24 апреля 1990 года из Флориды стартовал космический шаттл «Дискавери» с инструментом, который навсегда разделил астрономию на две эпохи: до космических телескопов и после.
Снятый ранее в этом году специально в ознаменование юбилея обсерватории, на этом снимке запечатлены звезды, окруженные газом, вращающиеся в Большом Магеллановом Облаке — небольшой галактике-спутнике, которая, в свою очередь, вращается вокруг нашего Млечного Пути, и увидеть которую можно в небе южного полушария. Пылающие молодые звезды в центре галактики превосходят наше Солнце по размерам в десять раз, а голубое облако (цвета указывают на различные типы газов) представляет собой детрит, выброшенный из одной звезды.
«Это просто напоминает нам о красоте нашей Вселенной и продолжающейся работе», — говорит Дженнифер Уайзман, астрофизик НАСА и старший научный сотрудник проекта космического телескопа Хаббла.
Трудно переоценить вклад телескопа Хаббла в астрономию, который он внес своим орлиным глазом. Свободный от мешающей наблюдениям земной атмосферы, телескоп может обнаружить одинокого светлячка в Токио, наблюдая за ним из Вашингтона. Или же он может разглядеть человеческий волос на расстоянии в полтора километра. Наземные телескопы изо всех сил пытаются достичь одной десятой этой точности.
И телескоп использует свои способности, чтобы наблюдать за ближней и дальней Вселенной. Астрономы использовали Хаббл для обнаружения возможных водяных гейзеров на Европе, снимали видео о полярных сияниях на Юпитере, делали снимки экзопланет вокруг других солнц, наблюдали за звездами и газовыми вихрями вокруг черных дыр и следили за расширением Вселенной. «Он переписал учебники в каждой области астрономии, которую изучали с его помощью», — говорит Марк Клэмпин, директор НАСА по науке и исследованиям.
Это замечательное наследие, особенно если учесть, что эта крутейшая космическая обсерватория начала свою карьеру с позорной неудачи.
В центре космического корабля лежит почти двухметровое зеркало, искусно отшлифованное до максимальной гладкости. Но, к сожалению, у него неправильная кривизна. Во время производства инженеры измеряли его кривизну с помощью двух разных инструментов: одного более старого ручного прибора и более нового лазерного дальномера.
Первый указывал на то, что зеркало имело дефект, в то время как второй предполагал, что оно имело правильную форму. И вместо того, чтобы определить причину разницы показаний двух инструментов, команда решила поверить высокотехнологичному дальномеру. «Если вы превышаете бюджет и отстаете от графика, и люди злятся на вас, возникает искушение использовать тот результат, который вам нравится», — сказала астронавт Кэтрин Салливан во время лекции в Центре исполнительских искусств Symphony Space в Нью-Йорке в декабре 2019 года.
Фото с Хаббла до и после устранения дефекта.
Миллиметровая «сферическая аберрация» — научное название этого дефекта — была незаметна для человеческого глаза, но она испортила зрение Хаббла. НАСА сразу поняло, что у него проблема с зеркалом, когда их новый блестящий космический телескоп, продукт десятилетий планирования стоимостью в 4,7 миллиарда долларов на момент запуска, вернул на Землю снимки, резкие в центре, но размытые по краям.
Астрономы и инженеры схватились за голову и стали думать, как исправить такой дефект программно, в то время как миссия стала национальным посмешищем. Однажды на своем шоу «Сегодня вечером» Джей Лено пошутил, что правительство должно «сбить» Хаббл и «избавить его от страданий».
Но у НАСА была другая идея. Инженеры, разработавшие телескоп, специально сделали его совместимым с космическими шаттлами, тем самым сделав его пригодным для ремонта и апгрейда астронавтами прямо на орбите. После трех лет работы инженеры разработали второе зеркало, которое могло исправить аберрацию первого, как очки, и команда астронавтов (включая Салливан) установила его на телескоп, вернув ему зрение. Космонавты также установили новую инфракрасную камеру, начав традицию обновления компонентов Хаббла, которая охватывала пять миссий. «Это позволяло нам получать новую обсерваторию каждый раз, когда они [астронавты] ее посещали», — говорит Уайзман.
Так что, даже когда Хаббл состарился, многие его части получили апгрейд. Клэмпин говорит, что зеркала, опоры и многие электронные блоки являются оригинальными, но солнечные панели, батареи, маховики для точного наведения и компьютеры были обновлены, последний раз уже в 2009 году. С тех пор программа «Спейс шаттл» закончилась, и теперь Хаббл летает за пределами нашей досягаемости. Но если бы телескоп каким-то образом мог вернуться на Землю, он бы весил уже на 1350 кг больше.
Зеркало Хаббла.
Астрономическое сообщество активно использует все это оборудование. Хаббл отправляет на Землю около 19 гигабайт данных каждую неделю — это эквивалентно шести часам видео в FHD на YouTube. Данные телескопа привели к появлению более 17 000 научных статей, из них более 1000 публикаций за прошлый год. Исследователи яростно конкурируют за доступ к этому необычному телескопу, и лишь 10% добиваются успеха.
Среди бесчисленных научных достижений Уайзман и Клэмпин выделяют две области, в которых Хаббл совершил революцию: наука об экзопланетах и космология.
Когда запустили Хаббл, за пять лет до того, как первая экзопланета была обнаружена косвенными методами, астрономы спорили, сможет ли телескоп обнаружить их напрямую, вспоминает Клэмпин. В итоге он нашел несколько горячих гигантских молодых миров, еще не успевших остыть и поэтому светящихся, но настоящий успех Хаббла заключается в захвате света, проходившего через атмосферы экзопланет, когда они находились перед своей звездой.
Эта техника, которой даже близко не было, когда инженеры строили Хаббл, с тех пор используется для обнаружения жидкой воды и, возможно, даже облаков в инопланетных мирах. «Если бы вы спросили кого-нибудь 30 лет назад, считают ли они это возможным, — говорит Клэмпин, «они бы подумали, что вы сошли с ума».
Но величайшей сверхспособностью Хаббла является его способность смотреть в прошлое из-за того, что скорость света хоть и большая, но лишь в масштабах Земли, а не Вселенной. Программа глубоких исследований космоса направляла телескоп на участки неба, которые покажутся вам абсолютно черными, и Хаббл днями и неделями улавливал слабые лучи света, идущие оттуда. Это позволяло увеличивать полученные снимки и наблюдать в крошечных темных участках неба тысячи галактик.
Свет от некоторых из них шел к нам миллиарды лет, и Хаббл, сильно прищурившись, мог видеть галактики, которые существовали всего через несколько сотен миллионов лет после большого взрыва. Тогда молодая Вселенная была более плотной и хаотичной. «По мере того, как вы смотрите все дальше и дальше назад, вы можете видеть все больше и больше насилия», — говорит Клэмпин. «У вас больше нет галактик, похожих на современные. Они все перемолоты от постоянных столкновений друг с другом».
Космологи давно поняли, что переход от ранней Вселенной с равномерным горячим супом из множества частиц к сегодняшней комковатой Вселенной с галактиками и пустотами между ними требует множества сложных шагов. И Хаббл смог создать прямые снимки, показывающие, как именно галактики образовывались за миллионы лет, помогая исследователям точнее измерить возраст Вселенной и обнаружить растущее влияние темной энергии. «Это было то, что Хаббл действительно помог нам понять», — говорит Уайзман. «Как Вселенная изменилась и со временем превратилась в благоприятное для жизни место, которым мы наслаждаемся, по крайней мере, на одной планете».
В то время как астрономы вступают в четвертое десятилетие эры космического телескопа, они с нетерпением ждут множества новых открытий от старых и новых инструментов. После обслуживания в 2009 году Хаббл остается на пике своей научной карьеры, и Уайзман ожидает, что он может дожить до своего 40-летия.
Вскоре в гости к космическому телескопу Хаббла — возможно, даже в следующем году — прилетит космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), который дополнит способности Хаббла большей отражающей областью для лучшего сбора света и возможностью видеть более широкий спектр в инфракрасном диапазоне. Астрономы ожидают, что JWST сможет обнаружить новые элементы в атмосферах экзопланет (включая, может быть, соединения, указывающие на инопланетную жизнь), а также еще более молодые галактики.
Зеркало телескопа Джеймса Уэбба будет куда больше — и, надеемся, без дефектов.
Заглядывая дальше в будущее, запуск Широкоугольного инфракрасного обзорного телескопа (WFISRT) в середине десятилетия может позволить космологам более подробно изучить далекое прошлое. «Думайте о глубоких исследованиях космоса Хабблом как о маленьких эскизах», — говорит Клэмпин. «WFIRST предоставит вам гораздо более качественные фото тех же областей».
Эти перспективные космические телескопы будут основаны на наследии Хаббла, но при этом ученые стараются не совершать тех же ошибок. Клэмпин, который принимает активное участие в сборке JWST, говорит, что инженеры теперь настаивают на получении идентичных измерений зеркал по крайней мере от двух разных инструментов. Им даже пришлось попросить компании, производящие зеркала, создать для них специальные устройства именно для этой цели.
По мере того, как растущий флот космических телескопов НАСА продолжит расширять наши представления о Вселенной, один незабываемый девиз эпохи Хаббла, несомненно, будет жить вечно: дважды измерить, один раз запустить.
