-
### Как работает телескоп Хаббл
Космический телескоп Хаббл (HST) коренным образом изменил наше понимание Вселенной с момента своего запуска в 1990 году. Расположенный на высоте около 547 километров (340 миль) над Землей, за пределами зоны искажения атмосферы, Хаббл обеспечивает четкое и беспрепятственное изображение далеких звезд, галактик и других небесных явлений. Но как именно работает это чудо современной инженерии? В этой статье мы рассмотрим ключевые компоненты, принципы и операции, которые делают HST непревзойденным инструментом в области астрономии.
#### Исторический контекст и цели миссии
Идея создания космического телескопа «Хаббл» зародилась еще в 1940-х годах, хотя планы по его реализации начали обретать форму лишь в 1970-х годах, когда он стал одним из самых успешных научных проектов НАСА. Названный в честь астронома Эдвина Хаббла, телескоп ставит перед собой основные задачи: изучение структуры Вселенной, формирования галактик и звезд, свойств планет в нашей Солнечной системе и, в более общем плане, ответы на фундаментальные вопросы о нашем месте во Вселенной.
#### Компоненты космического телескопа Хаббл
Понимание принципа работы телескопа «Хаббл» начинается с разбора его основных компонентов.
1. Оптический телескоп (ОТА):
– Главное зеркало: Сердце телескопа «Хаббл», главное зеркало имеет диаметр 2.4 метра (7.9 фута). Оно собирает свет от небесных объектов и отражает его на вторичное зеркало.
– Вторичное зеркало: это меньшее зеркало, расположенное над главным зеркалом, отражает свет, направляя его вниз, в основной прибор.
2. Научные приборы:
Телескоп «Хаббл» оснащен целым комплексом передовых научных приборов, каждый из которых специализируется на различных типах наблюдений:
– Широкоугольная камера 3 (WFC3): Эта камера позволяет получать изображения высокого разрешения в трех различных диапазонах электромагнитного спектра: ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном.
– Усовершенствованная камера для обзорных съемок (ACS): оптимизирована для наблюдений в стиле обзорных съемок и позволяет с высокой детализацией охватывать большие участки пространства.
– Спектрограф космического происхождения (COS): предназначен для изучения спектров ультрафиолетового излучения от небесных источников, позволяя получить информацию об их составе, температуре, плотности и движении.
– Спектрограф космического телескопа (STIS): эти комбинированные возможности получения изображений и спектроскопии позволяют детально изучать химические процессы и физические свойства.
– Камера ближнего инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр (NICMOS): Хотя она больше не используется, NICMOS имела решающее значение для инфракрасных наблюдений до того, как эту роль взял на себя WFC3.
3. Системы поддержки:
– Система управления наведением: Точность в пространстве имеет первостепенное значение, и система точного наведения «Хаббла» использует гироскопы и датчики точной навигации для поддержания точной ориентации. Эта система позволяет телескопу фиксироваться на цели с точностью до 0.007 угловых секунд.
– Системы обработки данных: Телескоп «Хаббл» оснащен компьютерными системами, которые управляют наблюдениями, хранят данные и передают эту информацию на Землю. Данные передаются через систему спутников слежения и ретрансляции данных (TDRSS).
#### Принципы работы телескопа Хаббл
Работа телескопа «Хаббл» основана на нескольких фундаментальных принципах физики и техники:
1. Отражение и преломление:
Как уже упоминалось, телескоп «Хаббл» использует свое главное и вторичное зеркала для захвата и фокусировки света. Эти зеркала покрыты тонким слоем алюминия, за которым следует защитный слой фторида магния, что повышает отражательную способность и уменьшает рассеяние.
2. Спектроскопия:
Спектроскопия имеет решающее значение для определения химического состава наблюдаемых объектов. Разделяя свет на составляющие его цвета (спектр), такие приборы, как COS и STIS, могут идентифицировать уникальные сигнатуры, соответствующие конкретным элементам и молекулам.
3. Электромагнитный спектр:
Телескоп «Хаббл» наблюдал широкий диапазон электромагнитного спектра, от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного. Эта возможность позволяет ему обнаруживать явления, невидимые невооруженному глазу, и даже некоторые наземные обсерватории, возможности которых ограничены атмосферными помехами.
#### Операции: Как телескоп Хаббл проводит наблюдения
1. Планирование миссии и выбор цели:
Прежде чем телескоп «Хаббл» сможет провести наблюдения, ученые на Земле должны определить его цели. Предложения по времени наблюдений поступают от астрономов со всего мира, и эти предложения проходят тщательную проверку и утверждаются в соответствии с графиком.
2. Наведение и устойчивость:
После выбора цели высокоточные гироскопы и датчики точного наведения телескопа «Хаббл» работают вместе, чтобы направить телескоп в нужном направлении. «Хаббл» вращается вокруг Земли со скоростью около 27 300 километров в час (17 000 миль в час), совершая полный оборот примерно каждые 97 минут. Несмотря на такое быстрое движение, его система наведения позволяет ему стабильно фокусироваться на удаленных объектах в течение длительных периодов времени.
3. Сбор данных:
Когда свет от небесного объекта попадает в телескоп и фокусируется зеркалами, он направляется на соответствующий научный прибор. В зависимости от требований наблюдения, прибор может получать изображения, анализировать спектры или даже измерять поляризацию.
4. Передача и обработка данных:
Собранные данные передаются на Землю через сеть TDRSS. Эта информация хранится, обрабатывается и калибруется в Институте космических телескопов (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд. Обработанные данные затем становятся доступны астрономам и общественности, способствуя бесчисленным научным открытиям.
#### Достижения и вклад
С момента своего запуска телескоп «Хаббл» произвел революцию в нашем понимании Вселенной. К числу его наиболее значительных достижений относятся:
– Возраст Вселенной: Наблюдая за переменными звездами в далеких галактиках, телескоп «Хаббл» помог уточнить возраст Вселенной до приблизительно 13.8 миллиардов лет.
– Тёмная энергия: Наблюдения Хаббла за далёкими сверхновыми предоставили ключевые доказательства существования тёмной энергии, таинственной силы, которая ускоряет расширение Вселенной.
– Атмосферы экзопланет: Телескоп «Хаббл» сыграл важную роль в изучении атмосфер планет, вращающихся вокруг других звезд, обнаружив водяной пар, метан и другие молекулы.
– Изображения глубокого поля: Глубокое поле Хаббла и его преемники (Сверхглубокое поле, Экстремальное глубокое поле) показали Вселенную, изобилующую галактиками, каждая из которых находится на разных стадиях эволюции, значительно расширив наши знания о космологии и формировании галактик.
#### Проблемы и техническое обслуживание
Путешествие Хаббла не было совсем гладким. Сразу после запуска был обнаружен дефект в кривизне главного зеркала, вызывавший размытие изображений. Эта проблема была успешно исправлена в 1993 году в ходе сервисной миссии, в ходе которой была установлена система коррекции оптики космического телескопа COSTAR, фактически «очковая» система для Хаббла, восстановившая четкость его наблюдательных изображений.
Пять миссий по техническому обслуживанию, проведенных астронавтами на борту космического шаттла, модернизировали системы телескопа «Хаббл», заменили старые приборы новыми и обеспечили его дальнейшую работу. Последняя из этих миссий состоялась в 2009 году, и с тех пор «Хаббл» продолжает получать потрясающие изображения и ценные научные данные.
### С нетерпением жду
Хотя преемник Хаббла, космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), благодаря своим передовым возможностям готов занять передовые позиции в астрономических исследованиях, наследие Хаббла сохранится. Вместе эти обсерватории предложат взаимодополняющие наблюдения, при этом Хаббл сосредоточится на ультрафиолетовом и видимом диапазонах.
