Обсерватория хаббл. Самые невероятные факты о телескопе «Хаббл

С момента начала работы выросло уже целое поколение людей, которое принимает «Хаббл» за должное, поэтому легко забыть, насколько революционным был этот аппарат. На данный момент он всё ещё работает, возможно, он продержится ещё лет пять. В неделю телескоп передаёт примерно 120 гигабайтов научных данных, за время функционирования снимков набралось на более 10 тысяч научных статей.

Последователем «Хаббла» станет космический телескоп имени Джеймса Уэбба. Проект последнего испытывает значительные превышения бюджета и срывы сроков на более, чем 5 лет. С «Хабблом» всё происходило точно так же, даже хуже - накладывались проблемы с финансированием и катастрофа «Челленджера» , а позже - «Колумбии ». В 1972 году считалось , что программа будет стоить 300 миллионов долларов (с учётом инфляции это примерно 590 млн). К тому моменту, когда телескоп наконец достиг стартовой площадки, цена увеличилась в несколько раз до примерно 2,5 млрд долларов. К 2006 году было подсчитано , что «Хаббл» обошёлся в 9 миллиардов (10,75 млрд с инфляцией), плюс пять космических полётов космических челноков для обслуживания и починки, каждый запуск которых обходился в приблизительно 500 млн.

Основная деталь телескопа - это зеркало диаметром 2,4 метра. Вообще, планировался телескоп с диаметром зеркала 3 метра, и запускать его хотели в 1979 году. Но в 1974 программу вычеркнули из бюджета, и только благодаря лоббированию астрономам удалось получить сумму в два раза меньше изначально запрашиваемой. Поэтому и пришлось поумерить пыл и уменьшить размах будущего проекта.

Оптически «Хаббл» - это реализация распространённой среди научных телескопов системы Ричи - Кретьена с двумя зеркалами. Она позволяет получить хороший угол обзора и отличное качество изображения, но зеркала имеют трудную для изготовления и тестирования форму. Оптические системы и зеркало должны быть изготовлены с минимальными допусками. Зеркала обычных телескопов полируются до допуска в примерно десятую часть длины видимого света, но «Хаббл» должен был производить наблюдения в том числе ультрафиолета, света с более короткими волнами. Поэтому зеркало полировалось с допуском в 10 нанометров, 1 / 65 длины волны красного света. Кстати, зеркала подогреваются до температуры 15 градусов, что ограничивает производительность в инфракрасном диапазоне - другом пределе видимого спектра.

Одно зеркало изготовила компания «Кодак», другое - корпорация Itek. Первое находится в Национальном музее авиации и космонавтики, второе используется в обсерватории Магдалена-Ридж. Это были запасные зеркала, а то, что стоит в «Хаббле» было произведено компанией «Перкин-Элмер» с использованием сложнейших станков с ЧПУ, которые и привели к очередному срыву сроков. Работа над полировкой заготовки от Corning (той самой, что делает Gorilla Glass) началась только в 1979 году. Условия микрогравитации симулировались с помощью размещения зеркала на 130 стержнях, сила поддержки которых варьировалась. Процесс продолжался до мая 1981 года. Стекло промыли 9100 литрами горячей деминерализованной воды и нанесли два слоя: 65-нанометровый отражающий слой алюминия и 25-нанометровый защитного фторида магния.

А сроки запуска продолжали отодвигаться: сначала до октября 1984 года, после до апреля 1985, до марта 1986, до сентября. Каждый квартал работы «Перкин-Элмер» приводил к сдвигу сроков на месяц, в какие-то моменты каждый день работы отодвигал запуск на день. Графики работ компании не удовлетворяли НАСА своей расплывачатостью и неопределённостью. Стоимость проекта уже выросла до 1175 млн долларов.

Корпус аппарата был другой головной болью, он должен был быть в состоянии выдерживать как прямое воздействие солнечных лучей, так и темноту тени Земли. А эти скачки температур грозили точным системам научного телескопа. Стенки «Хаббла» состоят из нескольких слоёв теплоизоляции, которые окружены лёгкой алюминиевой оболочкой. Внутри оборудование размещено в графитоэпоксидном каркасе. Чтобы избежать впитывания воды гигроскопичными соединениями графита и попадания льда в приборы, внутрь до запуска закачивали азот. Хотя изготовление космического аппарата шло куда стабильней, чем оптических систем телескопа, организационные проблемы были и здесь. К лету 1985 года корпорация «Локхид», работавшая над аппаратом, вышла на 30 % за рамки бюджета и на три месяца за расписание.

У «Хаббла» при запуске было пять научных инструментов, и позднее все они были заменены при техническом обслуживании на орбите. Широкоугольная и планетарная камеры выполняли оптические наблюдения. У прибора было 48 фильтров спектральных линий для выделения конкретных элементов. Восемь ПЗС-матриц разделялись между двумя камерами, по четыре на каждую. Каждая матрица имела разрешение 0,64 мегапикселя. Широкоугольная камера обладала большим углом обзора, в то время как планетарная имела большее фокусное расстояние и, следовательно, давала большее увеличение.

Спектрограф высокого разрешения, созданный Центром космических полётов Годдарда, работал в ультрафиолетовом диапазоне. Также в УФ наблюдали камера съёмки тусклых объектов, разработанная Европейским космическим агентством, и спектрограф тусклых объектов от Калифорнийского университета и корпорации «Мартин Мариэтта». Висконсинский университет в Мадисоне создал высокоскоростной фотометр для наблюдения видимого света и ультрафиолетового диапазона излучения звёзд и других астрономических объектов с изменяющейся яркостью. Он мог производить до 100 тысяч измерений в секунду с фотометрической точностью в 2 % или лучше. Наконец, в качестве научного инструмента можно было использовать датчики наведения телескопа, они позволяли проводить очень точную астрометрию.

На Земле исследованиями «Хаббла» управляет специально созданный в 1981 году Институт исследований космоса с помощью космического телескопа. Его формирование произошло не без боя: НАСА хотело собственноручно управлять аппаратом, но научное сообщество не было согласно.

Орбита «Хаббла» была выбрана таким образом, чтобы к телескопу можно было подлетать и выполнять технические обслуживание. Пол-орбиты наблюдениям мешает Земля, на пути не должны находиться Солнце, Луна, также научному процессу мешает Бразильская магнитная аномалия, при пролёте над которой резко возрастает уровень радиации. Хаббл находится на высоте 569 километров, наклонение его орбиты - 28,5°. Из-за наличия верхних слоёв атмосферы позиция телескопа может непредсказуемо меняться, поэтому точно предсказать положение на продолжительные периоды времени невозможно. Распорядок работы обычно утверждается только за несколько дней до начала, поскольку неясно, можно ли будет к тому моменту наблюдать нужный объект.

К началу 1986 года начал вырисовываться запуск в октябре, но катастрофа «Челленджера» сдвинула все сроки. Космический челнок - подобный тому, который должен был доставить уникальный телескоп стоимостью в миллиард на орбиту - взорвался в безоблачном небе на 73 секунде полёта, унеся жизни семи человек. До 1988 года весь флот шаттлов стоял на приколе, пока проводилось расследование произошедшего. Кстати, ожидание тоже обходилось дорого: «Хаббл» держали в чистом помещении в залитом азотом состоянии. Каждый месяц стоил примерно 6 миллионов долларов. Время не терялось зря, в аппарате поменяли ненадёжную батарею и сделали несколько других улучшений. В 1986 году не было программной начинки наземных систем управления, и к запуску в 1990 софт был едва готов.

24 апреля 1990 года, 25 лет назад, с превышением бюджета в несколько раз телескоп был наконец-то запущен к своей орбите. Но на этом трудности только начались.

STS-31, телескоп покидает грузовой отсек челнока «Дискавери»

Уже через несколько недель стало ясно, что оптическая система имеет серьёзный дефект. Да, первые изображения были чётче, чем с наземных телескопов, но «Хаббл» не смог достичь своих заявленных характестик. Точечные источники выглядели как окружности размером с 1 угловую секунду вместо кружка в 0,1 угловой секунды. Как оказалось, НАСА не зря беспокоилось о компетентности «Перкин-Элмер» - зеркало имело отклонение формы по краям на примерно 2200 нанометров. Дефект был катастрофическим, поскольку приводил к сильной сферической аберрации, то есть свет, отражённый от краёв зеркала, фокусировался в точке, отличной от той, в которой фокусировался свет, отражённый от центра. Из-за этого не сильно пострадала спектроскопия, но наблюдение тусклых объектов было затруднено, что ставило крест на большинстве космологических программ.

Несмотря на то, что он производил некоторые наблюдения, возможные благодаря сложным техникам обработки изображений на Земле, «Хаббл» считался проваленным проектом, а репутация НАСА была серьёзно подмочена. Над телескопом начали шутить, к примеру, в фильме «Голый пистолет 2½: Запах страха» космический аппарат сравнивают с «Титаником», автомобилем провалившейся марки Edsel и наиболее известным падением дирижабля - аварией «Гинденбурга ».

Чёрно-белая фотография телескопа присутствует на одной из картин

Считается, что причиной дефекта стала ошибка во время монтажа главного нуль-корректора, устройства, которое помогает достичь нужного параметра кривизны поверхности. Одна из линз прибора был сдвинута на 1,3 миллиметра. Во время работы специалисты «Перкин-Элмер» анализировали поверхность с помощью двух нуль-корректоров, затем для финальной стадии использовался специальный нуль-корректор, созданный для очень строгих допусков. В итоге зеркало получилось очень точным, но имело не ту форму. Позже ошибка была обнаружена - два обычных нуль-корректора говорили о наличии сферической аберрации, но компания предпочла проигнорировать их измерения. «Перкин-Элмер» и НАСА начали выяснять отношения. В американском космическом агентстве считали, что компания не следила за процессом изготовления должным образом и не использовала в процессе изготовления и контроля качества своих лучших работников. Впрочем, было ясно, что часть вины лежала и на НАСА.

Хорошей новостью являлось то, что конструкция телескопа предполагала техническое обслуживание - первое уже в 1993 году, поэтому были начаты поиски решения проблемы. На Земле было резервное зеркало от «Кодака», но поменять его на орбите было невозможно, а спускать аппарат на шаттле было бы слишком дорого и долго. Зеркало изготовили точно, но оно имело не ту форму, поэтому было предложено добавить новые оптические компоненты, компенсирующие ошибку. Путём анализа точечных источников света было определено, что коническая постоянная зеркала составляла −1,01390±0,0002 вместо необходимой −1,00230. Та же цифра была получена с помощью обработки данных ошибки нуль-корректора «Перкин-Элмер» и анализа интерферограмм тестирования.

В ПЗС-матрицы второй версии широкоугольной и планетарной камер добавили коррекцию ошибки, но для других инструментов сделать подобное было невозможно. Для них требовалось другое внешнее устройство оптической коррекции, которое получило название Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR). Грубо говоря, для телескопа сделали очки. Места для COSTAR не хватало, поэтому пришлось отказаться от высокоскоростного фотометра.

В декабре 1993 года был проведён первый полёт по техническому обслуживанию. Первая миссия была самой важной. Всего их было проведено пять, во время каждой космический челнок сближался с телескопом, затем с помощью манипулятора производилась замена инструментов и отказавших устройств. За одну-две недели проводилось несколько выходов в открытый космос, а после орбиту телескопа корректировали - он постоянно опускался из-за воздействия верхних слоёв атмосферы. Таким образом было возможным обновлять оборудование стареющего «Хаббла» до наиболее современного.

Первая операция по техническому обслуживанию проводилась с «Инедевора» и продлилась 10 дней. На место высокоскоростного фотометра поставили корректировочную оптику COSTAR, первая версия широкоугольной и планетарной камер была заменена на вторую. Были заменены солнечные панели и их электроника, четыре гироскопа системы наведения телескопа, два магнитометра, бортовые компьютеры и разные электрические системы. Полёт был признан успешным.

Фотография галактики М 100 до и после установки систем коррекции

Вторая операция по техническому обслуживанию была проведена в феврале 1997 года с шаттла «Дискавери». С телескопа сняли спектрограф высокого разрешения и спектрограф тусклых объектов. Их заменили STIS (регистрирующий спектрограф космического телескопа) и NICMOS (камера и мультиобъектный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона). NICMOS охлаждался жидким азотом для снижения шума, но в результате непредвиденного расширения деталей и повышенной скорости нагрева срок службы упал с 4,5 лет до 2. Изначально накопитель данных «Хаббла» был ленточным, его заменили на твердотельный. Также у аппарата поправили теплоизоляцию.

Полётов обслуживания было пять, но они считаются в порядке 1, 2, 3A, 3B и 4, и несмотря на близость названий, 3A и 3B не проводились сразу же один за другим, как это можно было бы предположить. Третий полёт проходил в декабре 1999 года на шаттле «Дискавери», он был вызван поломкой четырёх из шести гироскопов телескопа. Были заменены все шесть гироскопов, датчики наведения, бортовой компьютер - теперь там стоял процессор Intel 80486 частотой 25 МГц. До этого в «Хаббле» использовался DF-224 с основным процессором частотой 1,25 МГц и двумя такими же резервными, накопителем на магнитном проводе из шести банков с 8K 24-битных слов, и одновременно могло работать четыре банка.

Эту фотографию во время третьего технического обслуживания сделал Скотт Келли. Сегодня он на МКС в рамках эксперимента по изучению биологических эффектов долговременного космического полёта на организм человека.

Четвёртый (или 3B) полёт проводился на «Колумбии» в марте 2002 года. Последний оригинальный прибор - камера съёмки тусклых объектов - была заменена на усовершенствованную обзорную камеру. Во второй раз были заменены солнечные панели, новые были на 30 % мощнее. NICMOS смог продолжить функционирование благодаря установке экспериментального криоохлаждения.

С этого момента все инструменты «Хаббла» имели корректировку ошибки зеркала, и необходимость в COSTAR отпала. Но его убрали только в финальном полёте обслуживания, который произошёл после катастрофы «Колумбии». Во время следующего за хаббловским полётом челнок разрушился при возвращении на Землю - к этому привело нарушение теплозащитного слоя. Гибель семи человек отодвинула изначальную дату в феврале 2005 года на неопределённый срок. Дело в том, что теперь все полёты шаттлов должны были проводиться по орбите, позволявшей достичь Международную космическую станцию на случай непредвиденных проблем. Но ни один челнок не мог в одном полёте достичь как орбиту «Хаббла», так и МКС - не хватало топлива. Телескоп имени Джеймса Уэбба планировалось запустить только в 2018 году, что означало пустой промежуток после окончания работы «Хаббла». Многие астрономы выступили с идеей о том, что последнее техническое обслуживание стоит риска человеческих жизней.

Под давлением Конгресса в январе 2004 года администрация НАСА заявила, что решение об отмене будет пересмотрено. В августе Центр космических полётов Годдарда начал готовить предложения по полностью дистанционно управляемому полёту, но позже планы были отменены - их признали неосуществимыми. В апреле 2005 года новый администратор НАСА Майкл Гриффин допустил возможность пилотируемого полёта к «Хабблу». В октябре 2006 года намерения были окончательно подтверждены, и 11-дневный полёт был назначен на сентябрь 2008 года.

Позжё полёт отложили до мая 2009 года. С «Атлантиса» была выполнена починка STIS и усовершенствованной обзорной камеры. На «Хаббл» установили два новых никель-водородных аккумулятора, заменили датчики наведения и другие системы. Вместо COSTAR на телескоп установили ультрафиолетовый спектрограф, а также добавили систему для будущего захвата и утилизации телескопа либо с помощью пилотируемого, либо полностью автоматического запуска. Вторую версию широкоугольной камеры заменили на третью. В результате всех выполненных работ телескоп .

Телескоп позволил уточнить постоянную Хаббла , подтвердил гипотезу об изотропности Вселенной, открыл спутник Нептуна и сделал многие другие научные исследования. Но для обывателя «Хаббл» в первую очередь важен огромным количеством красочных фотографий. Некоторые технические издания полагают , что эти цвета на самом деле не существуют, но это не совсем так. Цвет является представлением в мозге человека, а картинки раскрашиваются с помощью анализа излучения различных длин волн. Электрон, переходя со второго на третий уровень структуры атома водорода, излучает свет с длиной волны 656 нанометров, и мы называем его красным. Наши глаза адаптируются к различной яркости, поэтому создать точное отражение цветов не всегда возможно. Некоторые телескопы могут фиксировать невидимые человеческому глазу спектры ультрафиолета или инфракрасного излучения, и их данные тоже нужно как-то отражать на фотографиях.

В астрономии используется формат FITS, Flexible Image Transport System . В нём все данные представлены в текстовом виде, это некий аналог формата RAW. Чтобы получить хоть что-то, нужно произвести обработку. К примеру, глаза воспринимают свет в логарифмической шкале, а файл может представлять его в линейной. Без настройки яркости картинка может казаться слишком тёмной.

До и после коррекции контраста и яркости

Большинство коммерчески доступных камер имеет группы пикселей, которые фиксируют красный, зелёный или голубой цвета, и комбинация этих точек даёт цветную фотографию. Примерно так же колбочки в глазу человека воспринимают цвет. Недостаток этого подхода вызван тем, что каждый из типов датчиков воспринимает только узкую долю света, поэтому астрономическое оборудование фиксирует большие диапазоны длин волн, а для выделения цветов применяются фильтры. В результате «сырые» данные в астрономии часто чёрно-белые.

«Хаббл» снял M 57 в цветах волн 658 нм (красный), 503 нм (зелёный) и 469 нм (голубой), Starts With A Bang!

Затем с помощью фильтров получают цветные картинки. Со знанием процесса возможно создать изображение, максимально точно соответствующее реальности, хотя часто цвета не совсем реальны, иногда это делается намеренно. Подобное называют «эффект National Geographic». В конце семидесятых аппараты программы «Вояджер» пролетали мимо Юпитера, и впервые в истории сделали снимки этой планеты. Журналы по типу National Geographic посвятили целые развороты потрясающим фотографиям, обработанным с различными цветовыми эффектами, и опубликованное не совсем соответствовало действительности.

Самая известная фотография, сделанная телескопом «Хаббл» - это «Столпы творения» от 1 апреля 1995 года. На ней зафиксировано рождение новых звёзд в Туманности Орёл и свет молодых звёзд рядом с облаками газа и пыли. Снимаемые объекты находятся в 7000 световых лет от Земли. Левая структура имеет длину примерно 4 световых года. Выступы на «столпах» крупнее нашей Солнечной системы. Зелёный цвет фотографии отвечает за водород, красный - за однократно ионизированную серу, а голубой - за дважды ионизированный кислород.

Почему же она и многие другие фотографии «Хаббла» выстроены «лесенкой»? Это связано с конфигурацией второй версии широкоугольной и планетарной камер. Позже их поменяли, и сегодня они выставляются в Национальном музее авиации и космонавтики.

Чтобы отметить 25-летие телескопа, была выполнена повторная фотография, сделанная в 2014 и опубликованная в январе этого года. Она производилась третьей версией широкоугольной камеры, что позволяет сравнить качество оборудования.

Вот ещё несколько наиболее известных фотографий телескопа «Хаббл». По возрастанию их качества легко заметить полёты технического обслуживания.

1990 год , сверхновая 1987A

1991 год , Галактика М 59

1992 год , Туманность Ориона

1993 год , Туманность Вуаль

1994 год , Галактика M 100

1996 год , Hubble Deep Field . Почти все 3000 объектов - это галактики, а запечатлена была примерно 1 / 28 000 000 небесной сферы.

1997 год , «подпись» чёрной дыры M 84

24 апреля 1990 года на орбиту Земли был запущен орбитальный телескоп "Хаббл" , сделавший за почти четверть века своего существования немало великих открытий, проливших нам свет на Вселенную, ее историю и тайны. И сегодня мы расскажем про эту ставшую к нашему времени легендарной орбитальную обсерваторию, ее историю , а также про некоторые важные открытия , сделанные с ее помощью.

История создания

Первый орбитальный телескоп был запущен Великобританией в 1962 году, а соединенными Штатами Америки – в 1966. Успехи этих аппаратов окончательно убедили мировую научную общественность в необходимость постройки большой космической обсерватории, способной заглянуть даже в самую глубь Вселенной.

Работа над проектом, который со временем превратился в телескоп «Хаббл», началась в 1970 году, но долгое время финансирование не было достаточным для успешной реализации задумки. Бывали периоды, когда американские власти вообще приостанавливали финансовые потоки.

Подвешенное состояние закончилось в 1978 году, когда Конгресс США выделил на создание орбитальной лаборатории 36 миллионов долларов. Тогда же началась активная работа по проектированию и строительству объекта, к которой подключились многие научные центры и технологические компании, всего тридцать два учреждения по всему миру.

Изначально планировалось вывести телескоп на орбиту в 1983, потом эти сроки перенесли на 1986. Но катастрофа космического челнока «Челленджер» 28 января 1986 вынудила еще раз пересмотреть дату запуска объекта. В результате «Хаббл» отправился в Космос 24 апреля 1990 на шаттле «Дискавери».

Эдвин Хаббл

Эдвин Хаббл умер в 1953 году, но стал одним из основателей американской школы астрономии, ее самым известным представителем и символом. Недаром в честь этого великого ученого назван не только телескоп, но и астероид.

Самые значимые открытия телескопа «Хаббл»

Телескоп сфотографировал и отправил на Землю более миллиона снимков с высоким разрешением, позволяющих заглянуть в такие глубины Вселенной, куда невозможно забраться иным способом.

Одним из первых поводов у СМИ заговорить о телескопе «Хаббл» стали его снимки кометы Шумейкеров-Леви 9, которая в июле 1994 года столкнулась с Юпитером. Примерно за год до падения при наблюдении за этим объектом орбитальная обсерватория зафиксировала его разделение на несколько десятков частей, которые затем и падали в течение недели на поверхность планеты-гиганта.

Модернизация

Однако со временем в эксплуатации «Хаббла» начали возникать проблемы. К примеру, уже в первую неделю работы телескопа оказалось, что у главного его зеркала есть дефект, не позволяющий добиться ожидаемой резкости изображений. Так что пришлось прямо на орбите установить на объект систему оптической коррекции, состоящую из двух внешних зеркал.

Будущее

Что такое «Хаббл»?

Американский ученый Эдвин Пауэлл Хаббл стал широко известным благодаря открытию эффекта расширения Вселенной. Его до сих пор часто упоминают в своих статьях великие ученые. Хаббл — человек, в честь которого был назван радиотелескоп, и благодаря которому произошла полная замена всех ассоциаций и стереотипов.

Телескоп «Хаббл» — один из самых известных среди объектов, которые непосредственно связаны с космосом. Его можно с уверенностью считать настоящей автоматической орбитальной обсерваторией. Этот космический гигант требовал немалого финансового вложения (ведь затраты на неземной телескоп превышали стоимость наземного в сотни раз), а также ресурсов и времени. Исходя из этого два крупнейших агентства мира, такие как НАСА и Европейское космическое агентство (ЕКА), решили соединить свои возможности и сделать совместный проект.

В каком году он был запущен, уже давно не является секретной информацией. Запуск на земную орбиту состоялся 24 апреля 1990 года на борту шаттла "Дискавери«STS-31. Возвращаясь к истории, стоит упомянуть то, что год запуска изначально планировался другой. Предполагаемой датой должен был стать октябрь 1986 года, но в январе того же года, произошла катастрофа «Челленджера» и все были вынуждены отложить запланированный запуск.С каждым месяцем простоя стоимость программы увеличивалась на 6 миллионов долларов. Ведь не так просто сохранить в идеальном состоянии объект, который нужно будет отправить в космос. «Хаббл» был помещен в особое помещение, в котором была искусственно создана очищенная атмосфера, а также частично функционировали бортовые системы. За время хранения, также некоторые приборы были заменены на более современные.

Когда запустили"Хаббл" все ожидали неимоверного триумфа, но не сразу все было так, как хотелось. Ученые столкнулись с проблемами уже с первых снимков. Было понятно, что на зеркале телескопа имеется дефект, и качество снимков отличалось от ожидаемого. Также было не совсем понятно, сколько лет пройдет с момента обнаружения проблемы до ее решения. Ведь было очевидным, что заменить главное зеркало телескопа непосредственно на орбите невозможно, а вернуть его на Землю чрезвычайно дорого, поэтому было принято решение о том, что нужно установить на него дополнительную аппаратуру и за счет нее скомпенсировать дефект зеркала.Так, уже в декабре 1993 года был отправлен шаттл «Индевор» с нужными конструкциями. Космонавты пять раз выходили в открытый космос и успешно смогли установить нужные детали на телескоп «Хаббл».

Что новое увидел в космосе телескоп? И какие открытия смогло сделать человечество на основе снимков? Это одни из самых распространенных вопросов, задаваемых когда-либо учеными. Конечно, самые большие звезды, снятые телескопом не остались без внимания. А именно, благодаря уникальности телескопа, астрономы выявили одновременно девять огромных звезд (в звездном скоплении R136), масса которых больше чем в 100 раз превосходит массу Солнца. Были обнаружены и звезды, масса которых превышает массу Солнца в 50 раз.

Также не осталось без внимания фото, где запечатлены двести безумно горячих звезд, которые в совокупности дают нам туманность NGC 604. Именно «Хаббл» смог заснять флуоресценцию туманности, которая была вызвана ионизированным водородом.

Говоря о теории большого взрыва, которая сегодня является одной из самых широко обсуждаемых и самой достоверной в истории происхождения Вселенной, стоит вспомнить о реликтовом излучении. Реликтовое излучение является одним из ее основоположных доказательств. А вот еще одним стало космологическое красное смещение.В совокупности получилось проявление эффекта Доплера. По нему тело видит предметы, которые к нему приближаются в синем цвете, а если они отдаляются, то становятся более красными. Так, наблюдая за космическими объектами с телескопа «Хаббл», смещение было красным и на этом основании было сделано заключение о расширении Вселенной.

Рассматривая снимки с телескопа, одним из первых вы увидите Дальнее поле. На фото вы уже не разглядите звезды по отдельности — это будут целые галактики.И сразу же возникает вопрос: на какое расстояние видит телескоп и какой его крайний рубеж? Для того, чтобы ответить, как телескоп видит так далеко, нужно подробно рассмотреть конструкцию «Хаббла».

Технические характеристики телескопа

1. Габаритные размеры всего спутника: 13,3 м — длина, масса около 11 тонн, но с учетом всех установленных приборов, его масса достигает 12,5 тонн и диаметр — 4,3 м.
2. Форма точности ориентации может достигать 0,007 угловых секунд.
3. Две двусторонние солнечные батареи мощностью 5 кВт, но есть еще 6 батарей, у которых емкость 60 ампер/часов.
4. Все двигатели работают на гидразине.
5. Антенна, которая способна принимать все данные со скоростью 1 кБ/с, а отдавать — 256/512 кБ/с.
6. Основное зеркало, диаметр которого — 2,4 м, а также вспомогательное — 0,3 м.Материал главного зеркала — плавленое кварцевое стекло, которое не поддается тепловым деформациям.
7. Какое увеличение, такое и фокусное расстояние, а именно 56,6 м.
8. Кратность обращения —раз в полтора часа.
9. Радиус сферы «Хаббла» —отношение скорости света к постоянной Хаббла.
10. Характеристики излучения — 1050-8000 ангстрем.
11. А вот на какой высоте над поверхностью Земли находится спутник, известно давно. Это 560 км.

Как устроен принцип работы телескопа «Хаббл»?

Принцип работы телескопа является рефлектором системы Ричи-Кретьена. Строение системы — это главное зеркало, которое вогнуто гиперболически, а вот его вспомогательное зеркало — выпукло гиперболически. Устройство, установленное в самом центре гиперболического зеркала называется окуляр. Поле зрения — около 4°.

Так кто же все-таки принимал участие в создании этого потрясающего телескопа, который несмотря на свой почтенный возраст, продолжает радовать нас своими открытиями?

История создания уходит в далекие семидесятые года 20 века. Над самыми важными частями телескопа, а именно главным зеркалом работало несколько компаний. Ведь требования выдвигались достаточно жесткие, а результат планировался идеальным. Так, компания PerkinElmer хотела использовать свои станки с новыми технологиями для достижения нужной формы. А вот компания Kodak подписала контракт, в котором предполагалось использование более традиционных методов, но уже для запасных деталей. Работы по изготовлению начались еще в 1979 году, а полировка нужных деталей продолжалась до середины 1981 года. Даты были очень сдвинуты, и возник вопрос компетентности компании PerkinElmer, по итогам было перенесено запуск телескопана октябрь 1984 года. Вскоре некомпетентность проявлялась все больше, и еще несколько раз переносилась дата запуска.История подтверждает, что одной из предполагаемых дат был сентябрь 1986 года, в то время как общий бюджет всего проекта вырос до 1,175 млрд. долл.

И напоследок, информация о самых интересных и значимых наблюдениях телескопа «Хаббл»:

1. Были обнаружены планеты, которые находятся вне Солнечной системы.
2. Найдено огромное количество протопланетных дисков, которые располагаются вокруг звезд Туманности Ориона.
3. Произошло открытие в изучении поверхности Плутона и Эриды. Были получены первые карты.
4. Немаловажным является частичное подтверждение теории об очень массивных черных дырах, которые располагаются в центрах галактик.
5. Было показано, что достаточно схожи по форме Млечный Путь и Туманность Андромеды имеют значительные отличия в их истории возникновения.
6. Был однозначно установлен точный возраст нашей Вселенной. Он составляет 13,7 млрд. лет.
7. Гипотезы относительно изотропности — также верны.
8. В 1998 году были объединены исследования и наблюдения наземных телескопов и «Хаббла», и установлено, что в темной энергии ¾ содержания от полной плотности всей энергии Вселенной.

Изучение космических пространств продолжается...

Из своего земного дома мы вглядываемся вдаль, стремясь представить себе устройство мира, в котором родились. Ныне мы глубоко проникли в пространство. Близкие окрестности мы знаем уже довольно хорошо. Но по мере продвижения вперёд наши познания становятся всё менее полными, пока мы не подходим к неясному горизонту, где в тумане ошибок ищем едва ли более реальные ориентиры. Поиски будут продолжаться. Стремление к знаниям древнее истории. Оно не удовлетворено, его нельзя остановить.
Эдвин Пауэлл Хаббл

На заре ХХ века теоретики космонавтики мечтали о том, что когда-нибудь человечество научится запускать в космос телескопы. Земная оптика в то время была несовершенна, астрономическим наблюдениям часто мешала плохая погода и «засветка» неба, поэтому казалось разумным отправить телескоп за пределы атмосферы, чтобы изучать планеты и звёзды без помех. Но даже фантасты не смогли бы в то время предсказать, сколько удивительных и неожиданных открытий принесут орбитальные телескопы.

СЧАСТЛИВЫЙ БРАК

Самым известным орбитальным телескопом является «Хаббл» (Hubble Space Telescope, HST), названный в честь знаменитого американского астронома Эдвина Пауэлла Хаббла, доказавшего, что галактики являются звёздными системами, и открывшего их разбегание.

Телескоп «Хаббл» входит в четвёрку Больших обсерваторий NASA. Имея главное зеркало диаметром 2,4 метра, он долгое время оставался самым большим оптическим инструментом на орбите, пока в 2009 году Европейское космическое агентство не запустило туда инфракрасный телескоп «Гершель» с диаметром зеркала 3,5 метра. На Земле такого размера инструменты не могут полностью реализовать свою разрешающую способность: дрожание атмосферы размывает изображение.

Проект мог провалиться, если бы телескоп изначально не был рассчитан на обслуживание астронавтами. Фирма «Кодак» быстро изготовила второе зеркало, однако заменить его в космосе было невозможно, и тогда специалисты предложили создать космические «очки» - систему оптической коррекции COSTAR из двух особых зеркал. Чтобы установить систему на «Хаббл», 2 декабря 1993 года на орбиту отправился шаттл Endeavour. Астронавты совершили пять сложнейших выходов в открытый космос и вернули дорогостоящий телескоп к жизни.

Позднее астронавты NASA летали к «Хабблу» ещё четыре раза, значительно продлив срок его эксплуатации. Очередная экспедиция была назначена на февраль 2005 года, но в марте 2003-го, после катастрофы шаттла Columbia, она была отложена на неопределённый срок, что поставило под угрозу дальнейшую работу телескопа.

Под давлением общественности в июле 2004 года комиссия Академии наук США постановила сохранить телескоп. Через два года новый директор NASA Майкл Гриффин объявил о подготовке последней экспедиции по ремонту и модернизации телескопа. Предполагается, что после этого «Хаббл» проработает на орбите до 2014 года, после чего его сменит более совершенный телескоп «Джеймс Вебб».

«Хаббл» был доставлен на орбиту 24 апреля 1990 года в грузовом отсеке шаттла Discovery. По иронии судьбы «Хаббл», начав работу в космосе, дал изображение хуже, чем такой же по размерам наземный телескоп. Причиной была ошибка при изготовлении главного зеркала

РАБОТА С «ХАББЛОМ»

С «Хабблом» может поработать любой человек, имеющий диплом астронома. Однако придётся подождать в очереди. Конкуренция за время наблюдений высока: обычно запрошенное время в шесть, а иногда в девять раз превышает реально доступное.

В течение нескольких лет часть времени из резерва выделялась астрономам-любителям. Их заявки рассматривались специальным комитетом. Основным требованием к заявке была оригинальность темы. В период между 1990 и 1997 годом было произведено 13 наблюдений по программам, предложенным астрономами-любителями. Затем из-за недостатка времени эту практику прекратили.

Открытия, сделанные с помощью «Хаббла», трудно переоценить: первые изображения астероида Церера, карликовой планеты Эрида, далёкого Плутона. В 1994 году «Хаббл» предоставил высококачественные снимки столкновения кометы Шумейкеров-Леви-9 с Юпитером. «Хаббл» отыскал множество протопланетных дисков вокруг звёзд в Туманности Ориона - таким образом астрономы смогли доказать, что процесс формирования планет происходит у большинства звёзд нашей галактики. По результатам наблюдений квазаров была построена космологическая модель Вселенной - оказалось, что наш мир расширяется с ускорением и заполнен загадочной тёмной материей. Кроме того, наблюдения «Хаббла» позволили уточнить возраст Вселенной - 13,7 миллиарда лет.

За 15 лет работы на околоземной орбите «Хаббл» получил 700 тысяч изображений 22 тысяч небесных объектов: планет, звёзд, туманностей и галактик. Поток данных, которые он ежедневно генерирует в процессе наблюдений, составляет 15 гигабайт. Общий их объём уже превысил 20 терабайт.

В этой подборке мы представляем наиболее интересные из снимков, сделанных «Хабблом». Тема - туманности и галактики. Ведь «Хаббл» прежде всего создавался для на- блюдения за ними. В следующих статьях «МФ» обратится к снимкам других космических объектов.

ТУМАННОСТЬ АНДРОМЕДЫ

Туманность Андромеды, получившая в каталоге Мессье обозначение М31, хорошо известна любителям как астрономии, так и научной фантастики. И все они знают, что это вовсе не туманность, а ближайшая к нам галактика. Благодаря наблюдениям за ней Эдвин Хаббл сумел доказать, что многие из туманностей являются звёздными системами, подобными нашему Млечному Пути.

Как следует из названия, туманность расположена в созвездии Андромеды и находится от нас на расстоянии 2,52 миллиона световых лет. В 1885 году в галактике вспыхнула сверхновая SN 1885A. За всю историю наблюдений это пока единственное подобное событие, зарегистрированное в М31.

В 1912 году было установлено, что Туманность Андромеды приближается к нашей галактике со скоростью 300 км/с. Столкновение двух галактических систем произойдёт приблизительно через 3-4 миллиарда лет. Когда это произойдёт, они сольются в одну большую галактику, которую астрономы называют Млечномедой. Возможен вариант, что при этом наша Солнечная система будет выброшена в межгалактическое пространство мощными гравитационными возмущениями

КРАБОВИДНАЯ ТУМАННОСТЬ

Крабовидная туманность - одна из самых знаменитых газовых туманностей. Она занесена в каталог французского астронома Шарля Мессье под номером один (М1). Сама идея создать каталог космических туманностей пришла к Мессье после того, как, наблюдая небо 12 сентября 1758 года, он принял Крабовидную туманность за новую комету. Чтобы избежать таких ошибок в будущем, француз и взялся регистрировать подобные объекты.

Крабовидная Туманность находится в созвездии Тельца, на расстоянии 6,5 тысяч световых лет от Земли, и представляет собой остатки от взрыва сверхновой. Сам взрыв наблюдали арабские и китайские астрономы 4 июля 1054 года. Согласно сохранившимся записям, вспышка оказалась настолько яркой, что была видна даже днём. С тех пор туманность расширяется с чудовищной скоростью - около 1000 км/с. Её протяжённость сегодня составляет более десяти световых лет. В центре туманности находится пульсар PSR B0531+21 - десятикилометровая нейтронная звезда, оставшаяся после взрыва сверхновой. Свое название Крабовидная туманность получила от рисунка астронома Уильяма Парсонса, сделанного в 1844 году, - в этом наброске она очень напоминала краба

У орбитальной астрономии есть своя история. К примеру, во время полного солнечного затмения 19 июня 1936 года московский астроном Пётр Куликовский совершил подъём на субстратостате для фотографирования короны и ореола Солнца. В 1950-х годах француз Одуен Дольфюс предпринял серию стратосферных полётов в специально сконструированной для этой цели гермокабине, поднимаемой гирляндой из 104-х небольших воздушных шаров, привязанных к 450-метровому тросу. Кабина была снабжена 30-сантиметровым телескопом, и с его помощью снимались спектры планет. Развитием этих экспериментов стала беспилотная гондола «Астролаб», с которой французы выполнили серию стратосферных наблюдений, - её система ориентации и стабилизации уже создавалась на основе космических технологий.

Для американских астрономов первым шагом к орбитальным телескопам стала программа «Стратоскоп», которой руководил известный астрофизик Мартин Шварцшильд. С 1955 года начались полёты «Стратоскопа-1» с солнечным телескопом, а 1 марта 1963 года свой первый ночной полёт совершил «Стратоскоп-2», оснащённый высококачественным рефлектором системы Кассегрена - с его помощью были получены инфракрасные спектры планет и звёзд. Последний и наиболее удачный полёт состоялся в марте 1970 года. За девять часов наблюдения были получены снимки планет-гигантов и ядра галактики NGC 4151. Полётом управляла группа во главе с сотрудником Принстонского университета Робертом Даниельсоном, который позднее вошёл в группу проектантов телескопа «Хаббл».

СТОЛПЫ ТВОРЕНИЯ

Столпы Творения - фрагменты газопылевой туманности Орла (М16), которую можно разглядеть в созвездии Змеи. «Хаббл» снял их в апреле 1995 года, и этот снимок стал одним из самых популярных в коллекции NASA. Первоначально считалось, что в Столпах Творения рождаются новые звёзды - отсюда и название. Однако более поздние исследования показали обратное - как раз там материала для образования звёзд недостаточно. Пик рождения светил в туманности Орла завершился уже миллион лет назад, и первые молодые и горячие солнца своим излучением успели разогнать газ в центре

Столпы Творения являются частью нашей галактики, но отстоят на 7 тысяч световых лет. Они колоссальны (высота левого - треть парсека), но весьма неустойчивы. Недавно астрономы обнаружили, что около 9 тысяч лет назад рядом с ними взорвалась сверхновая. Ударная волна достигла Столпов 6 тысяч лет на- зад и уже уничтожила их, но с учетом удалённости земляне ещё нескоро смогут наблюдать разрушение одного из самых необычных и красивых космических объектов.

ИНКУБАТОР МИРОВ

Если в туманности Орла процесс рождения новых звёзд завершился, то в созвездии Ориона пока ещё нет. Газопылевая туманность Ориона (М42) находится в том же спиральном рукаве галактики, что и Солнце, но на расстоянии 1300 световых лет от нас. Это ярчайшая туманность ночного неба, она хорошо различима невооружённым глазом. Размеры туманности велики - её протяжённость составляет 33 световых года. Там находится около тысячи светил в возрасте менее миллиона лет (по космическим меркам, это младенцы) и десятки тысяч звёзд, которым чуть больше десяти миллионов лет. Благодаря «Хабблу» удалось разглядеть протопланетные диски рядом с юными звёздами, причём на разных стадиях формирования. Наблюдая за туманностью, астрономы могут наконец составить ясное представление о том, как рождаются планетные системы. Однако происходящие в туманности Ориона процессы настолько активны, что уже через 100 тысяч лет она распадётся и прекратит существование, оставив после себя скопление звёзд с планетами.

БУДУЩЕЕ СОЛНЦА

В космосе можно увидеть не только рождение миров, но и их смерть. На снимке «Хаббла», полученном в 2001 году, запечатлена Муравьиная туманность, которая известна астрономам под обозначением Mz3 (Menzel 3). Туманность расположена в нашей галактике на расстоянии 3 тысяч световых лет от Земли и образовалась в результате выбросов газа из звезды, похожей на наше Солнце. Её протяжённость более светового года.

Муравьиная туманность озадачила астрономов. Пока они не могут ответить на вопрос, почему вещество умирающей звезды разлетается не в виде расширяющейся сферы, а в виде двух независимых выбросов, придающих туманности вид муравья, - это плохо согласуется с существующей теорией эволюции звёзд. Одно из возможных объяснений: у затухающей звезды есть очень близкая звезда-компаньон, сильные гравитационные приливные силы которой оказыва- ют влияние на формирование потоков газа. Другое объяснение: при вращении затухающей звезды её магнитное поле приобретает сложную закручивающуюся структуру, влияя на заряженные частицы, разлетающиеся в пространстве со скоростью до 1000 км/с. Так или иначе, но пристальное наблюдение за Муравьиной туманностью поможет нам увидеть возможное будущее нашего родного светила.

СМЕРТЬ МИРА

Звёзды, превышающие по массе Солнце, обычно заканчивают свою жизнь превращением в сверхновую. «Хабблу» удалось запечатлеть несколько таких вспышек, но, пожалуй, самым эффектным выглядит снимок сверхновой 1994D, которая взорвалась на окраинах диска галактики NGC 4526 (видна на фотографии как яркое пятно внизу слева). Сверхновая 1994D не была чем-то особенным - наоборот, она интересна как раз тем, что очень похожа на другие. Имея представление о сверхновых, астрономы по блеску 1994D могут определить расстояние до неё и уточнить, как расширяется Вселенная. Сам снимок наглядно демонстрирует масштабы явления - по своей светимости сверхновая сопоставима со светимостью целой галактики.

ПОЖИРАТЕЛЬ ГАЛАКТИК

В космосе существуют не только звёзды, туманности и галактики, но и чёрные дыры. Чёрная дыра - это область в пространстве, гравитационное притяжение в которой настолько велико, что её не может покинуть даже свет. Счи- тается, что можно встретить несколько типов чёрных дыр: возникших в момент Большого взрыва, зародившихся в результате коллапса массивной звезды и сформировавшихся в центрах галактик. Астрономы говорят, что огромные чёрные дыры есть в центре любой спиральной и эллиптической галактики. Но как увидеть то, из чего не способен вырваться даже свет? Оказывается, обнаружить чёрную дыру можно по её взаимодействию с пространством.

На снимке «Хаббла», полученном в 2000 году, запечатлён центр эллиптической галактики М87 - крупнейшей в скоплении созвездия Девы. Она находится от нас на расстоянии 50 миллионов световых лет и является источником мощнейшего радио- и гамма-излучения. Ещё в 1918 году было установлено, что из центра галактики бьёт струя раскалённых газов, скорость внутри которой близка к световой. Протяжённость струи - 5 тысяч световых лет! Изучение галактики М87 показало: феноменальную плотность вещества в её центре и чудовищную струю можно объяснить, только если предположить, что там находится гигантская чёрная дыра, масса которой в 6,4 миллиарда раз больше солнечной. Наличие этого «пожирателя» галактик и периодические выбросы вещества из области рядом с ним препятствуют рождению новых звёзд. Астрономы уверены: если бы в центре М87 находилась обычная чёрная дыра, то галактика имела бы спиральный вид, а по яркости в 30 раз превосходила бы нашу.

ЮНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

Орбитальный телескоп «Хаббл» может служить не только оптическим инструментом, но и настоящей «машиной времени» - например, с его помощью можно разглядеть объекты, появившиеся практически сразу после Большого взрыва. В 2004 году «Хаббл» посредством новой чувствительной камеры сумел сфотографировать скопление из 10 тысяч самых удалённых и, соответственно, самых древних галактик. Эти галактики находятся от нас на рекордном расстоянии - 13,1 миллиарда световых лет. Если наша Вселенная родилась 13,7 миллиарда лет назад, то получается, что обнаруженные галактики появились всего-то спустя 650-700 миллионов лет после Большого взрыва. Разумеется, мы видим не сами эти галактики, а лишь их свет, который наконец-то добрался до Земли

Таким образом, на фотографии отображены события, которые происходили в первый миллиард лет жизни нашей Вселенной. По оценкам учёных, на том этапе эволюции она была на порядок меньше своих сегодняшних размеров, а находившиеся в ней объекты располагались ближе друг к другу. Некоторые из сфотографированных галактик напрочь лишены чёткой внутренней структуры, присущей нашей галактике. Другие - явно переживают период столкновения, когда чудовищные гравитационные силы придают им необычную форму.

Регион древнейших галактик астрономы условно называют Ultra Deep Field. Он находится чуть ниже созвездия Ориона.

ТУМАННОСТЬ КОНСКАЯ ГОЛОВА

Туманность Конская Голова (или Barnard 33) находится в созвездии Ориона на расстоянии около 1600 световых лет от Земли. Её линейный размер - 3,5 световых года. Она - часть огромного газопылевого комплекса, названного Облаком Ориона. Эта туманность известна даже людям, далёким от астрономии, ведь она и впрямь похожа на конскую голову. Красное свечение голове придает ионизация водорода, находящегося за туманностью, под действием излучения от ближайшей яркой звезды - Альнитак. Истекающий из туманности газ движется в сильном магнитном поле. Яркие пятна в основании туманности Конская Голова - это молодые звёзды, находящиеся в процессе формирования. Благодаря своей необычной форме туманность привлекает внимание: её часто рисуют и фотографируют. Наверное, именно поэтому снимок Конской Головы, сделанный «Хабблом», был признан лучшим по итогам голосования пользователей интернета.

ГАЛАКТИКА СОМБРЕРО

Сомбреро (М104) - это спиральная галактика в созвездии Девы, которая находится на расстоянии 28 миллионов световых лет от нас. Диаметр галактики - 50 тысяч световых лет. Свое название она получила благодаря выступающей центральной части (балджу) и ребру из тёмного вещества (не путать с тёмной материей!), придающим галактике сходство с мексиканской шляпой. Центральная часть галактики излучает во всех диапазонах электромагнитного спектра. Как установили учёные, там находится гигантская чёрная дыра, масса которой в миллиард раз превосходит солнечную. Пылевые кольца M104 содержат большое количество молодых ярких звёзд и обладают крайне сложной структурой, которая пока не поддаётся объяснению.

Снимок галактики Сомбреро был признан лучшим снимком «Хаббла» по мнению астрономов, опрошенных корреспондентами британской газеты Daily Mail. Наверное, своим выбором астрономы хотели сказать, что познание Вселенной не сводится к кропотливому изучению тысяч фотографий звёздного неба, к построению графиков и к бесконечным вычислениям. Познавая Вселенную, мы ещё и наслаждаемся её фантастической красотой. И в этом нам помогает уникальное творение человеческих рук - орбитальный телескоп «Хаббл».

Эдвин Пауэлл Хаббл - выдающийся американский астроном ХХ века. Родился 20 ноября 1889 года в Маршфилде (штат Миссури). Умер 28 сентября 1953 года в Сан-Марино (штат Калифорния). Основные труды Хаббла посвящены изучению галактик.

• В 1922 году Хаббл предложил разделить наблюдаемые туманности на внегалактические (галактики) и галактические (газопылевые).
• В 1923 году учёный ввёл классификацию внегалактических туманностей, разделив их на эллиптические, спиральные и иррегулярные.
• В 1924-м астроном выявил на фотографиях некоторых ближайших галактик звёзды, из которых они состоят, чем доказал: галактики представляют собой звёздные системы, подобные Млечному Пути.
• В 1929 году Хаббл обнаружил зависимость между красным смещением в спектре галактик и расстоянием до них (закон Хаббла). Он вычислил коэффициент, связывающий расстояние до галактики со скоростью её удаления (постоянная Хаббла). Разбегание галактик стало прямым доказательством того, что Вселенная возникла в результате Большого взрыва и продолжает быстро расширяться.

Вид «Хаббла» с борта космического корабля «Атлантис» STS-125

Космический телескоп «Хаббл» (КТХ ; Hubble Space Telescope , HST ; код обсерватории «250») - на орбите вокруг , названная в честь Эдвина Хаббла. Телескоп «Хаббл» - совместный проект НАСА и Европейского космического агентства ; он входит в число Больших обсерваторий НАСА.

Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна; в первую очередь - в инфракрасном диапазоне. Благодаря отсутствию влияния атмосферы разрешающая способность телескопа в 7-10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле.

История

Предыстория, концепции, ранние проекты

Первое упоминание концепции орбитального телескопа встречается в книге Германа Оберта «Ракета в межпланетном пространстве» (Die Rakete zu den Planetenraumen ), изданной в 1923 году.

В 1946 году американский астрофизик Лайман Спитцер опубликовал статью «Астрономические преимущества внеземной обсерватории» (Astronomical advantages of an extra-terrestrial observatory ). В статье отмечены два главных преимущества такого телескопа. Во-первых, его угловое разрешение будет ограничено лишь дифракцией, а не турбулентными потоками в атмосфере; в то время разрешение наземных телескопов было от 0,5 до 1,0 угловой секунды, тогда как теоретический предел разрешения по дифракции для орбитального телескопа с зеркалом 2,5 метра составляет около 0,1 секунды. Во-вторых, космический телескоп мог бы вести наблюдение в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, в которых поглощение излучений земной атмосферой весьма значительно.

Спитцер посвятил значительную часть своей научной карьеры продвижению проекта. В 1962 году доклад, опубликованный Национальной академией наук США, рекомендовал включить разработку орбитального телескопа в космическую программу, и в 1965 году Спитцер был назначен главой комитета, в задачу которого входило определение научных задач для крупного космического телескопа.

Космическая астрономия стала развиваться после окончания Второй мировой войны. В 1946 году впервые был получен ультрафиолетовый спектр .Орбитальный телескоп для исследований Солнца был запущен Великобританией в 1962 году в рамках программы «Ариэль», а в 1966 году НАСА запустило в космос первую орбитальную обсерваторию OAO-1. Миссия не увенчалась успехом из-за отказа аккумуляторов через три дня после старта. В 1968 году была запущена OAO-2, которая производила наблюдения ультрафиолетового излучения и вплоть до 1972 года, значительно превысив расчётный срок эксплуатации в 1 год.

Миссии OAO послужили наглядной демонстрацией роли, которую могут играть орбитальные телескопы, и в 1968 году НАСА утвердило план строительства телескопа-рефлектора с зеркалом диаметром 3 м. Проект получил условное название LST (Large Space Telescope ). Запуск планировался на 1972 год. Программа подчёркивала необходимость регулярных пилотируемых экспедиций для обслуживания телескопа с целью обеспечения продолжительной работы дорогостоящего прибора. Параллельно развивавшаяся программа «Спейс шаттл» давала надежды на получение соответствующих возможностей.

Борьба за финансирование проекта

Благодаря успеху программы ОАО в астрономическом сообществе сложился консенсус о том, что строительство крупного орбитального телескопа должно стать приоритетной задачей. В 1970 году НАСА учредило два комитета, один для изучения и планирования технических аспектов, задачей второго была разработка программы научных исследований. Следующим серьёзным препятствием было финансирование проекта, затраты на который должны были превзойти стоимость любого наземного телескопа. Конгресс США поставил под сомнение многие статьи предложенной сметы и существенно урезал ассигнования, первоначально предполагавшие масштабные исследования инструментов и конструкции обсерватории. В 1974 году, в рамках программы сокращений расходов бюджета, инициированной президентом Фордом, Конгресс полностью отменил финансирование проекта.

В ответ на это астрономами была развёрнута широкая кампания по лоббированию. Многие учёные-астрономы лично встретились с сенаторами и конгрессменами, было также проведено несколько крупных рассылок писем в поддержку проекта. Национальная Академия Наук опубликовала доклад, в котором подчёркивалась важность создания большого орбитального телескопа, и в результате сенат согласился выделить половину средств из бюджета, первоначально утверждённого Конгрессом.

Финансовые проблемы привели к сокращениям, главным из которых было решение уменьшить диаметр зеркала с 3 до 2,4 метра, для снижения затрат и получения более компактной конструкции. Также был отменён проект телескопа с полутораметровым зеркалом, который предполагалось запустить с целью тестирования и отработки систем, и принято решение о кооперации с Европейским космическим агентством. ЕКА согласилось участвовать в финансировании, а также предоставить ряд инструментов и для обсерватории, взамен за европейскими астрономами резервировалось не менее 15 % времени наблюдений. В 1978 году Конгресс утвердил финансирование в размере 36 млн долл., и сразу после этого начались полномасштабные работы по проектированию. Дата запуска планировалась на 1983 год. В начале 1980-х телескоп получил имя Эдвина Хаббла.

Организация проектирования и строительства

Работа над созданием космического телескопа была поделена между многими компаниями и учреждениями. Космический центр Маршалла отвечал за разработку, проектирование и строительство телескопа, Центр космических полётов Годдарда занимался общим руководством разработкой научных приборов и был выбран в качестве наземного центра управления. Центр Маршалла заключил контракт с компанией «Перкин-Элмер» на проектирование и изготовление оптической системы телескопа (Optical Telescope Assembly - OTA ) и датчиков точного наведения. Корпорация «Локхид» получила контракт на строительство для телескопа.

Изготовление оптической системы

Полировка главного зеркала телескопа, лаборатория компании «Перкин-Элмер», май 1979 года

Зеркало и оптическая система в целом были наиболее важными частями конструкции телескопа, и к ним предъявлялись особо жёсткие требования. Обычно зеркала телескопов изготавливаются с допуском примерно в одну десятую длины волны видимого света, но, поскольку космический телескоп предназначался для наблюдений в диапазоне от ультрафиолетового до почти инфракрасного, а разрешающая способность должна была быть в десять раз выше, чем у наземных приборов, допуск для изготовления его главного зеркала был установлен в 1/20 длины волны видимого света, или примерно 30 нм.

Компания «Перкин-Элмер» намеревалась использовать новые станки с числовым программным управлением для изготовления зеркала заданной формы. Компания «Кодак» получила контракт на изготовление запасного зеркала с использованием традиционных методов полировки, на случай непредвиденных проблем с неопробированными технологиями (зеркало, изготовленное компанией «Кодак», в настоящее время находится в экспозиции музея Смитсоновского института). Работы над основным зеркалом начались в 1979 году, для изготовления использовалось стекло со сверхнизким коэффициентом теплового расширения. Для уменьшения веса зеркало состояло из двух поверхностей - нижней и верхней, соединённых решётчатой конструкцией сотовой структуры.

Резервное зеркало телескопа, Смитсоновский музей авиации и космонавтики, Вашингтон

Работы по полировке зеркала продолжались до мая 1981 года, при этом были сорваны первоначальные сроки и значительно превышен бюджет. В отчётах НАСА того периода выражаются сомнения в компетентности руководства компании «Перкин-Элмер» и её способности успешно завершить проект такой важности и сложности. В целях экономии средств НАСА отменило заказ на резервное зеркало и перенесло дату запуска на октябрь 1984 года. Окончательно работы завершились к концу 1981 года, после нанесения отражающего покрытия из алюминия толщиной 75 нм и защитного покрытия из фторида магния толщиной в 25 нм.

Несмотря на это, сомнения в компетентности «Перкин-Элмер» оставались, поскольку сроки окончания работ над остальными компонентами оптической системы постоянно отодвигались, а бюджет проекта рос. Графики работ, предоставляемые компанией, НАСА охарактеризовало как «неопределённые и изменяющиеся ежедневно» и отложило запуск телескопа до апреля 1985 года. Тем не менее, сроки продолжали срываться, задержка росла в среднем на один месяц каждый квартал, а на завершающем этапе росла на один день ежедневно. НАСА было вынуждено ещё дважды перенести старт, сначала на март, а затем на сентябрь 1986 года. К тому времени общий бюджет проекта вырос до 1,175 млрд долл.

Космический аппарат

Начальные этапы работ над космическим аппаратом, 1980

Другой сложной инженерной проблемой было создание аппарата-носителя для телескопа и остальных приборов. Основными требованиями были защита оборудования от постоянных перепадов температур при нагреве от прямого солнечного освещения и охлаждения в тени Земли и особо точное ориентирование телескопа. Телескоп смонтирован внутри лёгкой алюминиевой капсулы, которая покрыта многослойной термоизоляцией, обеспечивающей стабильную температуру. Жёсткость капсулы и крепление приборов обеспечивает внутренняя пространственная рама из углепластика.

Хотя работы по созданию космического аппарата проходили более успешно, чем изготовление оптической системы, «Локхид» также допустила некоторое отставание от графика и превышение бюджета. К маю 1985 года перерасход средств составил около 30 % от первоначального объёма, а отставание от плана - 3 месяца. В докладе, подготовленном Космическим центром Маршалла, отмечалось, что при проведении работ компания не проявляет инициативу, предпочитая полагаться на указания НАСА.

Координация исследований и управление полётом

В 1983 году, после некоторого противоборства между НАСА и научным сообществом был учреждён Научный институт космического телескопа. Институт управляется Ассоциацией университетов по астрономическим исследованиям (Association of Universities for Research in Astronomy ) (AURA) и располагается в кампусе университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд. Университет Хопкинса - один из 32 американских университетов и иностранных организаций, входящих в ассоциацию. Научный институт космического телескопа отвечает за организацию научных работ и обеспечение доступа астрономов к полученным данным; эти функции НАСА хотело оставить под своим контролем, но учёные предпочли передать их академическим учреждениям.

Европейский координационный центр космического телескопа был основан в 1984 году в городе Гархинг, Германия для предоставления аналогичных возможностей европейским астрономам.

Управление полётом было возложено на Центр космических полётов Годдарда, который находится в городе Гринбелт, Мэриленд, в 48 километрах от Научного института космического телескопа. За функционированием телескопа ведётся круглосуточное посменное наблюдение четырьмя группами специалистов. Техническое сопровождение осуществляется НАСА и компаниями-контакторами через Центр Годдарда.

Запуск и начало работы

Старт шаттла «Дискавери» с телескопом «Хаббл» на борту

Первоначально запуск телескопа на орбиту планировался на октябрь 1986 года, но 28 января приостановила программу «Спейс шаттл» на несколько лет, и запуск пришлось отложить.

Всё это время телескоп хранился в помещении с искусственно очищенной атмосферой, его бортовые системы были частично включены. Расходы на хранение составляли около 6 млн долл. в месяц, что ещё больше увеличило стоимость проекта.

Вынужденная задержка позволила произвести ряд усовершенствований: солнечные батареи были заменены на более эффективные, был модернизирован бортовой вычислительный комплекс и системы связи, а также изменена конструкция кормового защитного кожуха с целью облегчить обслуживание телескопа на орбите.Кроме того, программное обеспечение для управления телескопом было не готово в 1986 году и фактически было окончательно написано только к моменту запуска в 1990 году.

После возобновления полётов шаттлов в 1988 году запуск был окончательно назначен на 1990 год. Перед запуском накопившаяся на зеркале пыль была удалена при помощи сжатого азота, а все системы прошли тщательное тестирование.