Hubble widziany z promu kosmicznego Atlantis STS-125
Kosmiczny teleskop Hubble ( KTH; Kosmiczny teleskop Hubble, HST; kod obserwatorium „250”) – znajdujący się na orbicie wokół , nazwany na cześć Edwina Hubble’a. Teleskop Hubble'a to wspólny projekt NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej; jest to jedno z Dużych Obserwatoriów NASA.
Umieszczenie teleskopu w przestrzeni kosmicznej umożliwia wykrycie promieniowania elektromagnetycznego w zakresach, w których atmosfera ziemska jest nieprzezroczysta; głównie w zakresie podczerwieni. Ze względu na brak wpływu atmosfery rozdzielczość teleskopu jest 7-10 razy większa niż w przypadku podobnego teleskopu znajdującego się na Ziemi.
Fabuła
Tło, koncepcje, wczesne projekty
Pierwsza wzmianka o koncepcji teleskopu orbitalnego pojawia się w książce „Rakieta w przestrzeni międzyplanetarnej” Hermanna Obertha ( Die Rakete zu den Planetenraumen ), wydany w 1923 r.
W 1946 roku amerykański astrofizyk Lyman Spitzer opublikował artykuł „The Astronomical Advantages of an Extraterrestrial Observatory” (Astronomical Advantages of an Extraterrestrial Observatory) ( Astronomiczne zalety obserwatorium pozaziemskiego ). W artykule zwrócono uwagę na dwie główne zalety takiego teleskopu. Po pierwsze, jego rozdzielczość kątowa będzie ograniczona jedynie przez dyfrakcję, a nie przez turbulentne przepływy w atmosferze; w tamtym czasie rozdzielczość teleskopów naziemnych wynosiła od 0,5 do 1,0 sekundy łukowej, podczas gdy teoretyczna granica rozdzielczości dyfrakcyjnej dla orbitującego teleskopu z 2,5-metrowym zwierciadłem wynosi około 0,1 sekundy. Po drugie, teleskop kosmiczny mógł prowadzić obserwacje w zakresie podczerwieni i ultrafioletu, w których absorpcja promieniowania przez atmosferę ziemską jest bardzo znacząca.
Spitzer poświęcił znaczną część swojej kariery naukowej na rozwój projektu. W 1962 r. raport opublikowany przez Narodową Akademię Nauk Stanów Zjednoczonych zalecał włączenie rozwoju teleskopu na orbicie do programu kosmicznego, a w 1965 r. Spitzer został mianowany szefem komisji, której zadaniem było określenie celów naukowych dużego teleskopu kosmicznego.
Astronomia kosmiczna zaczęła się rozwijać po zakończeniu II wojny światowej. W 1946 roku po raz pierwszy uzyskano widmo ultrafioletu. W 1962 roku Wielka Brytania wystrzeliła na orbitę teleskop do badań Słońca w ramach programu Ariel, a w 1966 roku NASA wystrzeliła w przestrzeń kosmiczną pierwsze obserwatorium orbitalne OAO-1. Misja zakończyła się niepowodzeniem z powodu awarii baterii trzy dni po starcie. W 1968 roku wystrzelono sondę OAO-2, która prowadziła obserwacje promieniowania ultrafioletowego do 1972 roku, znacznie przekraczając projektowany czas życia wynoszący 1 rok.
Misje OAO wyraźnie pokazały rolę, jaką mogą odegrać orbitujące teleskopy, dlatego w 1968 roku NASA zatwierdziła plan budowy teleskopu zwierciadlanego z lustrem o średnicy 3 m. Projekt otrzymał kryptonim LST (ang. LST). Duży Teleskop Kosmiczny). Start zaplanowano na rok 1972. W programie podkreślono potrzebę regularnych wypraw załogowych w celu konserwacji teleskopu, aby zapewnić długotrwałe działanie drogiego instrumentu. Rozwijający się równolegle program promów kosmicznych dawał nadzieję na uzyskanie odpowiednich możliwości.
Walka o finansowanie projektu
W związku z sukcesem programu JSC w środowisku astronomicznym panuje zgoda co do tego, że priorytetem powinna być budowa dużego teleskopu na orbicie. W 1970 roku NASA powołała dwa komitety, jeden do badania i planowania aspektów technicznych, drugi do opracowania programu badań naukowych. Kolejną poważną przeszkodą było finansowanie projektu, którego koszty miały przewyższyć koszt dowolnego teleskopu naziemnego. Kongres Stanów Zjednoczonych zakwestionował wiele proponowanych szacunków i znacznie obciął środki, które początkowo obejmowały badania na dużą skalę nad instrumentami i projektem obserwatorium. W 1974 roku, w ramach programu cięć budżetowych zainicjowanego przez prezydenta Forda, Kongres całkowicie anulował finansowanie projektu.
W odpowiedzi astronomowie rozpoczęli szeroką kampanię lobbingową. Wielu astronomów spotkało się osobiście z senatorami i kongresmanami, a także wysłano kilka dużych przesyłek listowych w celu wsparcia projektu. Narodowa Akademia Nauk opublikowała raport podkreślający znaczenie budowy dużego teleskopu na orbicie, w wyniku czego Senat zgodził się przeznaczyć na jego rzecz połowę budżetu pierwotnie zatwierdzonego przez Kongres.
Problemy finansowe doprowadziły do cięć, a wśród nich najważniejsza była decyzja o zmniejszeniu średnicy lustra z 3 do 2,4 metra w celu zmniejszenia kosztów i uzyskania bardziej zwartej konstrukcji. Projekt teleskopu z półtorametrowym zwierciadłem, który miał zostać wystrzelony w celu testowania i testowania systemów, również został odwołany i podjęto decyzję o współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną. ESA zgodziła się wziąć udział w finansowaniu, a także udostępnić obserwatorium szereg instrumentów w zamian za zarezerwowanie przez europejskich astronomów co najmniej 15% czasu obserwacyjnego. W 1978 roku Kongres zatwierdził dofinansowanie w wysokości 36 milionów dolarów i natychmiast potem rozpoczęły się prace projektowe na pełną skalę. Datę premiery zaplanowano na rok 1983. Na początku lat 80. teleskop otrzymał nazwę Edwin Hubble.
Organizacja projektowania i budowy
Prace nad stworzeniem teleskopu kosmicznego zostały podzielone pomiędzy wiele firm i instytucji. Centrum Kosmiczne Marshalla było odpowiedzialne za rozwój, projektowanie i budowę teleskopu, Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda było odpowiedzialne za ogólne zarządzanie rozwojem instrumentów naukowych i zostało wybrane na naziemne centrum kontroli. Centrum Marshalla zleciło firmie Perkin-Elmer zaprojektowanie i wyprodukowanie układu optycznego teleskopu ( Zespół teleskopu optycznego - OTA) i precyzyjne czujniki prowadzenia. Lockheed Corporation otrzymała kontrakt na budowę teleskopu.
Produkcja układu optycznego
Polerowanie głównego zwierciadła teleskopu, Laboratorium Perkin-Elmer, maj 1979
Zwierciadło i układ optyczny jako całość były najważniejszymi elementami konstrukcji teleskopu i postawiono im szczególnie rygorystyczne wymagania. Zwykle zwierciadła teleskopów są wykonane z tolerancją około jednej dziesiątej długości fali światła widzialnego, ale ponieważ teleskop kosmiczny miał prowadzić obserwacje w zakresie od ultrafioletu do bliskiej podczerwieni, a rozdzielczość musiała być dziesięciokrotnie wyższa niż rozdzielczość naziemna, opartych na instrumentach, tolerancję produkcyjną jego zwierciadła głównego ustalono na 1/20 długości fali światła widzialnego, czyli w przybliżeniu 30 nm.
Firma Perkin-Elmer zamierzała zastosować nowe komputerowe maszyny sterowane numerycznie do wytworzenia lustra o zadanym kształcie. Firma Kodak otrzymała zlecenie na wyprodukowanie zamiennego lustra przy użyciu tradycyjnych metod polerowania na wypadek nieprzewidzianych problemów związanych z niesprawdzonymi technologiami (lustro wyprodukowane przez firmę Kodak można obecnie oglądać w muzeum Smithsonian Institution). Prace nad zwierciadłem głównym rozpoczęły się w 1979 roku, wykorzystując szkło o ultraniskim współczynniku rozszerzalności cieplnej. Aby zmniejszyć wagę, lustro składało się z dwóch powierzchni - dolnej i górnej, połączonych kratową strukturą o strukturze plastra miodu.
Lustro zapasowe teleskopu, Smithsonian Air and Space Museum, Waszyngton
Prace nad polerowaniem lustra trwały do maja 1981 roku, jednak nie dotrzymano pierwotnych terminów i znacznie przekroczono budżet. Raporty NASA z tamtego okresu wyrażały wątpliwości co do kompetencji kierownictwa Perkina-Elmera i jego zdolności do pomyślnej realizacji tak ważnego i złożonego projektu. Aby zaoszczędzić pieniądze, NASA anulowała zamówienie na lusterko zapasowe i przesunęła datę premiery na październik 1984 r. Prace zakończono ostatecznie pod koniec 1981 roku, po nałożeniu powłoki odblaskowej z aluminium o grubości 75 nm i powłoki ochronnej z fluorku magnezu o grubości 25 nm.
Mimo to wątpliwości co do kompetencji firmy Perkin-Elmer pozostały, gdyż termin realizacji pozostałych elementów układu optycznego stale się przesuwał, a budżet projektu wzrastał. NASA określiła harmonogram firmy jako „niepewny i zmieniający się z dnia na dzień” i opóźniła wystrzelenie teleskopu do kwietnia 1985 roku. Terminów jednak nadal nie dotrzymywano, opóźnienia rosły średnio co kwartał o miesiąc, a w końcowym etapie rosły o jeden dzień każdego dnia. NASA była zmuszona jeszcze dwukrotnie przełożyć start, najpierw na marzec, a następnie na wrzesień 1986 roku. Do tego czasu całkowity budżet projektu wzrósł do 1,175 miliarda dolarów.
Statek kosmiczny
Początkowe etapy prac nad statkiem kosmicznym, 1980 rok
Kolejnym trudnym problemem inżynierskim było stworzenie aparatu nośnego dla teleskopu i innych instrumentów. Głównymi wymaganiami była ochrona sprzętu przed stałymi zmianami temperatury podczas nagrzewania od bezpośredniego światła słonecznego i chłodzenia w cieniu Ziemi oraz szczególnie precyzyjna orientacja teleskopu. Teleskop zamontowany jest wewnątrz lekkiej aluminiowej kapsuły, która pokryta jest wielowarstwową izolacją termiczną, zapewniającą stabilną temperaturę. Sztywność kapsuły i mocowanie instrumentów zapewnia wewnętrzna przestrzenna rama wykonana z włókna węglowego.
Chociaż statek kosmiczny okazał się skuteczniejszy niż układ optyczny, Lockheed również wypadł nieco z opóźnieniem i przekroczył budżet. Do maja 1985 r. przekroczenie kosztów wyniosło około 30% pierwotnej wielkości, a opóźnienie w realizacji planu wyniosło 3 miesiące. W raporcie przygotowanym przez Marshall Space Center zauważono, że firma nie wykazała inicjatywy w wykonywaniu prac, woląc polegać na instrukcjach NASA.
Koordynacja badań i kontrola lotu
W 1983 roku, po konfrontacji między NASA a społecznością naukową, utworzono Instytut Naukowy Teleskopu Kosmicznego. Instytutem zarządza Stowarzyszenie Uniwersytetów Badań Astronomicznych ( Stowarzyszenie Uniwersytetów Badań Astronomicznych ) (AURA) i znajduje się na terenie kampusu Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Baltimore w stanie Maryland. Uniwersytet Hopkinsa jest jednym z 32 amerykańskich uniwersytetów i instytucji zagranicznych będących członkami stowarzyszenia. Za organizację pracy naukowej i zapewnienie astronomom dostępu do uzyskanych danych odpowiada Kosmiczny Instytut Naukowy Teleskopu; NASA chciała zachować te funkcje pod swoją kontrolą, ale naukowcy woleli przekazać je instytucjom akademickim.
Centrum Koordynacyjne Europejskiego Teleskopu Kosmicznego zostało założone w 1984 roku w Garching w Niemczech w celu zapewnienia podobnych obiektów europejskim astronomom.
Sterowanie lotem powierzono Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda, które znajduje się w Greenbelt w stanie Maryland, 48 kilometrów od Instytutu Naukowego Teleskopu Kosmicznego. Funkcjonowanie teleskopu monitorowane jest całodobowo w systemie zmianowym przez cztery grupy specjalistów. Wsparcie techniczne zapewnia NASA i firmy kontraktujące za pośrednictwem Goddard Center.
Uruchom i rozpocznij pracę
Wystrzelenie wahadłowca Discovery z teleskopem Hubble'a na pokładzie
Pierwotnie teleskop miał zostać wystrzelony na orbitę w październiku 1986 r., ale 28 stycznia program promu kosmicznego został zawieszony na kilka lat, a start musiał zostać przełożony.
Przez cały ten czas teleskop przechowywany był w pomieszczeniu ze sztucznie oczyszczoną atmosferą, jego systemy pokładowe były częściowo włączone. Koszty przechowywania wynosiły około 6 milionów dolarów miesięcznie, co dodatkowo zwiększyło koszt projektu.
Wymuszone opóźnienie pozwoliło na szereg ulepszeń: wymieniono panele słoneczne na wydajniejsze, zmodernizowano zespół komputera pokładowego i systemy łączności, zmieniono konstrukcję tylnej obudowy ochronnej, aby ułatwić konserwację teleskopu Ponadto oprogramowanie do sterowania teleskopem nie było gotowe w 1986 r. i zostało ukończone dopiero w momencie jego wystrzelenia w 1990 r.
Po wznowieniu lotów wahadłowych w 1988 r., start ostatecznie zaplanowano na 1990 r. Przed startem kurz zgromadzony na lustrze został usunięty za pomocą sprężonego azotu, a wszystkie systemy zostały dokładnie przetestowane.
Od początków astronomii, od czasów Galileusza, astronomowie przyświecali jednemu wspólnemu celowi: widzieć więcej, widzieć dalej, widzieć głębiej. A Kosmiczny Teleskop Hubble'a wystrzelony w 1990 roku jest ogromnym krokiem w tym kierunku. Teleskop znajduje się na orbicie okołoziemskiej nad atmosferą, co może zakłócać i blokować promieniowanie pochodzące z obiektów kosmicznych. Dzięki jego braku astronomowie otrzymują za pomocą Hubble'a obrazy najwyższej jakości. Niemal nie sposób przecenić roli, jaką teleskop odegrał w rozwoju astronomii – Hubble to jeden z najbardziej udanych i długoterminowych projektów agencji kosmicznej NASA. Wysłał na Ziemię setki tysięcy zdjęć, rzucających światło na wiele tajemnic astronomii. Pomógł określić wiek Wszechświata, zidentyfikować kwazary, udowodnić, że masywne czarne dziury znajdują się w centrach galaktyk, a nawet przeprowadzić eksperymenty mające na celu wykrycie ciemnej materii.
Odkrycia zmieniły sposób, w jaki astronomowie patrzyli na Wszechświat. Zdolność widzenia bardzo szczegółowo pomogła przekształcić niektóre hipotezy astronomiczne w fakty. Wiele teorii zostało odrzuconych, aby pójść w jednym właściwym kierunku. Wśród osiągnięć Hubble’a jednym z najważniejszych jest określenie wieku Wszechświata, który dziś naukowcy szacują na 13 – 14 miliardów lat. Są to niewątpliwie dokładniejsze dane niż poprzednie dane za 10–20 miliardów lat. Hubble odegrał także kluczową rolę w odkryciu ciemnej energii, tajemniczej siły, która powoduje, że Wszechświat rozszerza się w stale rosnącym tempie. Dzięki Hubble'owi astronomowie mogli zobaczyć galaktyki na wszystkich etapach ich rozwoju, począwszy od formowania się, które miało miejsce w młodym Wszechświecie, co pomogło naukowcom zrozumieć, jak doszło do ich narodzin. Za pomocą teleskopu odkryto dyski protoplanetarne, nagromadzenia gazu i pyłu wokół młodych gwiazd, wokół których wkrótce (oczywiście według standardów astronomicznych) pojawią się nowe układy planetarne. Udało mu się znaleźć źródła rozbłysków gamma – dziwnych, niezwykle potężnych wybuchów energii – w odległych galaktykach podczas zapadania się supermasywnych gwiazd. A to tylko część odkryć unikalnego instrumentu astronomicznego, a już dowodzą, że 2,5 miliarda dolarów wydane na stworzenie, wyniesienie na orbitę i utrzymanie to najbardziej opłacalna inwestycja w skali całej ludzkości.
Kosmiczny teleskop Hubble
Hubble ma niesamowitą wydajność. Z jego umiejętności zaglądania w głąb Wszechświata korzysta cała społeczność astronomiczna. Każdy astronom może wysłać prośbę o skorzystanie z jego usług na określony czas, a grono specjalistów decyduje, czy jest to możliwe. Po obserwacji zwykle upływa rok, zanim społeczność astronomiczna otrzyma wyniki badań. Ponieważ dane uzyskane za pomocą teleskopu są dostępne dla każdego, każdy astronom może prowadzić swoje badania, koordynując dane z obserwatoriami na całym świecie. Polityka ta sprawia, że badania stają się otwarte, a przez to bardziej skuteczne. Unikalne możliwości teleskopu oznaczają jednak także najwyższy poziom popytu na niego – astronomowie na całym świecie walczą o prawo do korzystania z usług Hubble’a w czasie wolnym od głównych misji. Co roku napływa ponad tysiąc wniosków, spośród których wybierani są najlepsi według ekspertów, ale według statystyk spełnianych jest tylko 200 – tylko jedna piąta ogółu wnioskodawców prowadzi badania za pomocą Hubble'a.
Dlaczego konieczne było wystrzelenie teleskopu w przestrzeń bliską Ziemi i dlaczego urządzenie cieszy się tak dużym zainteresowaniem astronomów? Faktem jest, że teleskop Hubble'a był w stanie rozwiązać jednocześnie dwa problemy teleskopów naziemnych. Po pierwsze, rozmycie sygnału z atmosfery ziemskiej ogranicza możliwości teleskopów naziemnych, niezależnie od ich zaawansowania technicznego. Rozmycie atmosferyczne pozwala nam zobaczyć migoczące gwiazdy, gdy patrzymy na niebo. Po drugie, atmosfera pochłania promieniowanie o określonej długości fali, najsilniej promieniowanie ultrafioletowe, rentgenowskie i gamma. Jest to poważny problem, ponieważ badanie obiektów kosmicznych jest tym skuteczniejsze, im większy jest zakres energii.
I właśnie po to, aby uniknąć negatywnego wpływu atmosfery na jakość uzyskiwanych zdjęć, teleskop znajduje się nad nią, w odległości 569 kilometrów nad powierzchnią. W tym samym czasie teleskop wykonuje jeden obrót wokół Ziemi w ciągu 97 minut, poruszając się z prędkością 8 kilometrów na sekundę.
Układ optyczny teleskopu Hubble'a
Teleskop Hubble'a to system Ritchie-Chrétien lub ulepszona wersja systemu Cassegraina, w którym światło początkowo uderza w zwierciadło główne, jest odbijane i uderza w zwierciadło wtórne, które skupia światło i kieruje je do systemu instrumentów naukowych teleskopu przez mały otwór w zwierciadle głównym. Ludzie często błędnie wierzą, że teleskop powiększa obraz. Tak naprawdę zbiera tylko maksymalną ilość światła z obiektu. Odpowiednio, im większe zwierciadło główne, tym więcej światła zbierze i tym wyraźniejszy będzie obraz. Drugie zwierciadło jedynie skupia promieniowanie. Średnica zwierciadła głównego Hubble'a wynosi 2,4 metra. Wydaje się to niewielkie, biorąc pod uwagę, że średnica zwierciadeł teleskopów naziemnych sięga 10 metrów lub więcej, ale brak atmosfery i tak jest ogromną zaletą wersji komiksowej.
Do obserwacji obiektów kosmicznych teleskop ma szereg instrumentów naukowych, współpracujących lub osobno. Każdy z nich jest wyjątkowy na swój sposób.
Zaawansowana kamera do ankiet (ACS). Najnowszy instrument obserwacji widzialnej przeznaczony do badań wczesnego Wszechświata, zainstalowany w 2002 roku. Kamera ta pomogła w mapowaniu rozmieszczenia czarnej materii, wykrywaniu najbardziej odległych obiektów i badaniu ewolucji gromad galaktyk.
Kamera bliskiej podczerwieni i spektrometr wieloobiektowy (NICMOS). Czujnik podczerwieni wykrywający ciepło, gdy obiekty są ukryte za międzygwiazdowym pyłem lub gazem, na przykład w obszarach aktywnego formowania się gwiazd.
Kamera bliskiej podczerwieni i spektrometr wieloobiektowy (Space Telescope Imaging Spectrograph - STIS). Działa jak pryzmat, rozkładając światło. Z otrzymanego widma można uzyskać informacje o temperaturze, składzie chemicznym, gęstości i ruchu badanych obiektów. STIS zakończył działalność 3 sierpnia 2004 roku z powodu problemów technicznych, ale teleskop zostanie odnowiony podczas zaplanowanej konserwacji w 2008 roku.
Kamera szerokokątna i planetarna 2 (WFPC2). Uniwersalne narzędzie, za pomocą którego wykonano większość znanych wszystkim zdjęć. Dzięki 48 filtrom pozwala widzieć obiekty w dość szerokim zakresie długości fal.
Precyzyjne czujniki naprowadzania (FGS). Odpowiadają nie tylko za kontrolę i orientację teleskopu w przestrzeni - orientują teleskop względem gwiazd i nie pozwalają mu zboczyć z kursu, ale także dokonują precyzyjnych pomiarów odległości między gwiazdami i rejestrują względne odległości ruch.
Podobnie jak wiele statków kosmicznych krążących wokół Ziemi, źródłem energii Teleskopu Hubble'a jest promieniowanie słoneczne przechwytywane przez dwa dwunastometrowe panele słoneczne i magazynowane w celu nieprzerwanej pracy podczas przelotu przez zacienioną stronę Ziemi. Bardzo ciekawy jest także projekt systemu naprowadzania na pożądany cel – obiekt we Wszechświecie – w końcu udane sfotografowanie odległej galaktyki czy kwazara z prędkością 8 kilometrów na sekundę to bardzo trudne zadanie. Na system orientacji teleskopu składają się następujące elementy: wspomniane już precyzyjne czujniki naprowadzające, które wyznaczają położenie aparatu względem dwóch „wiodących” gwiazd; czujniki położenia względem Słońca to nie tylko narzędzia pomocnicze do orientowania teleskopu, ale także niezbędne narzędzia do określenia konieczności zamknięcia/otwarcia drzwiczki apertury, co zapobiega „przepaleniu” sprzętu pod wpływem skupionego światła słonecznego; czujniki magnetyczne orientujące statek kosmiczny względem pola magnetycznego Ziemi; system żyroskopów śledzących ruch teleskopu; oraz detektor elektrooptyczny, który monitoruje położenie teleskopu względem wybranej gwiazdy. Wszystko to zapewnia nie tylko możliwość sterowania teleskopem i „celowania” w pożądany obiekt kosmiczny, ale także zapobiega awariom cennego sprzętu, którego nie da się szybko zastąpić funkcjonalnym.
Jednak praca Hubble'a nie miałaby sensu bez możliwości przeniesienia danych uzyskanych do badań w laboratoriach na Ziemi. Aby rozwiązać ten problem, na Hubble'u zainstalowano cztery anteny, które wymieniają informacje z zespołem ds. operacji lotniczych w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda w Greenbelt. Satelity znajdujące się na orbicie okołoziemskiej służą do komunikacji z teleskopem i ustalania współrzędnych; odpowiadają także za przekazywanie danych. Hubble ma dwa komputery i kilka mniej złożonych podsystemów. Jeden z komputerów steruje nawigacją teleskopu, wszystkie pozostałe systemy odpowiadają za działanie instrumentów i komunikację z satelitami.
Schemat przesyłania informacji z orbity na Ziemię
Dane z naziemnego zespołu badawczego trafiają do Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda, a następnie do Instytutu Naukowego Teleskopu Kosmicznego, gdzie grupa specjalistów przetwarza je i rejestruje na nośnikach magnetooptycznych. Teleskop co tydzień wysyła na Ziemię informację wystarczającą do zapełnienia ponad dwudziestu płyt DVD, a dostęp do tej ogromnej ilości cennych informacji jest otwarty dla każdego. Większość danych przechowywana jest w cyfrowym formacie FITS, który jest bardzo wygodny do analizy, ale wyjątkowo nie nadaje się do publikacji w mediach. Dlatego najciekawsze dla ogółu zdjęcia publikowane są w bardziej popularnych formatach graficznych – TIFF i JPEG. Tym samym teleskop Hubble'a stał się nie tylko unikalnym instrumentem naukowym, ale także jedną z nielicznych możliwości, aby każdy mógł spojrzeć na piękno Kosmosu - profesjonalista, amator, a nawet osoba nieobeznana z astronomią. Z pewnym żalem musimy stwierdzić, że dostęp do teleskopu dla astronomów-amatorów jest obecnie zamknięty ze względu na zmniejszenie finansowania projektu.
Teleskop Orbitalny Hubble'a
Przeszłość Teleskopu Hubble'a jest nie mniej interesująca niż jego teraźniejszość. Pomysł stworzenia takiego obiektu pojawił się już w 1923 roku u Hermanna Obertha, twórcy niemieckiej rakiety. To on jako pierwszy mówił o możliwości wyniesienia teleskopu na niską orbitę okołoziemską za pomocą rakiety, choć nawet same rakiety jeszcze nie istniały. Pomysł ten rozwinął w 1946 roku w swoich publikacjach na temat potrzeby stworzenia obserwatorium kosmicznego przez amerykańskiego astrofizyka Lymana Spitzera. Przewidywał możliwość uzyskania unikalnych zdjęć, których w warunkach gruntowych po prostu nie da się wykonać. Przez następne pięćdziesiąt lat astrofizyk aktywnie promował tę ideę, aż do początku jej prawdziwego zastosowania.
Spitzer był liderem w rozwoju kilku projektów obserwatoriów orbitalnych, w tym satelity Copernicus i Orbiting Astronomical Observatory. Dzięki niemu w 1969 roku zatwierdzono projekt Wielkiego Teleskopu Kosmicznego, niestety z powodu braku funduszy nieco zmniejszono wymiary i wyposażenie teleskopu, w tym wielkość zwierciadeł i liczbę instrumentów.
W 1974 roku zaproponowano wykonanie wymiennych instrumentów o rozdzielczości 0,1 sekundy łukowej i działających długościach fal od ultrafioletu do światła widzialnego i podczerwieni. Prom miał wynieść teleskop na orbitę i sprowadzić go na Ziemię w celu przeprowadzenia konserwacji i napraw, które były możliwe także w kosmosie.
W 1975 roku NASA i Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) rozpoczęły prace nad Teleskopem Hubble'a. W 1977 roku Kongres zatwierdził finansowanie teleskopu.
Po tej decyzji zaczęto sporządzać listę instrumentów naukowych dla teleskopu i wyłoniono pięciu zwycięzców konkursu na stworzenie sprzętu. Czekała nas ogromna ilość pracy. Postanowili nazwać teleskop na cześć astronoma, który pokazał, że widoczne przez teleskop małe „skrawki” to odległe galaktyki i udowodnił, że Wszechświat się rozszerza.
Po różnych opóźnieniach start zaplanowano na październik 1986 r., ale 28 stycznia 1986 r. prom kosmiczny Challenger eksplodował minutę po starcie. Testy wahadłowców trwały ponad dwa lata, co oznacza, że wystrzelenie teleskopu Hubble'a na orbitę przesunięto o cztery lata. W tym czasie teleskop udoskonalono i 24 kwietnia 1990 roku na jego orbitę wzniosło się unikalne urządzenie.
Wystrzelenie wahadłowca z teleskopem Hubble'a na pokładzie
W grudniu 1993 roku prom kosmiczny Endeavour z siedmioosobową załogą został wyniesiony na orbitę w celu przeprowadzenia konserwacji teleskopu. Wymieniono dwie kamery oraz panele słoneczne. W 1994 roku wykonano pierwsze zdjęcia teleskopem, których jakość zszokowała astronomów. Hubble całkowicie się usprawiedliwił.
Konserwację, modernizację i wymianę kamer, paneli fotowoltaicznych, przeglądy okładzin termoizolacyjnych oraz konserwację przeprowadzono jeszcze trzykrotnie: w latach 1997, 1999 i 2002.
Modernizacja teleskopu Hubble'a, 2002
Kolejny lot miał odbyć się w 2006 roku, jednak 1 lutego 2003 roku z powodu problemów ze skórą prom kosmiczny Columbia podczas powrotu spłonął w atmosferze. W związku z tym istnieje potrzeba przeprowadzenia dodatkowych badań możliwości dalszego wykorzystania wahadłowców, które zakończono dopiero 31 października 2006 roku. To właśnie doprowadziło do przełożenia kolejnej zaplanowanej konserwacji teleskopu na wrzesień 2008 roku.
Dziś teleskop działa normalnie, przesyłając tygodniowo 120 GB informacji. Trwają także prace nad następcą Hubble'a, Kosmicznym Teleskopem Webba, który będzie badał obiekty o dużym przesunięciu ku czerwieni we wczesnym Wszechświecie. Będzie na wysokości 1,5 miliona kilometrów, start zaplanowano na 2013 rok.
Oczywiście Hubble nie trwa wiecznie. Następną naprawę zaplanowano na rok 2008, lecz teleskop nadal stopniowo ulega zużyciu i nie nadaje się do użytku. Stanie się to około 2013 roku. Kiedy to nastąpi, teleskop pozostanie na orbicie, dopóki nie ulegnie degradacji. Następnie Hubble zacznie spiralnie spadać na Ziemię i albo będzie podążał za stacją Mir, albo zostanie bezpiecznie dostarczony na Ziemię i stanie się eksponatem muzealnym o wyjątkowej historii. Jednak dziedzictwo teleskopu Hubble'a: jego odkrycia, przykład niemal bezbłędnej pracy i znane wszystkim fotografie - pozostaną. Możemy być pewni, że jego osiągnięcia jeszcze przez długi czas będą pomagać w odkrywaniu tajemnic Wszechświata, jako triumf niezwykle bogatego życia teleskopu Hubble'a.
Pod koniec września 2008 roku przy teleskopie im. Jednostka Hubble'a odpowiedzialna za przesyłanie informacji na Ziemię uległa awarii. Misję naprawy teleskopu przełożono na luty 2009 roku.
Charakterystyka techniczna teleskopu nazwanego na cześć. Hubble'a:
Premiera: 24 kwietnia 1990, 12:33 UT
Wymiary: 13,1 x 4,3 m
Waga: 11110 kg
Konstrukcja optyczna: Ritchie-Chretien
Winietowanie: 14%
Pole widzenia: 18" (do celów naukowych), 28" (do prowadzenia)
Rozdzielczość kątowa: 0,1 cala przy 632,8 nm
Zakres widmowy: 115 nm - 1 mm
Dokładność stabilizacji: 0,007 cala w ciągu 24 godzin
Projektowa orbita statku kosmicznego: wysokość - 693 km, nachylenie - 28,5°
Okres orbitowania wokół Zesli: od 96 do 97 minut
Planowany czas eksploatacji: 20 lat (z konserwacją)
Koszt teleskopu i statku kosmicznego: 1,5 miliarda dolarów (w dolarach z 1989 r.)
Lustro główne: średnica 2400 mm; Promień krzywizny 11 040 mm; Mimośród kwadratowy 1.0022985
Lustro wtórne: średnica 310 mm; Promień krzywizny 1,358 mm; Mimośród kwadratowy 1.49686
Odległości: między środkami lusterek 4906,071 mm; Od lustra wtórnego do ogniskowania 6406,200 mm
Teleskop Hubble'a, nazwany na cześć amerykańskiego astronoma Edwina Hubble'a (1889-1953), został wystrzelony na niską orbitę okołoziemską 24 kwietnia 1990 roku. Podczas jego pracy uzyskano ponad milion zdjęć gwiazd, planet, galaktyk, mgławic i innych obiektów kosmicznych.
Atmosfera ziemska jest nieprzejrzysta, więc gdyby Hubble znajdował się na powierzchni naszej planety, widziałby dziesięć razy gorzej.
Zaraz po uruchomieniu teleskopu okazało się, że jego zwierciadło główne ma wadę, przez co ostrość i rozdzielczość uzyskanych obrazów była znacznie gorsza od oczekiwanej. W całej historii teleskopu odbyło się pięć wypraw mających na celu jego obsługę. Głównym zadaniem pierwszego lotu do Hubble'a było oczywiście wyeliminowanie wady lustra poprzez zamontowanie optyki korekcyjnej. Była to jedna z najtrudniejszych wypraw w całej historii naszych eksploracji przestrzeni pozaziemskiej. Astronauci odbyli pięć długotrwałych spacerów kosmicznych; wymieniono kilka kamer, paneli słonecznych, systemów naprowadzania... Pod koniec prac skorygowano orbitę, ponieważ w wyniku tarcia z powietrzem podczas poruszania się w górnych warstwach atmosfery nastąpiła utrata wysokości. Misja zakończyła się sukcesem, a zdjęcia uzyskane po jej zakończeniu były bardzo dobre. Podczas kolejnych wypraw prowadzono zaplanowane prace konserwacyjne i wymianę sprzętu na nowocześniejszy. Przez długi czas piąty lot do Hubble'a stał pod znakiem zapytania.
Po katastrofie w Kolumbii w marcu 2003 roku prace konserwacyjne przy teleskopie zostały tymczasowo zawieszone. NASA zdecydowała, że każdy prom kosmiczny powinien móc dotrzeć do ISS w przypadku wystąpienia problemów technicznych.
Jednakże potrzeba prac konserwacyjnych jest wyraźnie spóźniona. NASA stanęła przed poważnym pytaniem: podjąć ryzyko czy zostawić rzeczy takimi, jakie są? Piąty lot do Hubble'a odbył się wbrew wszelkim przeciwnościom wiosną 2009 roku po nowym administratorze w NASA. Zdecydowano, że ta wyprawa do Hubble'a będzie ostatnią.
Jak uzyskać jasne i kolorowe obrazy z Hubble'a?
Hubble wykonuje zdjęcia obiektów kosmicznych w różnych zakresach od podczerwieni do ultrafioletu, efektem czego są czarno-białe zdjęcia o bardzo dobrej jakości i rozdzielczości. Skąd pochodzą te jasne, kolorowe zdjęcia, które najpierw pojawiają się na stronie internetowej NASA, a następnie krążą po całym Internecie? Odpowiedź jest dość banalna: Photoshop. Proces przetwarzania zdjęć jest skomplikowany i czasochłonny, nie daj się zwieść dwuminutowej długości filmu. Oto jak to wygląda:
Najsłynniejsze zdjęcia z Hubble'a:
Filary Stworzenia
Filary Stworzenia, czyli Trąby Słonia, to zbiór gwiezdnego pyłu i gazu w Mgławicy Orzeł (7000 lat świetlnych od Ziemi).
Galaktyka Andromedy, 2,5 miliona lat świetlnych od Ziemi:
Galaktyka M83, 15 milionów lat świetlnych od Ziemi:
Mgławica Krab jest wynikiem eksplozji supernowej w 1054 r.; w centrum mgławicy znajduje się gwiazda neutronowa (masa tego samego rzędu co nasze Słońce, wielkość - jak małe miasto).
Galaktyka NGC 5194, 23 miliony lat świetlnych od Ziemi:
Na dole po lewej stronie widać supernową, która eksplodowała w 1994 roku na obrzeżach galaktyki spiralnej.
Galaktyka Sombrero, 30 milionów lat świetlnych od Ziemi:
Mgławica Omega w gwiazdozbiorze Strzelca, 5 tysięcy lat świetlnych od Ziemi:
Najlepsze zdjęcia z teleskopu Hubble'a. Możesz umieścić go na pełnym ekranie i cieszyć się:
W kwietniu 2015 roku legendarny teleskop, nazwany na cześć Edwina Hubble'a (1889-1953), obchodził dwudziestą piątą rocznicę swojego pobytu na orbicie okołoziemskiej. Nikt nie ukrywa, że na przestrzeni lat musieliśmy wielokrotnie „leczyć” urządzenie, odnawiać je i udoskonalać. Jednak cała praca nie poszła na marne i teraz nawet uczniowie wiedzą, gdzie znajduje się teleskop Hubble'a.
Ten okrąża całą Ziemię co dziewięćdziesiąt minut na wysokości około sześciuset kilometrów nad poziomem morza. Jego głównym zadaniem jest fotografowanie wszystkiego, co pojawia się w jego polu widzenia. I mnóstwo hitów. Tak więc podczas jego pracy przesłano na Ziemię ponad 700 000 zdjęć. Trudno policzyć, ile artykułów naukowych i ile odkryć dokonano dzięki Hubble'owi!
Artysta kosmiczny
Pierwsze sukcesy urządzenia nie były imponujące. Zdjęcia wracały na Ziemię rozmazane i nie robiły wrażenia. Było to spowodowane wadą lustra, która jednak po pewnym czasie została naprawiona przez astronautów. Po pierwszym remoncie przeprowadzono kilka kolejnych. Hubble został ulepszony i wyposażony w nowy sprzęt.
Jego oko stawało się coraz ostrzejsze. A teraz, gdzie znajduje się ten słynny, nie ma bardziej dokładnego i uważnego obserwatora wszystkich zmian zachodzących we Wszechświecie.
Zdjęcia wykonane przez teleskop okazują się niezwykle piękne i artystyczne. Wszechświat, jak się okazało, ma dużo światła i koloru. Ponadto, wykorzystując odcienie zarejestrowane na zdjęciach, naukowcom udało się zidentyfikować substancje chemiczne zawarte w wielu formacjach, nowonarodzonych gwiazdach i galaktykach. Wewnątrz każdej galaktyki znajduje się gigantyczna czarna dziura, Wszechświat stale przyspiesza, a wszyscy wiemy o tym dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Hubble'a wystrzelonemu w 1990 roku.
Co ciekawe, udało nam się zajrzeć na tyle daleko, że narodziny nowych gwiazd były widoczne już w odległości 6,5 tys. lat świetlnych. Proces jest uchwycony w najdrobniejszych szczegółach. Fotografie są tak oryginalne, że zachwycą każdego.
Na cześć tego zorganizowano nawet koncert symfoniczny. Tym samym teleskop w kosmosie znacznie poszerzył granice ludzkich możliwości i po raz kolejny umożliwił weryfikację naszej kruchości.
Autorzy i twórcy
To wyjątkowe urządzenie zostało opracowane przez Europejską Agencję Kosmiczną wspólnie z NASA. W sumie wydano na to już 6 miliardów dolarów. Początkowo teleskop miał zostać wystrzelony w kosmos 4 lata wcześniej, jednak katastrofa Challengera przesunęła ten termin. Program stworzenia, uruchomienia i dalszej konserwacji przewidywał naprawę urządzenia co 5 lat.
Jednak uszkodzone lustro, przez co początkowo obrazy były niejasne, zrodziło pomysł, że naprawę trzeba będzie przeprowadzić bezpośrednio na orbicie. A w 1993 roku lustro zostało poprawione, urządzenie otrzymało dodatkowe wyposażenie i zaczęło działać jeszcze lepiej.
W obecnej sytuacji, biorąc pod uwagę lokalizację słynnego Teleskopu Hubble'a i jego nienaganne działanie, będzie on działał przez kolejne 5 lat, a może i dłużej. Tylko jakaś katastrofa może to wyłączyć. Chociaż zamiennik Hubble'a jest już gotowy. To dokładniejsze i bardziej czułe urządzenie należące do Kosmicznego Teleskopu Webba.
Asystent eksploracji kosmosu
Hubble rozwiązał problem badania promieniowania elektromagnetycznego. Rejestruje je w promieniowaniu podczerwonym. Teleskopy naziemne również to robią. Jednak Hubble okazał się dziesięć razy skuteczniejszy. Bo tam, gdzie znajduje się teleskop Hubble'a, możliwości jest więcej.
Hubble to dość małe urządzenie, jego średnica wynosi nieco ponad cztery metry. Panele słoneczne rozciągają się na szerokość 2 metrów. Ale długość wynosi 13 metrów. Przy tak pozornie małych gabarytach waga urządzenia robi wrażenie. Cały teleskop bez wyposażenia waży 11 tys. kilogramów, a kolejne 1,5 tys. to instrumenty.
Konserwacja teleskopu spada całkowicie na barki astronautów. Wcześniej zaplanowane naprawy wraz ze zejściem na Ziemię mogły jedynie doprowadzić do jej uszkodzenia i deformacji. W celu naprawy Hubble'a przeprowadzono w sumie 4 spacery kosmiczne.
Po prostu nie da się ocenić pracy, jaką teleskop wykonał w kosmosie. Dzięki niemu widzimy zdjęcia Plutona, jesteśmy świadkami zderzenia Jowisza z kometą Shoemaker-Levy i znamy wiek samego Wszechświata. Według naukowców jego wiek wynosi blisko czternaście miliardów lat. Ponadto eksperci śmiało deklarują jednorodność Wszechświata, przyspieszenie zachodzących w nim procesów i wiele więcej.
Z naszego ziemskiego domu spoglądamy w dal, próbując wyobrazić sobie strukturę świata, w którym się urodziliśmy. Teraz wniknęliśmy głęboko w przestrzeń kosmiczną. Okolice znamy już dość dobrze. Jednak w miarę posuwania się naprzód nasza wiedza staje się coraz mniej kompletna, aż w końcu zbliżamy się do niejasnego horyzontu, gdzie we mgle błędów szukamy ledwie bardziej realnych punktów orientacyjnych. Poszukiwania będą kontynuowane. Pragnienie wiedzy ma długą historię. Nie daje się zaspokoić, nie da się tego zatrzymać.
Edwina Powella Hubble’a
Na początku XX wieku teoretycy astronautyki marzyli, że pewnego dnia ludzkość nauczy się wysyłać teleskopy w przestrzeń kosmiczną. Ziemska optyka w tamtym czasie była niedoskonała, obserwacje astronomiczne często utrudniała zła pogoda i „oświetlenie” nieba, dlatego rozsądne wydawało się wysłanie teleskopu poza atmosferę w celu badania planet i gwiazd bez zakłóceń. Ale nawet pisarze science fiction nie mogli wówczas przewidzieć, ile niesamowitych i nieoczekiwanych odkryć przyniosą teleskopy orbitalne.
SZCZĘŚLIWE MAŁŻEŃSTWO
Najbardziej znanym teleskopem orbitalnym jest Kosmiczny Teleskop Hubble'a (HST), nazwany na cześć słynnego amerykańskiego astronoma Edwina Powella Hubble'a, który udowodnił, że galaktyki są układami gwiazdowymi i odkrył ich recesję.
Teleskop Hubble'a jest jednym z czterech Wielkich Obserwatoriów NASA. Posiadając zwierciadło główne o średnicy 2,4 metra, przez długi czas pozostawał największym instrumentem optycznym na orbicie, aż do czasu, gdy w 2009 roku Europejska Agencja Kosmiczna wystrzeliła tam teleskop na podczerwień Herschel o średnicy zwierciadła 3,5 metra. Na Ziemi tej wielkości instrumenty nie mogą w pełni zrealizować swojej rozdzielczości: wibracje atmosferyczne rozmywają obraz.
Projekt mógłby zakończyć się niepowodzeniem, gdyby teleskop nie został pierwotnie zaprojektowany do obsługi przez astronautów. Firma Kodak szybko wyprodukowała drugie lustro, ale w kosmosie nie dało się go zastąpić, a następnie eksperci zaproponowali stworzenie kosmicznych „okularów” - systemu korekcji optycznej COSTAR z dwóch specjalnych luster. Aby zainstalować system na Hubble’u, prom kosmiczny Endeavour wystartował na orbitę 2 grudnia 1993 roku. Astronauci odbyli pięć trudnych spacerów kosmicznych i przywrócili do życia kosztowny teleskop.
Później astronauci NASA polecieli do Hubble'a jeszcze cztery razy, znacznie wydłużając jego żywotność. Następną wyprawę zaplanowano na luty 2005 roku, jednak w marcu 2003 roku, po katastrofie wahadłowca Columbia, została ona przełożona na czas nieokreślony, co zagroziło dalszej pracy teleskopu.
Pod naciskiem opinii publicznej w lipcu 2004 roku komisja Amerykańskiej Akademii Nauk podjęła decyzję o konserwacji teleskopu. Dwa lata później nowy dyrektor NASA Michael Griffin zapowiedział przygotowania ostatniej wyprawy mającej na celu naprawę i modernizację teleskopu. Zakłada się, że po tym Hubble będzie pracował na orbicie do 2014 roku, po czym zostanie zastąpiony przez bardziej zaawansowany teleskop Jamesa Webba.
Hubble został wystrzelony na orbitę 24 kwietnia 1990 roku w ładowni promu kosmicznego Discovery. Jak na ironię, Hubble, kiedy zaczął działać w kosmosie, stworzył obraz gorszy niż teleskop naziemny podobnej wielkości. Powodem był błąd w produkcji głównego lustra
PRACA Z HUBBLEM
Każdy, kto ma dyplom z astronomii, może pracować z Hubble'em. Będziesz jednak musiał poczekać w kolejce. Konkurencja w zakresie czasu obserwacji jest duża: wymagany czas jest zwykle sześciokrotnie, a czasem dziewięciokrotnie dłuższy niż faktycznie dostępny.
Przez kilka lat część rezerwy czasu przeznaczona była dla astronomów-amatorów. Ich wnioski rozpatrywała specjalna komisja. Głównym wymaganiem w przypadku aplikacji była oryginalność tematu. W latach 1990–1997 wykonano 13 obserwacji przy użyciu programów zaproponowanych przez astronomów-amatorów. Następnie z braku czasu zaprzestano tej praktyki.
Odkrycia dokonane za pomocą Hubble'a są trudne do przecenienia: pierwsze zdjęcia asteroidy Ceres, planety karłowatej Eris i odległego Plutona. W 1994 roku Hubble dostarczył wysokiej jakości zdjęcia zderzenia komety Shoemaker-Levy 9 z Jowiszem. Hubble odkrył wiele dysków protoplanetarnych wokół gwiazd w Mgławicy Oriona - astronomom udało się w ten sposób udowodnić, że proces powstawania planet zachodzi w większości gwiazd naszej galaktyki. Na podstawie wyników obserwacji kwazarów zbudowano kosmologiczny model Wszechświata - okazało się, że nasz świat rozszerza się z przyspieszeniem i jest wypełniony tajemniczą ciemną materią. Ponadto obserwacje Hubble'a pozwoliły wyjaśnić wiek Wszechświata - 13,7 miliarda lat.
W ciągu 15 lat pracy na orbicie okołoziemskiej Hubble otrzymał 700 tysięcy zdjęć 22 tysięcy obiektów niebieskich: planet, gwiazd, mgławic i galaktyk. Przepływ danych, jakie generuje codziennie w procesie obserwacji, wynosi 15 gigabajtów. Ich łączna objętość przekroczyła już 20 terabajtów.
W tej kolekcji prezentujemy najciekawsze zdjęcia wykonane przez Hubble'a. Tematem są mgławice i galaktyki. W końcu Hubble został stworzony przede wszystkim po to, aby je obserwować. W kolejnych artykułach MF zwróci się ku obrazom innych obiektów kosmicznych.
Mgławica ANDROMEDY
Mgławica Andromeda, oznaczona w katalogu Messiera jako M31, jest dobrze znana fanom zarówno astronomii, jak i science fiction. I wszyscy wiedzą, że to wcale nie jest mgławica, ale najbliższa nam galaktyka. Dzięki jej obserwacjom Edwin Hubble był w stanie udowodnić, że wiele mgławic to układy gwiezdne podobne do naszej Drogi Mlecznej.
Jak sama nazwa wskazuje, mgławica znajduje się w gwiazdozbiorze Andromedy i znajduje się w odległości 2,52 miliona lat świetlnych od nas. W 1885 roku w galaktyce eksplodowała supernowa SN 1885A. W całej historii obserwacji jest to jak dotąd jedyne tego typu zdarzenie zarejestrowane w M31.
W 1912 roku odkryto, że Mgławica Andromeda zbliżała się do naszej galaktyki z prędkością 300 km/s. Zderzenie dwóch układów galaktycznych nastąpi za około 3-4 miliardy lat. Kiedy to nastąpi, połączą się w jedną dużą galaktykę, którą astronomowie nazywają Mlecznym Miodem. Możliwe, że w tym przypadku nasz Układ Słoneczny zostanie wyrzucony w przestrzeń międzygalaktyczną przez potężne zaburzenia grawitacyjne
Mgławica KRAB
Mgławica Krab to jedna z najsłynniejszych mgławic gazowych. Jest wymieniona w katalogu francuskiego astronoma Charlesa Messiera jako numer jeden (M1). Sam pomysł stworzenia katalogu kosmicznych mgławic przyszedł do Messiera po tym, jak obserwując niebo 12 września 1758 roku pomylił Mgławicę Krab z nową kometą. Aby uniknąć takich błędów w przyszłości, Francuz podjął się rejestracji takich obiektów.
Mgławica Krab znajduje się w gwiazdozbiorze Byka, w odległości 6,5 tysiąca lat świetlnych od Ziemi i jest pozostałością po eksplozji supernowej. Samą eksplozję zaobserwowali arabscy i chińscy astronomowie 4 lipca 1054 roku. Według zachowanych zapisów, błysk był tak jasny, że był widoczny nawet w dzień. Od tego czasu mgławica rozszerza się z monstrualną prędkością – około 1000 km/s. Jej zasięg wynosi obecnie ponad dziesięć lat świetlnych. W centrum mgławicy znajduje się pulsar PSR B0531+21 – dziesięciokilometrowa gwiazda neutronowa pozostała po wybuchu supernowej. Mgławica Krab wzięła swoją nazwę od rysunku astronoma Williama Parsonsa wykonanego w 1844 roku - na tym szkicu bardzo przypominała kraba.
Astronomia orbitalna ma swoją własną historię. Na przykład podczas całkowitego zaćmienia Słońca 19 czerwca 1936 roku moskiewski astronom Piotr Kulikowski wszedł na substratostat, aby sfotografować koronę i halo Słońca. W latach pięćdziesiątych Francuz Audouin Dollfus odbył serię lotów stratosferycznych w specjalnie zaprojektowanej do tego kabinie ciśnieniowej, unoszonej za pomocą girlandy składającej się ze 104 małych balonów przywiązanych do 450-metrowego kabla. Kabinę wyposażono w 30-centymetrowy teleskop i za jego pomocą pobierano widma planet. Rozwinięciem tych eksperymentów była bezzałogowa gondola Astrolab, za pomocą której Francuzi przeprowadzili szereg obserwacji stratosfery – jej system orientacji i stabilizacji powstał już w oparciu o technologie kosmiczne.
Dla amerykańskich astronomów pierwszym krokiem w kierunku teleskopów orbitalnych był program Stratoskop, prowadzony przez słynnego astrofizyka Martina Schwarzschilda. Od 1955 roku rozpoczęły się loty Stratoskopu-1 z teleskopem słonecznym, a 1 marca 1963 roku Stratoskop-2, wyposażony w wysokiej jakości reflektor układu Cassegraina, wykonał swój pierwszy nocny lot - za jego pomocą widma planet w podczerwieni i zdobyto gwiazdki. Ostatni i najbardziej udany lot odbył się w marcu 1970 roku. W ciągu dziewięciu godzin obserwacji uzyskano obrazy planet olbrzymów i jądra galaktyki NGC 4151. Lotem kierował zespół kierowany przez pracownika Uniwersytetu Princeton Roberta Danielsona, który później dołączył do zespołu projektowego teleskopu Hubble'a.
FILARY KREACJI
Filary Stworzenia to fragmenty gazowo-pyłowej Mgławicy Orzeł (M16), którą można zobaczyć w gwiazdozbiorze Węża. Hubble zrobił je w kwietniu 1995 roku, a zdjęcie to stało się jednym z najpopularniejszych w kolekcji NASA. Pierwotnie wierzono, że w Filarach Stworzenia narodziły się nowe gwiazdy – stąd nazwa. Jednak późniejsze badania wykazały coś przeciwnego – nie ma tam wystarczającej ilości materiału do formowania się gwiazd. Szczyt narodzin luminarzy w Mgławicy Orzeł zakończył się milion lat temu, a pierwszym młodym i gorącym słońcom udało się rozproszyć gaz w centrum swoim promieniowaniem
Filary Stworzenia są częścią naszej galaktyki, ale są oddalone o 7 tysięcy lat świetlnych. Są kolosalne (wysokość lewego to jedna trzecia parseka), ale bardzo niestabilne. Niedawno astronomowie odkryli, że w pobliżu około 9 tysięcy lat temu eksplodowała supernowa. Fala uderzeniowa dotarła do Filarów 6 tysięcy lat temu i już je zniszczyła, ale biorąc pod uwagę oddalenie, Ziemianie wkrótce nie będą mogli obserwować zniszczenia jednego z najbardziej niezwykłych i najpiękniejszych obiektów kosmicznych.
INKUBATOR ŚWIATÓW
Jeśli w Mgławicy Orzeł zakończył się proces narodzin nowych gwiazd, to w konstelacji Oriona nie ma jeszcze gwiazd. Gazowo-pyłowa Mgławica Oriona (M42) znajduje się w tym samym ramieniu spiralnym galaktyki co Słońce, ale w odległości 1300 lat świetlnych od nas. To najjaśniejsza mgławica na nocnym niebie, wyraźnie widoczna gołym okiem. Wymiary mgławicy są duże - jej długość wynosi 33 lata świetlne. Istnieje około tysiąca gwiazd młodszych niż milion lat (według standardów kosmicznych są to dzieci) i dziesiątki tysięcy gwiazd mających nieco ponad dziesięć milionów lat. Dzięki Hubble'owi możliwe było dostrzeżenie dysków protoplanetarnych w pobliżu młodych gwiazd i na różnych etapach ich powstawania. Obserwując mgławicę, astronomowie mogą wreszcie uzyskać jasny obraz powstawania układów planetarnych. Jednak procesy zachodzące w Mgławicy Oriona są na tyle aktywne, że w ciągu 100 tysięcy lat ulegnie ona rozpadowi i przestanie istnieć, pozostawiając po sobie gromadę gwiazd wraz z planetami.
PRZYSZŁOŚĆ SŁOŃCA
W kosmosie można zobaczyć nie tylko narodziny światów, ale także ich śmierć. Zdjęcie Hubble'a wykonane w 2001 roku przedstawia Mgławicę Mrówka, znaną astronomom jako Mz3 (Menzel 3). Mgławica znajduje się w naszej galaktyce w odległości 3 tysięcy lat świetlnych od Ziemi i powstała w wyniku emisji gazu z gwiazdy podobnej do naszego Słońca. Jego długość przekracza rok świetlny.
Mgławica Mrówka zaintrygowała astronomów. Choć nie potrafią odpowiedzieć na pytanie, dlaczego materia umierającej gwiazdy odlatuje nie w postaci rozszerzającej się kuli, ale w postaci dwóch niezależnych emisji, nadając mgławicy wygląd mrówki, nie pasuje to dobrze do teorii istniejąca teoria ewolucji gwiazd. Jedno z możliwych wyjaśnień: blaknąca gwiazda ma bardzo bliską gwiazdę towarzyszącą, której silne grawitacyjne siły pływowe wpływają na powstawanie przepływów gazu. Inne wyjaśnienie: kiedy umierająca gwiazda się obraca, jej pole magnetyczne nabiera złożonej, skręconej struktury, wpływając na naładowane cząstki rozpraszające się w przestrzeni z prędkością dochodzącą do 1000 km/s. Tak czy inaczej, uważna obserwacja Mgławicy Mrówka pomoże nam zobaczyć możliwą przyszłość naszej rodzimej gwiazdy.
ŚMIERĆ ŚWIATA
Gwiazdy większe od Słońca zwykle kończą swoje życie przechodząc w supernową. Hubble'owi udało się uchwycić kilka z tych błysków, ale chyba najbardziej spektakularny jest obraz supernowej 1994D, która eksplodowała na obrzeżach dysku galaktyki NGC 4526 (widocznej na zdjęciu jako jasna plama w lewym dolnym rogu). Supernowa 1994D nie była czymś wyjątkowym – wręcz przeciwnie, jest interesująca właśnie dlatego, że jest bardzo podobna do innych. Rozumiejąc zjawisko supernowych, astronomowie mogą wykorzystać jasność gwiazdy 1994D do określenia jej odległości i wyjaśnienia sposobu rozszerzania się Wszechświata. Samo zdjęcie wyraźnie pokazuje skalę zjawiska – supernowa swoją jasnością porównywalna jest z jasnością całej galaktyki.
POŻARNIK GALAXY
W kosmosie znajdują się nie tylko gwiazdy, mgławice i galaktyki, ale także czarne dziury. Czarna dziura to obszar przestrzeni, w którym przyciąganie grawitacyjne jest tak silne, że nawet światło nie może przed nim uciec. Uważa się, że można znaleźć kilka rodzajów czarnych dziur: te, które pojawiły się w czasie Wielkiego Wybuchu, te, które powstały w wyniku zapadnięcia się masywnej gwiazdy oraz te, które powstały w centrach galaktyk. Astronomowie twierdzą, że w centrum każdej galaktyki spiralnej i eliptycznej znajdują się ogromne czarne dziury. Ale jak zobaczyć coś, przed czym nie może uciec nawet światło? Okazuje się, że czarną dziurę można wykryć poprzez jej interakcję z przestrzenią.
Zdjęcie Hubble'a wykonane w 2000 roku ukazuje centrum galaktyki eliptycznej M87, największej w gromadzie konstelacji Panny. Znajduje się w odległości 50 milionów lat świetlnych od nas i jest źródłem silnego promieniowania radiowego i gamma. Już w 1918 roku ustalono, że z centrum galaktyki wystrzeliwuje strumień gorących gazów, którego prędkość wewnątrz jest zbliżona do prędkości światła. Długość strumienia wynosi 5 tysięcy lat świetlnych! Badania galaktyki M87 wykazały, że fenomenalną gęstość materii w jej centrum oraz monstrualny dżet można wyjaśnić jedynie wtedy, gdy założymy, że znajduje się tam gigantyczna czarna dziura, której masa jest 6,4 miliarda razy większa od masy Słońca. Obecność tego „pożeracza” galaktyk i okresowe wyrzucanie materii z sąsiedniego obszaru uniemożliwiają narodziny nowych gwiazd. Astronomowie są pewni: gdyby w centrum M87 znajdowała się zwykła czarna dziura, galaktyka miałaby wygląd spiralny i byłaby 30 razy jaśniejsza od naszej.
MŁODZIEŻ WSZECHŚWIATA
Teleskop orbitalny Hubble'a może służyć nie tylko jako instrument optyczny, ale także prawdziwy „wehikuł czasu” - na przykład za jego pomocą można zobaczyć obiekty, które pojawiły się niemal natychmiast po Wielkim Wybuchu. W 2004 roku Hubble za pomocą nowego czułego aparatu był w stanie sfotografować gromadę 10 tysięcy najodleglejszych, a zatem najstarszych galaktyk. Galaktyki te znajdują się w rekordowej odległości od nas - 13,1 miliarda lat świetlnych. Jeśli nasz Wszechświat narodził się 13,7 miliarda lat temu, to okazuje się, że odkryte galaktyki pojawiły się dopiero 650-700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Oczywiście nie widzimy samych tych galaktyk, a jedynie ich światło, które w końcu dotarło do Ziemi
Zatem zdjęcie pokazuje wydarzenia, które miały miejsce w ciągu pierwszego miliarda lat życia naszego Wszechświata. Według naukowców na tamtym etapie ewolucji był on o rząd wielkości mniejszy niż jego obecny rozmiar, a znajdujące się w nim obiekty znajdowały się bliżej siebie. Niektórym ze sfotografowanych galaktyk całkowicie brakuje wyraźnej struktury wewnętrznej właściwej naszej galaktyce. Inne wyraźnie przechodzą okres zderzenia, kiedy monstrualne siły grawitacyjne nadają im niezwykły kształt.
Astronomowie tradycyjnie nazywają obszar najstarszych galaktyk Ultra Głębokim Polem. Znajduje się tuż pod gwiazdozbiorem Oriona.
Mgławica Koński Łeb
Mgławica Koński Łeb (lub Barnard 33) znajduje się w gwiazdozbiorze Oriona w odległości około 1600 lat świetlnych od Ziemi. Jego rozmiar liniowy wynosi 3,5 roku świetlnego. Jest częścią ogromnego kompleksu gazowo-pyłowego zwanego Obłokiem Oriona. Mgławica ta znana jest nawet osobom dalekim od astronomii, ponieważ naprawdę wygląda jak głowa konia. Czerwona poświata głowy wynika z jonizacji wodoru znajdującego się za mgławicą pod wpływem promieniowania najbliższej jasnej gwiazdy – Alnitak. Gaz wypływający z mgławicy porusza się w silnym polu magnetycznym. Jasne plamy u podstawy Mgławicy Koński Łeb to młode gwiazdy w procesie formowania. Mgławica ze względu na swój niezwykły kształt przyciąga uwagę: często jest rysowana i fotografowana. Pewnie dlatego zdjęcie Końskiego Łba wykonane przez Hubble’a zostało uznane za najlepsze według wyników głosowania internautów.
GALAXY SOMBRERO
Sombrero (M104) to galaktyka spiralna w gwiazdozbiorze Panny, oddalona o 28 milionów lat świetlnych. Średnica galaktyki wynosi 50 tysięcy lat świetlnych. Swoją nazwę zawdzięcza wystającej części środkowej (wybrzuszeniu) i krawędzi ciemnej materii (nie mylić z ciemną materią!), co nadaje galaktyce podobieństwo do meksykańskiego kapelusza. Centralna część galaktyki emituje promieniowanie we wszystkich zakresach widma elektromagnetycznego. Jak ustalili naukowcy, znajduje się tam gigantyczna czarna dziura, której masa jest miliard razy większa od masy Słońca. Pierścienie pyłowe M104 zawierają dużą liczbę młodych jasnych gwiazd i mają niezwykle złożoną strukturę, której nie można jeszcze wyjaśnić.
Obraz Galaktyki Sombrero został uznany za najlepszy obraz Hubble'a według astronomów, z którymi rozmawiali korespondenci brytyjskiej gazety Daily Mail. Prawdopodobnie astronomowie swoim wyborem chcieli powiedzieć, że wiedza o Wszechświecie nie sprowadza się do żmudnego studiowania tysięcy zdjęć gwiaździstego nieba, konstruowania wykresów i niekończących się obliczeń. Poznając Wszechświat, zachwycamy się jednocześnie jego fantastycznym pięknem. Pomaga nam w tym wyjątkowe dzieło ludzkich rąk - orbitalny teleskop Hubble'a.
Edwin Powell Hubble to wybitny amerykański astronom XX wieku. Urodzony 20 listopada 1889 w Marshfield w stanie Missouri. Zmarł 28 września 1953 w San Marino (Kalifornia). Główne prace Hubble'a poświęcone są badaniu galaktyk.
- W 1922 roku Hubble zaproponował podział obserwowanych mgławic na mgławice pozagalaktyczne (galaktyki) i mgławice galaktyczne (gaz-pył).
- W 1923 roku naukowiec wprowadził klasyfikację mgławic pozagalaktycznych, dzieląc je na eliptyczne, spiralne i nieregularne.
- W 1924 roku astronom zidentyfikował gwiazdy, z których się składają, na zdjęciach niektórych pobliskich galaktyk, co udowodniło, że galaktyki te są układami gwiazd podobnymi do Drogi Mlecznej.
- W 1929 roku Hubble odkrył związek pomiędzy przesunięciem ku czerwieni w widmie galaktyk a odległością do nich (prawo Hubble'a). Obliczył współczynnik zależności odległości do galaktyki od prędkości jej odwrotu (stała Hubble'a). Recesja galaktyk stała się bezpośrednim dowodem na to, że Wszechświat powstał w wyniku Wielkiego Wybuchu i nadal szybko się rozszerza.