«Хаббл» им. Баббла // Р. Чертанов
Аэрокосмическое агентство США НАСА публикует завораживающие по своему качеству и разрешению снимки галактик и туманностей с космического телескопа им. Хаббла, запущенного 24 апреля 1990 года. Этот факт хорошо известен и, казалось бы, подобные снимки - это такое достижение НАСА, которое (в отличие от высадок на Луну) нельзя подделать или снять в павильоне. Однако, и с данным - вторым по значимости (после героической эпопеи «Аполлона») - достижением космического агентства, не все так просто и однозначно.
Давайте попробуем себе представить, от каких «космических неожиданностей» могло бы пострадать необычно большое - 2,4-метровое в диаметре – стеклянное зеркало этого телескопа, и каким образом НАСА могло бы получить те же самые снимки более простым и дешевым путем (например, телескопами самолетного базирования наподобие «Копейра» или «SOFIA»). И почему у Хаббла оказался неисправным (10-кратно ухудшенным) ультрафиолетовый диапазон – только ли из-за ошибки техника, установившего «лишнюю шайбу», или по какой-то другой, еще невыясненной нами, причине?
Известно, что предшественником Хаббла был самолетный телескоп Копейра (Kuiper Airborne Observatory с зеркалом диаметром 91.5 см, отправленный «в отставку» в 1995 году).
Телескоп самолетного базирования Копейра (Kuiper Airborne Observatory)
Не нахождение ли телескопа вовсе не на орбите объясняет устойчивость Хаббла к метеоритам, и многократно пониженную чувствительность к ультрафиолету?
Почему в «Хаббл» 18 лет не попадают метеориты?
""Сердце" любого телескопа-рефлектора - отражающее зеркало. На "Хаббле" оно имеет диаметр 2,4 метра и изготовлено из особого стекла со сверхнизким коэффициентом расширения. Алюминиевое отражающее покрытие толщиной 75 нанометров защищает слой фторида магния в 25 нанометров".
http://www. *****/news/science/spacenews/.html
Такое большое стеклянное (хорошо - не хрустальное) зеркало, с таким тонким покрытием, и ни одного метеорита за 18 лет... "Мир" изрешетило, МКС изрешетило, даже первый орбитальный полет американского астронавта - Джона Гленна за 4 часа 55 минут полета 20 февраля 1962 - и тот задело метеоритами.
"Атмосфера защищает нас также и от постоянного дождя (а иногда и настоящего ливня) метеоритных частиц. Наиболее крупные из них — величиною с большие песчинки — сгорают в воздухе. Это и есть «падающие звезды». Более мелкие затормаживаются и невидимой пылью сыплются на Землю.
Ракета «Атлас», которая вывела на орбиту корабль с полковником Джоном Гленном в феврале, очевидно, встретилась с потоком метеоритов. Сообщают, что останки ракеты, найденные в Африке, несли на себе явные следы ударов метеоритов. Хотя обшивка ракеты не была пробита, это все же служит доказательством того, какую опасность представляет метеорная проблема".
(Перепечатка из "Нью Йорк Таймс", опубликовано в советском сборнике "В космосе Николаев и Попович", 1963 г.)
На иллюминаторы советской космической станции «Салют-7» (1982 г.) были установлены прозрачные внешние крышки для того, чтобы защитить иллюминаторы от микрометеоритных царапин. На этой же станции были установлены ловушки и датчики для регистрации микрометеоритов.
07.06.2007: Экипаж Международной космической станции (МКС) во время работы в открытом космосе обнаружил пробоину в корпусе станции.
Как пояснили в Центре управления полетами, скорее всего, это отверстие от микрометеорита. Безопасности МКС и экипажа ничего не угрожает.
Ранее аналогичные повреждения фиксировались как на орбитальной станции "Мир", так и на российских и американских солнечных батареях МКС, передает РБК.
http://*****/news_id_12019.html
Не иначе как именно «Хаббл», в отличие от других космических устройств, обладал иммунитетом к метеоритной опасности.
Почему у «Хаббла» неисправен ультрафиолетовый диапазон?
Основным отличием спутникового телескопа от самолетного является доступность для наблюдений ультрафиолетового диапазона. Дело в том, что атмосфера (а точнее – ее озоновый слой - озоносфера), на наше счастье (но к несчастью астрономов), поглощает жесткий ультрафиолет и рентгеновское излучение. Важные астрономические события, такие как вспышки сверхновых, могли бы дать астрономам много полезной информации об окружающем нас космическом пространстве. Но самолет – и даже самолет НАСА - всегда летает ниже озоносферы – это значительная по своей протяженности, но весьма разряженная высотная часть атмосферы, граничащая по своим свойствам уже с вакуумом.
Глаз человека видит излучение с длинами волн примерно от 380 нм (фиолетовый свет) до 760 нм (красный свет); для конкретных людей эти значения могут различаться.
Длины волн короче 200 нм считаются вакуумным ультрафиолетом, который поглощается атмосферой уже в пределах лаборатории.
Прозрачность атмосферы, доступной как для наземного наблюдателя, так и для самолета, заканчивается (причем, резко) на длинах волн короче 300 нм.
http://www. sofia. usra. edu/Science/publications/erickson/images/Fig_1_A. gif
На картинке показаны два графика – прозрачность атмосферы (вертикальная шкала) для разных длин волн (горизонтальная логарифмическая шкала в микрометрах) на высоте 14 км (высота полета самолета) и на высоте наземной обсерватории Mauna Kea (4 км). Для нас важна левая часть графика, которая соответствует ультрафиолетовой части спектра. Проницаема ли для нее атмосфера? Пожалуй, что нет, и самолет здесь мало исправляет положение.
Для спутника этих ограничений по проницаемости атмосферы не существует.
Именно поэтому так важны спутниковые обсерватории на орбите, а не их удешевленные аналоги самолетного базирования. Можно было бы четко сказать, что Хаббл летает на орбите, если бы НАСА предъявила ультрафиолетовые снимки с «Хаббла». Есть ли такие снимки у НАСА?
На сайте НАСА изредка мы можем встретить снимки, сделанные якобы Хабблом именно в ультрафиолетовом диапазоне. Но они существенно хуже по своему разрешению.
http://hubblesite. org/newscenter/archive/releases/1994/31/image/a/
Правый (ультрафиолетовый) снимок, судя по его качеству, как будто бы сделан зеркалом значительно меньшего диаметра.
Что же послужило причиной для такого ухудшения характеристик Хаббла в наиболее важном для спутникового телескопа диапазоне? По легенде НАСА – неисправность главного зеркала, вызванная ошибкой техника. Отчет комиссии Лю Аллена (Lew Allen) за 1990 год (The Hubble Space Telescope Optical Systems Failure Report, NASA-TM-103443) утверждает, что во всем виноват техник, который при монтаже прибора заметил непредвиденный зазор и просто вставил обычную металлическую шайбу.
Чтобы исправить этот дефект, героические астронавты NASA в 1993 году во время многотрудной обслуживающей миссии "Эндевора" (STS-61) по легенде установили систему оптической коррекции COSTAR, которая как нельзя лучше вписалась в конструкцию уже существующего телескопа Хаббл, и существенно повысила его разрешающую способность.
Корректировка аберрации телескопа. Снимок галактики М100 до и после установки COSTAR.
Но этот фильтр – какая жалость – ухудшил оптические характеристики Хаббла именно в ультрафиолетовом диапазоне. Как мне написали специалисты на форуме *****, «В далеком УФ (около 100 нм) FUSE (с его эффективной площадью в 10 см2!) дает спектры сравнимого качества»; «материал фильтра почти не пропускает далекий УФ. Коэффициент пропускания там не выше 10%».
Таким образом, получаемые телескопом им. Хаббла снимки в видимом диапазоне неотличимы по своему качеству от самолетных снимков с зеркалом соответствующего диаметра, тогда как ультрафиолетовая составляющая неотличима от снимков со спутника, сделанных зеркалом малого диаметра. Такие спутники есть или были в действительности - и у НАСА ("Чандра", "Комптон", "Спитцер"), и у СССР.
Например, с 1983 по 1989 г. в космосе работал советский телескоп «Астрон» с зеркалом диаметром 0,8 м, который производил ультрафиолетовые наблюдения звезд, галактик, кометы Галлея, Сверхновой 1987 и других космических объектов. То есть у СССР с установкой шайб было все в порядке.
Почему НАСА не может изготовить второй – исправный – «Хаббл»?
Следующий проект НАСА после «выдающегося космического достижения» - как нетрудно догадаться, именно самолетный телескоп SOFIA (зеркало 2.5 метров, самолет Boeing 747SP).
Телескоп им. Хаббла как бы выпадает из стройного ряда телескопов самолетного базирования НАСА: Копейра, SOFIA. Да и ряд самолетных обсерваторий тоже разрывается (в порядке очередности) «Хабблом».
Это означает, что целые отрасли и огромные группы специалистов бросали бы накопленный опыт там, и начинали с нуля здесь. Кроме того, что бы помешало по готовым чертежам и технологическим нормам сделать копию Хаббла – без указанного выше досадного дефекта. Ведь это получилось бы намного дешевле, чем разрабатывать совершенно новое устройство с нуля.
А помешать здесь могла бы (как и в случае с ультрафиолетом) маленькая особенность телескопа им. Хаббла: например, его размещение на самолете, подобном SOFIA или Копейра. Да и где бы еще могло летать 2,4-метровое стеклянное чудо, что его 18 лет не достают метеориты.
