Каждый, кто увлекается космической тематикой, легко может узнать буквально все о марсоходах, шаттлах, искусственных спутниках. Словом, обо всех технических приспособлениях, которые помогают ученым познавать Солнечную систему. Ни для кого давно уже не секрет, что человечество готовится покорить Марс и строит планы о добыче полезных ископаемых на Луне – и неудивительно, что аппараты, которые приближают нас к освоению ближнего космоса, вызывают повышенный интерес.
Но есть целый класс исследовательских космических аппаратов, незаслуженно обойденных вниманием широкой общественности. И это легко объяснимо: они не так уж сильно способствуют освоению ближнего космоса. Взгляды их электронных глаз направлены по большей части туда, куда человечество вряд ли доберется в ближайшую сотню лет – далеко за границы Солнечной системы. Они позволяют увидеть самые далекие звезды, заглянуть в сердце нашей галактики, изучить соседние звездные скопления и туманности… Но большая часть результатов исследований, которые проводятся с их помощью, вызывает интерес разве что у горстки ученых. Для остальных же все сводится к красивым, но абстрактным фотографиям, на которых запечатлены разнообразные космические объекты и астрофизические явления.
Эти аппараты обычно именуют космическими телескопами – и такое название в чем-то формирует представление о них. Ведь для большинства людей телескоп – это всего лишь трубка с линзами, позволяющая рассмотреть удаленные объекты. Однако аппараты, о которых пойдет речь – гораздо больше, чем просто оптические устройства. Каждый из них – целая обсерватория на орбите, оснащенная множеством чувствительных приборов, способная производить точные расчеты и поставляющая ученым множество самых разных данных.
Пожалуй, самым известным орбитальным телескопом является «Хаббл» – аппарат, запущенный еще в 1990 году NASA совместно с Европейским космическим агентством. Во всяком случае, именно его работа освещена в прессе наиболее широко. Впрочем, и тут информация, в основном, сводится к наборам фотографий.
Так, 10 апреля был сделан очередной снимок: аппаратура телескопа запечатлела небесное тело, которое астрономы силились рассмотреть вот уже больше полугода – комету C/2012 S1 (ISON). Эта звездная странница, впервые замеченная в сентябре 2012-го, уже получила титул «Большая комета 2013 года». Теперь же, проанализировав данные «Хаббла», ученые предполагают, что она станет самой яркой за последние 100 лет. По прогнозам, в ноябре, когда она окажется в перигелии – то есть на минимальном расстоянии от Земли, – она будет светить ярче, чем Луна в полнолуние.
Предсказывая удивительное зрелище, которое обеспечит нам C/2012 S1, ученые допускают некоторые оговорки. И дело не в том, что расчеты могут оказаться неверны – проблема в непостоянстве подобных небесных тел. Кометы уже не раз обманывали ожидания астрономов. Так, открытая в 1973 году C/1973 E1 (Когоутека) тоже претендовала на титул «кометы столетия». Однако, приблизившись к Солнцу и подвергшись воздействию гравитационных сил, она частично распалась и невооруженным взглядом была почти не видна.
Но спектр данных, которые «Хаббл» поставляет ученым, гораздо шире, чем просто фотографии. Его оборудование «видит» в трех диапазонах – в том, который воспринимает человеческий глаз, в ультрафиолетовом и в инфракрасном. А «глаз» аппарата, 2,5-метровое зеркало, обеспечивает великолепный обзор.
К слову, проблемы, возникшие с этим зеркалом в первые недели работы аппарата, отлично иллюстрируют, насколько точны были расчеты специалистов, проектировавших орбитальный телескоп. Получив с орбиты первые данные, исследователи заметили, что качество изображений, выдаваемых «Хабблом», гораздо ниже, чем они рассчитывали – запланированной резкости не удалось достичь никакой настройкой, да и разрешение снимков было гораздо хуже ожидаемого. А ведь это зеркало было самым совершенным, самым точно рассчитанным из всех, что когда-либо создавались!
Причиной недостаточно качественной работы аппарата оказалось крошечная – всего 2 микрона – неточность при изготовлении зеркала, края которого получились слишком плоскими. И это мизерное отклонение обернулось настоящей катастрофой для всего научного сообщества. Конечно, большая часть возможностей телескопа сохранилась – с его помощью можно было наблюдать яркие небесные тела, излучающие достаточно света. К тому же дефект не мешал производить спектрографические измерения. И результаты работы телескопа все равно представляли огромную ценность для науки. Однако многие программы космологических исследований требовали наблюдений за особо тусклыми объектами – и теперь из-за каких-то двух микрон они оказались невыполнимы.
К счастью, эта проблема оказалась не из разряда неразрешимых. Проектировщики изначально запланировали возможность обслуживания телескопа прямо на орбите. Конечно, замена зеркала в космосе оказалась слишком сложной задачей, а спуск аппарата на Землю обошелся бы слишком дорого. Зато специалистам удалось сконструировать оригинальное устройство из двух зеркал, призванное скомпенсировать погрешность.
Между прочим, идея космической обсерватории не так уж нова. Впервые ее предложил известный немецкий инженер и ученый Герман Юлиус Оберт еще в 1923 году, описав концепцию в своей книге «Ракета в межпланетном пространстве».
У кого-то может возникнуть вопрос: а стоил ли «Хаббл» всех этих усилий? Ответить на него несложно – достаточно проанализировать хотя бы некоторые результаты его работы.
За 23 года наблюдений космический телескоп обеспечил ученым около 50 терабайт данных – причем каждый месяц их объем увеличивается еще на 80 ГБ. Его камеры запечатлели 22 тыс. небесных объектов — звезд и звездных скоплений, планет, туманностей, галактик. В общей сложности он передал на Землю около 1 млн. изображений. Почти 4 тыс. астрономов производили наблюдения с помощью Хаббла, и результатом их работы стало множество диссертаций и научных статей, опубликованных в различных научных журналах.
Кроме того, телескоп позволил обнаружить и даже изучить несколько планет, обращающихся вокруг соседних звезд. В частности, спектрометрия помогла ученым составить представление о составе их почвы и атмосферы. А многие другие планеты – в основном, находящиеся в Поясе Ориона – «Хаббл» застал в процессе образования, дав астрономам уникальную возможность пронаблюдать за этим. Получены новые данные и о черных дырах и квазарах, позволившие узнать больше об их природе. А заодно и обо всей Вселенной: именно изучение квазаров дало возможность определить ее возраст с точностью, ранее недоступной – 13,7 млрд. лет.
Благодаря своим совершенным приборам, «Хаббл» способен фотографировать не только звезды и планеты, но и целые галактики. И именно благодаря ему сегодняшние астрономы могут изучить спиралевидные и линзовидные звездные скопления. А недавно телескоп сделал снимок сразу двух галактик, гравитационные поля которых взаимодействуют друг с другом.
Однако зеркальный «глаз» телескопа не всегда был устремлен в недостижимые дали. С его помощью ученые узнали много нового и о нашей Солнечной системе. В частности, он позволил составить карты поверхности двух карликовых планет – Плутона и Эриды. А астрономам, наблюдавшим поверхность Сатурна, Юпитера и Ганимеда, повезло увидеть удивительное зрелище – полярные сияния в ультрафиолетовом спектре, невидимом для человеческого глаза. «Хаббл» обеспечил исследователям по-настоящему уникальную возможность.
В прошлом году орбитальная обсерватория «Хаббл» порадовала ученых новым открытием. Она обнаружила 69 объектов, которые при ближайшем рассмотрении оказались карликовыми галактиками – реликтовыми образованиями, зародившимися еще во времена образования Вселенной, около 9 млрд. лет назад. Внимание ученых привлек необычный цвет звездных скоплений, зафиксированных телескопом, и они подвергли их пристальному рассмотрению. Проанализировав спектр звезд, исследователи обнаружили, что многие из них появились совсем недавно и к тому же сформировались удивительно быстро. А взаимодействие света юных и очень ярких солнц с молекулами газа, плотность которого в реликтовых галактиках гораздо выше, чем в любом другом участке космоса, окрашивает гало по периметру галактики в розовый цвет.
Частота и скорость образования звезд в реликтовых галактиках заставила ученых отказаться от многих теорий, предложенных ранее. «Данные показали, что некоторые карликовые галактики могут «штамповать» звезды с очень высокой скоростью. Как мы считаем, это открытие потребует пересмотра всех теорий, касающихся эволюции галактик такого типа», – объяснил один из сотрудников Института космического телескопа в Балтиморе Гарри Фергюсон.
В апреле 2012 года на официальном сайте NASA была опубликована фотография одной из реликтовых микрогалактик – DDO 190.
Случается, какой-нибудь сложный, многофункциональный научный прибор выдает такое количество научных данных, что исследователи не успевают своевременно обрабатывать их. Порой такое происходит и с «Хабблом». Так, фотографии туманности в созвездии Цефея, постоянно меняющей свои очертания, поначалу даже не привлекли внимания ученых. Они были отправлены в архив и выложены на официальный сайт NASA, где все желающие могли увидеть их, как и тысячи других снимков.
Однако изображениям загадочной туманности и освещающей ее звезды PV Cep не суждено было кануть в Лету. Их обнаружил россиянин Алексей Ромашин, принимавший участие в конкурсе Hubble’s Hidden Treasures («Скрытые сокровища «Хаббла»). Суть мероприятия заключалась в том, чтобы каждый энтузиаст мог выбрать в архиве снимок, по его мнению, достойный внимания, и представить его для публикации на официальном сайте «Хаббла».
К слову, снимки туманности, сделанные орбитальным телескопом – далеко не первые ее изображения. Это образование астрономы наблюдают с 1952 года – тогда оно выглядело как узкая полоска газа, похожая на хвост крупной кометы. Однако через 25 лет ученые с удивлением обнаружили, что туманность приняла веерообразную форму. Это заставило исследователей предположить, что звезда PV Cep находится еще на стадии формирования. И теперь снимки «Хаббла» подтверждают эту теорию: они наглядно демонстрируют, что с момента начала наблюдений яркость светила сильно возросла.
Несмотря на внушительные результаты работы «Хаббла», многие представители широкой общественности по-прежнему сомневаются в целесообразности использования орбитальной обсерватории. Шутка ли, содержание подобного устройства в космосе обходится чуть ли не в 100 раз дороже, чем затраты на телескоп, расположенный на поверхности Земли и оснащенный 4-метровым зеркалом. Правда, у сторонников продолжения исследований есть свои аргументы: точность наблюдений с орбиты примерно в 15 раз выше, чем с Земли – оптическим приборам не мешает ни тень планеты, ни атмосфера, преломляющая и рассеивающая свет. Телескоп, установленный на поверхности, просто «не видит» многих объектов, которые можно рассмотреть и изучить с помощью приборов «Хаббла».
Результативность работы космического телескопа «Хаббл» впечатляет. Однако не стоит забывать, что это отнюдь не единственная обсерватория, выведенная на орбиту. И даже не первая – пионерами тут стали 4 спутника серии «ОАО», запущенные NASA в период с 1966 по 1972 год. Между прочим, некоторые из приборов, которыми они были оснащены, почти аналогичны современным – в первую очередь, телескопы и камеры, способные «увидеть» и заснять окружающую Вселенную в ультрафиолетовом спектре. А на последнем – «ОАО-3 Коперник» – установили еще и детектор рентгеновского излучения.
Именно его миссия, продолжавшаяся 9 лет, была самой удачной и принесла ученым огромное количество данных. В частности, с помощью «Коперника» было обнаружено несколько так называемых долговременных пульсаров с периодом обращения в несколько минут (обычно эта цифра составляет всего долю секунды).
К слову, «Хаббл» – отнюдь не последняя космическая обсерватория, запущенная NASA. Годом позже, в 1991-м, на орбиту был выведен телескоп «Комптон». В 1999-м к нему присоединился еще один – «Чандра», а уже в новом столетии, в 2003 году, – «Спитцер». В течение нескольких лет эти аппараты исправно снабжали ученых интересными данными, существенно расширяя их представления о Вселенной. Однако у широкой общественности их деятельность не получила такой широкой огласки, как работа «Хаббла». Во-первых, все три аппарата были спроектированы для выполнения очень узких задач, интересных, по большей части, специалистам в конкретных областях астрономии и астрофизики. Во-вторых, они уже завершили свои миссии.
Принцип подбора названий для орбитальных телескопов NASA не менее интересен, чем результаты их деятельности. Каждый из них носит имя ученого, который внес свой вклад в изучение космоса и приближение космической эры или просто расширил представления человечества о Вселенной. Так, астроном Эдвин Пауэлл Хаббл, чье имя носит самая знаменитая обсерватория, буквально открыл перед исследователям космоса новые горизонты, доказав, что кроме нашей галактики существует еще множество других звездных скоплений. Инструментом лауреата Нобелевской премии по физике Артура Комптона был не телескоп, а микроскоп, однако его работа по изучению изменения длины волны рентгеновского излучения сделала возможным наблюдать космические объекты в этом спектре. Субраманьян Чандрасекар, американский астрофизик индийского происхождения, изучал эволюцию звезд, их строение и процессы, происходящие в них. Американский астрофизик Лайман Спитцер также занимался изучением светил – в частности, исследовал процессы формирования звезд.
Однако не стоит думать, что запуск орбитальных телескопов – исключительно прерогатива Соединенных Штатов. Не отставал от заокеанского соперника и Советский Союз. Так, еще в 1983 году ракета-носитель «Протон» вывела на орбиту обсерваторию «Астрон». Этот спутник был оснащен самым большим на то время ультрафиолетовым телескопом и целым комплексом рентгеновских спектрометров. А высокая орбита позволяла наблюдать за близкими и далекими объектами Вселенной буквально из открытого космоса – тень Земли не перекрывала обзор и не рассеивала свет.
Планировалось, что «Астрон» проработает всего год – однако он продержался на орбите 6 лет, и все это время поставлял астрономам новую информацию. По общему объему полученных данных он сумел опередить все остальные приборы своего класса и был признан самым успешным космическим исследовательским проектом того времени. Аппарат сделал анализ спектра более чем сотни звезд и около 3 десятков галактик. Он принес ученым новые данные о десятках туманностей, зафиксировал несколько комет. С его помощью астрономы смогли пронаблюдать 23 декабря 1983 года симбиотическую – то есть двойную – звезду в созвездии Андромеды, а в конце февраля 1987 года – вспышку сверхновой в Большом Магеллановом облаке.
Когда же срок «жизни» «Астрона» подошел к концу, ему на смену пришел другой орбитальный телескоп – «Гранат», разработанный советскими учеными совместно с коллегами из Франции, Дании и Болгарии. Он опередил знаменитый «Хаббл» на несколько месяцев – аппарат был выведен на орбиту 1 декабря 1989 года.
«Гранат» стал следующим поколением советских орбитальных обсерваторий. Его инструменты наблюдения покрывали широчайший диапазон энергий – от видимого спектра (прибор «Подсолнух») до гамма-спектра (приборы «Фебус» и «Конус-Б»). И результаты его работы оказались соответствующими. Его основной прибор, телескоп SIGMA, позволил построить «карту» центра нашей галактики, предоставив астрономам серию снимков недостижимого доселе качества. Кроме того, с помощью «Граната» были обнаружены и изучены более десятка черных дыр и нейтронных звезд. И это лишь немногие из открытий, которые сделали ученые с помощью космического телескопа.
Многие изображения, полученные с помощью орбитальных телескопов, представляют не только научную, но и чисто эстетическую ценность. Неудивительно, что космическим объектам, заснятым ими, дают такие поэтические названия. Зарождающаяся звезда – «Космический веер», планетарная туманность – «Ожерелье», пара взаимодействующих галактик – «Космическая роза», реликтовая галактика – «Галактический остров»… Пожалуй, романтика космических исследований до сих пор волнует людей.
С помощью орбитального телескопа люди могут наблюдать не только красоты дальнего космоса, но и последствия катастроф, которые порой случаются на просторах Вселенной. Так, ученые получили серию снимков, демонстрирующих результаты столкновения двух галактик. Итогом этого катаклизма стало возникновение туманности вокруг галактики NGC 922, через центр которой прошло более мелкое звездное скопление. Это вызвало сильнейшие гравитационные возмущения, смещения звезд, составляющих NGC 922, со своих орбит – и в то же время запустило процесс формирования десятков новых светил, которые пока можно хорошо рассмотреть только в рентгеновском диапазоне. Свет юных звезд подцвечивает туманность, образовавшуюся по периметру галактики, и заставляет ее в свою очередь испускать розовое свечение.
Любая космическая обсерватория представляет собой результат труда множества гениальных ученых, талантливых инженеров, умелых технических специалистов. Пожалуй, каждая из них – совершенство. С одной лишь маленькой оговоркой: то, что еще вчера было вершиной технической мысли, сегодня перестает удовлетворять возрастающие запросы науки. И сотни специалистов приступают к разработке нового, еще более совершенного оборудования.
Именно так происходит сейчас с «Хабблом». Хотя он по-прежнему обеспечивает астрономов и астрофизиков множеством ценнейших данных, уже сейчас полным ходом идет разработка аппарата, который сменит его на орбите – космической обсерватории «Джеймс Вэбб» (James Webb), оснащенной оборудованием для наблюдений в инфракрасном спектре. Это устройство превзойдет предшественника буквально во всем – на нем будут установлены гораздо более чувствительные приборы, он сможет поставлять намного больше информации. А его «глаз», зеркало, планируют увеличить почти втрое – до 6,5 м!
В проекте принимают участие космические агентства целых 17 стран. Уже определено даже расчетное время запуска – 2018 год.
Задачи, которые ставятся перед новым орбитальным телескопом, поистине беспрецедентны: ученые планируют с его помощью приблизиться к пониманию того, как зарождалась Вселенная. Они уверены, что мощностей телескопа хватит, чтобы лучше рассмотреть и досконально изучить реликтовые галактики, обнаруженные «Хабблом», и разыскать и проанализировать звезды, которые зажглись первыми – сразу после Большого взрыва. Вероятно, это позволит понять, как именно он произошел, и как формировались эти звезды и галактики.
Разумеется, создание, вывод на орбиту и эксплуатация обсерватории «Джеймс Вэбб» потребует поистине гигантских затрат. Однако у ученых нет сомнений: это стоит любых вложений. Ведь каждый новый гигабайт информации, каждый новый снимок, каждый открытый космический объект или изученное явление – это маленький шаг, приближающий человечество к звездам.
