Идея о размещении телескопа на орбите появилась еще в работах немецкого ученого Германа Оберта в 1923 году, а в 1946 Лайман Спитцер опубликовал статью «Астрономические преимущества внеземной обсерватории», в которой он подробно описывал те плюсы, которые дадут вывод телескопа на орбиту: к примеру, он мог бы вести наблюдения в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, которые в значительной степени поглощаются земной атмосферой.
В итоге на орбиту телескоп был выведен только 24 апреля 1990 года. Общий бюджет проекта в итоге вырос до 2.5 млрд долларов, но это позволило оснастить телескоп самым лучшим оборудованием того времени: широкоугольной и планетарной камерами, различными спектрографами и фотометрами, а также датчиками точного наведения.
И хотя основная миссия телескопа давно уже завершена, и на орбите трудятся его коллеги — «Спитцер» и «Кеплер», запущенные в 2003 и 2009 году — «Хаббл» продолжает функционировать, хотя его уже не раз чинили. И за почти 30 лет на орбите он сделал множество научных открытий, о которых мы и поговорим сегодня.
Расширение вселенной происходит быстрее, чем считалось ранее
Основной теорией появления вселенной является Большой Взрыв, который произошел порядка 13.7 млрд лет назад, и с тех пор вселенная непрерывно расширяется. До запуска «Хаббла» астрономы полагали, что расширение со временем замедляется из-за гравитационных сил, однако, наблюдая за сверхновыми и оценивая расстояние до них, телескоп смог определить, что их галактики продолжают разбегаться ускоренно. И в итоге оказалось, что вместо того, чтобы замедляться, скорость расширения наоборот увеличивается. Для объяснения этого факта в космологическое уравнение состояния была добавлена новая переменная, называемая темной энергией, которая обеспечивает отрицательное давление и тем самым объясняет дальнейшее ускорение разлета галактик.
Газопылевые диски больше не мешают наблюдать за звездообразованием
Звезды образуются в так называемых газопылевых дисках — огромных скоплениях вращающихся пыли и газа, в которых под действием гравитации начинают образовывать комки, и в дальнейшем они начинают лавинообразно нарастать в центре диска, пока в конечном счете из-за чрезмерного сжатия и роста температуры не начнутся ядерные реакции и не появляется новая звезда. Комки меньшего размера сначала вырастают в планетезимали — зародыши планет — а потом, слепляясь, образуют полноценные планеты. Но, увы, весь этот увлекательный процесс невозможно наблюдать в видимом диапазоне, так как он скрыт за скоплением газа и пыли, а атмосфера Земли слабо пропускает волны ИК и УФ диапазонов. Но для «Хаббла» это — не проблема, так что первые фотографии протопланетных дисков внутри были получены в 1995 году именно благодаря ему — он сфотографировал область звездообразования в туманности Ориона.
Уточнение возраста вселенной
До вывода телескопа на орбиту астрономы могли лишь приблизительно оценить возраст вселенной — где-то 8-25 млрд лет: это следовало из того, что Солнце — звезда точно не первого поколения, а его возраст составляет порядка 5 млрд лет, и при этом количество тяжелых элементов во вселенной, которые образуются только при взрывах сверхновых, не настолько много, чтобы прошло больше 2-4 поколений звезд.
«Хаббл» же, исследуя изменение светимости 31 цефеид — переменных звезд — смог максимально точно узнать ускорение расширения вселенной, что и дало нам достаточно точную оценку ее возраста — порядка 13.7 млрд лет, плюс-минус несколько сотен миллионов.
Вычисление состава атмосферы экзопланет
То, что не только Солнце имеет планетарную систему, было известно еще и до запуска «Хаббла», однако определить состав атмосферы этих планет с Земли не представлялось возможным — слишком велики были искажения от атмосферы нашей собственной планеты. «Хаббл» же, отслеживая моменты, когда светимость различных звезд падает из-за прохождения по их диску планет, смог по смешанному свету от звезды и планеты определить состав атмосферы последних. Обнаруженные вещества были вполне обычными и встречаются и на Земле — натрий, кислород, углерод и другие. Также в атмосферах некоторых экзопланет телескоп обнаружил метан — простейшую органическую молекулу, что является первым шагом на пути обнаружения внеземной жизни.
Hubble Deep Field — фотография тысяч галактик, удаленных от нас на миллиарды световых лет
До «Хаббла» мы не могли изучать самые удаленные галактики — свет от них настолько слаб, что нужна выдержка в несколько дней, чтобы их увидеть — что невозможно в реалиях Земли и нашей атмосферы, которая также вносит значительные искажения. Однако для телескопа на орбите это не проблема, и, направив его в, казалось бы, пустой участок неба и поставив выдержку в 10 дней, астрономы получили одну из самых известных фотографий космоса — Hubble Deep Field:
На ней изображены свыше трех тысяч галактик всевозможных форм, цветов и размеров, удаленных от нас на многие миллиарды лет. Вдумайтесь только — за это время, пока к нам летел свет от них, они могли исчезнуть или слиться с другими галактиками — а мы все еще видим их такими, какими они были еще, возможно, до появления Солнца и Земли.
Исследование Юпитера как «космического зонтика» Земли
В 1994 году «Хаббл» отчетливо зафиксировал падение кометы Шумейкеров-Леви на Юпитер в видимом и ультрафиолетовом диапазоне. Тогда такое событие считалось из ряда вон выходящим и случающимся раз в несколько столетий. Однако в 2009 году телескоп зафиксировал еще одно падение кометы на Юпитер, что привело астрономов к мысли о том, что гигантская газовая планета является своеобразным «космическим зонтиком» для внутренних планет Солнечной системы, защищая их от бомбардировки крупными кометами и астероидами извне. Также в моменты столкновений были получены данные о глубинном составе Юпитера, что позволило выяснить, что он гораздо менее напоминает солнечный, чем считалось ранее.
Выяснена природа одних из самых ярких космических объектов — квазаров
Впервые квазары наблюдали еще в 1950-ых годах, и тогда их считали очень яркими звездами в нашей галактике Млечный путь. Однако быстро было выяснено, что линии в их спектрах сильно смещены в красную область, что указывает на их сильную удаленность от нас — в миллиарды световых лет. Но на таком расстоянии мы не можем наблюдать отдельные звезды — да что там, далеко не все галактики будут видны, поэтому ученые терялись в догадках, что это за объекты.
И только благодаря «Хабблу» было выяснено, что это — активные ядра галактик на начальном этапе их развития, когда сверхмассивная черная дыра активно поглощает находящееся вокруг вещество, образуя аккреционный диск, который как раз и является источником особо мощного излучения — оно зачастую в десятки и сотни раз превышает суммарное излучение от всех звезд нашей галактики.
Раскрыта настоящая причина странных гамма-всплесков
Изначально гамма-всплески были обнаружены военными спутниками, которые должны были отслеживать ядерные взрывы в атмосфере Земли. Но вместо этого каждый день они обнаруживали мощнейшие всплески гамма-излучения в различных областях космоса, причем за эти несколько секунд высвобождалось больше энергии, чем выработало бы Солнцем за 10 млрд лет. Ученые предположили, что они связаны со взрывами сверхновых, но было непонятно, почему одни взрывы вызывали гамма-всплески, а другие — нет.
И благодаря телескопу «Хаббл» было выяснено, что эти всплески — узкий луч мощного излучения, испускаемого в момент вспышки особо массивных быстро вращающихся звезд, которые в дальнейшем превращаются в нейтронную или кварковую звезду, или же в черную дыру. При этом источники этих гамма-всплесков находятся на расстояниях в миллиарды световых лет от Земли, что означает их чрезвычайную мощность.
Были произведены исследования жизненных циклов различных типов звезд
С помощью телескопа «Хаббл» был изучены жизненные циклы различных типов звезд. Так, самые небольшие звезды, с массами меньше половины солнечной, не способны преобразовывать гелий, поэтому после выгорания водорода они медленно, в течении десятков миллиардов лет, угасают, лишь слабо излучая в инфракрасном и микроволновом диапазонах.
Звезды средних размеров, до 5 масс Солнца, имеют более интересную судьбу: после прекращений реакций с водородом начинаются реакции с гелием, а в дальнейшем и с кислородом и углеродом. В итоге такая звезда сбрасывает внешние слои атмосферы, образуя планетарную туманность, а сами они становятся в зависимости от массы или белыми карликами (сверхплотными медленно остывающими звездами), или нейтронными звездами (еще более плотными звездами диаметром всего в 20 км, из-за чего они быстро вращаются, излучая в радиодиапазоне), или же черными дырами. Образование последних двух типов звезд происходит с взрывом сверхновой.
Результаты ведущихся годами наблюдений при помощи телескопа «Хаббл» за планетарными туманностями и остатками сверхновых в не только видимом, но и радиодиапазоне, показали, что такие трансформации зачастую происходят при серии взрывах, а не при одном, как считалось ранее.
Исследование квазаров привело к пониманию механизма образования галактик
После понимания того, что квазары — это активные ядра галактик, представляющие собой сверхмассивные черные дыры, ученые рассчитали их массы (измерения проводились через скорость падения на них вещества, с учетом того, что ничто не может вырваться из черной дыры). И в итоге массы черных дыр оказалась связанными с массами галактик, в которых они находятся, что означает, что они формируются вместе, а не появляются по отдельности.
Телескоп «Хаббл» продолжает оставаться на орбите — а, значит, он и дальше будет помогать нам узнавать все новые и новые знания об окружающей нас вселенной.
