Loading Posts...

Hubble 30 лет на службе человечеству

Научные исследования, производившиеся космическим телескопом Hubble, остаются неповторимыми в течение четверти века с момента его запуска. Его наблюдения оказали огромное влияние на все области астрономии.

Если в космосе происходит что-нибудь интересное, ученые обязательно должны взглянуть на это при помощи телескопа Hubble. Он легко достиг поставленных перед ним первичных научных целей, а затем доказал, что является достаточно приспособленным для того, чтобы иметь дело с неизвестными рубежами — экзопланетами и темной энергией. «Ближе к дому» Hubble осуществлял поддержку других космических миссий в Солнечной системе — таких, как миссия New Horizons к Плутону.

Благодаря периодическим модернизациям, которые проводила NASA в течение срока его эксплуатации, технологически Hubble теперь гораздо более совершенный инструмент, чем
тот, каким он был в начале 90-х годов. Теоретически он может продолжить свою деятельность и после 2020 г., работая в связке с новым поколением космических и наземных телескопов.

«Кривое зеркало»

Hubble был выведен на орбиту 25 апреля 1990 г. и с тех пор существенно трансформировал наш взгляд на Вселенную, внеся серьезный вклад во все области астрономии, возбуждая интерес общественности к этой науке. К обработке его наблюдений привлекаются сотни астрономов со всего мира. В строительстве орбитальной обсерватории поучаствовало и ESA, сконструировав солнечные панели и одну из первых камер.

Уже первые фотографии, переданные телескопом на Землю, показали, что вследствие неправильной формы главного 2,4-метрового зеркала он не способен получать изображения нужной четкости. Это вызвало соответствующую реакцию широкой публики…

Со стороны NASA были предприняты попытки исправить ситуацию путем установки специальных корректирующих линз. Планировалось также обновлять камеры телескопа, посылая к нему пилотируемые шаттлы. Однако после того, как 1 февраля 2003 г. разбилась Columbia, в NASA решили прекратить ремонтные миссии — они собирались утилизировать
Hubble еще 10 лет назад. К счастью, Джордж Буш-младший не остался президентом еще на один срок. Потом были сокращены расходы на обслуживание уникального инструмента…

Но все-таки в 2009 г. удалось провести финальную модернизацию, заменив Камеру широкого поля WFC2 на новую, третью версию.

Вот какие задачи стояли перед обсерваторией Hubble на момент запуска:

• Уточнение масштаба космических расстояний и постоянной Хаббла;
• Исследования газа внутри галактик и во внегалактическом пространстве;
• Определение абсолютного блеска сверхновых;
• Изучение происхождения и эволюции Солнечной Системы.

Но в процессе работы совершенно неожиданно оказалось, что Hubble можно использовать также и для следующих целей:

• Изучение источников гамма-излучения;
• Измерение возраста Вселенной;
• Фотографирование и определение состава атмосфер экзопланет;
• Исследование темной энергии и расширения Вселенной;
• Изучение образования звезд и планет;
• Изучение сверхмассивных черных дыр;
• Определение возраста звезд в других галактиках;
• Исследование гравитационных линз и темной материи.

Ранее считалось, что расширение Вселенной со временем замедляется — вопрос был только в том, насколько быстро это происходит. Для получения ответа на этот вопрос астрономы занялись далекими сверхновыми. И благодаря телескопу Hubble они пришли к неожиданному результату: оказалось, что примерно 6 млрд лет назад замедление расширения Вселенной сменилось ускорением! Две команды ученых получили за это открытие Нобелевскую премию.

Читать:  Уравнение Дрейка

Эксперты-космологи предсказывают, что Вселенная будет стабильной, по крайней мере, еще триллион лет. Некоторых указанный промежуток времени почему-то пугает.

Мистер Спок и экзопланеты

Наверное, многие удивляются тому, как свободно сценаристы сериала «Звездный Путь» обходятся с названиями и свойствами различных планет вне Солнечной системы. Еще пару
десятилетий назад казалось, что эти планеты так далеко от нас, что никогда не будут исследованы, а потому не имеет смысла придерживать полет своей фантазии. И вот уже в наше время Hubble дал нам возможность оперировать настоящими, реальными свойствами реальных экзопланет, находящихся на огромных расстояниях.

Предполагалось, что планетные системы рождаются из газово-пылевых дисков вокруг звезд. Hubble показал нам именно такие объекты в Туманности Ориона — десятки «эмбрионов» планетных систем на светящемся фоне межзвездного газа.

Исследования протопланетных дисков имеют огромное значение для современной астрономии. В отличие от тысяч кандидатов в экзопланеты, мы пока знаем о существовании около 20 таких дисков, в одном из которых — у звезды Фомальгаут — Hubble даже обнаружил планету! С его способностями появилась возможность изучать атмосферы объектов, периодически проходящих по дискам своих звезд. В ходе первых наблюдений удалось зарегистрировать линии поглощения нейтрального натрия, а затем — водорода, углерода, кислорода и даже органических соединений. Этим методом телескопы будущего — гораздо более мощные, чем Hubble — будут исследовать состав атмосфер планет земного типа.

Туманность Андромеды

Совсем недавно Hubble провел панхроматическое исследование сокровищ Туманности Андромеды (PHAT), получив более 400 кадров большой мозаики — сотни витков вокруг Земли, 7398 экспозиций, 411 индивидуальных кадров, 1,5 гигапиксела для изучения поколений звезд соседней с нами галактики. К сожалению, скачать всю эту панораму целиком нереально, хотя многие, возможно, хотели бы повесить ее у себя в коридоре. Космический телескоп разрешил Туманность Андромеды на отдельные звезды — несмотря на то, что она находится
на расстоянии 2,5 млн световых лет. Сколько же там может быть цивилизаций?

Туманность Андромеды в пространстве движется прямо к нам, и через 3-4 млрд лет состоится столкновение наших галактик, к которым позже «присоединится» еще одна наша соседка — галактика М33 в Треугольнике. На основе компьютерных моделей был построен вид нашего неба во время этого столкновения. Самое впечатляющее зрелище нас ожидает примерно через 7 млрд лет (уже после гибели Солнца), когда все небо будет заполнено скоплениями рождающихся звезд, супертуманностями, множеством сверхновых и т.д. Сколько замечательных объектов для астрономов-любителей!

А затем, через 11 млрд лет, астрономия станет совсем скучной, поскольку все небо будет заполнено одной большой эллиптической галактикой — результатом слияния Млечного Пути и Туманности Андромеды.

Читать:  Теория струн и ткань пространства-времени

Начало времен в глубинах Вселенной

Hubble проникает в пространство-время дальше, чем любой другой инструмент. Он получает снимки совсем юных галактик, позволяя судить о том, как они растут и развиваются. Вселенная в молодости была довольно хаотичным местом, которое во многом по-прежнему остается неизведанной страной.

Благодаря экспозициям в десятки тысяч секунд можно заглянуть в самые далекие ее уголки. Эти глубокие «черпки» показали, что по небу разбросано огромнейшее количество галактик. Всю свою историю Hubble вглядывался во Вселенную все глубже и глубже — вплоть до момента, отстоящего от Большого Взрыва всего на 480 млн лет. Его наследник — телескоп Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope — JWST), обладающий огромным составным позолоченным зеркалом стоимостью 8 млрд долларов — несомненно, сможет
проникнуть еще дальше. «Экстремально глубокое поле» покрывает на небе очень маленькую площадку, на самом деле это крошечный образец нашей Вселенной — и такой кусочек содержит десятки тысяч галактик…

В 2004 г. завершилась съемка «сверхглубокого поля Хаббла» (UDF). В нем можно изучать галактики разного возраста, их развитие с течением времени. На основе этих наблюдений удалось смоделировать, как выглядел Млечный Путь 10 млрд лет назад. В нем происходило массовое рождение звезд. Таким образом, Hubble представляет собой настоящую машину
времени, благодаря которой мы можем заглянуть в момент времени, отстоящий от наших дней на 10 млрд лет.

В 2014 г. был получен результат наблюдений этого поля практически со всеми фильтрами, которыми располагает Hubble — от ближнего ультрафиолетового через визуальный к ближнему инфракрасному диапазону. Его можно назвать «панхроматическим сверхглубоким полем». Вопроса, что делать дальше, не возникает — конечно же, наблюдать еще более глубокое поле, еще дальше проникать вглубь Вселенной…

С помощью эффекта гравитационной линзы сейчас выполняется программа «поля на границе» (Frontier Fields). Так можно заглянуть в область красных смещений больше 10, которые «не видит» Hubble, но вполне может увидеть JWST. На снимке «поля на границе» в сверхплотном скоплении галактик Abell 2744 мы видим объекты (крошечные скопления
звезд), возникшие всего через 400 млн лет после Большого Взрыва!

20 лет назад были отсняты спектры центра галактики М87 в созвездии Девы с целью выяснить распределение скоростей вещества в окрестностях сверхмассивной черной дыры в ее центре (массой примерно 6 млрд солнечных).

Дальнейшие исследования показали, что масса центральной черной дыры хорошо коррелирует с размером «материнской» звездной системы: так, например, в шаровом скоплении М15 она имеет массу порядка тысячи, в средних галактиках, наподобие Млечного Пути — миллионов, а в гигантских эллиптических — даже миллиардов солнечных масс, что может служить подсказкой механизмов формирования и эволюции этих объектов.

Темная материя

Основная часть материи нашей Вселенной существует в «темном» виде (темная энергия и темная материя), а все, буквально все, что мы видим — миллионы галактик, триллионы звезд, возможно, десятки триллионов планет — составляет всего 4% от общего количества материи Вселенной. Такое положение можно метафорически сравнить с Чеширским Котом. Вы можете видеть его улыбку, но не самого кота.

Читать:  Измерение межзвездного пространства

Но Hubble иногда позволяет рассмотреть и другие части этого «кота». В одном из скоплений галактик — Abell 68 — темная материя на переднем плане искажает пространство-время таким образом, что изображение далекой галактики фона оказалось разбитым на два фрагмента, один из которых к тому же является точной зеркальной копией другого.

Астрономы изучают столкновения скоплений галактик, чтобы понять, как ведет себя содержащаяся в них темная материя. На снимке, запечатлевшем столкновение галактических кластеров MACS J0025.4-1222, рентгеновские данные показаны розовым цветом, а темная материя, о присутствии которой можно судить по искривлению пространства-времени вокруг, обозначена синим. Прекрасно видно, что когда скопления столкнулись, темная материя беспрепятственно продолжила свое движение, буквально пройдя сквозь стену, условно представленную границей столкновения. Все эти данные — реальны, это некий материал, который можно нанести на карту (в том числе и трехмерную), чтобы изучать его пространственное распределение.

Наш «задний двор»

Изучение Солнечной системы тоже приносит массу интересного: в ней происходят совершенно удивительные события, одним из которых, например, было столкновение двух астероидов, сформировавшее необычный выброс материи в виде буквы Х (P/2010 A2). Еще один астероид (P/2013 P5) буквально разваливается на части, выпуская многочисленные пылевые хвосты — до 6 одновременно!

В рамках сопровождения миссии New Horizons получены фотографии Плутона в различных ракурсах, чтобы иметь представление, как меняется его вид при вращении. Это очень сложная задача, но, тем не менее, сейчас ученые имеют картину полного оборота этой карликовой планеты. Снимки системы «Плутон-Харон» делаются также с навигационными
целями. На них удалось открыть еще два плутонианских спутника — в дополнение к тем, о которых уже знали.

Также Hubble наблюдал постепенное уменьшение размеров юпитерианского Красного Пятна, фонтаны сатурнианского спутника Энцелада, он сфотографировал темное пятно на
Уране…

Планируется, что легендарный космический телескоп закончит свою жизнь где-то в 20-х  гг., поскольку возможности его модернизировать больше нет. Однако он проложил
путь для двух новых обсерваторий — JWST и инфракрасного обзорного телескопа широкого поля (Wide-Field Infrared Survey Telescope — WFIRST), причем у первого будет в сто раз лучше проницающая способность, а у второго — в сто раз большее поле зрения.

Когда мы лишимся обсерватории Hubble, мы окажемся в положении ребенка, который потерял свою любимую игрушку. Его наследник JWST все же больше инфракрасный телескоп, он не сможет работать, как Hubble, одновременно с тремя диапазонами, «захватывая» только длинноволновую часть видимого спектра. И это будет уже совсем другая история…

Подписывайтесь на наши каналы в Яндекс Дзен и Телеграмм
Подписаться
Уведомление о
guest
0 комментариев
Inline Feedbacks
View all comments
Loading Posts...