Астрономические обсерватории: космос и одинокий телескоп

В 1990 году, 24 апреля, NASA и Европейское космическое агентство запустили «Хаббл» — самый известный из космических телескопов. В еженедельной рубрике «Имени языка Эйнштейна» разбираемся, что это за приборы, зачем их запускают и как они изменились за 31 год.

Первый неземной
Телескопы — это устройства, которые собирают и фиксируют электромагнитное излучение. С их помощью люди наблюдают за объектами, находящимися в отдалении. Существуют оптические, радио-, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-телескопы — установки для разных диапазонов электромагнитного спектра.

Из-за того, что земная атмосфера задерживает и искажает излучения, наблюдать за космическими объектами с Земли невозможно. Для этого люди используют астрономические обсерватории — телескопы и их системы, которые находятся за пределами атмосферы планеты.

Первыми такими установками были аппараты американской серии орбитальных астрономических обсерваторий — ОАО. Первый спутник ОАО-1, доставленный на орбиту в 1966 году, должен был фиксировать ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения. Но он не смог раскрыть солнечные батареи, и уже на третий день полета его миссия завершилась. На  борту ОАО-2, запущенной в 1968 году, было 11 ультрафиолетовых телескопов. Аппарат проработал четыре года. Самой успешной в серии стала миссия ОАО-3, которая началась в 1972 году и находилась на орбите девять лет. На ней были установлены ультрафиолетовый телескоп и детектор рентгеновского излучения. Используя ОАО-3, люди получили спектры сотен звезд и обнаружили долговременные пульсары.

Пульсары — это вращающееся вокруг своей оси нейтронные звезды. На Земле их излучение наблюдается в виде всплесков. Период обращения долговременного пульсара составляет несколько минут, тогда как обычно это секунды и доли секунд.

Известный межпланетный
В 1990 году NASA и Европейское космическое агентство (European space agency, ESA) запустили на околоземную орбиту телескоп «Хаббл». Диаметр его главного зеркала составляет 2,4 метра, оно монолитное и изготовлено из кварца. До 2009 года он был самым большим астрономическим оптическим инструментом.

«Хаббл» работает в видимой части спектра, фиксирует инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Разрешающая способность прибора в космосе в 7-10 раз выше, чем в атмосфере Земли. Через него ученые наблюдали за развитием и ростом галактик, рождением звезд, изучили атмосферный состав планет за пределами Солнечной системы и узнали, что в большинстве галактик есть черные дыры.

Астрономы стремятся создавать и запускать телескопы с более крупногабаритными зеркалами, чтобы повысить качество получаемых изображений. В 2003 году NASA вывели на орбиту обсерваторию «Спитцер». На момент запуска он был крупнейшим астрономическим телескопом инфракрасного диапазона. При помощи главного 85-сантиметрового зеркала, изготовленного из бериллия, аппарат получил изображения одних из первых звезд Вселенной и впервые наблюдал планеты вне Солнечной системы. Основная миссия «Спитцера» завершилась в 2009 году, когда закончился бортовой запас хладагента — жидкого гелия, из-за того, что большинство устройств могут работать только при очень низких температурах. Ученые перевели устройство в «спящий» режим, в котором оно продолжало передавать научные данные до конца января 2020.

Миссию «Спитцера» продолжил телескоп «Гершель», запущенный в 2009 году. Сегодня это самый большой и самый мощный инфракрасный телескоп в космосе: диаметр его зеркала 3,5 метра, сделано оно из карбида кремния. Этот аппарат позволял астрономам наблюдать за формированием Вселенной и исследовал химический состав атмосфер тел в Солнечной системе. В 2013 году у «Гершеля» также закончилась охлаждающая смесь. Тогда ученые отправили аппарат на орбиту вокруг Солнца, где он и находится до сих пор.

Позже астрономы стали создавать сегментные зеркала — их поверхность состоит из частей. Эта технология уменьшает вес обсерватории, упрощает ее доставку на орбиту и позволяет управлять формой зеркала. Так, в конце 2013 года началась миссия «Гайя», цель которой — составить трехмерную карту галактики Млечный Путь. Прибор состоит из двух оптических телескопов, каждый из которых содержит по шесть зеркальных сегментов. Согласно докладу Европейского космического агентства, сегодня в собранных аппаратом сведениях содержится информация о расположении и движении 1,8 миллиардов звезд. Полный выпуск данных запланирован на 2022 год.

Будущий межгалактический
В октябре 2021 года NASA планирует запустить орбитальную ИК-обсерваторию «Джеймс Уэбб». Зеркало телескопа состоит из 18 сегментов, которые раздвинутся в космосе и составят поверхность размером 6,5 метров. С помощью «Джеймса Уэбба» ученые планируют исследовать процессы звездообразования, формирования планет и их систем и изучать скопления звезд и галактик.

Запуск обсерватории «Джеймс Уэбб» переносили более 10 раз, а первоначальная дата отличается от объявленной в 2020 году на 14 лет.

В России в Астрокосмическом центре Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (АКЦ ФИАН) разрабатывают проект космической обсерватории «Миллиметрон». Проектируемый телескоп с 10-метровым зеркалом предназначен для исследования объектов Вселенной в радио- и инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра. Запуск аппарата запланирован на 2029 год.

Обложка: www.nasa.gov​​​​​​​
Иллюстрации: www.nasa.gov, NASA/KSC, 25 августа 2003 года