Хъбъл - революцията в астрономията
На 24 април 1990 година е изведена в орбита първата огромна галактическа обсерватория
Преди 34 години в космоса е изстрелян телескоп, повдигнал завесата на доста от тайните на Вселената. Апаратът снима образуването на звезди и планети, разкрива неподозирани галактики, магични мъглявини и демонстрира най-големите дълбини на космоса.
С него е обвързвана и една от най-сложните " избавителни " интервенции в орбита. Кой е този телескоп и кои са неговите най-важни открития?
Роден в годините на Студената война
Космическият телескоп " Хъбъл " е изстрелян тъкмо преди 34 години, само че историята му стартира много по-рано.
Още през 1946 година американският астроном Лиман Спицър разказва основите на концепцията зад " Хъбъл " в публикацията си " Астрономически преимущества обсерватория отвън Земята ". Той обаче е въодушевен от научния труд на германеца Херман Оберт, който предлага изпращането на телескопи отвън земната атмосфера още от 1923 година
В края на 40-те години на предишния век стават ясни конкретни преимущества на галактическите телескопи пред наземните обсерватории.
Първо, земната атмосфера няма да въздейства върху качеството на заснеманите обекти. Това ще разреши по-прецизен фокус и взиране в по-далечните краища на Вселената.
Второ, основан в космоса телескоп може да следи инфрачервена и ултравиолетова светлина, които са мощно всмукани от атмосферата.
Спицър посвещава живота си, с цел да убеди управляващите в създаването на галактически телескоп. През 1962 година отчет на Националната академия на науките на Съединени американски щати предлага създаването му като част от галактическата конкуренция със Съюз на съветските социалистически републики. Спицър е назначен за началник на комисия, на която е дадена задачата да дефинира научните цели за сходен огромен галактически телескоп.
Много значима е и ролята на Нанси Грейс Роман, наричана " Майката на Хъбъл ". Тя взе участие в създаването на дизайна на галактическата обсерватория в средата на 60-те години на предишния век и е един от най-гласовитите покровители за потребността от галактически телескоп.
Въпреки това планът се движи с мудни темпове. През 1968 година НАСА афишира проектите си да изстреля орбитален телескоп с 3-метрово огледало. Планирано е той да е ненаселен, само че от време на време да се поддържа от космонавти. Датата за извеждане е избрана за 1979 година.
Намирането на финанси за програмата върви с отчайващи темпове. Годината е 1977, а програмата получава скромните 5 милиона $, които не са задоволителни за нищо.
Тогава от НАСА вземат решение да " изиграят " политиците като стопират парите за бъдещия телескоп. Това разбунва научната общественост. Множество видни астрономи и физици се срещат персонално с конгресмени и сенатори. Организирани са и акции и резултат най-после има. Сенатът се съгласява да финансира плана, въпреки и единствено с половината от стремежи бюджет.
Взето е решение планът да смали мащаба си, а в него да се притегли финансиране от Европейската галактическа организация.
Програмата за основаването на " Хъбъл " е рестартирана през 1978 година.
Тук е времето да отбележим, че до момента в който този теоретичен план се движи с мудна скорост, то в орбита към този момент има изведени комплицирани галактически телескопи с 2.4-метрово огледало. Те обаче са строго секретни и под шапката на Пентагона.
Причината - тези обсерватории не следят ставащото в космоса, а протичащото се на Земята.
KH-11 е шпионски спътник, който по-късно ще послужи за основа на " Хъбъл ". Трябва да отбележим, че до извеждането на галактическия телескоп в орбита, Съединени американски щати към този момент имат цели 9 бройки от комплицирания шпионски спътник KH-11.
Да се към " Хъбъл ". След като Конгресът на Съединени американски щати утвърждава финансовата рамка на програмата са определени и нейните реализатори.
На аерокосмическия колос Lockheed е предоставено да конструира галактическия транспортен съд, в който ще се интегрира телескопът. Оптичната компания Perkin-Elmer е натоварена да построи модула на оптичната тръба (OTA), датчиците за тънко ориентиране и самото 2,4-митрово огледало. Kodak са селектирани като авариен подизпълнител.
Изграждането на огледалото от Perkin-Elmer стартира през 1979 година, с избирането на стъкло с ултра ниско уголемение, създадено от Corning. За шлифоването са употребявани най-модерните за времето си компютърни технологии, като точността е до нанометри. Забавянията обаче не престават.
За да спести пари, НАСА спря работата по аварийното огледало и реалокира датата на изстрелване на телескопа за октомври 1984 година
Съмненията към готовността на Perkin-Elmer да завършат плана стартират да се натрупат, графикът - да се разпъва във времето, а бюджета за телескопа към този момент надвишава 1 милиард $.
Трагедията със совалката " Челенджър " води до ново закъснение, като поддръжката на към този момент готовия телескоп коства 6 милиона $ всеки месец.
" Неустановен и изменящ се всекидневно " по този начин политиците разясняват графика на НАСА. Забавянето обаче дава време на инженерите да извършат обширни проби, да сменят вероятно податлива на щета батерия и да създадат други усъвършенствания. Създаден е и софтуера за програмата.
След възобновяването на полетите на совалките, " Дискавъри " сполучливо изстрелва Хъбъл на 24 април 1990 година
Спасителната задача
Само седмица след извеждането в космоса излиза наяве, че " Хъбъл " страда от съществен недостатък. Върнатите изображения са размити, без изострен фокус и с по-ниско качество от предстоящото.
Снимка преди и след ремонта на телескопа
Снимка: NASA, ESA, STScI and Judy Schmidt
Анализът на дефектните изображения разкрива, че основното огледало е полирано до неверна форма. Оказва се, че външният му периметър е по-плосък с към 2200 нанометра.
Дефектът прави невъзможни наблюденията на далечни обекти. Именно това обаче е една от главните задачи на обсерваторията, чиято задача е да надникне в ранните години на Вселената.
Отзвукът от неуспеха на телескопа е голям. Политиците стартират да слагат под подозрение компетентността на НАСА, учените да съжаляват за пропилените милиарди. Шоумени и комедии се майтапят с " Хъбъл ".
От НАСА не се предават. Грешката в огледалото е толкоз добре проучена, че астрономите отчасти могат да компенсират дефекта посредством потребление на комплицирани техники за обработка на изображения.
Създадена е комисия, която проверява казуса и намира повода за дефектното огледало.
Отразяващ коректор, употребен за измервания при шлифоването на огледало, е бил погрешно съединен. Неговата леща е отвън позицията си с 1,3 милиметра, което довело до отклоненията. Макар главната виновност да е в компанията Perkin-Elmer, от НАСА също имали пропуски в контрола на качеството.
Дизайнът на телескопа постоянно е включвал обслужващи задачи и астрономите неотложно стартират да търсят евентуални решения на казуса.
Обмислят се най-различни хрумвания за оправянето с дефектното огледало. Например, връщането на " Хъбъл " назад на земята и монтиране на аварийното огледало, стартирано от Kodak.
Накрая е открито доста по-евтино и елегантно решение. Фактът, че огледалото е шлифовано толкоз точно до неверна форма, води до проектирането на нови оптични съставни елементи с тъкмо същата неточност, само че в противоположния диапазон. Така двете неточности се компенсират и нулират една друга.
През декември 1993 година излетява совалката " Ендевър ", чиято задача е да отремонтира телескопа, с цел да може той да работи по проект. Освен компенсиращите уреди са направени усъвършенствания по системата за ориентиране на телескопа.
Монтирани са два електрически блока за ръководство и други електрически съставни елементи, както и два магнитометъра. Бордовите компютри са осъвременени с добавени копроцесори и орбитата на Хъбъл е увеличена.
Ремонтът в открития космос продължава над седмица. Никога до момента човечеството не е правило сходна комплицирана задача в орбита.
На 13 януари 1994 година НАСА афишира ремонта за цялостен триумф и демонстрира първите ясни изображения. Започват звездните години на " Хъбъл ", който към този момент може да действа по проект.
Десетилетия на значими открития
За своите 3 десетилетия на работа " Хъбъл " е направил голям брой значими открития и фотоси. Всъщност те са толкоз доста, че ще изброим единствено най-важните от тя:
Едно от най-значимите е, че Вселената се уголемява по-бързо от предстоящото.
Преди изстрелването на телескопа, астрофизиците настояват, че гpaвитaциятa щe зaбaви paзшиpeниeтo нa Bceлeнaтa. " Хъбъл " удостоверява, че това не е по този начин. В реалност, галактиките се движат даже по-бързо. Откритието е толкоз огромно, че заплашва да промени радикално света на физиката. Дори през днешния ден учените нямат отговор за какво Вселената форсира разширението си. Едно от вероятните пояснения включва съществуването на тъмната материя, която към момента не е следена.
Друго значимо изобретение на " Хъбъл " е обвързвано с прецизното премерване на възрастта на Вселената. Дотогава се допуска, че тя е на възраст сред 8 и 25 милиарда години. След дълги наблюдения с телескопа учените са единомислещи, че Вселената е зародила преди 13,7 милиарда години.
Проучвайки далечните краища на Вселената, телескопът снима един от най-известните си фрагменти. " Дълбокото поле на Хъбъл " е изображение на дребен район в съзвездието Голяма мечка, конструирано от поредност от фотоси с галактическия телескоп. На него се виждат хиляди галактики с всевъзможни форми. Само вглеждането в една дребна точка от Вселената е задоволително, с цел да се проумеят необятните ѝ размери.
Космическият телескоп разрешава на човечеството да научи стадиите на еволюция на звездите, да разбере повече за черните дупки и квазарите. Формирането на галактики, експлоадирането на свръхновите - знаем повече за тях, посредством " Хъбъл ".
" Хъбъл " съумява да заснеме за пръв път образуването на нови планети. Причината за това са неговите датчици, улавящи ултравиолетови и инфрачервени лъчи. Дотогава е невероятно от Земята да се следят протопланетните дискове към младите звезди.
Орбиталната обсерватория изследва и личната ни Слънчева система. Тя заснема как Юпитер поема кометата Шумейкър-Леви. По-късно е уловен още един сходен конфликт. Става ясно, че газовият колос има значима роля в еволюцията на живота на Земята, спасявайки я от голям брой съдбовни удари.
Освен това " Хъбъл " снима по какъв начин се трансформират атмосферите на Нептун и Сатурн. По този метод учените получиха нови данни за сезоните и еволюцията на бурите на тези отдалечени светове.
Никога преди учените не са можели да наблюдават колко разнообразни галактики има и по какъв начин те взаимодействат по сред си.
Успехът на " Хъбъл " отваря вратата за орбиталната астрономия. Това води до появяването на телескопите " Чандра ", " Кеплер ", " Спицър ", " Спектр-РГ ", " Евклид " и новият рекордьор в орбита - " Джеймс Уеб ".
Заземяването на совалките прави ремонтирането на " Хъбъл " по-трудно, само че все пак НАСА възнамерява да поддържа телескопа до 2040 година. Възможно е животът му да бъде повишен и оттатък това, а сигурното е едно - следва ни да забележим още много красиви фрагменти, снимани от " Хъбъл ".
Преди 34 години в космоса е изстрелян телескоп, повдигнал завесата на доста от тайните на Вселената. Апаратът снима образуването на звезди и планети, разкрива неподозирани галактики, магични мъглявини и демонстрира най-големите дълбини на космоса.
С него е обвързвана и една от най-сложните " избавителни " интервенции в орбита. Кой е този телескоп и кои са неговите най-важни открития?
Роден в годините на Студената война
Космическият телескоп " Хъбъл " е изстрелян тъкмо преди 34 години, само че историята му стартира много по-рано.
Още през 1946 година американският астроном Лиман Спицър разказва основите на концепцията зад " Хъбъл " в публикацията си " Астрономически преимущества обсерватория отвън Земята ". Той обаче е въодушевен от научния труд на германеца Херман Оберт, който предлага изпращането на телескопи отвън земната атмосфера още от 1923 година
В края на 40-те години на предишния век стават ясни конкретни преимущества на галактическите телескопи пред наземните обсерватории.
Първо, земната атмосфера няма да въздейства върху качеството на заснеманите обекти. Това ще разреши по-прецизен фокус и взиране в по-далечните краища на Вселената.
Второ, основан в космоса телескоп може да следи инфрачервена и ултравиолетова светлина, които са мощно всмукани от атмосферата.
Спицър посвещава живота си, с цел да убеди управляващите в създаването на галактически телескоп. През 1962 година отчет на Националната академия на науките на Съединени американски щати предлага създаването му като част от галактическата конкуренция със Съюз на съветските социалистически републики. Спицър е назначен за началник на комисия, на която е дадена задачата да дефинира научните цели за сходен огромен галактически телескоп.
Много значима е и ролята на Нанси Грейс Роман, наричана " Майката на Хъбъл ". Тя взе участие в създаването на дизайна на галактическата обсерватория в средата на 60-те години на предишния век и е един от най-гласовитите покровители за потребността от галактически телескоп.
Въпреки това планът се движи с мудни темпове. През 1968 година НАСА афишира проектите си да изстреля орбитален телескоп с 3-метрово огледало. Планирано е той да е ненаселен, само че от време на време да се поддържа от космонавти. Датата за извеждане е избрана за 1979 година.
Намирането на финанси за програмата върви с отчайващи темпове. Годината е 1977, а програмата получава скромните 5 милиона $, които не са задоволителни за нищо.
Тогава от НАСА вземат решение да " изиграят " политиците като стопират парите за бъдещия телескоп. Това разбунва научната общественост. Множество видни астрономи и физици се срещат персонално с конгресмени и сенатори. Организирани са и акции и резултат най-после има. Сенатът се съгласява да финансира плана, въпреки и единствено с половината от стремежи бюджет.
Взето е решение планът да смали мащаба си, а в него да се притегли финансиране от Европейската галактическа организация.
Програмата за основаването на " Хъбъл " е рестартирана през 1978 година.
Тук е времето да отбележим, че до момента в който този теоретичен план се движи с мудна скорост, то в орбита към този момент има изведени комплицирани галактически телескопи с 2.4-метрово огледало. Те обаче са строго секретни и под шапката на Пентагона.
Причината - тези обсерватории не следят ставащото в космоса, а протичащото се на Земята.
KH-11 е шпионски спътник, който по-късно ще послужи за основа на " Хъбъл ". Трябва да отбележим, че до извеждането на галактическия телескоп в орбита, Съединени американски щати към този момент имат цели 9 бройки от комплицирания шпионски спътник KH-11.
Да се към " Хъбъл ". След като Конгресът на Съединени американски щати утвърждава финансовата рамка на програмата са определени и нейните реализатори.
На аерокосмическия колос Lockheed е предоставено да конструира галактическия транспортен съд, в който ще се интегрира телескопът. Оптичната компания Perkin-Elmer е натоварена да построи модула на оптичната тръба (OTA), датчиците за тънко ориентиране и самото 2,4-митрово огледало. Kodak са селектирани като авариен подизпълнител.
Изграждането на огледалото от Perkin-Elmer стартира през 1979 година, с избирането на стъкло с ултра ниско уголемение, създадено от Corning. За шлифоването са употребявани най-модерните за времето си компютърни технологии, като точността е до нанометри. Забавянията обаче не престават.
За да спести пари, НАСА спря работата по аварийното огледало и реалокира датата на изстрелване на телескопа за октомври 1984 година
Съмненията към готовността на Perkin-Elmer да завършат плана стартират да се натрупат, графикът - да се разпъва във времето, а бюджета за телескопа към този момент надвишава 1 милиард $.
Трагедията със совалката " Челенджър " води до ново закъснение, като поддръжката на към този момент готовия телескоп коства 6 милиона $ всеки месец.
" Неустановен и изменящ се всекидневно " по този начин политиците разясняват графика на НАСА. Забавянето обаче дава време на инженерите да извършат обширни проби, да сменят вероятно податлива на щета батерия и да създадат други усъвършенствания. Създаден е и софтуера за програмата.
След възобновяването на полетите на совалките, " Дискавъри " сполучливо изстрелва Хъбъл на 24 април 1990 година
Спасителната задача
Само седмица след извеждането в космоса излиза наяве, че " Хъбъл " страда от съществен недостатък. Върнатите изображения са размити, без изострен фокус и с по-ниско качество от предстоящото.
Снимка преди и след ремонта на телескопа
Снимка: NASA, ESA, STScI and Judy Schmidt
Анализът на дефектните изображения разкрива, че основното огледало е полирано до неверна форма. Оказва се, че външният му периметър е по-плосък с към 2200 нанометра.
Дефектът прави невъзможни наблюденията на далечни обекти. Именно това обаче е една от главните задачи на обсерваторията, чиято задача е да надникне в ранните години на Вселената.
Отзвукът от неуспеха на телескопа е голям. Политиците стартират да слагат под подозрение компетентността на НАСА, учените да съжаляват за пропилените милиарди. Шоумени и комедии се майтапят с " Хъбъл ".
От НАСА не се предават. Грешката в огледалото е толкоз добре проучена, че астрономите отчасти могат да компенсират дефекта посредством потребление на комплицирани техники за обработка на изображения.
Създадена е комисия, която проверява казуса и намира повода за дефектното огледало.
Отразяващ коректор, употребен за измервания при шлифоването на огледало, е бил погрешно съединен. Неговата леща е отвън позицията си с 1,3 милиметра, което довело до отклоненията. Макар главната виновност да е в компанията Perkin-Elmer, от НАСА също имали пропуски в контрола на качеството.
Дизайнът на телескопа постоянно е включвал обслужващи задачи и астрономите неотложно стартират да търсят евентуални решения на казуса.
Обмислят се най-различни хрумвания за оправянето с дефектното огледало. Например, връщането на " Хъбъл " назад на земята и монтиране на аварийното огледало, стартирано от Kodak.
Накрая е открито доста по-евтино и елегантно решение. Фактът, че огледалото е шлифовано толкоз точно до неверна форма, води до проектирането на нови оптични съставни елементи с тъкмо същата неточност, само че в противоположния диапазон. Така двете неточности се компенсират и нулират една друга.
През декември 1993 година излетява совалката " Ендевър ", чиято задача е да отремонтира телескопа, с цел да може той да работи по проект. Освен компенсиращите уреди са направени усъвършенствания по системата за ориентиране на телескопа.
Монтирани са два електрически блока за ръководство и други електрически съставни елементи, както и два магнитометъра. Бордовите компютри са осъвременени с добавени копроцесори и орбитата на Хъбъл е увеличена.
Ремонтът в открития космос продължава над седмица. Никога до момента човечеството не е правило сходна комплицирана задача в орбита.
На 13 януари 1994 година НАСА афишира ремонта за цялостен триумф и демонстрира първите ясни изображения. Започват звездните години на " Хъбъл ", който към този момент може да действа по проект.
Десетилетия на значими открития
За своите 3 десетилетия на работа " Хъбъл " е направил голям брой значими открития и фотоси. Всъщност те са толкоз доста, че ще изброим единствено най-важните от тя:
Едно от най-значимите е, че Вселената се уголемява по-бързо от предстоящото.
Преди изстрелването на телескопа, астрофизиците настояват, че гpaвитaциятa щe зaбaви paзшиpeниeтo нa Bceлeнaтa. " Хъбъл " удостоверява, че това не е по този начин. В реалност, галактиките се движат даже по-бързо. Откритието е толкоз огромно, че заплашва да промени радикално света на физиката. Дори през днешния ден учените нямат отговор за какво Вселената форсира разширението си. Едно от вероятните пояснения включва съществуването на тъмната материя, която към момента не е следена.
Друго значимо изобретение на " Хъбъл " е обвързвано с прецизното премерване на възрастта на Вселената. Дотогава се допуска, че тя е на възраст сред 8 и 25 милиарда години. След дълги наблюдения с телескопа учените са единомислещи, че Вселената е зародила преди 13,7 милиарда години.
Проучвайки далечните краища на Вселената, телескопът снима един от най-известните си фрагменти. " Дълбокото поле на Хъбъл " е изображение на дребен район в съзвездието Голяма мечка, конструирано от поредност от фотоси с галактическия телескоп. На него се виждат хиляди галактики с всевъзможни форми. Само вглеждането в една дребна точка от Вселената е задоволително, с цел да се проумеят необятните ѝ размери.
Космическият телескоп разрешава на човечеството да научи стадиите на еволюция на звездите, да разбере повече за черните дупки и квазарите. Формирането на галактики, експлоадирането на свръхновите - знаем повече за тях, посредством " Хъбъл ".
" Хъбъл " съумява да заснеме за пръв път образуването на нови планети. Причината за това са неговите датчици, улавящи ултравиолетови и инфрачервени лъчи. Дотогава е невероятно от Земята да се следят протопланетните дискове към младите звезди.
Орбиталната обсерватория изследва и личната ни Слънчева система. Тя заснема как Юпитер поема кометата Шумейкър-Леви. По-късно е уловен още един сходен конфликт. Става ясно, че газовият колос има значима роля в еволюцията на живота на Земята, спасявайки я от голям брой съдбовни удари.
Освен това " Хъбъл " снима по какъв начин се трансформират атмосферите на Нептун и Сатурн. По този метод учените получиха нови данни за сезоните и еволюцията на бурите на тези отдалечени светове.
Никога преди учените не са можели да наблюдават колко разнообразни галактики има и по какъв начин те взаимодействат по сред си.
Успехът на " Хъбъл " отваря вратата за орбиталната астрономия. Това води до появяването на телескопите " Чандра ", " Кеплер ", " Спицър ", " Спектр-РГ ", " Евклид " и новият рекордьор в орбита - " Джеймс Уеб ".
Заземяването на совалките прави ремонтирането на " Хъбъл " по-трудно, само че все пак НАСА възнамерява да поддържа телескопа до 2040 година. Възможно е животът му да бъде повишен и оттатък това, а сигурното е едно - следва ни да забележим още много красиви фрагменти, снимани от " Хъбъл ".
Източник: dnesplus.bg
КОМЕНТАРИ