Гісторыя касманаўта Мусгравэў на EVA да касмічнага тэлескопа Хабла. Малюнак: NASA / STS-61.

Як касмічны тэлескоп Хабл змяніў Сусвет

Навука, фатаграфіі і рэвалюцыя ў тым, што мы ведаем, ёсць там.

"Гісторыя астраноміі - гэта гісторыя адступаючых гарызонтаў". -Эдвін Хабл

Касмічны тэлескоп "Хабл" зрабіў свае першыя выявы ў 1990 годзе, але ўзнікла праблема: першаснае люстэрка было недапрацавана. Гэта была нязменна няправільная форма, гэта значыць, што выявы, якія ён вярнуўся, былі злёгку размытымі і недасканалымі. У 1993 годзе - пасля першай місіі па абслугоўванні - навука сапраўды пачала імкліва расці. Гэта, вядома, і страх, які ён вярнуў нам.

Астранаўт Джэфры Хофман выдаляе шырокае поле і планетарную камеру 1 (WFPC 1) падчас аперацый па перасадцы. Імідж крэдыту: NASA, першай місіі па абслугоўванні Хабла.

Мы не толькі выправілі першасную праблему першаснага люстэрка і сферычнай аберацыі, але і змаглі абнавіць асноўную камеру. Тое, што мы ўсталявалі - шырокая палявая планетарная камера 2 (WFPC2) - была без сумневу камера, якая змяніла Сусвет.

Дызайн шырокапольнай і планетарнай камеры 2. Крэдыт малюнка: STScI, праз http://www.stsci.edu/instrument-news/handbooks/wfpc2/W2_14.html.

З 1993 па 2009 год WFPC2 была галоўнай камернай камеры на касмічным тэлескопе "Хабл" і на працягу ўсяго жыцця рабіла мноства знакавых малюнкаў. Проста глядзіце, у чым розніца Хабла да і пасля першай службы па абслугоўванні!

Розніца да і пасля WFPC1 і WFPC2. Крэдыт малюнка: NASA / STScI, праз http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/1994/01/.

Нягледзячы на ​​неверагодную колькасць навук, якія зрабілі рэвалюцыю, пяць поспехаў выдзяляюцца, у прыватнасці, як вобразы, якія назаўсёды змянілі нашу Сусвет.

1.) Арыгінальнае поле Хабла Глыбокае. Калі вы глядзіце на начное неба, там-сям ёсць зоркі, а ў іншых месцах проста чорная, пустая бездань. Вы можаце бачыць больш зорак з біноклем, чым няўзброеным вокам, і больш з дапамогай тэлескопа, чым з біноклем. Але ў нейкі момант вы ўсё гэта ўбачылі.

Ну, у 1995 годзе яны вырашылі зрабіць цікавы эксперымент з касмічным тэлескопам Хабл. Давайце возьмем пусты ўчастак неба, той, у якім практычна няма зорак, той, у якой няма вядомых галактык, кластараў, альбо - увогуле нічога цікавага. І паглядзім на гэты тэлескоп цэлымі днямі, і паглядзім, што паказвае.

Першапачатковая мэта глыбіннага поля Хабла. Крэдыт малюнка: NASA / Digital Sky Survey, STScI.

Гэта выява толькі па адной ступені з кожнага боку, альбо толькі 0,005% начнога неба. Такім чынам, вы можаце ацаніць, наколькі мізэрны гэты ўчастак: начное неба складае каля 20 000 квадратных градусаў, у той час як гэта малая плошча менш 0,002 квадратных градусаў! У гэтым полі ёсць пяць слабых зорак, і - да Хабла - яны былі адзінымі рэчамі, якія мы ведалі ў гэтай галіне.

За 10 дзён WFPC2 зрабіў 342 выявы гэтай бездані, гледзячы на ​​гэты малюсенькі, чорны ўчастак неба, дзе, здаецца, нічога не было, лічачы тут адзін фатон, адзін фатон і часта не бачачы ніводнай рэчы на ​​працягу некалькіх хвілін . Па заканчэнні 10 дзён яны прашылі ўсе разам, і вось што яны знайшлі.

Усё Глыбокае поле Хабла. Крэдыт малюнка: Р. Уільямс (STScI), палявая каманда Хабла і NASA.

Вы ведаеце, наколькі гэта характэрна? Кожная кропка святла на гэтым малюнку, якая не была адной з пяці зорак, пазначаных зверху, - гэта яго ўласная галактыка! Мы нават не ўяўлялі, наколькі глыбока, як шчыльна і наколькі напоўнена Сусвет, пакуль мы не сфатаграфавалі. Ці ведаеце вы, колькі галактык на гэтым малюнку? Любая ідэя - менш 0,002 квадратных градусаў - колькі там галактык?

Ну, давайце толькі возьмем 8% гэтага малюнка, падарвана, вядома, так што вы можаце разлічваць.

8 адсоткаў арыгінальнага Hubble Deep Field. Ідзі і палічы іх! Крэдыт малюнка: Р. Уільямс (STScI), палявая каманда Хабла і NASA.

І памятайце, кожная кропля, размытасць ці далёкая святлівая кропка - гэта галактыка! На гэтым малюнку каля 350, па маіх падліках, больш-менш. Калі мы зробім матэматыку і экстрапалюем гэта на ўвесь начны небасхіл у абодвух паўшар'ях (каля 40 000 квадратных градусаў), мы атрымаем, што ў Сусвеце ёсць 10¹¹ галактык, альбо 100 000 000 000 галактык!

Упершыню мы пацвердзілі, што ў нашай Сусвеце прынамсі сто мільярдаў галактык.

Юпітэр і яго актыўная паласная воблачная сістэма. Малюнак: NASA, ESA і каманда па спадчыне Хабла (AURA / STScI).

2.) Юпітэр, найбуйнейшая планета нашай Сонечнай сістэмы. Вядома, гэта выдатнае відовішча, і Хабл можа даць нам дзівосны від на свае паласы, яго цудоўную чырвоную пляму і нават на бліжэйшую Месяц, Іа, якая актыўна вывяргаецца.

Актыўны вывяржэнне пацякло на Іа. Малюнак: JPL / NASA / STScI, праз http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01256.

Але на сённяшні дзень найвялікшы вострыя адчуванні - і самае вялікае, што ён бачыў на гэтым фронце - нарадзіўся з чыстага паходжання. У 1994 годзе Хаббл выявіў Юпітэра, які патрапіў у камету!

Выява з высокім дазволам, фрагменты каметы, акуратна разарваныя Юпітэрам, да канчатковага ўздзеяння. Крэдыт малюнкаў: НАСА, ЕКА і Х. Уівер і Э. Сміт (STScI).

Спачатку ён назіраў фрагментацыю каметы (уверсе), потым назіраў мноства месцаў уздзеяння на Юпітэра (унізе), які прабіваў дзіркі ўвесь час праз масіўныя закручаныя аблокі!

Шнары на Юпітэры ад уздзеяння каметы Шаўца-Леві. Крэдыт малюнка: Камета Каметы Касмічнага Тэлескопа Хабла і НАСА.

Адзіныя лепшыя выявы, якія мы калі-небудзь атрымлівалі ад Юпітэра, прыйшлі фізічна да Юпітэра.

І тым не менш, ёсць яшчэ больш дзіўныя рэчы, якія зрабіў Хабл.

Крэдыт малюнкаў: NASA, STScI / AURA і каманда па спадчыне Хабла праз http://heritage.stsci.edu/2002/21/.

3.) Не толькі спіралі і эліптыкі, але і Хаббл вар'яцкі малюнак ультра-рэдкай галактыкі "кольца". Існуе дзве тэорыі адносна таго, што робіць кальцавая галактыка, і яны абодва здаюцца разумнымі.

  • Экскрэцыя: якая падае галактыка (альбо любая колькасць рэчыва) можа разрывацца масіўнай галактыкай і ўтварацца вакол яе круглым кольцам. Яны вызначана існуюць, бо яны з'яўляюцца адзіным тлумачэннем галактык Палярнага кольца. Але можа быць і другі тып.
  • Пульсацыя ад сутыкнення: масіўная галактыка можа прайсці праз цэнтр іншай масіўнай галактыкі. Пульсацыя матэрыі і газу, якая рухаецца вонкі, можа справакаваць утварэнне зоркі вакол пульсацыі. Гэтая тэорыя існуе з 1970-х гадоў, але для яе ніколі не было супярэчлівых доказаў.

Гэта значыць, пакуль Хабл (з WFPC2, вядома) зрабіў гэтую фатаграфію.

Сістэма гравітацыі, якая ўзаемадзейнічае, Arp 147. Крэдыт малюнка: Arp 147, праз NASA, ESA і M. Livio (STScI).

Прывітанне з Arp 147, адзінай з вядомых пары гравітацыйна ўзаемадзейнічаючых галактык, дзе ў іх абодвух кольцы! Зыходзячы з іх руху, мы можам сказаць, што яны аддаляюцца адзін ад аднаго і знаходзяцца на адной адлегласці ад нас.

Гэта азначае, што яны толькі што сутыкнуліся, і паколькі ў іх абодвух ёсць кольцы, гэта кажа нам, што пульсацыя зорных утварэнняў адбываецца ў абедзвюх галактыках! Гэта адзіны раз, калі мы назіралі гэта за дзвюма галактыкамі, і ўсё гэта мы абавязаны Хаблу!

Ідэальна выраўнаваная сістэма гравітацыйных лінзаў створыць кольца. Крэдыт малюнка: Біл Сакстан, NRAO / AUI / NSF.

4.) Гравітацыйныя лінзы. Апынуўшыся, у Сусвеце нам вельмі пашанцавала. Замест таго, каб выглядаць і бачыць галактыку ці кластар галактык, у нас ёсць дзве ці больш галактык або кластараў, якія ўсе сумяшчаюцца паміж сабой. Калі гэта адбудзецца, галактыка або кластар пасярэдзіне дзейнічае як лінза і можа як павялічыць, так і сказіць малюнак таго, што стаіць за ім.

Тэарэтычна вы павінны атрымаць дугі з арандаваных малюнкаў, якія павялічваюцца альбо расцягваюцца, альбо прысутнічаюць у некалькіх малюнках. На практыцы гэта зрабіць вельмі складана, паколькі слабыя гэтыя аддаленыя аб'екты і наколькі яны адчувальныя да атмасферных скажэнняў. Вось як выглядала "гравітацыйнае лінзіраванне" да і пасля касмічнага тэлескопа "Хабл".

Два наземныя выявы (злева) і выява Хабла 1990 года (справа) таго ж чатырохсэнсоўнага далёкага квазара, вядомага як Крыж Эйнштэйна.

Калі малюнак справа расчараванне, яно павінна быць! Гэта ледзь лепш, чым тое, што мы бачым з зямлі. Але гэта вобраз Хабла з 1990 года, да рамонту і перад новай камерай.

Дзякуючы WFPC2 было знойдзена велізарная колькасць гравітацыйных лінзаў - некалькі малюнкаў, дуг і вялікага павелічэння.

Серыя гравітацыйных лінзаў, знойдзеных Hubble. Крэдыт малюнка: Каван Ратнатунга (Універсітэт Карнегі-Меллона) і НАСА / ЕКА.

Але становіцца яшчэ лепш. Калі вы глядзіце на кластар, часам вам пашанцуе, і непасрэдна за ім ёсць галактыкі (ці нават іншыя навалы). Гэтыя фонавыя галактыкі могуць выяўляцца як выявы, прыведзеныя ў арэнду. Вы бачыце гэтыя блакітныя дугі, якія выглядаюць так, быццам яны прасочваюць частку круга? Гэта тыя ж самыя галактыкі, якія расцягваюцца і паказваюцца некалькі разоў. З-за высокага дазволу Хабла з WFPC2 яны змаглі выцягнуць выявы адной галактыкі і рэканструяваць разрозненні менш за адну дугу секунды, альбо 1/126060 квадратных градусаў!

Чатыры незалежныя выявы памнажанай галактыкі. Крэдыты: WN Colley і E. Turner (Прынстанскі універсітэт), JA Tyson (Bell Labs, Lucent Technologies) і NASA / ESA.

Неўзабаве мы зможам выкарыстаць гэтую методыку, каб вызначыць, наколькі разнастайныя светлавыя шляхі затрымліваюцца па часе, бо, калі ў гэтай фонавай галактыцы - як звышновая - адбываецца кароткачасовае падзея, яно з'явіцца ў чатыры разы на кожным малюнку ! Мы ўжо бачылі гэта, зноў жа дзякуючы Хаблу, але ў іншай канфігурацыі.

І, нарэшце…

5.) Зоркі: як яны нараджаюцца і як яны паміраюць. Магчыма, ні адзін іншы інструмент ніколі не быў бы больш карысным для высвятлення таго, як нараджаюцца зоркі і як яны паміраюць, чым WFPC2. У канцы свайго жыцця многія зоркі здзімаюць свае знешнія пласты, ствараючы яркую планетарную туманнасць, якая жыве каля 10 000 гадоў.

Касмічны тэлескоп Хабл з WFPC2 агледзеў туманнасць Кацінага вока каля 15 гадоў таму, што зрабіла яго першай планетарнай туманнасцю з дапамогай новай оптыкі і WFPC2. Вынікі?

Першая выява Хабла з туманнасці кацінага вачэй. Малюнак: JP JP Harrington і KJ Borkowski (University of Maryland), і NASA / ESA.

Сур'ёзна. Ці ёсць што сказаць, акрамя святога дзярмо ?! Але становіцца лепш. Разумееце, гэтыя рэчы цалкам заваляць Млечны Шлях. Мы можам зрабіць ацэнку; У нашай галактыцы каля 400 мільярдаў зорак, кожная зорка жыве прыблізна 10 мільярдаў гадоў, а значыць, каля 40 зорак у год паміраюць. Гэта азначае, што ў любы момант часу ў нашай галактыцы налічваецца каля 400 000 планетарных туманностей. Ёсць некалькі відовішчных, якія падхапілі WFPC2, напрыклад, туманнасць пясочнага гадзінніка:

Туманнасць гадзіннікавага класа. Малюнак: Р. Сахай і Дж. Трэйгер (JPL), WFPC2 Science Team і NASA.

Туманнасць Хабла 5:

Туманнасць Хабла 5, афарбаваная на аснове ліній кіслароду і азоту. Крэдыт малюнка: ESA / Hubble & NASA.

І туманнасць Mz3, вядомая як "туманнасць мурашак".

Туманнасць Мураша, як выявіў Хабл. Крэдыт малюнка: ESA / Hubble & NASA.

І таму гэтая камера нас шмат чаму навучыла, як паміраюць зоркі. Але пра што ён нам таксама распавядае, як і дзе яны нараджаюцца! Разумееце, гэтыя туманнасці не проста рассейваюцца праз некалькі тысяч гадоў; Часта яны выплёўваюць цэлыя зорныя сістэмы, якія каштуюць газу, і выклікаюць утварэнне новых зорак. Адна з самых відовішчных карцін адбылася глыбока ў туманнасці Арла.

І калі Хабл выявіў слупы ў цэнтры, гэта была адна з самых дзіўных рэчаў.

Арыгінальныя выявы Слупоў Стварэння ў цэнтры туманнасці Арла. Крэдыты: NASA, Джэф Хестэр і Пол Сковен (Арызонскі дзяржаўны універсітэт).

І таму ва ўсіх гэтых розных спосабах камера WFPC2 цалкам змяніла наш погляд на Сусвет!

Але я не хачу, каб вы думалі, што гэта канец; у 2009 годзе яго замяніла апошняя місія па абслугоўванні Хабла. І практычна ва ўсіх магчымых варыянтах мы маем, што мы зараз пераўзыходзім. З апошняга eXtreme Deep Field, якое ідзе практычна ўдвая глыбей, чым першае:

Поўны УФ-бачны ІЧ-кампазітар з глыбіннага поля Hubble eXtreme; найвялікшы вобраз, калі-небудзь выпушчаны з далёкага Сусвету. Крэдыт малюнкаў: NASA, ESA, H. Teplitz і M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Арызонскі дзяржаўны універсітэт) і Z. Levay (STScI).

Да галактык, якія мы ніколі не ўяўлялі:

Квінтэт Стэфана з галактык. Малюнак: NASA, ESA і каманда Hubble SM4 ERO.

Да планетарных туманнасцей паміраючых зорак.

Туманнасць Матылька. Малюнак: NASA, ESA і каманда Hubble SM4 ERO.

Для гравітацыйных лінзаў, якія вы ніколі не маглі сабе ўявіць:

Блізка ідэальнае кольца ад эфекту лінзы масы пярэдняга плана. Крэдыт малюнка: ESA / Hubble & NASA.

І, нарэшце, да яшчэ большага адлюстравання слупоў стварэння, чым вы маглі б марыць.

Абнаўленне Слупоў стварэння, заснаванае на дадзеных 20 гадоў Габла. Крэдыт малюнка: NASA, ESA / Hubble і каманда па спадчыне Хабла; Пацвярджэнне: П. Сковен (Арызонскі дзяржаўны універсітэт, ЗША) і Дж. Хестэр (раней Арызонскі дзяржаўны універсітэт, ЗША).

Так што не трэба азірацца назад на дзіўную навуку, якую мы зрабілі, і пра тое, як касмічны тэлескоп Хабл назаўсёды змяніў наш погляд на Сусвет; спадзяемся на тое, што мы зараз робім, і якія новыя цуды могуць быць у краме. Сусвет - усе нашы. Усё, што нам трэба зрабіць, гэта паглядзець.

Гэтая публікацыя ўпершыню з'явілася ў Forbes і прадастаўляецца вам прыхільнікамі Patreon без рэкламы. Каментуйце наш форум і купіце нашу першую кнігу: Beyond The Galaxy!