Hubble Space Telescope

Американский орбитальный телескоп

Орбитальный телескоп, созданный NASA в сотрудничестве с Европейским космическим агентством. Выведен на орбиту в 1990 году, назван в честь американского астронома Эдвина Хаббла. Производит наблюдения в видимом и близких к видимому участках инфракрасного и ультрафиолетового спектров. Известен по серии снимков участков Вселенной, в том числе объектов, образовавшихся всего через несколько сотен миллионов лет после "Большого взрыва" и удаленных от Земли на 13,2 миллиарда световых лет.

Еще до начала эры космических полетов теоретики, среди которых выделяли астрофизика Лаймана Спитцера (Lyman Spitzer), указывали на перспективность размещения телескопа в космосе. Они подчеркивали, что наблюдение за космосом с поверхности Земли затруднено из-за атмосферы, которая вносит искажения в наблюдения и, кроме того, не пропускает значительную часть спектра, в том числе большую часть излучения ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов [34], [27], [31], [32]. Первые опыты по запуску космических обсерваторий начали проводиться в середине 1960-х - начале 1970-х годов, одной из наиболее важных из них была серия спутников NASA "Орбитальная астрономическая обсерватория" (Orbiting Astronomical Observatory, OAO), имевших на борту ультрафиолетовые телескопы или детекторы рентгеновского излучения, что позволило совершить ряд важных открытий [27], [3], [32], [34].

Национальная Академия наук (National Academy of Sciences) одобрила проект "Большого космического телескопа" (Large Space Telescope, LST), согласно которому предлагалось запустить на орбиту телескоп-рефлектор с диаметром зеркала в три метра [27], [32], [34], [35]. В 1974 году ученым NASA не удалось убедить Конгресс США профинансировать проект [35], но в 1978 году на него было выделено 36 миллионов долларов. Из-за финансовых ограничений (общую сумму проекта в NASA согласились ограничить 475 миллионами долларов) было решено уменьшить размер зеркала до 2,4 метра [35], [34], [36].

Отличало проект "Хаббла" от всех остальных орбитальных обсерваторий то, что этот телескоп предполагалось периодически обслуживать управляемыми экспедициями (хотя он и не был первым искусственным спутником, в конструкцию которого была заложена возможность такого обслуживания). Разработка проекта совпала с началом работ по созданию космических кораблей многоразового использования "Шаттл" (Shuttle); экспедиции астронавтов могли периодически "навещать" телескоп, производить ремонт, обновлять его оборудование и корректировать орбиту, что значительно расширяло возможности и увеличивало продолжительность наблюдений. Все прочие космические обсерватории и телескопы за более чем 50-летнюю историю освоения космоса были автономными [21], [35], [32], [22], [37], [16].

Первоначально планировалось запустить телескоп в космос в 1983 году, но из-за задержек - как с проектом "Шаттл", так и с постройкой самого телескопа - запуск неоднократно откладывался. В 1983 году телескоп получил свое название в честь американского астронома Эдвина Хаббла (Edwin Hubble), подтвердившего теорию о расширении вселенной [39], [36], [35], [34]. К тому времени на создание телескопа был потрачен уже 1 миллиард 175 миллионов долларов [35]. Оптика телескопа была создана компанией Perkin-Elmer, конструкция 11-тонного спутника - корпорацией Lockheed, часть научных инструментов и солнечные батареи, которые, наряду с никель-водородными батареями, должны были служить источником энергии для телескопа, были получены от Европейского космического агентства (European Space Agency, ESA), которое в обмен получило 15-процентную квоту на ведение наблюдений [34], [32], [35], [36], [31].

28 января 1986 года произошла катастрофа космического шаттла "Челленджер", что отодвинуло запуск практически готового телескопа [35], [34], [32]. В течение четырех лет "Хаббл" находился на хранении в стерильном помещении на фабрике Lockheed. Наконец, в апреле 1990 года шаттл "Дискавери" (Discovery) доставил телескоп на орбиту; пилотом в этой экспедиции был будущий руководитель NASA Чарльз Болден (Charles Bolden) [19], [14], [24], [34], [30], [36], [32]. К тому времени стоимость проекта превысила 2 миллиарда долларов, сделав "Хаббл" самым дорогостоящим научным инструментом, который когда-либо создавало человечество [35].

Первые снимки, переданные телескопом на Землю, разочаровали астрономов: хотя они и были четче тех, что получались с земных обсерваторий, их резкость была сильно ниже заявленной. В связи с этим телескоп в течение нескольких лет мог выполнять с расчетной эффективностью только работы по спектрометрическому анализу, на который не влияло выявленное искажение. Впрочем, "Хаббл" помог сделать ряд открытий и посредством обычных наблюдений, в частности, в 1993 году был обнаружен протопланетный диск в туманности Ориона. Экспертиза вскоре выяснила, что причиной плохой резкости снимков "Хаббла" стал дефект главного зеркала, допущенный инженерами Perkin-Elmer: они доверились показаниям единственного главного нуль-корректора (прибора для измерения с высокой точностью кривизны полируемой поверхности), проигнорировав показания других приборов, указывавших на то, что по краям зеркало было слишком плоским. Искажение составило всего 2 микрометра, но этого было достаточно, чтобы серьезно снизить качество наблюдений. Заменить главное зеркало в космосе не представлялось возможным, а спустить телескоп на землю для замены зеркала было слишком дорого. Поэтому NASA приняло решение изготовить систему оптической коррекции - своеобразные "очки" для рефлектора, которые бы компенсировали сферическую аберрацию. Эта система была установлена в ходе экспедиции шаттла "Индевор" (Endeavour) в декабре 1993 года, после чего ученые получили в своё распоряжение полноценный инструмент для ведения наблюдений [34], [35], [36], [25].

В 1997, 1999, 2002 и в 2009 году "Хаббл" посетили еще четыре миссии "шаттлов", в ходе которых заменялись научные инструменты, гироскопы, обновлялось компьютерное обеспечение, никель-водородные батареи, корректировалась орбита [32], [36], [22], [37].

За время своей работы "Хаббл" получил изображения, позволившие совершить ряд важных научных открытий: так, была уточнена скорость расширения Вселенной, найдены доказательства того, что у большинства галактик в центре располагается черная дыра. Телескоп сделал ряд живописных снимков космических туманностей, ставших впоследствии знаменитыми. В 1994 году "Хаббл" запечатлел столкновение небесных тел: Юпитера и кометы "Шумейкеров - Леви 9" (Shoemaker–Levy 9) [17], [38], [28], [34]. Благодаря телескопу были открыты четыре спутника карликовой планеты Плутон: Никта (Nix), Гидра (Hydra) и еще два, по состоянию на 2012 год, не получивших названия [9], [2].

Наиболее важным исследованием, произведенным "Хабблом", стали изображения сверхдальних областей звездного неба Hubble Deep Field (1995 год), Hubble Deep Field South (1998 год), Hubble Ultra-Deep Field (2003-2010 годы) и Hubble Extreme Deep Field (2012 год). Эти композитные снимки, захватывающие небольшую область, менее двухмиллионной площади небесной сферы, позволили ученым увидеть отдаленные галактики, которые отделяли от Земли миллиарды световых лет [20], [1], [34]. Благодаря этим снимкам был обнаружен самый дальний объект во Вселенной (13,2 миллиарда световых лет) [11]. Кроме того, они доказали, что первые галактики начали образовываться вскоре после "Большого взрыва", произошедшего около 13,75 миллиарда лет назад. Также ученые получили возможность узнать ступени эволюции галактик, была установлена однородность Вселенной [12], [13], [23]. К 2012 году телескоп сделал около миллиона снимков, а научные данные, полученные с его помощью, занимали более 42 терабайт и описывались более чем в 10000 научных работах [40], [33].

"Хаббл" вращается с периодом в 97 минут на низкой околоземной орбите, приближенной к круговой, на высоте около 569 километров. Вес аппарата - 11,1 тонны. Его телескоп-рефлектор системы Ричи-Кретьена (Ritchey-Chretien) и оборудование позволяют делать снимки в видимом спектре и ближайших к видимому частях инфракрасного и ультрафиолетового спектров [42], [36], [33], [39]. Для управления и проведения исследований "Хабблом" был создан Научный институт космического телескопа (Space Telescope Science Institute) при Университете Джонcа Хопкинса (Johns Hopkins University), который может принять заявку на исследование от любого человека, независимо от его национальности или образования. Впрочем, все заявки проходят жесткий отбор и ставятся в длительную очередь, поскольку время наблюдения через телескоп ограничено из-за затемненности Землей большинства объектов в течение половины времени обращения телескопа. Также "Хаббл" не ведет наблюдений во время пролета над Южно-Атлантической радиационной аномалией [5], [4], [36], [33], [32]. Первоначально собранные материалы хранились на катушечных магнитофонах, но впоследствии они были заменены на твердотельные накопители, была усовершенствована и система передачи данных наблюдений на землю: "Хаббл" смог передавать на Землю до 120 гигабайт данных еженедельно [39], [26].

Стоимость проекта "Хаббл" значительно превысила изначально запланированную (около 300 миллионов долларов). Только одно создание телескопа обошлось бюджету США в сумму, оценивавшуюся в 2-3 миллиарда долларов, а к 2010 году стоимость проекта, включая миссии по обслуживанию и работу наземных служб, составила 10 миллиардов долларов. При этом "Хаббл" проработал на орбите дольше 15 лет - первоначального расчетного срока его использования [35], [32], [15], [29].

После 2011 года СМИ писали, что, поскольку проект "Спейс шаттл" завершился с последним полетом космического челнока "Атлантис" (Atlantis, 2011) [10], [8], а других способов доставлять астронавтов для обслуживания "Хаббла" нет, из-за понижения орбиты, истощения батарей и отказов гироскопов телескоп уже не сможет производить наблюдения после 2014 года (хотя озвучивались и более смелые предположения о том, что телескоп проработает до 2018 года). Затем, предположительно, в 2020-2030 годах, в зависимости от солнечной активности, "Хаббл" может войти в верхние слои атмосферы. В NASA велась дискуссия о гипотетической роботизированной миссии по установке на нефункционирующий телескоп двигателя, который бы позволил безопасно затопить "Хаббл" в океане, поскольку он не может сгореть в атмосфере, и его падение на Землю могло бы привести к человеческим жертвам (к ноябрю 2012 года решение по этому поводу не было принято - прим.ред.) [6], [21], [18], [1]. Отмечалось, что после завершения работы "Хаббла" его сменит космический инфракрасный телескоп "Джеймс Вебб" (James Webb Space Telescope), который сможет запечатлеть еще более отдаленные объекты во Вселенной. Его запуск в космос планировался в 2018 году [7], [6], [41].