Как телескопы видят так далеко
Живая легенда: космический телескоп «Хаббл»
Наверное нет в истории мировой космонавтики более широко известного космического аппарата, чем космический телескоп «Хаббл». Ведь уже более 30 лет он работает на околоземной орбите, отправляя на Землю потрясающие снимки Вселенной. Давайте вспомним сегодня некоторые факты об этом знаменитом инструменте земных астрономов.
Космический телескоп «Хаббл» отправился на околоземную орбиту 25 апреля 1990 года на борту шаттла «Дискавери».
Телескоп умеет проводить съемки в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасных диапазонах световых волн. Чувствительность его матрицы примерно в 40 000 раз выше, чем чувствительность человеческого глаза. Это позволило «Хабблу» сделать одни из самых впечатляющих фотографий, известных человечеству. Это изображения удаленных галактик, моменты рождения звезд, возникновение туманностей и сверхновых и многое другое.
Телескоп «Хаббл». Галактика Андромеды. Источник: НАСА/ЕКА.
Как далеко может «видеть» космический телескоп «Хаббл»?
Самая далекая галактика, когда-либо наблюдаемая телескопом «Хаббл», — GN-z11. Она находится на расстоянии около 13,4 миллиарда световых лет от Земли. И поскольку эта галактика находится так далеко, а свет может перемещаться только с конечной скоростью (299 792 458 метров в секунду), телескоп как бы заглядывает в далекое прошлое. И видит очень далекие объекты такими, какими они были тогда, когда испустили пойманный его зеркалом свет. Вот что интересно еще: в настоящее время галактика GN-z11 удалена на 32 миллиарда световых лет от Земли. Так произошло из-за расширения Вселенной.
Какие физические параметры имеет «Хаббл»?
Космический телескоп «Хаббл» весит 11 110 кг (чуть меньше двух африканских слонов). И имеет длину около 13,2 м. Эта длина автобуса.
Для проведения наблюдений телескоп использует огромное зеркало диаметром 2,4 м. При первом использовании оказалось, что в этом зеркале есть крошечный изъян. И телескоп не мог сфокусировать свой объектив. Поэтому все снятые изображения выглядели размытыми.
К счастью, это оказалось поправимо. И через три года после запуска, в декабре 1993 года, экипаж космического корабля «Индевор» отремонтировал телескоп. Ему потребовалось для этого 11 дней. И пять выходов в открытый космос.
Телескоп «Хаббл». Туманность «Кошачий глаз». Источник: НАСА/ЕКА.
Где находится телескоп?
Космический телескоп «Хаббл» вращается по околоземной орбите на высоте 547 километров над нашей планетой. И перемещается на 8 километров каждую секунду. Наклонение его орбиты имеет значение 28,5 градусов. Вокруг Земли телескоп облетает за 97 минут.
Что открыл космический телескоп «Хаббл»?
За более чем 30-летнюю миссию космический телескоп Хаббл провел более 1,4 миллиона наблюдений, а 16 000 научных работ использовали эти данные. Телескоп дал ученым колоссальное количество информации о причинах возникновения гамма-всплесков. О том, как происходят столкновения планет и расширение Вселенной. И даже передал данные, которые, возможно, помогут найти в космосе скрытую темную материю. «Хаббл» помог ученым открыть два спутника Плутона (Никта и Гидра). И подтвердить предположение, что почти каждая крупная галактика имеет в своем центре черную дыру. Телескоп также помог астрономам уточнить возраст Вселенной. И подробнее изучить атмосферы многих экзопланет и процесс эволюции галактик.
Телескоп «Хаббл». Сверхновая звезда. Источник: НАСА/ЕКА.
В честь кого был назван космический телескоп «Хаббл»?
Телескоп назван в честь Эдвина Хаббла (1889–1953), астронома, который в 1920-х годах жил в Калифорнии, США. И с помощью телескопа обнаружил множество галактик.
Его часто называют человеком, подтвердившим расширение Вселенной — открытие, о котором было объявлено в 1929 году.
Есть ли ему замена?
У этого космического аппарата нет собственной двигательной установки. И поэтому космический телескоп Хаббл фактически постоянно падает на Землю. Но это происходит очень медленно. Отчет за сентябрь 2018 года предсказывает, что он войдет в атмосферу Земли не ранее 2027 года. А наиболее вероятно — около 2038 года.
Однако его преемник, космический телескоп имени Джеймса Уэбба, уже почти готов к запуску. Он будет гораздо мощнее своего предшественника. Диаметр линзы инструмента — 6,5 метров!. Представляете, что можно увидеть в космосе с такой линзой!
Запуск в космос нового телескопа планируется на 2021 год.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Как работает телескоп
Любой телескоп выполняет две важные функции: увеличивает удаленные объекты и собирает окружающий свет. Возможно, вы удивитесь, но второе намного важнее первого. Даже на детский телескоп можно установить оптические аксессуары, которые обеспечат впечатляющую кратность. Но получится ли в этом случае что-то увидеть? Вряд ли.
Поставьте рядом два телескопа, отличающиеся только диаметром объектива, выставьте на них одинаковое увеличение и попробуйте посмотреть, например, на Юпитер. Телескоп с меньшей апертурой покажет общие очертания планеты и ее облаков, а вот в оптический прибор с большим объективом уже удастся рассмотреть структуру и мелкие детали. Почему? Большой объектив лучше собирает свет. Основной принцип работы телескопа заключается в улавливании электромагнитного излучения оптического диапазона (света) и перенаправлении его в точку фокуса.
Чтобы в общих чертах представить, как работает любой телескоп, возьмите обычную линзу или лупу. В солнечный день встаньте напротив окна и направьте линзу на стену. Приближайте ее к стене и удаляйте от стены, пока не увидите на ней перевернутое изображение окна. Расстояние между стеной и линзой – это фокусное расстояние. Кратность линзы – увеличение вашей импровизированной оптической схемы. Взяв линзу других размера и кратности, вы сможете получить то же изображение перевернутого окна, но точка фокуса будет расположена уже на другом расстоянии от стены, а сама картинка будет другого размера. Этот небольшой эксперимент покажет вам, как видит телескоп. И не только он, но и любой другой оптический прибор.
Как телескопы видят так далеко
Возможность телескопов видеть далеко связана с их способностью собирать свет. Схема их работы во многом напоминает работу человеческого глаза. Мы тоже хорошо различаем объекты при свете дня и практически ничего не видим в темное время суток. Чем больше света, тем четче и понятнее картинка. Поэтому ответ на вопрос «Как телескопы видят так далеко?» прост: телескопы улавливают отраженный свет от объектов и фиксируют его в точке фокуса.
В нашем интернет-магазине представлено множество телескопов разных марок и оптических возможностей. Наши консультанты быстро подберут для вас подходящую модель: небольшой телескоп для рассматривания Луны, мощную модель для изучения глубин космоса, обзорный телескоп или телескоп для ребенка. Мы консультируем по телефону, отвечаем на любые вопросы по электронной почте, предлагаем ознакомиться с актуальным ассортиментом вживую в наших розничных магазинах «Четыре глаза».
4glaza.ru
Декабрь 2017
Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.
Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:
Обзоры оптической техники и аксессуаров:
Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:
Все об основах астрономии и «космических» объектах:
Интересные факты о космическом телескопе Джеймса Уэбба
Запуск космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) стремительно приближается. Новый флагман космических наблюдений должен взлететь 24 декабря с базы Куру во Французской Гвиане.
C его помощью мы увидим новые галактики и миры, тайны, скрытые в глубине веков. У исследователей появится возможность наблюдать уже открытые объекты в новом свете в прямом смысле слова, так как JWST – это в первую очередь инфракрасный телескоп. Он может «смотреть» сквозь газ и пыль, которые блокируют видимый свет.
Четверть века от эскиза до космодрома
Строительство JWST началось еще в 1996 году с эскизов под названием: “Космический телескоп следующего поколения”. NASA просто решило начать строительство недорогого космического телескопа стоимостью 500 миллионов долларов, который рассматривался как преемник “Хаббла” (запущен в 1990 году).
Вскоре начались задержки, в результате чего сроки запуска сместились на десятилетия. Постоянные отсрочки и грандиозный масштаб проекта привели к резкому увеличению первоначального бюджета.
Телескопы “Джеймс Уэбб” и “Хаббл”. Фото: NASA
Астрономическая стоимость
Уже в 1998 году, через два года после первых эскизов, стоимость проекта достигла 1 миллиарда долларов. Эта цифра продолжала расти параллельно с развитием технологий. В конце концов, разработка JWST вылилась в ошеломляющую сумму — 10 миллиардов долларов, что в 20 раз больше первоначально запланированной.
Самый массивный
Размеры телескопа соизмеримы с масштабами проекта. Он весит 6 500 килограммов, имеет первичное зеркало диаметром 6,5 метра и солнцезащитный экран размером 22 на 12 метров.
Для сравнения, диаметр главного зеркала Хаббла составляет всего 2,4 метра. Гигантские размеры зеркала “Джеймса Уэбба” позволят собрать больше света от далеких звезд и обеспечить более точное разрешение наблюдаемых небесных объектов.
Путь в 1,5 миллиона километров
После взлета телескоп “Джеймс Уэбб” в течение 29 дней будет двигаться к точке Лагранжа L2. Она расположена в 1,5 миллионах километров от Земли в противоположном от Солнца направлении и обеспечит телескопу оптимальную позицию для его наблюдательной миссии.
Точка Лагранжа L2 является идеальной областью космоса для наблюдения за глубоким небом. Также там обеспечивается постоянная связь с наземными станциями управления.
Заглянуть еще дальше в “прошлое”
На сегодняшний день совместное наблюдение телескопов Хаббла и Спитцера позволило отследить галактику, родившуюся через 400 миллионов лет после Большого взрыва. Космический телескоп “Хаббл” собирает свет в видимом, ультрафиолетом и инфракрасном диапазонах. Уэбб — это в первую очередь инфракрасный телескоп, поэтому он видит свет с большей длиной волны, чем та, что могут видеть наши глаза. Это позволит ему заглянуть намного дальше, чем Хаббл.
Туманность Карина, сфотографированная Хабблом. Слева снимок сделан в видимом спектре, справа – в инфракрасном, что позволяет увидеть больше звезд. Фото: NASA
Приоритетными целями космического телескопа Джеймса Уэбба являются самые старые галактики во Вселенной, которые появились всего через 100 миллионов лет после Большого взрыва, то есть более 14 миллиардов лет назад. Заглянув так далеко в “прошлое”, мы сможем больше узнать о формировании Вселенной, о первых звездах и далеких галактических системах. Новый телескоп также будет изучать объекты в нашей собственной Солнечной системе.
Основные различия между телескопами Хабблом и Джеймсом Уэббом
Космический телескоп Джеймса Уэбба был задуман как преемник «Хаббла», все его части спроектированы, построены, испытаны и готовы к запуску на ракете Ариан V. Не замена, а преемник. Это верно, прежде всего, на научном уровне, поскольку его научные цели мотивированы результатами, полученными с помощью Хаббла. На самом деле, именно благодаря «Хабблу» мы поняли, насколько увлекательным и научно значимым может быть путешествие «дальше». К более удаленным объектам, к более длинным волнам. С помощью «Хаббла» мы заполнили множество фрагментов в нашем представлении о космосе. Телескоп Джеймс Уэбб, работающий в инфракрасном диапазоне и обладающий большими инновациями по сравнению со своим предшественником, сможет добавить немало из того, чего нам не хватает.
Вместе с Хабблом, который будет продолжать давать нам прекрасные изображения в видимом и ультрафиолетовом диапазоне длин волн, Уэбб позволит нам достичь еще более широких длин волн. А значит, и более далекое прошлое, и тайны, скрытые далеко в глубине веков.
Уэбб и инфракрасная Вселенная
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» будет вести наблюдения в основном в инфракрасном диапазоне. Для этого он будет оснащен научными приборами, охватывающими длины волн от 0,6 до 28 микрометров. Мы знаем, что инфракрасный диапазон в электромагнитном спектре составляет от 0,75 до нескольких сотен микрометров (миллионных долей метра). Поэтому его особенно трудно и долго собирать, если доступная площадь недостаточно велика, а инструменты не подходят. Для сравнения, приборы, установленные на «Хаббле», могут наблюдать небольшую часть инфракрасного спектра в диапазоне от 0,8 до 2,5 микрометров.
Инфракрасные наблюдения особенно важны, поскольку любое пылевое облако поглощает видимый свет (и в некоторой степени ультрафиолетовое излучение) и переизлучает излучение в инфракрасном диапазоне. Это означает, что молодые звезды с пылевым диском вокруг них, в котором могут образоваться планеты, демонстрируют инфракрасный избыток. Центр нашей галактики также делает это, не позволяя нам полностью понять строение и формирование галактического ядра.
Сравнение туманности NGC 3372 в видимом свете (слева) и в инфракрасном (справа). Оба изображения были сделаны с помощью «Хаббла». Вы можете наглядно убедиться, что если вы сможете перейти в инфракрасный диапазон, то сможете разрешить гораздо больше объектов: именно это и будет делать Уэбб.
Именно потому, что большая площадь сбора означает:
Уэбб был спроектирован и построен с использованием основного зеркала диаметром 6,5 метров. Это дает ему гораздо более мощный глаз, чем у любого другого телескопа, когда-либо запущенного в космос. Для сравнения, диаметр главного зеркала «Хаббла» составляет 2,4 метра. С точки зрения площади сбора, «Хаббл», конечно, далеко продвинулся с этим зеркалом, но не так далеко, как мы ожидаем от «Уэбба».
Другая точка наблюдения
Кроме того, в положении L2 солнечный щит Уэбба позволит ему блокировать свет Солнца, а также свет, отраженный от Земли и Луны. Поэтому это оптимальный выбор для обеспечения устойчивости телескопа. В действительности Уэбб будет вращаться по орбите с Землей, но всегда будет оставаться в одной и той же точке по отношению к Земле и Солнцу.
JWST будет находиться на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли, в так называемой второй точке Лагранжа, L2, системы Земля-Солнце. График не соответствует масштабу.
Как далеко будет видеть Уэбб?
Важно уметь заглядывать в космос очень далеко, потому что чем дальше мы смотрим, тем дальше во времени мы путешествуем. Однако по мере того, как мы наблюдаем и изучаем ее, Вселенная продолжает расширяться, и это расширение, похоже, ускоряется. Это приводит к тому, что излучение «растягивается», так как пространственное время «растягивается» и галактики раздвигаются. В результате более короткие длины волн станут более длинными. А удаленные объекты будут все менее и менее различимы на длине волны видимого света: фактически, он достигает нас в виде инфракрасного света.
Поэтому тот факт, что космический телескоп Джеймса Уэбба сможет видеть в инфракрасном диапазоне, особенно полезен. Он идеально подходит для того, чтобы идти все дальше и дальше, чтобы добраться до самых истоков Вселенной, которая столь же обширна, сколь и загадочна. И быть нашими глазами на свет, даже на тот свет, который мы не можем увидеть отсюда.
10 важнейших моментов из жизни космического телескопа Хаббла
Хабблом управляют из Научного института космического телескопа в кампусе Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. Вот десять научных открытий, которые считаются важнейшими в истории работы Хаббла.
Удар кометы (1994)
Этот снимок гигантской планеты Юпитер, сделанный телескопом Хаббл, раскрывает места падения двух фрагментов кометы Шумейкера — Леви 9. Двадцать один крупный кусок кометы дождем посыпался на Юпитер в июле 1994 года. Места падения, расположенные в южном полушарии планеты, — это темные места в левом верхнем углу фотографии.
Комета Шумейкера — Леви 9 была особенной. С одной стороны, она вращалась не вокруг Солнца, подобно другим кометам, обнаруженным астрономами. Она вращалась вокруг Юпитера. И вскоре после ее открытия в 1993 году ученые поняли, что она вот-вот упадет на планету. Падение произошло на стороне Юпитера, обращенной в сторону от Земли, но быстрое вращение планеты позволило зафиксировать место падения камерами Хаббла. Комета развалилась на части, многочисленные фрагменты упали на газовый гигант и оставили темные отметины, некоторые из которых в диаметре не меньше Земли. Эти отметины продержались еще несколько месяцев, прежде чем бурлящая атмосфера Юпитера не загладила их.
Фабрика звезд (1995)
При ближайшем рассмотрении цветной мозаики туманности Ориона (М42) в 2006 году космический телескоп Хаббл выявил многочисленные сокровища в регионе активного звездообразования.
Примерно в 1500 световых лет от Земли, рядом с центром созвездия Орион, расположено небесное родильное отделение, где облака газа собираются в новые звезды. Вокруг этих звезд располагаются диски материи, которые однажды могут стать планетарными системами. Исследование туманности Ориона Хабблом помогло подтвердить, что планеты довольно распространены по Вселенной, а эта активность позволила пролить свет на некоторые вопросы о рождении нашей собственной Солнечной системы. Ученые оценивают, что некоторые из звезд в туманности Ориона возрастом всего в несколько миллионов лет. «Всего», спросите вы? По сравнению со звездой возрастом в 4,5 миллиарда лет, от которой мы все зависимы на Земле, те звезды еще даже не головастики.
Галактическая эволюция (1996)
Несколько сотен никогда не виденных галактик видимы в этом «глубочайшем» взгляде на Вселенную под названием Hubble Deep Field (HDF), брошенном космическим телескопом Хаббл.
Эти пятна — не звезды, это целые галактики. В течение 10 дней Хаббл вглядывался в крошечную полоску неба — эквивалентную ширине копейки с расстояния в двести метров. Через эту «замочную скважину» он увидел невероятный массив более 1500 галактик на разных этапах эволюции, простирающийся до самых пределов видимой Вселенной. Некоторые из них довольно молодые, некоторые берут начало с начала времен, а многие настолько тусклые, что их никогда не видели даже самые мощные наземные телескопы. И еще более интересно то, что Хаббл мог уставиться куда угодно в небо и обнаружить похожее разнообразие галактик.
Гамма-лучевая вспышка (1998)
Космический телескоп Хаббл заснял невероятно тусклую галактику в 12 миллиардах световых лет от нас.
Возраст Вселенной (1999)
Этот снимок, сделанный космическим телескопом Хаббл, используется для идентификации ключевых маркеров звездного расстояния, известных как цефеиды, переменные звезды. Великолепная спираль NGC 4921 неформально называлась анемичной из-за низкой скорости звездообразования и низкой яркости поверхности.
Астрономы знали, что Вселенная старая и большая. Но не знали, насколько большая и насколько старая. Хаббл помог сузить ответы. Сканируя галактики, подобные NGC 4921, телескоп обнаружил сотни «переменных цефеид», пульсирующих звезд, характеристики которых сделали их надежным инструментом измерения расстояний. Точное определение того, как далеко галактики от нас и с какой скоростью движутся, позволяет определить размер, возраст и судьбу Вселенной. До Хаббла Вселенной было 10-20 миллиардов лет. После Хаббла стало 13,8 миллиарда. Точность — вежливость королей.
Черная дыра (2000)
Вылетая потоком из центра галактики M87, подобно космическому свету маяка, джет черной дыры выпускает электроны и другие субатомные частицы почти со скоростью света. На этом снимке телескопа Хаббл синий джет контрастирует с желтым свечением миллиарда невидимых звезд и желтизной глобулярных кластеров, составляющих эту галактику.
У большинства крупных галактик в центре находится сверхмассивная черная дыра, которую и запечатлел на шикарном снимке Хаббл. Эллиптическая галактика M87 лежит в 50 миллионах световых лет от Земли в созвездии Девы. Даже Хаббл увидел M87 как желтое пятно, за исключением одной выдающейся детали: джета частиц, который выбрасывается из ядра галактики на околосветовой скорости черной дырой массой в 2 миллиарда солнц. Джет вытягивается на 5000 световых лет. В 1940-х годах ученые уже знали, что с созвездием Девы что-то не так: оно было одним из мощнейших источников радиочастотных волн в небе. Хаббл показал детали.
Чужая атмосфера (2001)
Так выглядит планета, газовый гигант, вращающаяся вокруг желтой звезды, похожей на Солнце, HD 209458 в 150 световых годах от Земли, глазами художника.
Всего несколько десятилетий назад ученые не были уверены, существуют ли планеты за пределами Солнечной системы. На сегодняшний день подтверждено существование порядка 2000 экзопланет, причем новые находятся постоянно. Вклад Хаббла в этот поиск включает первое прямое обнаружение атмосферы у экзопланеты. Она была обнаружена у похожей на Юпитер планеты, вращающейся вокруг HD 209458, желтой звезды в 150 световых годах от нас. Когда планета прошла перед своей звездой, Хаббл смог проанализировать свет звезды, прошедший через атмосферу, как через фильтр. Телескоп обнаружил натрий, водород, углерод и кислород.
Умирающая звезда (2003)
Похожая на покрытый рябью бассейн, освещенный подводными фонарями, туманность Яйцо предлагает астрономам особый взгляд на то, как обычно невидимая пыль укрывает оболочкой стареющую звезду.
Мы все — звездная пыль. Тяжелые элементы, составляющие наш мир — углерод, кислород, кремний, железо — были произведены внутри звезд, когда те сжигали свое топливо, и рассеялись вместе со смертью светил. Снимок Хаббла туманности Яйцо в 3000 световых годах от Земли показал звезду на поздних этапах ее жизни, когда она вот-вот должна стать белым карликом. Туманность — это оболочка пыли, по большей части углерод, укрывающая стареющую звезду и растянутая на сотни миллиардов километров в космосе. У оболочки есть слои, как у луковицы, которые приводят к тому, что свет звезды рябит. Сама звезда скрыта толстым слоем пыли.
Темная энергия (2003)
Сверхновая в 8 миллиардах световых лет от Земли — красное свечение в центре этого снимка Хаббла.
Хаббл заснял две взрывающиеся звезды в галактиках за миллиарды световых лет от Земли — и значит за миллиарды лет в прошлом, — и эти снимки помогли нам лучше понять расширение Вселенной. Сверхновая типа Ia светится с определенным уровнем яркости, что делает их полезными для определения межгалактических расстояний. Изучая их свет, астрономы могут понять, как далеки они и как быстро движутся. Это привело к интересным выводам: хотя скорость расширения Вселенной растет, в определенный момент в прошлом это расширение замедлилось. Что вызвало замедление? Загадочная сила — темная энергия.
Темная материя (2007)
Снимок галактического кластера Cl 0024+17, на который наложена карта локальной темной материи в голубом цвете.
Большая часть материи во Вселенной невидима для нас. Ученые называют ее темной материей. Мы не знаем, чем она является, но можем наблюдать ее напрямую по гравитационным эффектам. Используя Хаббл для определения форм далеких галактик, астрономы смогли определить темную материю по тому, как она искажает свет вокруг галактик. Это позволило им составить трехмерную карту распределения темной матери, которая выглядит как сеть нитей, протянутых через огромные расстояния. Обычная материя накапливается вдоль этих нитей.
Осталось понадеяться, что у Хаббла будет достойный преемник.