Космический телескоп Хаббл: изображения, факты и история

Знаменитый вид космического телескопа Хаббла на Столпы Творения в туманности Орла. (Изображение предоставлено: Дж. Хестер / П. Скоуэн / ASU / HST / NASA)

С момента запуска в 1990 году космический телескоп им. Хаббла (HST) предоставил огромное количество изображений, которые внушали страх и вдохновляли публику. Это больше, чем просто красивые картинки, десятки терабайт собранных данных позволили заглянуть во Вселенную, от объектов, расположенных на расстоянии Луны до самых удаленных галактик, с невероятными фотографиями сверхновых и туманностей между ними.

Здесь мы исследуем историю телескопа и его открытий, предоставляем факты о телескопе Хаббла и ссылки на некоторые из лучших изображений орбитальной обсерватории.

Связанный: Лучшие изображения космического телескопа Хаббла всех времен!

Поднимая Хаббл с земли

Когда Галилей впервые поднял подзорную трубу в небо в 1610 году, ему было трудно разглядеть кольца Сатурна, которые сегодня можно увидеть в недорогие телескопы. Достижения в оптике в конечном итоге улучшили взгляды ученых на планеты, звезды и далекие галактики, но атмосфера Земли по-прежнему блокировала большую часть света для наблюдателей на Земле. Телескопы большего размера были и до сих пор находятся на вершинах гор, где более тонкая атмосфера на больших высотах позволяет получать более четкие изображения.

В 1946 году, вскоре после Второй мировой войны, астроном Лайман Спитцер предложил запустить космический телескоп, который смог бы преодолеть ограничения наземных обсерваторий. Прошло еще пару десятилетий, прежде чем эта идея получила достаточную поддержку в Национальной академии наук, чтобы организовать комитет ученых для оценки потенциала Большого космического телескопа. Под руководством Спитцера комитет опубликовал в 1969 году документ, в котором описывалось научное использование Большого космического телескопа и предлагалось его создание. история телескопа, написанная Габриэлем Олкоски для НАСА .

Национальная академия наук обратилась к НАСА - единственному агентству, способному воплотить в жизнь Большой космический телескоп. НАСА уже рассматривало вопрос о космическом телескопе какого-то типа, но они не определились, насколько большим его сделать и с чего начать. В 1971 году Джордж Лоу, исполнявший обязанности администратора агентства в то время, дал зеленый свет Руководящей группе науки по Большому космическому телескопу, и вскоре НАСА начало лоббировать в Конгрессе финансирование этого проекта.

Космический телескоп Хаббл претерпел много лет разработки. Здесь астронавты практикуются в обслуживании телескопа в невесомой среде симулятора нейтральной плавучести в Центре космических полетов им. Маршалла.(Изображение предоставлено НАСА / MFSC)

Дорогой проект продавать было непросто, и в 1975 году Подкомитет по ассигнованиям палаты сначала отказал ему в финансировании. Затем НАСА усилило лоббирование и заручилось поддержкой Европейского космического агентства, которое разделило расходы. В конце концов в 1977 году Конгресс выделил финансирование на долю НАСА в Большом космическом телескопе.

Разработка началась почти сразу, и НАСА планировало запустить телескоп в 1983 году, но из-за различных задержек с производством дата запуска была перенесена на 1986 год.

Тем временем Большой космический телескоп был переименован в Хаббл (HST) в честь Эдвин хаббл , американский астроном, который, среди прочего, определил, что Вселенная простирается за пределы Млечного Пути.

HST был снова отложен после того, как космический шаттл Challenger 1986 года взорвался через минуту после взлета 28 января того же года, в результате чего погибли все семь астронавтов на борту. Прошло два года, прежде чем полеты шаттлов смогли возобновиться и НАСА могло снова начать планировать запуск Хаббла.

Первый в мире космический телескоп, наконец, был запущен на борту космического корабля 'Дискавери' 24 апреля 1990 года. Работа обошлась в 1,5 миллиарда долларов, но потребуются текущие расходы - как ожидаемые, так и неожиданные.

Космический телескоп Хаббл запускается с космического корабля NASA Discovery 25 апреля 1990 года.(Изображение предоставлено НАСА)

Первоначальные инструменты на телескопе Хаббла включали широкоугольную планетарную камеру, спектрограф высокого разрешения Годдарда (GHRS), камеру для слабых объектов (FOC), спектрограф для слабых объектов (FOS) и высокоскоростной фотометр.

Хаббл сразу же столкнулся с проблемами с оборудованием. Изображения телескопа оказались настолько размытыми, что были почти бесполезны. Главное зеркало Хаббла имело дефект - сферическую аберрацию, вызванную производственной ошибкой. Дефект был крошечным, всего 1/50 толщины листа бумаги, но этого было достаточно, чтобы вызвать серьезные проблемы с изображением.

Прошло три года, прежде чем НАСА смогла провести ремонтную миссию. 2 декабря 1993 года космический шаттл Endeavour перебросил команду из семи человек, чтобы зафиксировать Хаббл в течение пяти дней выходов в открытый космос. Во время исправления были установлены две новые камеры, в том числе широкоугольная планетарная камера 2 (WFPC-2), которая позже сделала многие из самых известных фотографий Хаббла. В декабре 1993 года первые новые изображения с телескопа Хаббл достигли Земли, и от них захватило дух.

С тех пор Хаббл продолжает предоставлять беспрецедентную информацию о нашей Вселенной и вдохновлять любопытные умы по всему миру.

На этом изображении, сделанном космическим телескопом Хаббла, изображена переменная звезда-цефеида RS Puppis, которая ритмично светлеет и тускнеет в течение шестинедельного цикла.(Изображение предоставлено: NASA / ESA / Hubble Heritage (STScI / AURA) -Hubble / Europe Collab)

Факты о телескопе Хаббла

Хаббл - это совместный проект НАСА и Европейского космического агентства. Вот некоторые основные факты о телескопе и миссии, любезно предоставленные Научным институтом космического телескопа (STScI), который управляет Хабблом для НАСА:

Размер телескопа:

• Длина: 43,5 фута (13,2 метра)
• Вес: 24 500 фунтов. (11 110 кг)
• Максимальный диаметр: 14 футов (4,2 м)

Факты о миссии:

• Запуск: 24 апреля 1990 г. с космического корабля 'Дискавери' (STS-31).
• Размещение: 25 апреля 1990 г.
• Обслуживающая миссия 1: декабрь 1993 г.
• Обслуживающая миссия 2: февраль 1997 г.
• Обслуживающая миссия 3A: декабрь 1999 г.
• Обслуживающая миссия 3B: февраль 2002 г.
• Миссия по обслуживанию 4: май 2009 г.

Статистика космических полетов:

• Орбита: средняя высота 307 морских миль (569 км, или 353 мили), наклон 28,5 градуса к экватору.
• Время выхода на один виток: 97 минут.
• Скорость: 17 500 миль / ч (28 000 км / ч)

Данные:

Хаббл передает около 120 гигабайт научных данных каждую неделю. Это будет примерно 1097 метров книг на полке. Коллекция изображений и данных хранится на магнитооптических дисках.

Власть:

• Источник энергии: солнечный свет
• Механизм: две 25-футовые солнечные панели
• Потребляемая мощность: 2800 Вт
• Аккумуляторы: 6 никель-водородных (NiH), емкостью 20 автомобильных аккумуляторов.

Оптика:

• Диаметр главного зеркала: 94,5 дюйма (2,4 м)
• Вес главного зеркала: 828 кг (1825 фунтов)
• Диаметр вторичного зеркала: 12 дюймов (0,3 м)
• Вес вторичного зеркала: 27,4 фунта (12,3 кг)

Связанный: Тест Хаббла: насколько хорошо вы знаете знаменитый телескоп?

Сервисные миссии

Хаббл обслуживался пять раз. Вот основные моменты каждой сервисной миссии:

• Обслуживающая миссия 1 - STS-61, декабрь 1993: был установлен корректирующий пакет оптики, и планетарная камера с широким полем обзора была заменена на широкопольную и планетарную камеру 2 (включая внутреннюю систему оптической коррекции). Компьютеры были модернизированы. Астронавты также заменили солнечные батареи, гироскопы, магнитометры, компьютеры и другое оборудование.
  
• Обслуживающая миссия 2 - STS-82, февраль 1997 г .: Среди других задач астронавты установили спектрограф для получения изображений космического телескопа (STIS) и камеру ближнего инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр (NICMOS), заменив GHRS и FOS. Неожиданная проблема с NICMOS сократила его ожидаемый срок службы до 2 лет, что составляет менее половины первоначальных прогнозов.
  
• Миссия обслуживания 3A - STS-103, декабрь 1999: Третья миссия обслуживания была разделена на две части после того, как три из шести гироскопов (указывающих устройств) вышли из строя на телескопе Хаббла. Всего за несколько недель до старта 3A четвертый гироскоп вышел из строя, и телескоп не смог указать правильное направление для наблюдений. 3A заменил все гироскопы, датчик точного наведения и компьютер, среди прочего. Миссия вернула 'Хаббл' в строй вскоре после завершения ремонта.
  
• Обслуживающая миссия 3B - STS-109, март 2002: В ходе этой миссии была установлена ​​усовершенствованная камера для обследований (заменяющая оптический кабель), отремонтирован NICMOS и заменены солнечные батареи.
  
• Обслуживающая миссия 4 - STS-125, май 2009 г .: Эта миссия сначала была запланирована на февраль 2005 г., но НАСА отменило ее после того, как шаттл «Колумбия» был поврежден во время запуска и разбился во время входа в атмосферу в 2003 г., в результате чего погибли семь астронавтов. Хаббл находится на другой орбите, чем Международная космическая станция. Если шаттл будет поврежден при взлете, у космонавтов не будет убежища, куда они могли бы отступить в случае возникновения чрезвычайной ситуации. Однако, после протестов Конгресса, научного сообщества и общественности, миссия Хаббла была возобновлена ​​и намечена на 2008 год. Когда один из блоков обработки данных Хаббла вышел из строя, миссия была перенесена на 2009 год, чтобы включить в нее запасную часть. . Астронавты миссии 4 отремонтировали или заменили несколько систем и установили два новых инструмента: Wide Field Camera 3 и спектрограф Cosmic Origins.

Вид на космический телескоп Хаббла из окна шаттла Атлантис, который доставил астронавтов на ремонт в 2009 году.(Изображение предоставлено НАСА)

Открытия телескопа Хаббла

Улучшенная перспектива и усовершенствованная оптика Хаббла позволяют ему видеть дальше, чем могла видеть предыдущая наземная оптика. Поскольку свету нужно время, чтобы путешествовать на большие расстояния, дальность действия HST делает его работу похожей на машина времени ; свет, который он видит от удаленных объектов, показывает только то, как этот объект появился, когда свет покинул его, а не то, как он выглядит сегодня. Таким образом, когда мы смотрим на галактику Андромеды, находящуюся в 2,5 миллиона световых лет от Земли, мы видим ее такой, какой она была 2,5 миллиона лет назад.

На этом изображении показаны кандидаты в первичные карликовые галактики, обведенные зеленым. Три увеличения справа показывают несколько карликовых объектов, которые находятся на пределе возможностей нынешнего инструмента Хаббла. UDF Хаббла - это небольшой участок неба в направлении южного созвездия Форнакс. Яркость самых тусклых объектов составляет менее одной четырехмиллиардной яркости звезд, которые можно увидеть невооруженным глазом.(Изображение предоставлено НАСА, ЕКА, Р. Виндхорст (Университет штата Аризона) и Х. Ян (Научный центр Спитцера, Калифорнийский технологический институт))

А с помощью Хаббла открываются далекие объекты, которые в противном случае вообще невозможно увидеть.

Например, когда астрономы направили HST на кажущийся пустым участок неба на Большой Медведице в 1995 году, они сделали снимки более 3000 галактик, слишком далеких для того, чтобы их можно было обнаружить другими телескопами. (Позже это было названо Глубокое поле Хаббла). Некоторые галактики были настолько молоды, что в них еще не началось серьезное звездообразование. Были проведены и другие глубокие полевые наблюдения в той же области, каждый раз заглядывая глубже в космос. Они назывались Hubble Ultra-Deep Field (выпущено в 2004 году) и Hubble eXtreme Deep Field (выпущено в 2012 году).

Помимо изучения ранней Вселенной, Хаббл также помог астрономам определить, сколько времени прошло с момента Большого взрыва. Измеряя пульсирующую звезду особого типа, известную как Цефеида переменная , они смогли сузить возраст Вселенной с 10-20 миллиардов лет до HST до более точных 13,7 миллиардов лет.

Хаббл также исследует отдельные звезды на различных стадиях их эволюции - от облаков пыли, которые образуют молодые звезды, до трупов давно взорвавшихся и промежуточных. Он даже смог заглянуть за пределы нашей галактики, Млечного Пути, и на своих соседей, Магеллановы Облака и Галактику Андромеды.

Связанный: Самые удивительные открытия космического телескопа Хаббл

Сложнее увидеть планеты, вращающиеся вокруг других солнц. Тем не менее, в 2008 году Хаббл сделал снимки планеты Фомальгаут b, причем впервые внесолнечная планета была получена непосредственно в видимом свете. Но большинство планет сложнее сфотографировать. Большая часть работы HST с другими планетами заключается в обнаружении их атмосферы, когда они проходят перед своим солнцем; атмосфера фильтрует свет от звезд, и Хаббл фиксирует изменения.

Хаббл может проводить большую часть своего времени, глядя на Землю на расстоянии световых лет, но иногда ему нужно время, чтобы сфотографировать планеты, путешествующие вокруг нашего Солнца. Снимки с высоким разрешением Юпитера, Сатурна и даже Плутона могут дать понимание, которое может быть получено только с помощью планетарных зондов, вращающихся вокруг планет. Изображения с HST позволяют ученым на Земле отслеживать изменения в атмосфере и поверхности планеты. Когда комета Шумейкера-Леви врезалась в Юпитер в 1994 году, Хаббл сфотографировал фатальное столкновение. Последствия показали многое об атмосфере газового гиганта.

Кроме того, Хаббл видел что-то похожее на водяные струи, извергающиеся из луны Европы, спутника Юпитера. Телескоп произвел первое наблюдение в марте 2014 года, а затем в феврале 2016 года увидел в том же месте дополнительный шлейф-кандидат.

На орбите более двух десятилетий Хаббл помог ученым лучше понять планеты, галактику и всю Вселенную. Среди самых удивительных открытий и исследовательских проектов Хаббла:

• Создание трехмерной карты загадочной темной материи.
• Открытие Никс и Гидра, двух спутников Плутона.
• Помогает определить скорость расширения Вселенной.
• Обнаружение того, что почти каждая крупная галактика заякорена черной дырой.
• Помогая уточнить возраст Вселенной.

Недавние открытия Хаббла

Вот некоторые дополнительные основные моменты открытий Хаббла за последние несколько лет:

• 2020 г. : Обнаружено свидетельство таинственной пожирающей звезды черной дыры на краю другой галактики, которая празднует свое 30-летие!
  
• 2019 г. : Сфотографировал спиральную галактику, которая может помочь демистифицировать черные дыры, продемонстрировал красочную гибель умирающей звезды и запечатлел невероятные изображения кометы Борисова .
  
• 2018 г. : Шпионил за огромным Скопление галактик Эль Гордо , наблюдал, как исчезает гигантский шторм на Нептуне, и впервые увидел остатки взрыва сверхновой.
  
• 2013 : Провел несколько наблюдений за захватывающими Комета ISON перед тем, как комета распалась около Солнца в День Благодарения, исследовал взрыв на далекой звезде , обнаружил новолуние вокруг Нептуна и раскрыл подробности о История Млечного Пути на основе изображений 400 галактик на разных стадиях эволюции.
  
• 2014 г. : Смотрели астероид P / 2013 R3 разваливается; наблюдал редкий, близкий сверхновая под названием SN 2014J ; нашел чрезвычайно далекий ' космическое увеличительное стекло '; и выпустил изображение под названием Ультрафиолетовое покрытие сверхглубокого поля телескопа Хаббла - это показало эволюцию Вселенной.
  
• 2015 г. : Сделаны свежие наблюдения за ' Столпы творения 'чтобы увидеть, как они меняются с течением времени, запечатлел самый резкий вид Галактика Андромеды , выступил с лучшими Трехмерное изображение глубокой вселенной , и наблюдал темный вихрь на планете Нептун. В 2015 году Хабблу исполнилось 25 лет в космосе.
  
• 2016 г. : Сделал подробные наблюдения за Комета 252P / LINEAR ), заметил самая дальняя галактика тогда стало известно, и показал, что Вселенная, вероятно, имеет В 10 раз больше галактик ранее считалось, что существовали.
  
• 2017 г. : Найти стратосфера на огромной экзопланете , пятнистый сверхяркие галактики , смотрел самая дальняя известная активная комета , и случайно обнаружили несколько астероидов, когда они пробрались в наблюдения за скопление галактик .

Захватывающие снимки телескопа Хаббл

Ниже приведены некоторые из лучших изображений, сделанных телескопом Хаббл.

Узнайте больше в этом галерея потрясающих снимков Хаббла .

Туманность Спираль, планетарная туманность в созвездии Водолея, также известная как «Глаз Бога».(Изображение предоставлено НАСА, ЕКА и К.Р. О'Делл (Университет Вандербильта))

Этой массивной молодой звездной группе, называемой R136, всего несколько миллионов лет, и она находится в туманности 30 Дорада, бурной области рождения звезд в Большом Магеллановом Облаке, галактике-спутнике Млечного Пути.(Изображение предоставлено НАСА, ЕКА и Ф. Парес (INAF-IASF, Болонья, Италия), Р. О'Коннелл (Университет Вирджинии, Шарлоттсвилль) и Комитет по надзору за наукой с широкоугольной камерой 3)

Космический телескоп Хаббла получил самый подробный вид Крабовидной туманности на одном из самых больших изображений, когда-либо полученных космической обсерваторией.(Изображение предоставлено НАСА / ЕКА и Джеффом Хестером (Университет штата Аризона).)

Хаббл ловит Юпитер, меняющий свои полосы. Высокие и низкие облака меняются местами, меняя при этом свою форму и цвет.(Изображение предоставлено НАСА, Европейское космическое агентство, А. Саймон-Миллер (Центр космических полетов имени Годдарда НАСА), А. Сончез-Лавега, Р. Уэсо и С. Перес-Ойос (Университет Страны Басков), Э. Гарси ; a-Melendo (Фонд обсерватории Эстев Дюран, Испания) и Г. Ортон (Лаборатория реактивного движения))

Хаббл мгновенно видит сотни тысяч звезд, движущихся в шаровом скоплении M13.(Изображение предоставлено НАСА, ЕКА и группой «Наследие Хаббла» (STScI / AURA))

Кольца Сатурна в ультрафиолете - Новый взгляд на одни из самых известных колец Солнечной системы. Предоставлено: НАСА и Э. Каркошка (Университет Аризоны).

Хаббл Сверхглубокое Поле - Глядя на участок темного неба, HST обнаружил более 10 000 ранних галактик, невидимых с поверхности Земли. Авторы: НАСА, ЕКА, Р. Виндхорст (Университет штата Аризона) и Х. Ян (Научный центр Спитцера, Калифорнийский технологический институт)

Когда галактики сталкиваются - Две сталкивающиеся галактики образовали длиннохвостую кольцевую галактику. Авторы и права: NASA, ESA, The Hubble Heritage (STScI / AURA) -ESA / Hubble Collaboration и А. Эванс (Университет Вирджинии, Шарлоттсвилл / NRAO / Университет Стоуни-Брук)

Луна Урана - HST фиксирует затмение, когда луна, Ариэль, проходит перед солнцем. Авторы и права: НАСА, ЕКА, Л. Сромовский (Университет Висконсина, Мэдисон), Х. Хаммел (Институт космических наук) и К. Рэджес (SETI).

Хаббл делает снимки пыльных бурь на красной планете у полярных шапок. Авторы и права: НАСА, Джеймс Белл (Корнельский университет), Майкл Вольф (Институт космических наук) и группа «Наследие Хаббла» (STScI / AURA).

Бабочка выходит из звездной смерти - Умирающая звезда, выбрасывающая пыль и газ, создала красивую планетарную туманность. Авторы и права: НАСА, ЕКА и команда телескопа Hubble SM4 ERO.

Космический жемчуг из сверхзвуковой ударной волны - Ударные волны, выпущенные сверхновой в 1987 году, теперь сталкиваются с пылью и газом вокруг звезды, нагревая кольцо и заставляя его светиться. Авторы и права: НАСА, П. Чаллис, Р. Киршнер (Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики) и Б. Сугерман (STScI).

Галактические газовые пузыри - Пузырь газа в центре галактики NGC 3079 поднимается над сплющенным диском. Авторы: НАСА, Джеральд Сесил (Университет Северной Каролины), Сильвен Вейле (Университет штата Мэриленд), Джосс Бланд-Хоторн (Англо-австралийская обсерватория) и Алекс Филиппенко (Калифорнийский университет в Беркли).

Eta Carinae - взрыв гантелей - Пыль и газ, взрывающиеся по обе стороны от звезды Eta Carinae, показаны очень подробно. Несмотря на большое расстояние до звезд, можно наблюдать структуры диаметром всего 10 миллиардов миль. Предоставлено: Джон Морс (Университет Колорадо) и НАСА.

Кольцевые туманности - Умирающая звезда стряхнула пыль и газ, чтобы создать самые известные планетарные туманности. HST выявил темные комки материала, встроенные в края газового кольца, а умирающая звезда прячется в центре. Предоставлено: группа «Наследие Хаббла» (AURA / STScI / NASA)

Подготовка к поездке на Весту - Изображения, сделанные HST, помогли астрономам и инженерам спланировать миссию НАСА «Рассвет» к астероиду Веста и протопланете Церера. Кредиты для Весты: НАСА; ЕКА; Л. Макфадден и Дж. Ли (Мэрилендский университет, Колледж-Парк); М. Матчлер и З. Левай (Научный институт космического телескопа, Балтимор); П. Томас (Корнельский университет); Дж. Паркер и Э. Ф. Янг (Юго-западный научно-исследовательский институт); и C.T. Рассел и Б. Шмидт (Калифорнийский университет, Лос-Анджелес). Кредиты для Цереры: НАСА; ЕКА; Дж. Паркер (Юго-западный научно-исследовательский институт); П. Томас (Корнельский университет); Л. Макфадден (Мэрилендский университет, Колледж-Парк); и М. Мутчлер и З. Левай (Научный институт космического телескопа)

Поток субатомных частиц - Электроны и другие субатомные частицы текут из черной дыры в центре галактики M87. Предоставлено: НАСА и группа «Наследие Хаббла» (STScI / AURA).

Синяки Сапожника-Леви Юпитер - Когда комета Шумейкера-Леви бомбардировала Юпитер в 1994 году, она оставила свой след на планете. Предоставлено: группа кометы Хаббла и НАСА.

Дополнительные ресурсы:

• Вот 30 невероятных фото с Хаббла в честь 30-летия телескопа от НАСА.
• Следите за сообщениями Хаббла в Twitter @NASAHubble .
• Выяснить что Хаббл видел в твой день рождения на странице космического телескопа Хаббл НАСА.

Эта статья была обновлена ​​20 апреля 2020 года справочным редактором guesswhozoo.com Кимберли Хикок.