«Техника-молодежи» 1990 г. №11, с.32-34
Эдвин П. Хаббл. Американский астроном, чьим именем назван космический телескоп, и его рабочее место — 2,5-метровый рефлектор обсерватории в Маунт-Вильсон. В 20-е годы нашего столетия Хаббл сделал открытие: Вселенная организована в виде галактик, которые стремительно удаляются друг от друга. Впоследствии его открытие послужило базой для создания теории происхождения мира в результате Большого взрыва. Основные типы оптических телескопов, предложенные (сверху вниз): Галилеем, Фостером, Кассегреном, Ньютоном. |
Телескопостроение — едва ли не самая консервативная область техники. На исходе четвертое столетие со времени изобретения первой оптической трубы, а тысячи поклонников астрономии продолжают шлифовать зеркала своих рефлекторов подобно незабвенному Уильяму Гершелю. Пойманный световой луч преломляется в телескопах по схемам, предложенным еще Ньютоном, шотландским математиком Грегори и французским художником Кассегреном во второй половине XVII века. Ведь именно Грегори придумал установить позади фокуса главного зеркала на его оптической оси вторичное вогнутое зеркало, которое отражало бы пучок света назад, направляя его через отверстие в главном зеркале в окуляр наблюдателя. Таким образом, он добился увеличения фокусного расстояния в 4-6 раз, сэкономив на длине устройства.
С тех пор телескопостроение развивалось как бы ввысь и вширь. Обсерватории карабкались поближе к звездам, в горы, где воздух прозрачен и меньше мешает исследованиям. Зеркала телескопов, стремясь собрать побольше звездного света, все возрастали в размерах и достигли наконец-то 5 м в рефлекторе Паломарской обсерватории (США) и 6 м — в телескопе Зеленчукской астрофизической на Кавказе.
Но вот в апреле 1990 года челнок «Дискавери», «подпрыгнув» на 600 км и установив между делом рекорд высоты для «шаттлов», выгрузил из своего багажника на орбиту Земли чудо научной и инженерной мысли — космический телескоп «Хаббл». Директор института космического телескопа Р. Джиаккони полагает, что социальное влияние полученных с помощью «Хаббла» новых знаний будет не меньше, чем в результате революции, начатой Коперником, Галилеем, Кеплером и Ньютоном. Хотя, с исторической точки зрения, чудо астрономии не что иное, как известный с XVII века рефлектор, только летающий. Однако, с точек зрения научной и технической, эта обсерватория — самая грандиозная затея звездочетов, когда-либо возникавшая. Конструкторами телескопа из Национального агентства по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) и Европейского космического агентства пришлось учесть около 76 требований ученых и затратить полтора десятка лет, чтобы создать оптический прибор, самый совершенный из существующих. Три пятилетки «Хаббла», в течение которых запланированы научные исследования с его помощью, будут прерываться лишь редкими визитами ремонтных бригад астронавтов.
Космическая обсерватория напоминает запасливого фотографа, отправившегося на съемки в какой-нибудь «медвежий угол»: кофр наполнен «длиннофокусниками» с «широкоугольниками», карманы набиты светофильтрами, запасными кассетами, а рюкзак — рулонами пленки различной чувствительности.
«Хаббл» экипирован тоже на все случаи съемок. В его «кофре» две камеры, два спектрографа, фотометр и датчики точного наведения для астрометрических целей. Камеры, снабженные моноклями разноцветных фильтров, должны дать изображения планет, комет, звездных скоплений, пылевых и газовых облаков, галактик, по которым ученые определят их строение, состав и светимость.
Один из приборов — планетарная камера с большим полем зрения для съемки космических панорам. Еще одна камера (КСО) — для слабых объектов. Она создана в Европейском космическом агентстве. В обязанности КСО, мимо которой, кажется, и мышь не проскочит незамеченной, входит только одно — пристально вглядываться в отводимые ей «шесть соток» звездного неба и докладывать на Землю о своих впечатлениях. Она должна впервые пополнить досье астрономов изображением диска Плутона.
Обе камеры примут участие в охоте за черными дырами, разыскивая их в центрах гигантских эллиптических галактик, где, согласно предположениям ученых, скрываются эти сверхмассивные образования. Конечно, непосредственно разглядеть таинственный объект, не выпускающий из своего склепа даже свет, не удастся. Но на него надеются выйти по следу, по тем аномалиям, которые должны наблюдаться в его окрестностях, — к примеру, по изменению светимости материи, затягиваемой в черную бездну. Кроме того, планетарную камеру предполагается использовать как «машину времени» и совершить путешествие на 14 000 млн. лет назад, к моменту возникновения Вселенной. Это произойдет благодаря ее способности различать строение чрезвычайно удаленных галактик, от которых столь невероятно долго идет к нам излучение.
Вместо фотопластинок в камерах космической обсерватории — современные фотоэлектрические приемники, которые преобразуют изображение в цифровую форму. Этим эффективным и уже широко известным способом полученные изображения будут передаваться на Землю. Разрешающая способность таких приемников несравнимо выше, чем самых лучших пластинок фирмы «Кодак», используемых в наземных телескопах. Чрезвычайно высока и светочувствительность.
Александр ВИКЕНТЬЕВ,
инженер
|
Спектрографы, эти ректификационные колонны астрофизиков, «рассортируют» свет далеких звезд по фракциям — длинам волн — и помогут собрать информацию о химическом составе попавшего в объектив космического тела, его температуре, плотности, скорости вращения и скорости приближения или удаления от нас.
Самый простой по конструкции научный прибор — высокоскоростной фотометр. Его повседневная работа — точное определение блеска небесных «светлячков» в полосе пропускания ряда цветных фильтров. Это необходимо для уточнения вертикальной структуры атмосфер планет (температуры, давления, состава). Однако с особым нетерпением ученые дожидаются момента, когда фотометр начнет вести наблюдения за «катастрофическими» переменными звездами. Такая звезда часто представляет собой неразлучную пару — гигант со слабо связанной внешней оболочкой и компактная, быстро эволюционирующая звезда, захватывающая вещество своего «благодушного» партнера. Считается, что космическим вампиром может быть либо нейтронная звезда, либо белый карлик, либо каждому известная, но никем так и не обнаруженная черная дыра.
Уже в школьном астрономическом кружке скажут, насколько важно надежно «закрепиться» за наблюдаемым участком неба, чтобы получить его качественные изображения. Ведь он-то движется! При этом способность телескопа компенсировать отклонения с точностью до одной угловой секунды считается превосходной. Совершенство системы ориентации на «Хаббле» ошеломляет. Она позволяет выдерживать заданное направление с точностью не менее 0,007 угловой секунды! В этом не последнюю роль играют также жесткая конструкция телескопа, практически не зависящая от колебаний температуры — графито-эпоксидная ферма и титановое силовое кольцо главного зеркала. Такие суровые требования к точности наведения диктует высочайшее качество оптики, которая просто перестанет нормально работать, если заданный режим не будет выдерживаться.
Предмет восторгов разработчиков «Хаббла» — главное зеркало диаметром 2,4 м. Легкое, со сверхнизким коэффициентом теплового расширения, изготовленное из силиката титана, оно имеет почти идеальную поверхность. Испытания, проводимые с помощью светового луча с длиной волны 633 нм, показали отклонения от идеальной формы менее чем на 1/60 длины волны. Если увеличить площадь такого зеркала до масштабов США, то высота неровностей на нем не превысит нескольких сантиметров!
Чудесное зеркало позволит в полной мере насладиться видами Вселенной, не размытыми мутным стеклом земной атмосферы, и заглянуть в галактические дали, расстояние до которых семикратно превосходит расстояние до самых затерянных миров, различимых с Земли.
Угловая разрешающая способность космического телескопа в видимом диапазоне составляет 0,1 угловой секунды, что на порядок выше аналогичной характеристики лучших наземных. Это, в сочетании с хорошей сфокусированностью изображения и большой светосилой, поставит астрономов в положение тех изумленных корабельщиков, которые на пустом доселе месте каменистого острова Буяна вдруг обнаружили цветущий град князя Гвидона. Теоретически, воспользовавшись космическим телескопом, можно читать заголовки газеты, которую перелистывают за 600 км от него.
Все эти выдающиеся способности «Хаббл» должен полностью проявить за свою 15-летнюю службу на орбите. Среди самых первых исследований, которые ученые запланировали для него, — изучение атмосфер планет и поиск ближайших планетных систем. Эксперименты по моделированию, проводимые в НАСА, показали, что камера слабых объектов, используя специальную затеняющую рамку, в состоянии различить слабосветящуюся планету размером с Юпитер рядом со звездой, по яркости соответствующей Солнцу.
Другая научная программа — изучение шарообразных звездных скоплений внутри нашей Галактики. Такие скопления являются старейшими из известных нам. Не исключено, что результатом этой программы станут пересмотр теории эволюции звезд и переоценка возраста Вселенной.
Но самая значительная задача космического телескопа, давшая ему собственное имя, — нахождение более точного значения постоянной Хаббла. Несмотря на громадную исследовательскую работу, значение этой постоянной еще не вычислено с приемлемой точностью. Основная трудность заключается в определении расстояний до галактик методом, не зависящим от их скоростей. Если удастся справиться с этой задачей, то станет возможным определение скорости расширения Вселенной в настоящий момент и вопрос о сотворении мира из области философии перекочует в область прикладной математики.