Касмічны тэлескоп

Найвялікшыя адкрыцці Хабла не планаваліся; Яны былі сюрпрызамі

"Удача" - гэта няправільнае слова. Сусвет супрацоўнічаў, але мы давалі сабе магчымасць, рыхтуючыся.

Ужо 28 гадоў таму касмічны тэлескоп Хабл быў запушчаны і разгорнуты на нізкую зямную арбіту, дзе ён знаходзіцца і сёння. Абсталяваны 2,4-метровым люстэркам, наборам інструментаў, прызначаных для прагляду зорак, планет, туманностей і галактык, Хаббл стаў першым касмічным тэлескопам цывілізацыйнага класа. Нягледзячы на ​​тое, што ён меў шэраг навуковых мэтаў, яго найбольш маштабным было тое, што дало яму назву: менавіта тэлескоп Хаббл, таму што ён быў пабудаваны для вымярэння хуткасці пашырэння Хабла ў Сусвеце. Але тое, што Хаббл вучыў нас, выходзіла за рамкі ўсяго, што было прызначана, і гэта было звязана з спалучэннем трох фактараў. Па-першае, Хабл быў перабудаваны для сваёй місіі. Па-другое, Хабл быў адрамантаваны, абноўлены і абслугоўваны. Па-трэцяе, людзі, якія кіруюць Хаблам, мелі прадбачлівасць да зялёнага святла нейкіх вельмі смелых, амбіцыйных прапаноў. Вось што мы даведаліся.

Гэта фотаздымак касмічнага тэлескопа

Калі Хаббл упершыню разгарнуў і зірнуў на Сусвет, гэта стала адной з найвялікшых катастроф у гісторыі астраноміі. Першапачатковыя погляды на Сусвет, а не выразныя, ясныя і не забруджаныя атмасфернымі недасканаласцямі, былі размытымі. Аптычныя прыборы былі пабудаваны няправільна і несумяшчальна, і ў выніку ўваходны святло быў сканцэнтраваны няправільна, а значыць, тэлескоп быў значна саступае таму, што быў прызначаны. Праблема была ліквідавана толькі з дапамогай карэкціруючых працэдур і абсталявання - і магчымых задач па абслугоўванні і рамонце. Рызыкоўны план, калі касмічны шатл быў на спатканні з тэлескопам і абслугоўваў / рамантаваў яго, пачаў плаціць незлічоныя дывідэнды, калі оптыка была канчаткова выпраўлена, а потым прыборы былі мадэрнізаваны.

Папярэдняя розніца паміж першапачатковым выглядам Хабла (злева) з недахопамі люстэрка і скарэктаванымі малюнкамі (справа) пасля належнай оптыкі. (НАСА / STScI)

Вось тады па-сапраўднаму пачалося задавальненне. Яе асноўнай задачай было вымярэнне канстанты Хабла і вызначэнне таго, хто мае рацыю ў Сусвеце:

  • лагер Allan Sandage, які настойваў на тым, што Сусвет мае нізкую шчыльнасць (5–10% матэрыі), павольна пашыраецца (з пастаяннай Хабблам 50–55 км / с / Мпк) і старым (~ 16 мільярдаў гадоў),
  • альбо лагер Жэрара дэ Волеур, які выступае за высокую шчыльнасць (100% пытанне), хутка разрастаецца (з канстантай Хабла 90–100 км / с / Мпк) і малады (~ 10 мільярдаў гадоў).

Вымераючы ўсё, ад зменных зорак Цефеіда ў нашых уласных і бліжэйшых галактыках да карэляваных уласцівасцей асобных галактык і нават звышновых, якія ў іх узнікаюць, нам удалося ў канчатковым выніку вызначыць, што абодва лагера памыляліся. Праект Hubble Key прыйшоў да высновы, што канстанта Хабла склала 72 ± 7 км / с / Мпк. Сусвет быў не такім, як хто-небудзь чакаў.

Графічныя вынікі ключавога праекта касмічнага тэлескопа Хабл (Freedman et al., 2001). Гэта быў графік, які ўрэгуляваў пытанне хуткасці пашырэння Сусвету: ён быў не 50 ці 100, а ~ 72, з памылкай каля 10%. (Малюнак 10 ад Фрыдмана і Мадоры, Annu. Вялебны Астрон. Astrophys. 2010. 48: 673–710)

Але Хабл зрабіў значна больш, чым проста тое, што было прызначана. Найвялікшыя адкрыцці Хабла адбыліся таму, што гэта была абсерваторыя з новымі і унікальнымі прыборамі і магчымасцямі, і таму ў прынцыпе было так шмат назіранняў, якіх ніколі раней не было. Кожны раз, калі мы распачыналі новае прадпрыемства, была магчымасць убачыць нешта новае, нечаканае і патэнцыйна рэвалюцыйнае. За апошнія гады Хабл зрабіў усё гэта і многае іншае.

Выява Юпітэра з дапамогай планетарнай камеры касмічнага тэлескопа Hubble НАСА. Бачныя восем прыцэльных прыцэлаў. Злева направа - комплекс E / F (ячмень бачны на краі планеты), зорны ўчастак H, зорныя ўчасткі для малюсенькіх N, Q1, малых Q2 і R, а на крайняй правай канечнасці D / Г складаны. Комплекс D / G таксама паказвае падоўжаную смугу на краі планеты. (Камета Каметы Касмічнага Тэлескопа Хабла і НАСА)

У 1994 годзе Камета Шавец-Леві 9 урэзаўся ў Юпітэр, праз два гады пасля таго, як быў раздроблены і разарваны ў выніку блізкага гравітацыйнага сутыкнення з ім. Хабл сфатаграфаваў гэта, як гэта адбылося, улоўліваючы наступствы і наступствы. Хабл шматлікімі спосабамі рэканструяваў планетарную навуку дзякуючы дакладнасці назіранняў за нашай Сонечнай сістэмай, вымяраючы такія функцыі, як вулканы на Іо і Аўроры на Уране аж да Зямлі. Магчыма, самае вядомае, аднак разумны набор вобразаў і метадаў быў выкарыстаны для пабудовы гэтага знакамітага вобраза плутонскай сістэмы.

Нягледзячы на ​​тое, што

Да Хабла мы ведалі толькі пра Харона як пра спадарожнік Плутона. Гэта гіганцкая Месяц была выяўленая яшчэ ў канцы 1970-х гадоў, і людзі меркавалі, што калі б была адна Месяца, можа быць і больш. За некалькі гадоў у пачатку 2000-х Хаббл выявіў яшчэ чатыры: Стыкс, Керберос, Нікс і Гідра. Нават з з'яўленнем місіі "Новыя гарызонты" не было выяўлена лішніх лунаў; Хабл, з трох мільярдаў міль, знайшоў іх усіх. І гэта толькі некаторыя асноўныя моманты Хабла з нашай Сонечнай сістэмы.

Гэтыя прапланетарныя дыскі ў туманнасці Арыёна, ад якой-небудзь прыблізна 1300 светлавых гадоў, калі-небудзь вырастуць у сонечную сістэму, не вельмі адрозную ад нашай. Гэтыя здымкі зроблены з дапамогай касмічнага тэлескопа Хабла. (Марк МакКурын (Max-Planck – Inst. Astron); C. Роберт О'Дэлл (Універсітэт Райсу); NASA)

Калі быў запушчаны Хабл, мы не ведалі пра існаванне любой планеты за межамі нашай Сонечнай сістэмы. Хаббл не толькі здымаў прапланетарныя дыскі, якія ўтвараюць зоры, якія ўтвараюць зоркі, як туманнасць Арыёна, але і стаў першым тэлескопам, які калі-небудзь сфатаграфаваў планету на арбіце вакол іншай зоркі, гледзячы на ​​Фомалхаута і малюючы сярод свайго дыска сапраўдную планету .

Гэта малюнак бачнага святла з

Акрамя таго, Хабл пайшоў яшчэ далей, углядаючыся ўглыб зорак, якія ўтвараюць зоркі, каб навучыць нас, як і дзе адбывалася фарміраванне новых зорак. Даволі цудоўна ён угледзеўся ў туманнасць Арла, выявіўшы слупы стварэння, выпароўваючы газавыя шары і - углядаючыся ў імглістасць інфрачырвонымі вачыма - вызначыўшы, дзе ў гэтых слупах знаходзяцца новыя зоркі.

Бачны свет (L) і інфрачырвоны (R) выгляд даўжыні хвалі аднаго і таго ж аб'екта: слупы стварэння. Звярніце ўвагу на тое, наколькі больш празрысты газ і пыл для інфрачырвонага выпраменьвання і як гэта ўплывае на фонавыя і ўнутраныя зоркі, якія мы можам выявіць. (NASA / ESA / Herbble Heritage Team)

І калі мы накіруемся за межы нашай уласнай галактыкі, там Хаббл сапраўды свеціць, навучыўшы нас больш пра Сусвет, чым мы думалі, што там. Адзін з самых вялікіх і маштабных праектаў, якія калі-небудзь распачыналіся, з'явіўся ў сярэдзіне 1990-х, калі астраномы, адказныя за Хабла, пераасэнсавалі і ўглядаліся ў невядомасць. Магчыма, самая смелая справа з касмічнага тэлескопа "Хаббл": знайсці ўчастак неба з абсалютна нічым - ні яркіх зорак, ні туманнасцей, ні галактык - і назіраць за гэтым. Не проста на некалькі хвілін, альбо на гадзіну, ці нават на дзень. Але арбіта пасля арбіты на працягу велізарнай колькасці часу глядзела ў пустыню пустаты, запісваючы выявы за выявай чыстай цемры.

Арыгінальнае глыбіннае поле Хабла, якое выявіла тысячы новых галактык у бездані глыбокага космасу. Гэта быў наш першы позірк Сусвету, гэты слабы і далёкі. (Р. Уільямс (STScI), каманда па глыбокім паляванні Хабла і НАСА)

Тое, што вярнулася, было дзіўным. За межамі таго, што мы маглі бачыць, там былі тысячы і тысячы галактык у бездані космасу, у малюсенькім небе. Глыбокае поле Hubble eXtreme, сучасны пераемнік першапачатковага глыбокага поля, выявіла 5500 галактык у рэгіёне, які займае ўсяго 1 / 32,000,000th неба. Калі вы дадаеце тое, што мы ведаем пра ўтварэнне галактык і чаканую папуляцыю малых галактык, занадта слабых і / або далёкіх, каб іх можна было бачыць нават пры сучасных дадзеных Хабла, мы даведаліся, што ў межах назіральнай Сусвету ў агульнай складанасці каля 2 трлн галактык. . Хабл таксама знайшоў самага далёкага з усіх.

Поле GOODS-N з галактыкай GN-z11 вылучана: самая далёкая ў цяперашні час галактыка. (NASA, ESA, P. Eesch (Ельскі універсітэт), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Ельскі універсітэт) і G. Illingworth (Каліфарнійскі універсітэт, Санта-Крус))

Усё гэта толькі выбарка таго, што выявіў Хабл. Вы можаце дадаць у спіс самыя некранутыя папуляцыі зорак і газу, якія калі-небудзь былі знойдзеныя, самыя старыя вядомыя зоркі ў Сусвеце, самыя далёкія зоркі, якія разглядаюцца паасобку, самыя аддаленыя звышновыя зоркі, што калі-небудзь знойдзеныя, і многае, многае іншае. Вобразы Андромеды Хабла дазволілі нам зарэгістраваць больш зорак па-за межамі нашай уласнай галактыкі, чым усе астатнія апытанні. Некаторыя з лепшых назіральных доказаў цёмнай матэрыі і цёмнай энергіі - гэта ветлівасць дадзеных Хабла. І калі мы глядзім на класты галактык з Хаблам, мы выявілі больш падрабязных дадзеных з гравітацыйным лінзіраваннем, уключаючы самыя далёкія фонавыя галактыкі з усіх, чым калі-небудзь было б магчыма.

Надзвычай вялікая яркасць галактык ўнутры класта пярэдняга плана, як Abell S1063, паказаная тут, стварае праблему выкарыстання гравітацыйнага лінзіравання для выяўлення ультра слабых, звышдалёкіх фонавых галактык. Але навукоўцы, якія выкарыстоўваюць Хабла, спраўляюцца з праблемай. (NASA, ESA і J. Lotz (STScI))

Усё гэта магчыма, таму што мы планавалі, каб Хабл выйшаў за рамкі сваёй асноўнай місіі. Мы стварылі яго, каб праслужыць як мага даўжэй, і мы яго абслугоўвалі, каб не толькі выправіць недахоп, але і некалькі разоў мадэрнізаваць прыборы, камеры і абсталяванне. Хабл доўжыўся ўжо 28 гадоў і, шчыра кажучы, павінен быць добры яшчэ на працягу дзесяцігоддзя, пакуль эксплуатацыйная апаратура на борце застанецца ў поўным працоўным стане. Яго смерць можа не наступіць яшчэ 10–15 гадоў, пакуль сілы перацягвання з знаходжання на арбіце нізкай Зямлі не прымусяць яе ўпасці і згарэць у атмасферы Зямлі. Да гэтага дня Хабл можа застацца самай вялікай, самай маштабнай аптычнай абсерваторыяй чалавецтва за межамі Зямлі. З днём 28-га дня нараджэння, Хабл, і, калі ласка, ты можаш працягваць нам паказваць таямніцы Сусвету, якія мы ніколі не адважваліся ўявіць.

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".