробили найбільший внесок у фінансування «Хаббла».

Однією з найважливіших зв'язків із громадськістю є проект «Спадщина Хаббла» (англ. The Hubble Heritage). Його завданням є публікація найефектніших візуально та естетично зображень, отриманих телескопом. Галереї проекту містять не лише оригінальні знімки, а й створені на їх основі колажі та малюнки. Проект виділено невелику кількість часу спостережень для отримання повноцінних кольорових зображень об'єктів, фотографування яких у видимій частині спектра не було необхідним для досліджень.

Крім того, Інститут космічного телескопа підтримує кілька веб-сайтів із зображеннями та вичерпною інформацією про телескоп.

У 2000 році для координації зусиль різних відомств було створено Бюро зв'язків із громадськістю (англ. Office for Public Outreach).

У Європі з 1999 року зв'язками із громадськістю займається Європейський інформаційний центр (англ. Hubble European Space Agency Information Centre ) (англ. Hubble European Space Agency Information Centre, HEIC ), започаткований при Європейському координаційному центрі космічного телескопа. Центр відповідає за освітні програми ЕКА, пов'язані з телескопом.

Майбутнє «Хаббла»

Передбачається, що після ремонтних робіт, виконаних четвертою експедицією, "Хаббл" пропрацює на орбіті до 2014 року, коли його змінить космічний телескоп "Джеймс Вебб".

Технічні дані

Загальний вигляд телескоп.

Параметри орбіти

  • Нахилення: 28,469 °.
  • Апогей: 571 км.
  • Перігей: 565 км.
  • Період звернення: 96,2 хв.

Космічний апарат

  • Довжина космічного апарату – 13,3 м, діаметр – 4,3 м, розмах сонячних батарей – 12,0 м, маса 11 000 кг (із встановленими приладами близько 12 500 кг).
  • Телескоп є рефлектор системи Річі-Кретьєна з діаметром дзеркала 2,4 м, що дозволяє отримати оптичну роздільну здатність порядку 0,1 кутової секунди.

Прилади

Телескоп має модульну структуру та містить п'ять відсіків для оптичних приладів. Один із відсіків протягом тривалого часу (1993-2009 роки) займала коригуюча оптична система (англ. Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement ) (COSTAR), встановлена ​​під час першої експедиції обслуговування у 1993 році для компенсації неточності виготовлення головного дзеркала. Оскільки всі пристрої, встановлені після запуску телескопа, мають вбудовані системи корекції дефекту, під час останньої експедиції стало можливо демонтувати систему COSTAR і використовувати відсік для установки ультрафіолетового спектрографа.

Хронологія встановлення приладів на борту космічного телескопа (ново встановлені прилади виділені курсивом):

Відсік 1 Відсік 2 Відсік 3 Відсік 4 Відсік 5
Запуск телескопа (1990) Ширококутна та планетарна камера Спектрограф тьмяних об'єктів Високошвидкісний фотометр
Перша експедиція (1993) Спектрограф високого дозволу Годдарда Камера зйомки тьмяних об'єктів Спектрограф тьмяних об'єктів Система COSTAR
Друга експедиція (1993) Ширококутна та планетарна камера - 2 Камера зйомки тьмяних об'єктів Система COSTAR
Третя експедиція (B) (2002) Ширококутна та планетарна камера - 2 Реєструючий спектрограф космічного телескопа Камера та мульти-об'єктний спектрометр ближнього інфрачервоного діапазону Система COSTAR
Четверта експедиція (2009) Ширококутна та планетарна камера - 3 Реєструючий спектрограф космічного телескопа Удосконалена оглядова камера Камера та мульти-об'єктний спектрометр ближнього інфрачервоного діапазону Ультрафіолетовий спектрограф

Як зазначалося вище, система наведення також використовують у наукових цілях.

Примітки

  1. Історичний огляд на офіційному сайті, ч. 2 (англ.)
  2. Lyman S. Spitzer. (1979) History of the Space Telescope // Quarterly Journal of Royal Astronomical Society. V. 20. P. 29
  3. Chapter 12. Hubble Space telescope // Dunar A. J., Waring S. P. (1999) Power To Explore-History of Marshall Space Flight Center 1960-1990. U.S. Government Printing Office, ISBN 0-16-058992-4
  4. Інформація на сайті НАСА (англ.)
  5. Історичний огляд на офіційному сайті, ч. 3 (англ.)
  6. European Homepage for NASA/ESA Hubble Space Telescope - Frequently Asked Questions (англ.) . Перевірено 10 січня 2007 року.
  7. Brandt J. C. та ін. (1994). Goddard High Resolution Spectrograph: Instrument, goals, and science results // Publications of Astronomical Society of the Pacific. V. 106., P. 890-908
  8. G. Fritz Benedict, Barbara E. McArthur. (2005) High-precision stellar parallaxes від Hubble Space Telescope fine guidance sensors. Transits of Venus: New Views of Solar System and Galaxy. Proceedings of IAU Colloquium #196, Ed. D. W. Kurtz. Cambridge University Press. P. 333-346
  9. Burrows C. J. та ін. (1991) Imaging performance of Hubble Space Telescope // Astrophysical Journal. V. 369. P. 21
  10. Порівняння реальних та розрахункових графіків відображення точкових об'єктів (англ.)
  11. Звіт комісії Аллена (англ.) The Hubble Space Telescope Optical Systems Failure Report, 1990, NASA-TM-103443
  12. Selected Documents in the History of the US. Civil Space Program Volume V: Exploring the Cosmos/John M. Logsdon, editor. 2001
  13. Jedrzejewski R. I., Hartig G., Jakobsen P., Crocker J. H., Ford H. C. (1994) In-orbit виконання COSTAR-коректованого Faint Object Camera // Astrophysical Journal Letters. V. 435. P. L7-L10
  14. Thackeray's Globules in IC 2944 . Hubble Heritage. Перевірено 25 січня 2009 року.
  15. Trauger J. T., Ballester G. E., Burrows C. J., Casertano S., Clarke J. T., Crisp D. (1994) The on-orbit performance of WFPC2 // Astrophysical Journal Letters. V. 435. P. L3-L6
  16. STSci NICMOS pages (англ.)
  17. Guy Gugliotta. Nominee Backs a Review Of NASA's Hubble Decision , Washington Post(12 квітня 2005 року). Перевірено 10 січня 2007 року. (en мова)
  18. NASA Approves Mission and Names Crew for Return to Hubble (англ.) NASA, 31 жовтня 2006

Телескоп Хаббл - напевно, найпопулярніший і найвідоміший об'єкт так чи інакше пов'язаний із космосом, мало хто не чув цю назву.

Названо телескопа на честь великого американського вченого Едвіна Пауелла Хаббла, Головним досягненням якого було відкриття ефекту розширення Всесвіту.

Хабблбув запущений на земну орбіту у квітні 1990 року. За своєю суттю це не просто телескоп – це справжня автоматична орбітальна обсерваторія.

На втілення та запуск такого складного та масштабного проекту як Хаббл знадобилося неймовірно багато часу, ресурсів та фінансових коштів. Мабуть, тому Хаббл і став спільним проектом двох найбільших космічних агенцій світу: НАСА та ЕКА(Європейська космічна агенція).

Розміщення телескопав космосі було абсолютно логічним кроком на шляху до його вивчення, оскільки земна атмосфера сильно ускладнює спостереження в деяких діапазонах (зокрема інфрачервоному, менш ультрафіолетовому) а також практично не дозволяє реєструвати електромагнітні випромінювання середньої та низької інтенсивності. Таким чином, Хаббл робить у 7 - 10 разів більш якісні знімки, ніж аналогічні апарати на поверхні Землі.

Статус головного " небесного ока " Хаббл придбав відразу після свого запуску, т.к. Спочатку при виготовленні оптики, зокрема головного дзеркала, підрядниками була допущена серйозна помилка, що позначилося на якості одержуваних знімків. Дефект був усунений у 1993 році першою експедицією з технічного обслуговування та ремонту в результаті встановлення оптичної системи, що коригує. COSTAR. Процедура встановлення цієї системи стала однією з найскладніших операцій в історії астронавтики. Результат не забарився - якість зображень зросла на кілька порядків і Хаббл був готовий підкорювати нові, незвідані таємниці космосу.

знімок однієї і тієї ж галактики до та після встановлення системи COSTAR

З кожною з чотирьох наступних обслуговуючих експедицій 1997, 1999, 2002 і 2009 років космічний телескоп отримував новітні оновлення для свого технічного арсеналу, стаючи все більш досконалим та універсальним знаряддям дослідження просторів космосу. На даний момент у розпорядженні Хаббла є такі прилади: ширококутна та планетарні камери, вдосконалена оглядова камера, мультиоб'єктний спектрометр ближнього інфрачервоного діапазону, ультрафіолетовий спектрограф. Завдяки своєму технічному арсеналу Хаббл був так чи інакше причетний до левової частини новин космосу: відкриттів, спостережень і знімків Всесвіту, починаючи ще з 1993 року.

Майже за 23 роки, проведених на навколоземній орбіті, Хаббл став легендарним телескопом. Їм було зроблено кілька мільйонів фотографій, було зроблено багато відкриттів, на базі яких було збудовано не одну космологічну теорію. Щомісячний потік даних перевищує 80 Гб, а їх загальний обсяг досяг 50 Терабайт.

Найбільш значущі спостереження Хаббла:

  1. Зйомка зіткнення комети Шумейкеров – Леві з Юпітером у 1994 році.
  2. Отримано докладні кадри поверхні Плутона та Еріди (ще одна карликова планета).
  3. Зазнято ультрафіолетові полярні сяйва Сатурне, Юпітері та на його супутнику Ганімеді.
  4. Знайдені планети поза Сонячною системою, а також велика кількість протопланетних дисків навколо зірок у Туманності Оріону. Було знайдено докази того, що формування планет відбувається у багатьох зірок у нашій галактиці.
  5. Сприяв частковому підтвердженню теорії про присутність надмасивних чорних дірок у центрах галактик.
  6. Отримано доказ того, що Всесвіт розширюється з прискоренням, а не постійною (або загасаючою) швидкістю.
  7. Підтверджено точний вік Всесвіту – 13,7 млрд. років.
  8. Виявлено наявність аналогів гамма-сплесків в оптичному діапазоні.
  9. Підтвердження гіпотези про ізотропність (тобто однаковості самого Всесвіту та її властивостей в окремих її частинах) Всесвіту.
  10. Сфотографовано найдальші ділянки Всесвіту, аж до часу утворення перших зірок (тобто. Хаббл дозволив зазирнути у минуле на 12,7 - 13 млрд. років).

Також до заслуг телескопа можна віднести величезну кількість вражаючих знімків неба та окремих його об'єктів, які, крім наукової цінності, несуть ще й естетичну. Нижче представлені найкращі знімки за 23 роки роботи Хаббла. Розглядати та милуватися цими кадрами можна годинами.

Космічний телескоп "Хаббл"


Зазвичай астрономи будували свої обсерваторії на вершинах гір, вище за хмари та забруднену атмосферу. Але навіть тоді зображення спотворювалося повітряними потоками. Найточніше зображення доступне лише з позаатмосферної обсерваторії – космосу.


За допомогою телескопа можна побачити те, що недоступне для людського ока, оскільки телескоп збирає більше електромагнітного випромінювання. На відміну від підзорної труби, в якій для збирання та фокусування світла використовуються лінзи, у великих астрономічних телескопах цю функцію виконують дзеркала.


Телескопи з найбільшими дзеркалами повинні мати найкраще зображення, оскільки збирають найбільше випромінювання.


Космічний телескоп "Хаббл" - автоматична обсерваторія на орбіті навколо Землі, названа на честь Едвіна Хаббла, американського астронома.

І хоча діаметр дзеркала "Хаббла" лише 2,4 м - менше найбільших телескопів на Землі, - він може бачити об'єкти в 100 разів менш чіткі, і деталі вдесятеро дрібніші, ніж найкращі наземні телескопи. І це тому, що він знаходиться вище за спотворює атмосферу.


Телескоп "Хаббл" - спільний проект NASA та Європейського космічного агентства.


Розміщення телескопа в космосі дає можливість реєструвати електромагнітне випромінювання в діапазонах, де земна атмосфера непрозора, в першу чергу - в інфрачервоному діапазоні.


Через відсутність впливу атмосфери, що дозволяє здатність телескопа в 7-10 разів більше за аналогічний телескоп, розташований на Землі.


Марс

Космічний телескоп "Хаббл" допоміг вченим дізнатися багато нового про влаштування нашої галактики, тому оцінити його важливість для людства дуже важко.


Достатньо поглянути на список найважливіших відкриттів цього оптичного пристрою, щоб зрозуміти, наскільки корисний він був, і яким важливим інструментом у вивченні космосу він може бути.


За допомогою телескопа "Хаббл" було вивчено зіткнення Юпітера з кометою, було отримано зображення рельєфу Плутона, дані з телескопа стали основою гіпотези про масу чорних дірок, що знаходяться в центрі кожної галактики.


Вчені отримали можливість побачити полярні сяйва на деяких планетах Сонячної системи, наприклад, Юпітер і Сатурн, а також було зроблено багато спостережень і відкриття.


Юпітер

Космічний телескоп "Хаббл" "зазирнув" в іншу сонячну систему, віддалену від нашої на 25 світлових років, і вперше отримав зображення кількох її планет.


Телескоп "Хаббл" отримав зображення нових планет

На одній із фотографій, отриманих в оптичному, тобто у видимому світлі, "Хаббл" зафіксував планету Фомалхот, що обертається орбітою навколо яскравої зірки Фомалхот, розташованої від нас на відстані 25 світлових років (близько 250 трильйонів кілометрів) у сузір'ї Південна Риба.


"Дані з "Хаббла" неймовірно важливі. Випромінювання світла з планети Фомалхот у мільярд разів слабше за світло, що походить від зірки", - прокоментував зображення нової планети астроном з Каліфорнійського університету Пол Калас. Він та інші вчені розпочали дослідження зірки Фомалхот ще у 2001 році, коли про існування планети поруч із зіркою ще не було відомо.


2004 року "Хаббл" направив на Землю перші знімки районів навколо зірки.


На нових знімках з космічного телескопа "Хаббл" астроном отримав "документальне" підтвердження своїм припущенням про існування планети Фомалхот.


За допомогою фотографій орбітального телескопа вчені "побачили" ще три планети в сузір'ї Пегаса.
Загалом астрономами за межами нашої Сонячної системи виявлено близько 300 планет.


Але ці відкриття робилися з урахуванням непрямих ознак, головним чином, через спостереження над впливом їх гравітаційних полів на зірки, навколо яких звертаються.


"Кожна планета поза нашою сонячною системою була лише на схемі, - зазначив Брюс Макінтош, астрофізик з Національної лабораторії в Каліфорнії. - Ми безуспішно намагалися отримати зображення планет протягом восьми років, а тепер ми вже маємо фотографії декількох планет відразу".


За 15 років роботи на навколоземній орбіті «Хаббл» отримав 700 тисяч зображень 22 тисячі небесних об'єктів — зірок, туманностей, галактик, планет.


Тим не менш, ціна, яку доводиться платити за досягнення «Хаббла», дуже висока: вартість утримання космічного телескопа вище в 100 і більше разів, ніж наземного рефлектора, з 4-метровим дзеркалом.

Вже в перші тижні після початку телескопа в 1990 році, отримані зображення продемонстрували серйозну проблему в оптичній системі телескопа. Хоча якість зображень була кращою, ніж у наземних телескопів, «Хаббл» не міг досягти заданої різкості, і дозвіл знімків був значно гіршим за очікуваний.
Аналіз зображень показав, що джерелом проблеми є неправильна форма головного дзеркала. Воно було зроблено надто плоским по краях. Відхилення від заданої форми поверхні склало лише 2 мікрометри, але результат виявився катастрофічним - оптичний дефект, при якому світло, відбите від країв дзеркала, фокусується в точці, відмінної від тієї, в якій фокусується світло, відбите від центру дзеркала.
Втрата значної частини світлового потоку значно зменшила придатність телескопа для спостережень тьмяних об'єктів та отримання зображень з високою контрастністю. Це означало, що майже всі космологічні програми стали просто нездійсненними, оскільки вимагали спостережень особливо тьмяних об'єктів.


Протягом перших трьох років роботи, до встановлення коригувальних пристроїв, телескоп виконав велику кількість спостережень. Дефект не впливав на спектроскопічні виміри. Незважаючи на скасовані через дефект експерименти, було досягнуто безліч важливих наукових результатів.


Технічне обслуговування телескоп.


Технічне обслуговування телескопа «Хаббла» здійснюється космонавтами під час виходів у відкритий космос із космічних кораблів багаторазового використання типу «Спейс Шаттл».


Усього було здійснено чотири експедиції з обслуговування телескопа «Хаббл».

У зв'язку з дефектом дзеркала, що виявився, перша експедиція з обслуговування телескопа повинна була встановити на телескопі коригуючу оптику. Експедиція (2-13 грудня 1993 р.) була однією з найскладніших, було здійснено п'ять тривалих виходів у відкритий космос. Крім цього було замінено сонячні батареї, оновлено бортовий обчислювальний комплекс, було здійснено корекцію орбіти.

Друге техобслуговування було здійснено 11-21 лютого 1997 року. Було замінено дослідницьке обладнання, замінено бортовий реєстратор, проведено ремонт теплоізоляції та корекцію орбіти.


Експедиція 3А відбулася 19-27 грудня 1999 року. Було ухвалено рішення про дострокове проведення частини робіт. Це було викликано тим, що три із шести гіроскопів системи наведення вийшли з ладу. Експедиція замінила всі шість гіроскопів, датчик точного наведення та бортовий комп'ютер.


Експедицію 3В (четверта місія) виконано 1-12 березня 2002 року. У ході експедиції камеру зйомки тьмяних об'єктів було замінено вдосконаленою оглядовою камерою. Було вдруге замінено сонячні батареї. Нові панелі були на третину меншими за площею, що значно зменшило втрати на тертя в атмосфері, але при цьому виробляли на 30% більше енергії, завдяки цьому стала можлива одночасна робота з усіма приладами, встановленими на борту обсерваторії.


Вироблені роботи суттєво розширили можливості телескопа, дозволили отримати зображення глибокого космосу.


Передбачається, що телескоп Хаббл продовжить свою роботу на орбіті принаймні до 2013 року.

Найбільш значущі спостереження

* «Хаббл» надав високоякісні зображення зіткнення комети Шумейкер-Леві 9 з Юпітером в 1994 році.


* Вперше отримані карти поверхні Плутона та Еріди.


* Вперше спостерігалися ультрафіолетові полярні сяйва на Сатурні, Юпітері та Ганімеді.


* Отримано додаткові дані про планети поза сонячною системою, у тому числі спектрометричні.


* Знайдено велику кількість протопланетних дисків навколо зірок у Туманності Оріону. Доведено, що формування планет відбувається у більшості зірок нашої Галактики.


* Частково підтверджена теорія про надмасивні чорні діри в центрах галактик, на основі спостережень висунута гіпотеза, що зв'язує масу чорних дірок і властивості галактики.


* Уточнено вік Всесвіту - 13,7 млрд. років.