Запущенный на орбиту в 1990 году, «Хаббл» изменил представление о космосе. Его уникальные фотографии помогли ученым глубже понять процессы образования звезд, эволюцию галактик и природу черных дыр. Но не только наука оценила его вклад: снимки телескопа стали культурным явлением, а яркие кадры космоса вдохновляют миллионы людей по всему миру. В этом материале расскажем, как устроен аппарат, для чего он предназначен, и какие значимые открытия были сделаны благодаря ему.
Главное о космическом телескопе «Хаббл»
Выделим основные тезисы.
- «Хаббл» — это космический телескоп, запущенный в 1990 году. Он работает на низкой околоземной орбите на высоте около 540 километров.
- За все время телескоп зафиксировал столкновение кометы с Юпитером, открыл ускоренное расширение Вселенной и помог уточнить ее возраст, исследовал экзопланеты и сделал один из самых глубоких снимков космоса. Например, «Столпы творения», Глубокое поле, Крабовидную туманность, панораму галактики Андромеды и Туманности Карина.
- Устройство уникально тем, что многократно обслуживалось астронавтами на орбите: пять миссий позволили устранить дефекты, модернизировать приборы и продлить срок службы.
- Первоначально рассчитанный на 15 лет, «Хаббл» функционирует уже более 30 и продолжает делать открытия, оставаясь одним из ключевых инструментов современной астрономии.
Что собой представляет телескоп «Хаббл» и для чего он нужен
«Хаббл» ― это орбитальная обсерватория, вращающаяся вокруг Земли на высоте около 540 километров. Ее можно представить в виде огромного цилиндра длиной почти с городской автобус — около 13 метров — и массой более 11 тонн. По бокам установлены широкие солнечные панели, которые снабжают телескоп энергией.
С момента запуска телескоп используют для самых разных задач: от изучения рождения и смерти звезд до поиска экзопланет и измерения скорости расширения Вселенной. Именно его данные помогли уточнить ее возраст и подтвердить существование темной энергии.
Хотя сегодня на смену пришел более современный телескоп «Джеймс Уэбб», «Хаббл» продолжает работать в связке с ним, предоставляя ценные данные в своем диапазоне и оставаясь важной частью мировой астрономической науки.
История создания и запуска «Хаббла»
Идея создания космического телескопа появилась еще в 1940—1950 годах, когда астрономы осознали, что земная атмосфера ограничивает точность наблюдений. Свет звезд рассеивается и искажается, а ультрафиолетовое излучение практически полностью блокируется. Ученые понимали, что для получения четких изображений необходимо вывести телескоп за пределы атмосферы.
В 1970-х NASA совместно с Европейским космическим агентством (ESA) начали проектировать первый крупный космический телескоп. В 1977 году проект получил официальное название в честь американского астрофизика Эдвина Хаббла. Бюджет составил более 1 миллиарда долларов. Телескоп должен был сочетать передовую оптику, мощные камеры и спектрографы для наблюдений в видимом, ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазонах.
Строительство и сборка заняли более десяти лет. На последнем этапе возникли технические проблемы: главное зеркало имело малое, но критическое отклонение формы, что изначально давало размытые изображения. Эта ошибка была исправлена только после первой ремонтной миссии в 1993 году.
Запуск состоялся 24 апреля 1990 года на борту шаттла Discovery (миссия STS-31). Выведенный на орбиту высотой около 540 километров, «Хаббл» стал первым телескопом такого класса, способным вести наблюдения вне атмосферы Земли. Сразу после выхода на орбиту и проверки систем аппарат начал передавать первые изображения. Несмотря на дефект зеркала, они уже впечатляли ученых уровнем детализации.
Сейчас «Хаббл» находится на низкой околоземной орбите, примерно в 525 километрах над поверхностью Земли. Его орбитальная высота варьируется от 484 до 488 километров, что позволяет телескопу совершать полный оборот вокруг планеты примерно за 96 минут.
Устройство и принцип работы телескопа «Хаббл»
Конструкция аппарата напоминает гигантскую камеру. Корпус выполнен в форме цилиндра длиной почти 13 метров, а по бокам закреплены большие солнечные панели, которые обеспечивают электроэнергию для всех систем. На борту также установлены гироскопы и колесные приводы, позволяющие точно ориентировать телескоп в пространстве и удерживать его в нужном положении с точностью до тысячных долей градуса.
В основе работы космического телескопа «Хаббл» лежит оптическая система с главным зеркалом диаметром 2,4 метра. Оно собирает свет от далеких объектов и направляет его на вторичное зеркало, которое, в свою очередь, концентрирует изображение на научных приборах. Такая схема называется рефлекторной и используется в большинстве крупных обсерваторий, но у «Хаббла» есть ключевое отличие — он находится за пределами земной атмосферы, что обеспечивает беспрецедентную четкость наблюдений.
На борту установлено несколько специализированных инструментов:
- камеры высокой четкости для получения детализированных изображений галактик, туманностей и звездных скоплений;
- спектрографы, которые разделяют свет на спектр. Они помогают ученым изучать химический состав и температуру звезд, планет и космического газа;
- фотометрические приборы, фиксирующие изменения яркости объектов и помогающие отслеживать процессы, происходящие в реальном времени.
Принцип работы прост по идее, но сложен по реализации: свет проходит через оптическую систему, фиксируется приборами, после чего данные преобразуются в цифровой формат и передаются на Землю. Там их обрабатывают ученые, создавая изображения и проводя вычисления.
Благодаря такой конструкции снимки «Хаббла» получаются очень точными: аппарат способен различать объекты, которые на Земле выглядели бы лишь размытыми точками, и фиксировать свет, идущий миллиарды лет.
Интересно, что «Хаббл» стал одним из немногих космических аппаратов, которые обслуживались прямо на орбите. С 1993 по 2009 годы астронавты совершили пять миссий на шаттлах NASA, чтобы заменить приборы, отремонтировать оборудование и установить новые камеры. Именно благодаря этому уникальному обслуживанию телескоп смог работать более 30 лет. Например, недавно с помощью телескопа удалось рассмотреть спиральные рукава далекой галактики NGC 7456.
Какие открытия уже были сделаны с помощью «Хаббла»
За три десятилетия работы космический телескоп «Хаббл» не только изменил представления ученых о строении и эволюции Вселенной, но и подарил миру потрясающие изображения. Рассмотрим самые значимые открытия в хронологическом порядке.
1994 год — столкновение кометы Шумейкеров — Леви 9 с Юпитером
В июле 1994 года человечество впервые смогло наблюдать грандиозное космическое столкновение. Комета Шумейкеров — Леви 9 распалась на несколько десятков фрагментов и врезалась в атмосферу Юпитера. На фотографиях «Хаббла» запечатлены эти удары и последствия: гигантские темные пятна, которые оставались на поверхности планеты неделями.
1995 год — «Столпы Творения»
Одним из самых известных стал кадр Туманности Орла, где образуются новые звезды. Так называемые «Столпы Творения» — это гигантские облака газа и пыли, протянувшиеся на световые годы. Благодаря «Хабблу» ученые смогли не только показать публике потрясающий по красоте вид космоса, но и изучить процесс рождения звезд.
1998 год — открытие ускоренного расширения Вселенной
Наблюдая за далекими сверхновыми, ученые сделали сенсационное открытие с помощью телескопа «Хаббл»: Вселенная не просто расширяется, а делает это с ускорением.
2009 год — уточнение возраста Вселенной
Долгое время астрономы спорили, сколько лет Вселенной. Наблюдения «Хаббла» помогли решить этот вопрос. По измерениям расстояний до галактик и скорости их движения удалось рассчитать, что возраст Вселенной составляет примерно 13,7 миллиарда лет.
2012 год — поиск экзопланет и атмосферные исследования
В начале 2010-х годов «Хаббл» стали использовать не только для изучения далеких галактик, но и для исследования планет за пределами Солнечной системы. С его помощью удалось впервые обнаружить признаки воды в атмосферах экзопланет.
2016 год — взгляд вглубь космоса: Hubble Ultra Deep Field
Одним из самых впечатляющих достижений телескопа стал снимок, получивший название Hubble Ultra Deep Field. В течение многих дней «Хаббл» фиксировал крошечный участок неба, который казался совершенно пустым. Результат ошеломил: на изображении оказались тысячи галактик, включая самые древние, появившиеся вскоре после Большого взрыва.
Примеры фото, сделанных с помощью «Хаббла»
Ниже ― примеры изображений, которые были получены учеными благодаря телескопу.
«Столпы Творения» (1995, обновлено в 2014 и 2022 годах)
Один из самых культовых снимков «Хаббла». На нем видны гигантские газопылевые облака протяженностью в несколько световых лет. Внутри этих колонн формируются новые звезды.
Глубокое поле Хаббла (Hubble Deep Field, 1996)
На легендарном фото, сделанном «Хабблом», показаны галактики разных возрастов, размеров, форм и цветов. Самые маленькие и красные из них, их около сотни, могут быть одними из самых далеких известных галактик. Они существовали, когда Вселенной было всего 800 миллионов лет. Ближайшие галактики — крупные, яркие, четко очерченные спиральные и эллиптические — процветали примерно 1 миллиард лет назад, когда космосу было 13 миллиардов лет.
Снимок показал, насколько огромна и разнообразна Вселенная, и позволил ученым заглянуть на миллиарды лет в прошлое, когда формировались первые звезды. Позднее «Хаббл» сделал еще более детализированные версии — Ultra Deep Field и eXtreme Deep Field.
Крабовидная туманность (2005)
Это расширяющийся остаток взрыва сверхновой звезды, занимающий шесть световых лет.
Оранжевые нити на снимке — разорванные останки звезды, состоящие в основном из водорода. В центре туманности находится быстро вращающаяся нейтронная звезда. Она испускает жутковатое голубоватое свечение, создаваемое электронами, движущимися почти со скоростью света вдоль магнитных линий звезды. Нейтронная звезда, как маяк, излучает два пучка света, пульсирующих 30 раз в секунду из-за ее вращения. Это разрушенное сверхплотное ядро, оставшееся после взрыва звезды.
Галактика Андромеды (2015)
Космический телескоп «Хаббл» сделал самый масштабный и детализированный снимок галактики Андромеды. Несмотря на расстояние в 2 миллиона световых лет, на изображении видны отдельные звезды на участке длиной 61 тысяча световых лет. На фото запечатлено более 100 миллионов звезд, многие из которых входят в тысячи скоплений внутри галактического диска.
Туманность Карина (2010)
«Хаббл» запечатлел клубящееся облако межзвездного газа и пыли. Оно поднимается из неспокойных звездных «яслей» в туманности Киля. Это облако находится на расстоянии 7500 световых лет от Земли в южном созвездии и служит инкубатором для новых звезд, где активно происходит звездообразование.
Горячие молодые звезды разрушают облака, превращая их в фантастический пейзаж. Они испускают мощные звездные ветры и ультрафиолетовое излучение. Менее плотные участки туманности разрушаются, а более плотные сохраняются в виде толстых столбов. Внутри этих столбов, в их холодных и темных недрах, продолжают формироваться новые звезды.
Во время формирования звезд вещество вокруг протозвезды медленно аккрецирует на ее поверхность. Часть этого вещества выбрасывается вдоль струй, которые перпендикулярны аккреционному диску. Эти струи движутся со скоростью несколько сотен километров в секунду. Когда они врезаются в окружающую туманность, они создают светящиеся участки, известные как объекты Хербига — Аро (HH).
В верхней правой части изображения можно увидеть длинные потоки газа, которые устремляются в противоположных направлениях от пьедестала. Известные как HH 901 и HH 902, они являются характерными признаками рождения новых звезд.
Сотни подобных снимков стали не только инструментом науки, но и источником вдохновения для миллионов людей. Фото с «Хаббла» показали, что космос может быть не просто объектом исследования, а настоящим произведением искусства, которое соединяет научные данные и красоту мироздания.
Вопросы и ответы
Собрали самые интересные и неочевидные вопросы о легендарном космическом телескопе и постарались дать на них развернутые ответы.
Почему телескоп назвали в честь Эдвина Хаббла?
Эдвин Хаббл был выдающимся астрономом XX века, который доказал, что Вселенная расширяется, открыв закон Хаббла. Название телескопа стало данью уважения его вкладу в астрономию. Более того, сам Хаббл заложил основы современной космологии: благодаря его открытиям мы узнали, что наша галактика — лишь одна из миллиардов. Телескоп продолжает дело Хаббла, исследуя самые далекие уголки космоса.
Как телескоп «Хаббл» защищен от микрометеоритов и космического мусора?
Прочный корпус аппарата защищен специальными экранами, а зеркала и чувствительные приборы надежно укрыты от внешних воздействий. В случае столкновения «Хаббл» способен скорректировать угол наблюдения с помощью гироскопов, что снижает риски. Несмотря на это, за годы работы на зеркале накопились мелкие повреждения, которые не влияют на точность наблюдений.
Может ли «Хаббл» наблюдать планеты в нашей Солнечной системе?
Телескоп «Хаббл», известный исследованиями далеких галактик, также активно используют для наблюдения за планетами, спутниками и астероидами в нашей Солнечной системе. Он фиксирует детали облаков на Юпитере и Сатурне, поверхность Марса и динамику колец планет. Эти данные помогают ученым изучать атмосферные явления, сезонные изменения и состав поверхности планет.
Как телескопом управляют с Земли?
Все операции контролируют с центра управления на Земле. Ученые планируют наблюдения, выбирают объекты и задают параметры съемки. С помощью радиосвязи команды передаются на орбиту, где телескоп самостоятельно выполняет наблюдения и сохраняет данные. Каждый день «Хаббл» получает новые задания, а его гироскопы и реакционные колеса обеспечивают точное наведение на объект.
Сколько еще «Хаббл» сможет работать?
Первоначально телескоп проектировали на 15 лет, но, благодаря регулярным миссиям по обслуживанию, он работает уже более 30. Сегодня, несмотря на появление телескопа «Джеймс Уэбб», «Хаббл» продолжает предоставлять уникальные данные в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Ученые рассчитывают, что аппарат сможет функционировать еще несколько лет, пока его системы полностью не износятся.
