Откуда посмотреть звезды?

Вполне резонный вопрос – зачем размещать телескопы в Космосе?. Все очень просто – из Космоса лучше видно. На сегодняшний день для изучения Вселенной нужны телескопы с такой разрешающей способностью, которую на Земле получить невозможно. Именно поэтому телескопы и запускают в Космос.

Разные типы зрения

У всех этих устройств разное «зрение». Одни виды телескопов изучают космические объекты в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне, другие - в рентгеновском. В этом и кроется причина создания все более совершенных космических систем для глубокого изучения Вселенной.

Hubble Space Telescope

Hubble Space Telescope (HST)
Телескоп «Хаббл» - это целая космическая обсерватория на околоземной орбите. Над его созданием работали NASA и Европейское космическое агентство. Телескоп был запущен на орбиту в 1990 году и на сегодняшний день является самым крупным оптическим устройством, ведущим наблюдение в ближнем инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне.

За время работы на орбите «Хаббл» отправил на Землю более 700 тыс. снимков 22 тыс. разных небесных объектов – планет, звезд, галактик, туманностей. Тысячи астрономов с его помощью вели наблюдения за происходящими во Вселенной процессами. Так, при помощи «Хаббл» было обнаружено множество протопланетных образований вокруг звезд, получены уникальные снимки таких явлений, как полярные сияния на Юпитере, Сатурне и других планетах, очень много другой бесценной информации.

Chandra X-ray Observatory

Chandra X-ray Observatory
Космический телескоп «Чандра» был выведен в Космос 23 июля 1999 года. Его основная задача – наблюдение за рентгеновским излучением, исходящим из космических областей с очень высокой энергией. Такие исследования имеют огромное значение для понимания эволюции Вселенной, а также изучения природы темной энергии - одной из самых больших тайн современной науки. На сегодняшний день в Космос запущены десятки устройств, проводящих исследования в рентгеновском диапазоне, но, тем не менее, «Чандра» остается наиболее мощным и эффективным в этой области.

Spitzer Космический телескоп «Спитцер» запущен NASA 25 августа 2003 года. Его задача – наблюдение за Космосом в инфракрасном диапазоне, в котором можно видеть остывающие звезды, гигантские молекулярные облака. Земная атмосфера поглощает инфракрасное излучение, в связи с этим такие космические объекты практически невозможно наблюдать с Земли.

Kepler Телескоп «Кеплер» был запущен NASA 6 марта 2009 года. Его специальное предназначение - поиск экзопланет. В задачи телескопа входит наблюдение за яркостью более чем 100 тыс. звезд на протяжении 3,5 лет, в течение которых он должен определить количество планет, подобных Земле, находящихся на пригодном для возникновения жизни расстоянии от своих солнц. Составить подробное описание этих планет и форм их орбит, изучить свойства звезд, обладающих планетарными системами и многое другое. На сегодняшний день «Кеплер» уже выявил пять звездных систем и сотни новых планет, 140 из которых по своим характеристикам похожи на Землю.

James Webb Space Telescope

James Webb Space Telescope (JWST)
Предполагается, что когда «Хаббл» отслужит свой срок, его место займет космический телескоп JWST. Он будет оснащен огромным зеркалом диаметром 6,5 м. Его цель – обнаружить первые звезды и галактики, появившиеся в результате Большого взрыва.
И даже трудно представить, что он увидит в Космосе и как это повлияет на нашу жизнь.

Есть такой механизм - телескоп. Нужен для чего он? Какие функции выполняет? В чем помогает?

Общая информация

Наблюдение за звёздами было увлекательным занятием ещё с давних времён. Это было не только приятное, но и полезное времяпрепровождение. Первоначально человек мог наблюдать за звёздами только своими глазами. В таких случаях звезды были всего лишь точками на небесном своде. Но в семнадцатом веке был изобретён телескоп. Нужен для чего он был и зачем сейчас применяется? В ясную погоду с его помощью можно наблюдать за тысячами звёзд, внимательно рассматривать месяц или просто наблюдать за глубинами космоса. Но, допустим, человека заинтересовала астрономия. Телескоп поможет ему наблюдать уже за десятками, сотнями тысяч или даже миллионами звёзд. В таком случае всё зависит от мощности используемого прибора. Так, любительские телескопы дают увеличение в несколько сотен раз. Если говорить о научных приборах, то они могут видеть в тысячи и миллионы раз лучше, чем мы.

Виды телескопов

Условно можно выделить две группы:

1. Любительские приборы. Сюда относят телескопы, увеличительная способность которых составляет максимум несколько сотен раз. Хотя существуют и относительно слабые приборы. Так, для наблюдения за небом можно купить даже бюджетные модели со стократным увеличением. Если хотите купить себе такой прибор, то знайте про телескоп - цена на них начинается от 5 тысяч рублей. Поэтому позволить себе заниматься астрономией может практически каждый.
2. Профессионально-научные приборы. Здесь присутствует деление на две подгруппы: оптические и радиолокационные телескопы. Увы, первые обладают определённым, довольно скромным запасом возможностей. К тому же при достижении порога в 250-кратное увеличение из-за атмосферы резко начинает падать качество картинки. В качестве примера можно привести известный телескоп "Хаббл". Он может передавать четкие картинки с увеличением в 5 тысяч раз. Если же пренебречь качеством, то он может улучшать видимость в 24 000! Но настоящее чудо - это радиолокационный телескоп. Нужен для чего он? Ученые с его помощью наблюдают за Галактикой и даже за Вселенной, узнавая про новые звёзды, созвездия, туманности и иные

Что даёт человеку телескоп?

Он является билетом в поистине фантастический мир неизведанных звездных глубин. Даже бюджетные любительские телескопы позволят совершать научные открытия (пускай даже и сделанные ранее одним из профессиональных астрономов). Хотя и обычный человек может многое сделать. Так, было ли известно читателю, что большинство комет открыли именно любители, а не профессионалы? Некоторые люди делают открытие даже не один раз, а много, называя найденные объекты так, как им захочется. Но даже если не удалось найти ничего нового, то каждый человек с телескопом может почувствовать себя значительно ближе к глубинам Вселенной. С его помощью можно любоваться красотами и других планет Солнечной системы.

Если говорить о нашем спутнике, то можно будет внимательно рассмотреть рельеф его поверхности, который будет более живой, объемный и детализированный. Кроме Луны, можно будет полюбоваться и Сатурна, полярной шапкой Марса, мечтая о том, как на нём будут расти яблони, красавицей-Венерой и выпаленным Солнцем Меркурием. Это поистине восхитительное зрелище! С более-менее мощным прибором можно будет наблюдать за переменными и двойными массивными огненными шарами, туманностями и даже ближайшими галактиками. Правда, для обнаружения последних всё же понадобятся определённые навыки. Поэтому нужно будет прикупить не только телескопы, но и учебную литературу.

Верный помощник телескопа

Кроме этого прибора, его владельцу полезен будет ещё один инструмент изучения космоса - карта звездного неба. Это надёжная и верная шпаргалка, помогающая и облегчающая поиск желаемых объектов. Ранее для этого использовались бумажные карты. Но сейчас их успешно заменили электронные варианты. Они значительно удобнее в использовании, нежели печатные карты. Более того, это направление активно развивается, поэтому значительную помощь владельцу телескопа сможет оказать даже… виртуальный планетарий. Благодаря им быстро будет представлено по первому запросу необходимое изображение. Среди дополнительных функций такого программного обеспечения - даже предоставление любой вспомогательной информации, что может быть полезна.

Вот мы и разобрались, что собой представляет телескоп, нужен для чего он и какие возможности предоставляет.

Каноническое фото телескопа, сделанное во время последней ремонтной миссии в 2009 г.

25 лет назад, 24 апреля 1990 г., с мыса Канаверал отправился в свой десятый полет космический челнок Discovery, несущий в транспортном отсеке необычный груз, которому суждено будет прославить NASA и стать катализатором развития многих областей астрономии. Так началась 25-летняя миссия космического телескопа Hubble, пожалуй, самого известного астрономического инструмента в мире.

На следующий день, 25 апреля 1990 года, створки грузового люка раскрылись, и специальный манипулятор вывел телескоп из отсека. Hubble начал свое путешествие на высоте 612 км над Землей. Процесс выведения аппарата снимался на несколько камер IMAX, и вместе с одной из более поздних ремонтных миссий, вошел в фильм Destiny in Space (1994). Телескоп еще несколько раз попадал в фокус IMAX-кинематографистов, став героем фильмов Hubble: Galaxies Across Space and Time (2004) и Hubble 3D (2010). Впрочем, научно-популярное кино приятный, но все-таки побочный результат работы орбитальной обсерватории.

Зачем нужны космические телескопы?

Главная проблема оптической астрономии – помехи, вносимые атмосферой Земли. Крупные телескопы уже давно строят высоко в горах, в отдаление от больших городов и индустриальных центров. Отдаленность частично решает проблему смога как реального, так и светового (засвечивание ночного неба искусственными источниками освещения). Расположение же на большой высоте позволяет снизить влияние турбулентности атмосферы, ограничивающей разрешающую способность телескопов, и увеличить число пригодных для наблюдения ночей.

Кроме уже названных неудобств, прозрачность земной атмосферы в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах оставляет желать лучшего. Похожие проблемы наблюдаются и в части инфракрасного спектра. Еще одно препятствие на пути наземных наблюдателей – Рэлеевское рассеяние, то самое, что объясняет голубой цвет неба. Из-за этого явления спектр наблюдаемых объектов искажается, смещаясь в красный.

Hubble в грузовом отсеке шатла Discovery. Вид с одной из IMAX-камер.

Но все же главная проблема – неоднородность земной атмосферы, наличие в ней областей с разной плотностью, скоростью движения воздуха и т.д. Именно эти явления приводят к хорошо известному всем мерцанию звезд, видимому невооруженным взглядом. На многометровой оптике больших телескопов проблема только усугубляется. В итоге разрешение наземных оптических приборов в независимости от размера зеркала и апертуры телескопа ограничено значением около 1 угловой секунды.

Вынос телескопа в космос позволяет избежать всех этих проблем и поднять разрешение на порядок. Например теоретическое разрешение телескопа Hubble при диаметре зеркала 2,4 м составляет 0,05 угловой секунды, реальное – 0,1 секунды.

Проект Hubble. Начало

Впервые о позитивном эффекте от переноса астрономических инструментов за пределы земной атмосферы ученые заговорили задолго до наступления космической эры, еще в 30-х годах прошлого века. Одним из энтузиастов создания внеземных обсерваторий стал астрофизик Лайман Спитцер. Так, в статье 1946 г. он обосновал основные преимущества космических телескопов, а в 1962 г. опубликовал доклад, рекомендовавший Национальной академией наук США включить разработку такого устройства в космическую программу. Вполне ожидаемо в 1965 г. Спитцер стал главой комитета, определяющего круг научных задач для подобного крупного космического телескопа. Позднее в честь ученого был назван запущенный в 2003 году инфракрасный космический телескоп Spitzer Space Telescope (SIRTF) с 85-сантиметровым основным зеркалом.

Инфракрасный телескоп Spitzer.

Первой же внеземной обсерваторией стал аппарат Orbiting Solar Observatory 1 (OSO 1), запущенный в 1962 г., всего через 5 лет после начала космической эры, для изучения солнца. Всего же по программе OSO с 1962 по 1975 гг. было создано 8 аппаратов. А в 1966 г. параллельно ей стартовала еще одна программа – Orbiting Astronomical Observatory (OAO), в рамках которой в 1966–1972 гг. были запущены четыре орбитальных ультрафиолетовых и рентгеновских телескопа. Именно успех миссий OAO стал отправной точкой для создания большого космического телескопа, который на первых порах назывался просто Large Orbiting Telescope или Large Space Telescope. Имя Hubble в честь американского астронома и космолога Эдвина Хаббла аппарат получил только в 1983 г.

Изначально предполагалось построить телескоп с 3-метровым основным зеркалом и доставить его на орбиту уже в 1979 г. Причем обсерватория сразу разрабатывалась так, чтобы телескоп можно было обслуживать прямо в космосе и здесь очень кстати пришлась развивающаяся параллельно программа Space Shuttle, первый полет по которой произошел 12 апреля 1981 г. Скажем прямо, модульная конструкция была гениальным решением – челноки пять раз летали к телескопу проводя ремонт и апгрейд оборудования.

А дальше начался поиск денег. Конгресс то отказывал в финансировании, то опять выделял средства. NASA и научное сообщество развернули беспрецедентную общенациональную программу лоббирования проекта Large Space Telescope, включавшую массовую рассылку писем (тогда еще бумажных) законодателям, личные встречи ученых с конгрессменами и сенаторами и т.д. Наконец-то в 1978 г. Конгресс выделил первые $36 млн., плюс часть затрат согласилось взять на себя Европейское космическое сообщество (ESA). Проектирование обсерватории началось, а новой датой запуска был назначен 1983 г.

Зеркало для героя

Самая важная часть оптического телескопа – зеркало. К зеркалу же космического телескопа предъявлялись особые требования в связи с его более высокой, чем у земных аналогов разрешающей способностью. Работы над основным зеркалом Hubble диаметром 2,4 м начались в 1979 г., а исполнителем выбрали компанию Perkin-Elmer. Как показали дальнейшие события, это была фатальная ошибка.

В качестве заготовки было использовано стекло со сверхнизким коэффициентом теплового расширения от компании Corning. Да, той самой, знакомой вам по стеклу Gorilla Glass, защищающему экраны ваших смартфонов. Точность полировки, для которой впервые применялись новомодные станки с ЧПУ, должна была составлять 1/65 длины волны красного света или 10 нм. Затем зеркало нужно было покрыть слоем алюминия в 65 нм и защитным слоем из фторида магния толщиной в 25 нм. NASA, сомневаясь в компетенции Perkin-Elmer, и опасаясь проблем с использованием новой технологии, параллельно заказала Kodak резервное зеркало, выполненное традиционным способом.

Полировка основного зеркала Hubble на заводе Perkin-Elmer, 1979 г.

Опасения NASA оказались ненапрасными. Полировка основного зеркала продолжалась до конца 1981 года, так что запуск был перенесен сначала на 1984 г., затем, в связи с затягивание производства остальных компонентов оптической системы, на апрель 1985 г. Задержки в работе Perkin-Elmer достигли катастрофических масштабов. Запуск был еще дважды отложен, сначала на март, а затем на сентябрь 1986 г. При этом общий бюджет проекта к тому моменту составил уже $1,175 млрд.

Катастрофа и ожидание

28 январе 1986 г., на 73 секунде полета над мысом Канаверел взорвался космический челнок Challenger с семью астронавтами на борту. На долгих два с половиной года США прекратила пилотируемые полеты, а запуск Hubble был отложен на неопределенный срок.

Полеты Space Shuttle возобновились в 1988 г., и запуск аппарата теперь был назначен на 1990 г., через 11 лет после первоначальной даты. Четыре года телескоп с частично включенными бортовыми системами хранился в специальном помещении с искусственной атмосферой. Только расходы на хранение уникального устройства составили около $6 млн. в месяц! К моменту запуска общая стоимость создания космической лаборатории оценивалась в $2,5 млрд. вместо планировавшихся $400 млн. На сегодня, с учетом инфляции, это более $10 млрд!

Были в этой вынужденной задержке и положительные стороны – разработчики получили дополнительное время на доработку спутника. Так, солнечные батареи были заменены на более эффективные (в дальнейшем это сделают еще два раза, но уже в космосе), модернизирован бортовой компьютер, доработано наземное программное обеспечение, которое, оказывается, было совершенно не готово к 1986 г. Если бы телескоп внезапно вывели в космос в положенный срок, наземные службы просто не смогли бы с ним работать. Разгильдяйство и перерасход средств случаются даже в NASA.

И вот наконец-то, 24 апреля 1990 г., Discovery вывел Hubble в космос. Начался новый этап в истории астрономических наблюдений.

Невезучий везучий телескоп

Если вы думаете, что на этом злоключение Hubble закончили, то глубоко ошибаетесь. Неприятности начались прямо во время запуска – одна из панелей солнечных батарей отказалась разворачиваться. Астронавты уже надевали скафандры, готовясь к выходу в открытый космос для решения проблемы, как панель освободилась и заняла положенное место. Впрочем, это было только начало.

Манипулятор Canadarm выпускает Hubble в свободный полет.

Буквально в первые же дни работы с телескопом ученые обнаружили, что Hubble не может выдать резкое изображение и его разрешение ненамного превосходит земные телескопы. Многомиллиардный проект оказался пустышкой. Достаточно быстро выяснилось, что Perkin-Elmer не только неприлично затянула производство оптической системы телескопа, но и допустила серьезную ошибку при полировке и монтаже основного зеркала. Отклонение от заданной формы по краям зеркала составляло 2 мкм, что привело к появлению сильной сферической аберрации и снижению разрешение до 1 угловой секунды, вместо запланированных 0,1.

Причина ошибки была просто позорной для Perkin-Elmer и должна была бы поставить крест на существовании фирмы. Главный нуль-корректор, специальный оптический прибор для проверки больших асферических зеркал, был установлен неправильно – его линза оказалась сдвинута на 1,3 мм относительно верного положения. Техник, производивший сборку прибора, просто ошибся при работе с лазерным измерителем, а когда обнаружил непредвиденный зазор между линзой и поддерживающей ее конструкцией, компенсировал его с помощью обычной металлической шайбы.

Тем не менее, проблемы удалось бы избежать, если бы в Perkin-Elmer, в нарушение строгих инструкции по контролю качества, просто не проигнорировали бы показания дополнительных нуль-корректоров, указывающих на наличие сферической аберрации. Так из-за ошибки одного человека и разгильдяйства менеджеров Perkin-Elmer многомиллиардный проект подвис на волоске.

Хотя у NASA и было запасное зеркало, созданное Kodak, а дизайн телескопа подразумевал обслуживание на орбите, замена основного компонента в открытом космоса была невозможна. В итоге, после определения точной величины оптических искажений, был разработан специальный прибор для их компенсации – Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR). Попросту говоря – механический патч для оптической системы. Для его установки пришлось демонтировать одно из имевшихся на Hubble научных устройств; посовещавшись, ученые решили пожертвовать высокоскоростным фотометром.

Астронавты обслуживают Hubble во время первой ремонтной миссии.

Ремонтная миссия на шатле Endeavour стартовала только 2 декабря 1993 года. Все это время Hubble проводил измерения и съемки независящие от величины сферической аберрации, кроме того, астрономам удалось разработать достаточно действенный алгоритм постобработки, компенсирующий часть искажений. Чтобы демонтировать один прибор и установить COSTAR понадобилось 5 дней работы и 5 выходов в открытый космос, общей продолжительностью 35 часов! А перед миссией астронавты учились использовать около сотни уникальных инструментов, созданных для обслуживания Hubble. Кроме установки COSTAR была произведена замена основной камеры телескопа. Стоит понимать, что и прибор коррекции, и новая камера – это устройства размером с большой холодильник с соответствующей массой. Вместо Wide Field/Planetary Camera, имеющей 4 CCD-сенсора производства Texas Instruments с разрешением 800×800 пикселей, была установлена Wide Field and Planetary Camera 2, с новыми сенсорами дизайна NASA Jet Propulsion Laborator. Несмотря на аналогичное предыдущему разрешение четырех матриц, благодаря их особому расположению достигалось большее разрешение при меньшем угле обзора. Заодно на Hubble заменили солнечные панели и управляющую ими электронику, четыре гироскопа системы ориентации, несколько дополнительных модулей и т.д. Уже 13 января 1994 г. NASA продемонстрировала общественности намного более четкие снимки космических объектов.

Изображение галактики M100 до и после установки COSTAR.

Одной ремонтной миссией дело не ограничилось, шатлы летали к Hubble пять раз (!), что делает обсерваторию самым посещаемым искусственным внеземным объектом кроме МКС и советских орбитальных станций.

Вторая сервисная миссия, в ходе которой был заменен ряд научных приборов и бортовых систем, состоялась в феврале 1997 года. Астронавты опять пять раз выходили в открытый космос и суммарно провели за бортом 33 часа.

Третья ремонтная миссия была разбита на две части, причем первую из них пришлось выполнять вне графика. Дело в том, что у Hubble вышли из строя три из шести гироскопов системы ориентации, что усложняло наведение телескопа на цель. Четвертый гироскоп «сдох» за неделю до старта ремонтной команды, сделав космическую обсерваторию неуправляемой. Экспедиция вылетела на спасание телескопа 19 декабря 1999 года. Астронавты заменили все шесть гироскопов и провели апгрейд бортового компьютера.

Первый бортовой компьютер Hubble – DF-224.

В 1990 году Hubble стартовал с широко используемым NASA на протяжение 80-х годов (вспомним, дизайн обсерватории создавался еще в 70-х) бортовым компьютером DF-224. Эта система производства Rockwell Autonetics, имеющая массу 50 кг и размеры 45×45×30 см, была оснащена тремя процессорами с частотой 1,25 МГц, два из них считались резервными и поочередно включались в случае отказа основного и первого резервного ЦПУ. Система оснащалась памятью объемом 48К килослов (одно слово равно 32 байтам), причем одновременно было доступно только 32 килослова.

Естественно, к середине 90-х такая архитектура была уже безнадежно устаревшей, так что в ходе сервисной миссии DF-224 был заменен на систему на базе специального, защищенного от радиации чипа Intel i486 с тактовой частотой 25 МГц. Новый компьютер был в 20 раз быстрей DF-224 и имел в 6 раз больше оперативной памяти, что позволило ускорить обработку многих задач и использовать современные языки программирования. Кстати, чипы Intel i486 для встроенных систем, в том числе для использования в космической технике, выпускались вплоть до сентября 2007 года!

Астронавт снимает с Hubble накопитель на магнитной ленте для возвращения на Землю.

Была заменена и бортовая система хранения данных. В оригинальном дизайне Hubble это был катушечный накопитель родом из 70-х, способный обеспечить промежуточное хранение 1,2 ГБ данных. В ходе второй ремонтной миссии один из таких «бобинных магнитофонов» был заменен на SSD-накопитель. Во время третьей миссии поменяли и второй «бобинник». SSD позволяет хранить в 10 раз больше информации – 12 ГБ. Впрочем, не стоит сравнивать его с SSD в вашем ноутбуке. Главный накопитель Hubble имеет размер 30×23×18 см и весит целых 11,3 кг!

Четвертая миссия, официально именуемая 3B, отправилась к обсерватории в марте 2002 года. Основная задача – установка новой камеры Advanced Camera for Surveys. Инсталляция этого прибора позволила отказаться от использования корректирующего устройства, работавшего с 1993 г. У новой камеры было два состыкованных CCD-детектора размером 2048 × 4096 точек, что давала суммарное разрешение 16 Мп, против 2,5 Мп у предыдущей камеры. Были заменены некоторые научные приборы, так что в итоге на борту Hubble не осталось ни одного инструмента из оригинального набора, отправившегося в космос в 1991 году. Кроме того, астронавты во второй раз заменили солнечные батареи спутника на более эффективные, вырабатывающие на 30% больше энергии.

Advanced Camera for Surveys в чистой комнате, перед загрузкой на шатл.

Пятый полет к Hubble произошел шесть лет назад, в 2009 году, на излете программы Space Shuttle. Т.к. было известно что это финальная ремонтная миссия, телескопу провели капитальный ремонт. Снова были заменены все шесть гироскопов системы ориентации, один из датчиков точного наведения, установлены новые никель-водородные аккумуляторы вместо старых, проработавших на орбите 18 лет, отремонтирована поврежденная обшивка и т.д.

Астронавт отрабатывает на Земле замену аккумуляторов Hubble. Масса блока батарей – 181 кг.

Всего в течении пяти сервисных миссий астронавты потратили на ремонт телескопа 23 дня, проведя в безвоздушном пространстве 164 часа! Уникальное достижение.

Instagram для телескопа

Еженедельно Hubble отправляет на Землю около 140 ГБ данных, которые собираются в специально созданном для управления всеми орбитальными телескопами Space Telescope Science Institute. Объем архива составляет на сегодня около 60 TB данных (1,5 млн. записей), доступ к которым открыт для всех желающих, как и к самому телескопу. Заявку на использование Hubble может подать кто угодно, вопрос в том, удовлетворят ли ее. Впрочем, если у вас нет степени по астрономии можете даже не пытаться, вы скорее всего не прорветесь даже через форму заявки на получение информации о снимке.

Кстати, все фотографии, передаваемые Hubble на Землю, монохромные. Сборка цветных фото в реальных или искусственных цветах происходит уже на Земле, путем наложения ряда монохромных снимков, сделанных с различными светофильтрами.

«Столбы творения» – одна из самых впечатляющих фотографий Hubble 2015 года. Туманность Орла, расстояние 4000 световых лет.

С уже обработанными наиболее впечатляющими фотографиям, сделанным с помощью Hubble, можно познакомится на сайтах HubbleSite , официальном подсайте NASA или ESA , сайте, посвященном 25-летию телескопа .

Естественно, есть у Hubble свой твиттер-аккаунт, даже два –

В настоящее время на самых различных орбитах вокруг Земли, Солнца и в точках Лагранжа работает множество космических телескопов, покрывающих весь диапазон электромагнитных волн от радио- до гамма-излучения, в их числе уникальный и крупнейший в истории российский Радиоастрон.
Космические телескопы могут работать круглые сутки, для них исключены искажения атмосферы и погодные условия, большая часть открытий в глубоком космосе приходится на эти обсерватории.

Лучшим из аппаратов, работающих в радиодиапазоне в режиме интерферометра со сверхдлинной базой совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов, является российский Радиоастрон, он позволяет получить самое высокое угловое разрешение за всю историю астрономии – 21 микросекунда дуги. Это более чем в тысячу раз лучше разрешения космического телескопа «Хаббл», оптический телескоп с таким угловым разрешением мог бы разглядеть спичечный коробок на поверхности Луны.
Космический радиотелескоп с приёмной параболической антенной диаметром 10 метров выведен 18 июля 2011 года ракетой-носителем «Зенит-3SLБФ» на высокоапогейную орбиту спутника Земли высотой до 340 тыс. км в составе космического аппарата «Спектр-Р». Он является крупнейшим в мире космическим телескопом, что было отмечено в книге рекордов Гиннеса.

Основные изучаемые типы объектов - это квазары, нейтронные звёзды и черные дыры. В новой программе до конца 2018 года - исследования внутренних областей ядер активных галактик и их магнитных полей, слежение за наиболее яркими квазарами, изучение облаков водяного пара во Вселенной, пульсаров и межзвездной среды, гравитационный эксперимент.
Недавно получены научные данные об открытии экстремальной яркости ядра квазара 3С273 в созвездии Девы, он имеет температуру от 10 до 40 триллионов градусов. В изображении квазара удалось разглядеть неоднородности – яркие пятнышки, которые появились "на просвет" при прохождении излучения сквозь межзвездную среду Млечного пути.
Астрофизики впервые смогли изучить структуры, связанные с процессами в сверхмассивной черной дыре в центре нашей Галактики.

В диапазоне микроволнового излучения наилучшие результаты были получены обсерваторией Европейского космического агентства "Планк", функционировавшей до 23 октября 2013 года. Главное зеркало размером 1,9?1,5 м наклонено по отношению ко входящему пучку, апертура телескопа - 1,5 м. "Планк" производил наблюдения из точки Лагранжа L2 системы Солнце-Земля на удалении 1 500 000 км.

Основной задачей являлись исследования распределения интенсивности и поляризации реликтового излучения с высоким разрешением.
По данным «Планка», мир состоит на 4,9 % из обычного (барионного) вещества, на 26,8 % из тёмной материи и на 68,3 % из тёмной энергии.
Уточнена постоянная Хаббла, новое значение H0 = 68 км/c/Мпк, то есть с момента большого взрыва прошло 13,80 млрд лет.
Из анализа полученных данных удалось более уверенно установить количество типов нейтрино - три типа (электронное, мюонное и тау-нейтрино).
«Планк» подтвердил наличие небольшого отличия спектра первоначальных возмущений материи от однородного, что является важным результатом для инфляционной теории, которая является на сегодняшний день основополагающей теорией первых мгновений жизни Вселенной.

В инфракрасном диапазоне крупнейшим был телескоп "Гершель" Европейского космического агентства, с зеркалом диаметром 3,5 метра, запущенный с помощью ракеты-носителя «Ариан-5» одновременно с обсерваторией "Планк" к точке Лагранжа L2. Он функционировал до 17 июня 2013 года, пока не исчерпались 2300 кг жидкого гелия для охлаждения инфракрасной ПЗС-матрицы.

Исследовались формирование и развитие галактик в ранней Вселенной; химический состав атмосфер и поверхности тел Солнечной системы, включая планеты, кометы и спутники планет. Главным объектом исследований было образование звёзд и их взаимодействие с межзвёздной средой. Получено множество красивейших снимков галактических газовых туманностей.
В молекулярном облаке W3, расположенном на расстоянии в 6200 световых лет от Земли, можно рассмотреть желтые точки, которые являются протозвездами небольшой массы. Более массивные "зародыши" светил окрашены на снимке синим светом, соответствующим их более высокой температуре.

Среди оптических телескопов наиболее крупным, самым знаменитым и заслуженным, является космический телескоп НАСА и Европейского космического агентства «Хаббл» с главным зеркалом диаметром 2.4 метра, запущенный шаттлом «Дискавери» 24 апреля 1990 года на орбиту вокруг Земли высотой 569 км. После пяти техобслуживаний, произведенных в ходе экспедиций космических челноков, продолжает работу и в настоящее время.

Телескопом имени Эдвина Хаббла получены тысячи снимков планет Солнечной системы

Исследованы планетные системы у некоторых близких звёзд

Получены красивейшие и необычные снимки газовых туманностей

Показали свою необычайную красоту далекие галактики.

Уже упоминавшийся близкий квазар 3С273 с вырывающимся из центра джетом:

На этом изображении с общим временем экспозиции в 2 миллиона секунд, насчитывается около 5500 галактик, самая далекая из которых удалена от нас на 13,2 млрд световых лет, самая молодая галактика, запечатлённая на снимке, образовалась всего через 600 млн. лет после Большого взрыва.

В ультрафиолетовом диапазоне волн крупнейшим был и остается также «Хаббл», а крупнейшим специализированным ультрафиолетовым телескопом была советская обсерватория «Астрон» с диаметром главного зеркала 0.8 м, запущенная 23 марта 1983 года ракетой-носителем «Протон» на вытянутую орбиту - от 19015 км до 185071 км вокруг Земли и проработавшая до 1989 года.

По количеству результатов "Астрон" считается одним из самых успешных космических проектов. Были получены спектры свыше сотни звёзд различных типов, около тридцати галактик, десятков туманностей и фоновых областей нашей Галактики, а также нескольких комет. Проводилось изучение нестационарных явлений (выбросы и поглощение материи, взрывы) в звёздах, явлений ключевых для понимания процесса образования газопылевых туманностей. Наблюдались кома кометы Галлея с 1985 по 1986 год и вспышка сверхновой 1987А в Большом Магеллановом облаке.
Снимки Петли Лебедя, полученные телескопом Хаббла в ультрафиолете:

Среди рентгеновских обсерваторий выделяется космический телескоп «Чандра», взлётная масса AXAF/Чандра составляла 22 753 кг, что является абсолютным рекордом массы, когда-либо выведенной в космос космическими челноками шаттлами, запущенный 23 июля 1999 года с помощью шаттла "Колумбия" на вытянутую орбиту - от 14304 км до 134528 км вокруг Земли, он действует и в настоящее время.

При наблюдениях обсерваторией «Чандра» в Крабовидной туманности удалось различить ударные волны вокруг центрального пульсара, бывшие до сего момента незаметными другим телескопам; удалось различить рентгеновское излучение сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути; был обнаружен новый тип чёрных дыр в галактике M82, ставший недостающим звеном между чёрными дырами звёздных масс и сверхмассивными чёрными дырами.
Доказательства существования тёмной материи были открыты в 2006 году при наблюдении столкновений сверхскоплений Галактик.

В гамма-диапазоне продолжает работу международный космический гамма-телескоп Ферми массой 4303 кг, запущенный 11 июня 2008 года ракетой-носителем "Дельта-2" на орбиту высотой 550 км.

Первым значительным открытием обсерватории была регистрация гамма-пульсара, расположенного в остатке сверхновой CTA 1.
Начиная с 2010 года, телескоп зарегистрировал несколько мощных гамма-вспышек, источником которых являются новые звезды. Такие гамма-вспышки возникают в тесно связанных двойных системах, когда вещество аккрецируется с одной звезды на другую.
Одним из самых удивительных открытий, сделанных космическим телескопом, стало обнаружение гигантских образований размером до 50 тысяч световых лет, расположенных над и под центром нашей Галактики, которые возникли благодаря активности сверхмассивной чёрной дыры центра Галактики.

В октябре 2018 года с помощью ракеты «Ариан-5» планируется к запуску космический телескоп имени Джеймса Уэбба с диаметром главного зеркала 6.5 метра. Он будет работать в точке Лагранжа в оптическом и инфракрасном диапазонах, значительно превосходя по возможностям космический телескоп имени Хаббла.

НПО имени С. А. Лавочкина работает над космической обсерваторией «Миллиметрон» («Спектр-М») миллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн с криогенным телескопом диаметром 10 м. Телескоп по своим характеристикам на порядки превысит показатели аналогичных западных предшественников.


Один из самых амбициозных проектов Роскосмоса, запуск которого намечался после 2019-го года, находится на стадии макетов, проектных чертежей и расчетов.

• Перевод

Примеры телескопов (функционирующих на февраль 2013), работающих на длинах волн по всему электромагнитному спектру. Обсерватории расположены над или под той частью спектра, которую они обычно наблюдают.

Когда в 1990-м был запущен космический телескоп Хаббл, с его помощью мы собирались провести целый вагон измерений. Мы собирались увидеть отдельные звёзды в дальних галактиках, которых до этого не видели; измерить глубокую Вселенную так, как до этого не получалось; заглянуть в регионы звёздного формирования и увидеть туманности в беспрецедентном разрешении; поймать извержения на лунах Юпитера и Сатурна так подробно, как не получалось ранее. Но самыми крупными открытиями – тёмная энергия, сверхмассивные чёрные дыры, экзопланеты, протопланетные диски – стали непредвиденные. Продолжится ли эта тенденция с телескопами Джеймс Уэбб и WFIRST? Наш читатель спрашивает:

Без фантазий по поводу какой-то радикально новой физики, какие результаты от Уэбба и WFIRST смогут больше всего удивить вас?

Джеймс Уэбб – космический телескоп нового поколения, который запустят в октябре 2018 [С момента написания оригинала статьи дату запуска перенесли на март-июнь 2019 года – прим. перев.]. После полного ввода в строй и охлаждения он станет самой мощной обсерваторией в истории человечества. Его диаметр составит 6,5 м, светосила превысит Хаббловскую в семь раз, а разрешение – почти в три раза. Он будет покрывать длины олн от 550 до 30 000 нм – от видимого света до инфракрасного. Он сможет измерять цвета и спектры всех наблюдаемых объектов, доводя до предела пользу от практически каждого поступившего в него фотона. Его расположение в космосе позволит нам увидеть всё в пределах воспринимаемого им спектра, а не только те волны, для которых атмосфера оказывается частично прозрачной.

Концепция спутника WFIRST, запуск которого запланирован на 2024 год. Он должен будет снабдить нас самыми точными измерениями тёмной энергии и другими невероятными космическими открытиями

WFIRST – главная миссия НАСА на 2020-е года, и в данный момент её запуск назначен на 2024-й. Телескоп не будет крупным, инфракрасным, не будет покрывать что-то кроме того, что не может сделать Хаббл. Он просто будет делать это лучше и быстрее. Насколько лучше? Хаббл, изучая определённый участок неба, собирает свет со всего поля зрения, и способен фотографировать туманности, планетные системы, галактики, скопления галактик, просто собирая много изображений и сшивая их вместе. WFIRST будет делать то же самое, но с полем зрения в 100 раз больше. Иначе говоря, всё, что может делать Хаббл, WFIRST сможет сделать в 100 раз быстрее. Если мы возьмём те же наблюдения, что были сделаны во время эксперимента Hubble eXtreme Deep Field, когда Хаббл наблюдал за одним и тем же участком неба 23 дня и обнаружил там 5500 галактик, то WFIRST нашёл бы за это время больше полумиллиона.

Изображение с эксперимента Hubble eXtreme Deep Field, глубочайшего из наших наблюдений Вселенной на сегодня

Но нас больше всего интересуют не те, известные нам вещи, которые мы откроем при помощи двух этих прекрасных обсерваторий, а те, о которых мы пока ничего не знаем! Главное, что нужно для ожидания этих открытий – хорошее воображение, представление о том, что мы можем ещё найти, и понимание технической чувствительности этих телескопов. Для того, чтобы Вселенная произвела революцию в нашем мышлении, вовсе необязательно, чтобы открытые нами сведения радикально отличались от известных нам. И вот семь кандидатов на то, что могут открыть Джеймс Уэбб и WFIRST!

Сравнение размеров недавно открытых планет, вращающихся вокруг тусклой красной звезды TRAPPIST-1 с галилеевыми спутниками Юпитера и внутренней Солнечной системы. Все планеты, найденные у TRAPPIST-1, размерами схожи с Землёй, но звезда по размеру лишь приближается к Юпитеру.

1) Богатая кислородом атмосфера в потенциально обитаемом мире земного размера. Год назад поиск миров земного размера в обитаемых зонах солнцеподобных звёзд был на пике. Но открытие Проксимы b, и семи миров земного размера вокруг TRAPPIST-1, миры земного размера, вращающиеся вокруг небольших красных карликов, породили бурю острых разногласий. Если эти миры обитаемые, и если у них есть атмосфера, то сравнительно большой размер Земли по сравнению с размером их звёзд говорит о том, что во время транзита мы сможем измерить содержание их атмосферы! Поглощающий эффект молекул – диоксида углерода, метана и кислорода – может дать первые непрямые свидетельства наличия жизни. Джеймс Уэбб сможет увидеть это, и результаты могут потрясти мир!

Сценарий Большого разрыва разыграется, если мы обнаружим увеличение силы тёмной энергии во времени

2) Свидетельство непостоянности тёмной энергии и возможное наступление Большого разрыва. Одна из главных научных целей WFIRST – наблюдать за звёздами на очень больших расстояниях в поисках сверхновых типа Ia. Эти же события позволили нам открыть тёмную энергию, но вместо десятков или сотен он будет собирать информацию о тысячах событий, расположенных на огромных расстояниях. И он позволит нам измерить не только скорость расширения Вселенной но и изменение этой скорости во времени, с точностью, в десять раз превышающей сегодняшнюю. Если тёмная энергия отличается от космологической константы хотя бы на 1%, мы её найдём. А если она всего на 1% больше по модулю, чем отрицательное давление космологической константы, наша Вселенная закончится Большим разрывом. Это точно станет сюрпризом, но Вселенная у нас одна, и нам пристало слушать, что она готова сообщить о себе.

Самая удалённая из известных на сегодня галактик, подтверждённая Хабблом посредством спектроскопии, видна нам такой, какой она была, когда Вселенной было всего 407 млн лет

3) Звёзды и галактики с более ранних времён, чем предсказывают наши теории. Джеймс Уэбб своими инфракрасными глазами сможет заглянуть в прошлое, когда Вселенной было 200-275 млн лет – всего 2% от её текущего возраста. Это должно захватить большую часть первых галактик и поздний этап формирования первых звёзд, но мы можем найти и свидетельства того, что предыдущие поколения звёзд и галактик существовали ещё раньше. Если выйдет так, то это будет значить, что гравитационный рост со времени появления реликтового излучения (380 000 лет) до формирования первых звёзд проходил как-то не так. Это однозначно будет интересная проблема!

Ядро галактики NGC 4261, как и ядра огромного числа галактик, демонстрирует признаки наличия сверхмассивной чёрной дыры, как в инфракрасном, так и в рентгеновском диапазонах

4) Сверхмассивные чёрные дыры, появившиеся до первых галактик. До самых отдалённых моментов прошлого, которые нам удалось измерить, до тех времён, когда Вселенной было порядка миллиарда лет, галактики содержат в себе сверхмассивные чёрные дыры. Стандартная теория говорит о том, что эти чёрные дыры зародились из первых поколений звёзд, сливавшихся вместе и падавших в центр скоплений, а затем накопивших материю и превратившихся в сверхмассивные ЧД. Стандартная надежда состоит в том, чтобы найти подтверждения этой схеме, и находящиеся на ранних стадиях роста чёрные дыры, но неожиданностью будет, если мы найдём их уже полностью сформированными в этих очень ранних галактиках. Джеймс Уэбб и WFIRST смогут пролить свет на эти объекты, и обнаружение их в любом виде станет серьёзным научным прорывом!

Обнаруженные Кеплером планеты, отсортированные по размеру, по состоянию на май 2016 года, когда выпустили крупнейшую выборку новых экзопланет. Чаще всего встречаются миры чуть больше Земли и чуть меньше Нептуна, но миры малой массы просто могут быть не видны для Кеплера

5) Экзопланеты малой массы, всего 10% от земной, могут быть самыми распространёнными. Это специальность WFIRST: поиск микролинзирования на больших участков неба. Когда звезда проходит перед другой звездой, с нашей точки зрения, искривление пространства порождает увеличивающий эффект, с предсказуемым увеличением и последующим уменьшением яркости. Наличие планет в системе, находившейся на переднем плане, изменит световой сигнал и позволит нам распознать их с улучшенной точностью, распознающей массы меньшие, чем это может сделать любой другой из методов. При помощи WFIRST мы прозондируем все планеты вплоть до массы, составляющей 10% от земной – планеты размером с Марс. Чаще ли встречаются марсоподобные миры, чем землеподобные? WFIRST может помочь нам это выяснить!

Иллюстрация CR7, первой из обнаруженных галактик, содержащих звёзды населения III, первые из звёзд во Вселенной. Джеймс Уэбб может сделать реальную фотографию этой и других таких галактик

6) Первые звёзды могут оказаться более массивными, чем те, что существуют сейчас. Изучая первые звёзды, мы уже знаем, что они сильно отличаются от нынешних: они почти на 100% состояли из чистых водорода и гелия, без иных элементов. Но иные элементы играют важную роль в охлаждении, излучении и предотвращении появления слишком крупных звёзд на ранних этапах. Крупнейшая из известных сегодня звёзд находится в туманности Тарантул , и по массе превышает Солнце в 260 раз. Но в ранней Вселенной могли встречаться звёзды в 300, 500 и даже 1000 раз тяжелее Солнца! Джеймс Уэбб должен дать нам возможность это выяснить, и может рассказать нам что-нибудь удивительное по поводу самых ранних звёзд Вселенной.

Истечение газа в карликовых галактиках происходит во время активного формирования звёзд, из-за чего обычная материя улетает, а тёмная – остаётся

7) Тёмная материя может не так сильно доминировать в первых галактиках, как в сегодняшних. Мы, вероятно, наконец, сможем измерить галактики в отдалённых частях Вселенной и определить, меняется ли соотношение обычной материи и тёмной. При интенсивном формировании новых звёзд из галактики утекает обычная материя, если только галактика не очень крупная – а значит, в ранних, тусклых галактиках, должно быть больше нормальной материи по отношению к тёмной, чем в тусклых галактиках, находящихся недалеко от нас. Такое наблюдение подтвердит текущее представление о тёмной материи и ударит по теориям модифицированной гравитации; противоположное наблюдение может опровергнуть теорию тёмной материи. Джеймс Уэбб сможет с этим справиться, но по-настоящему всё прояснит накопленная статистика наблюдений WFIRST.

Представление художника о том, как может выглядеть Вселенная при формировании первых звёзд

Всё это – лишь возможности, и таких возможностей слишком много, чтобы их можно было тут перечислить. Весь смысл наблюдений, накопления данных и проведения научных изысканий состоит в том, что мы не знаем, как устроена Вселенная, пока не зададим правильные вопросы, которые помогут нам это выяснить. Джеймс Уэбб сконцентрируется на четырёх главных вопросах: первый свет и реионизация , сбор и рост галактик, рождение звёзд и формирование планет, а также поиск планет и происхождения жизни. WFIRST сконцентрируется на тёмной энергии, сверхновых, барионных акустических осцилляциях , экзопланетах – как с микролинзированием, так и с прямым наблюдением, и на наблюдениях за крупными участками неба в близком к инфракрасному диапазоне, которые сильно превзойдут возможности таких предыдущих обсерваторий, как 2MASS и WISE.

Инфракрасная карта всего неба, полученная космическим аппаратом WISE. WFIRST серьёзно превзойдёт пространственное разрешение и глубину резкости, доступные для WISE, что позволит нам заглянуть глубже и дальше

Мы потрясающе хорошо понимаем сегодняшнюю Вселенную, но вопросы, ответы на которые получат James Webb и WFIRST, задаются только сегодня, на основании уже изученного нами. Может оказаться, что на всех этих фронтах не окажется никаких сюрпризов, но более вероятно то, что мы не только обнаружим сюрпризы, но и то, что наши догадки об их природе окажутся совершенно неверными. Часть научного интереса состоит в том, что ты никогда не знаешь, когда или как Вселенная удивит тебя, открыв нечто новое. А когда она это делает, наступает величайшая возможность всего передового человечества: она позволяет нам узнать что-то совершенно новое, и меняет то, как мы понимаем нашу физическую реальность.