Новый телескоп вместо хаббла


Разница в атмосферах Земли и Венеры

8 июля в Королевском космическом обществе состоялась презентация нового космического телескопа, который вскоре должен заступить на дежурство вместо старого доброго телескопа им. Хаббла. Космический телескоп имени Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope, JWST), должен выйти на орбиту в 2018 году. Он будет изучать вселенную в инфракрасном диапазоне.

Новое в блогах

По оценкам учёных, JWST сможет различить наличие атмосферы у некоторых экзопланет.

Телескоп «Кеплер», первостепенной задачей которого является поиск экзопланет, уже обнаружил их более 2000. Но полученные с него данные не могут ничего сказать о потенциальной пригодности для жизни этих далёких миров. Учёным удалось установить составы атмосфер у нескольких газовых гигантов, анализируя изменения в свете звёзд, проходящем через их атмосферу. Это измерение производят в момент прохождении планеты перед звездой.

Но эти изменения чрезвычайно трудно отследить – через атмосферу проходит лишь 1/10000 часть звёздного света. А уж изучать при помощи существующих инструментов небольшие планеты земного типа таким образом и подавно нереально.

Новый телескоп JWST сможет разглядеть атмосферные подробности планет среднего размера – правда, у тех, которые будут вращаться вокруг звёзд, с меньшей, чем у Солнца, яркостью.

Астроном Джоанна Барстоу пояснила во время презентации, что если мы возьмём систему, где будут присутствовать планета, похожая на Землю, и планета, схожая с Венерой, а звездой этой системы будет холодная красная звезда, то JWST вполне сможет увидеть разницу между этими двумя планетами. Дело в том, что у Земли есть озоновый слой, который образуется в процессе взаимодействия солнечного излучения и молекул кислорода. В процессе преобразования кислорода в озон испускаются характерные сигналы, которые новый телескоп сможет засечь.

Доктор Барстоу уточнила, что телескоп не будет использоваться только лишь для наблюдения за экзопланетами – ему найдётся работа и в других областях астрономии.

Первоначально проект JWST назывался «Космический телескоп нового поколения», но в 2002 году он был переименован в честь второго руководителя НАСА Джеймса Уэбба (1902—1992), возглавлявшего агентство в 1961—1968 годах.

«Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6,5 метров в диаметре, в три раза превышающим диаметр зеркала «Хаббла», с площадью собирающей поверхности 25 м2 и солнечным щитом размером с теннисный корт. Телескоп будет размещён в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля.

JWST ещё не успел выйти на орбиту, а неутомимые учёные уже предлагают новый проект ему на смену – космический телескоп высокого разрешения (High Definition Space Telescope, HDST) с зеркалом диаметром в 13 метров. Его главной задачей как раз будет исключительно наблюдение экзопланет с целью поиска среди них потенциально пригодных для жизни миров.


Сравнительные размеры зеркал Хаббла, будущего JWST и предлагаемого HDST

ссылка на оригинал статьи http://geektimes.ru/post/253168/

Запись опубликована автором admin в рубрике Без рубрики. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Современные наземные и космические телескопы

К настоящему времени развитие оптики и астрономии привело к разнообразию и применяемых систем телескопов. Виды телескопов различают по назначению, по применяемой оптической схеме и по устройству монтировки.

По назначению телескопы бывают визуальные и фотографические, последние подразделяются на инфракрасные, телескопы видимого диапазона, ультрафиолетовые и рентгеновские. Существуют также солнечные телескопы и внезатменные коронографы – инструменты, позволяющие получить изображение солнечной короны. По применяемой оптической схеме все разновидности телескопов можно разделить на линзовые (рефракторы), зеркальные (рефлекторы) и зеркально-линзовые (катадиоптрики). Монтировка телескопа бывает неподвижная (с внешним перенаправлением света), азимутальная (с вертикальным и горизонтальным поворотом) и экваториальная ( с поворотом относительно небесной сферы). Кроме оптических, возможны также радио- и нейтринные телескопы, но смотреть ни в те, ни в другие нельзя и вся информация получается электронной обработкой сигналов с различных датчиков.

Звёздные телескопы профессиональной астрономии в настоящее время достигли апертуры 8 – 11 м. По своему конструктивному исполнению это рефлекторы для съемки в прямом фокусе, из-за малых полей не оснащенные никакой промежуточной оптикой. Целью их является наивысшее разрешение при как можно большей светосиле, что ведет к необходимости подстраивать форму главного зеркала под атмосферные флуктуации.

Такая, как её называют, адаптивная оптика, впервые возникла в 1980-е годы применительно к боевым лазерным системам, предназначенным для уничтожения спутников, гражданское её применение началось в телескопах VLT Европейской Южной обсерватории, установленных в Чили. Зеркала всех пяти телескопов этой группы, имеющие апертуру 8,3 метра могут быстро деформироваться на небольшую величину с помощью системы гидравлических домкратов, размещенных с их тыльной стороны. Величина деформаций рассчитывается ЭВМ в реальном времени исходя из искажений тестового изображения “искусственной звезды”, создаваемой в верхних слоях атмосферы установленным на телескопе инфракрасным лазером.

Чуть в стороне от тестового изображения тем же зеркалом создается рабочее, идущее на исследовательские задачи.
В двух телескопах имени Кека, установленных на гавайской обсерватории США и имеющих апертуру свыше 11 м применяется аналогичный принцип компенсации атмосферных искажений, но вместо цельного зеркала изображение на фотоприемнике создается целой системой из десятков сегментов, каждый из которых поворачивается собственным домкратом. Эти инструменты уже превзошли по разрешающей способности орбитальный телескоп имени Хаббла, но существуют европейские и американские проекты телескопов с сегментированными зеркалами апертурой 30 – 60 метров.

Тем не менее, если в общем случае апертура в 20 метров для оптического телескопа пока недостижима, то для некоторых частных задач она может составлять десятки и сотни метров. Речь о сведении в одну точку изображений с двух разных телескопов, нацеленных на один и тот же участок неба. Такой принцип, называемый в астрономии фокусом Кудэ, используется в задачах звёздной интерферометрии, позволяющей восстанавливать изображения отдельных звёзд и точно измерять диаметр их дисков, недостижимый никакими другими способами. Тем не менее, ни простая фотосъёмка, ни тем более визуальное наблюдение по такой схеме ничего не даст – необходима компьютерная обработка серии снимков. Примером действующего звёздного интерферометра является австралийская система с расстоянием 188 метров между телескопами.

Для широкопольных наблюдений и целенаправленного поиска новых объектов, таких как новые звёзды, астероиды и транснептуновые объекты применяются виды телескопов преимущественно катадиоптрической схемы – Шмидта, Гамильтона или Максутова. Не последнюю роль в организации подобных поисков играет и скорость экспозиции, передачи данных и их обработки на ЭВМ. Определенный шанс на успех есть и у любителя, вооруженного цифровой зеркальной фотокамерой с 200 – 300 мм телеобъективом. Причем по фокусному расстоянию, а не по апертуре – профессионалы никогда не смогут одновременно наблюдать везде, а вспыхнувшая Новая часто видна и в обыкновенный бинокль.

Рефракторы в профессиональной звёздной астрономии остались теперь только в виде упомянутых телеобъективов и искателей более крупных инструментов. Огромные ахроматы прошлого и визуально и фотографически полностью перекрываются более чем скромными рефлекторами и катадиоптриками. Апохроматы в основном задействуют на поиске космического мусора и околоземных объектов в диапазоне самых малых апертур – здесь они оказываются выигрышными.

Солнечные телескопы, как следует из их названия, предназначены для наблюдения одного-единственного космического объекта. Наблюдения по понятным причинам ведутся днем и имеют свою специфику.

Телескоп Джеймс Уэбб

Прежде всего, необходимо ослабить яркость создаваемого солнечным телескопом изображения в несколько сот тысяч раз. Эта задача решается установкой апертурных солнечных фильтров.

Кроме того, вся оптика отражательных солнечных телескопов не имеет покрытия, что однако, обеспечивает ослабление яркости только в десятки раз. Другая часть достигается применением сверхнизкой светосилы, растягивающей итоговое изображение в круг диаметром до метра и выше при умеренной апертуре самого телескопа. Последняя впрочем не должна быть слишком малой величиной и обеспечивать разрешающую способность, достаточную для различения объектов на поверхности Солнца, разделенных промежутком не более нескольких сотен километров.

Сочетание этих, во многом противоречивых требований, приводит к тому, что солнечный телескоп часто выполняют неподвижным, для чего строится специальная башня. В этом случае лучи дневного светила направляются в башню с помощью целостата – специальной системы из двух плоских зеркал превосходящих по размеру апертуру телескопа.

Специфика наблюдений с Земли приводит к тому, что мы не можем наблюдать обратную сторону Солнца пока она не повернется к нам примерно через 29 дней. Этот недостаток полностью устранен в космической системе SOHO, в которой три солнечных телескопа размещены на станциях, выведенных на гелиоцентрическую орбиту и размещенных в вершинах подвижного равностороннего треугольника.

“Родственниками” солнечных телескопов являются внезатменные коронографы – устройства еще более узкой специализации. Ни солнечные пятна ни гранулы в них смотреть нельзя, зато тусклое сияние короны отсекается одновременно и от атмосферной засветки и от мощного свечения самого диска.

Коронограф был изобретен французским оптиком Лио в 1862 году, но по-настоящему им заинтересовались в годы Второй мировой войны, когда по форме солнечной короны предсказывали магнитные бури. Реализация порядком забытой идеи стала секретной – до начала 50-х годов. С изобретением узкополосных фильтров, настроенных на линии поглощения спектров водорода и кальция коронограф стал общедоступным и может быть продан любому желающему.

Ультрафиолетовые телескопы по устройству близки к обычным рефлекторам. Земная атмосфера пропускает ультрафиолетовое излучение ближней области, с длиной волны до 350 нм, поэтому наземные ультрафиолетовые телескопы размещают в высокогорных районах. Объектами их исследования могу быть как отдельные звёзды, так и галактики, которые регистрируются по выбросам ультрафиолетового излучения при процессах, происходящих в их ядрах. Вследствие меньшей длины волны оптика ультрафиолетовых телескопов должна быть выполнена с большей точностью, чем телескопов видимого диапазона.

Лимитирующим элементом по светопропусканию являются преломляющие детали, которые в случае небольших объективов выполняются из плавленого кварца. В этом случае допускается остаточный хроматизм. Создание широкопольных ультрафиолетовых телескопов представляет собой серьезную технологическую проблему, так как в обычных камерах Шмидта и Ричи-Кретьена используются корректирующие линзы, которые из кварца изготовить затруднительно. Одним из путей решения является т.н. зеркальная камера Шмидта, в которой корректирующий элемент выполнен в виде наклонно установленного зеркала с профилем, близким к плоскому. Такая система иногда устанавливается на спутниках, но очень чувствительна к разъюстировке.

Инфракрасные телескопы дают уникальную возможность наблюдать звёзды сквозь пылевые облака, ослабляющие их видимый блеск в видимом диапазоне на несколько сот звёздных величин. Это связано с тем, что излучение нагревает частицы пыли и переизлучается ей уже в инфракрасном диапазоне. В частности, такой метод наблюдений позволил построить замкнутую орбиту звезды, близко обращающейся вокруг центра нашей Галактики, что дало достоверное доказательство того, что центральный объект является черной дырой.

Кроме звёзд, объектами наблюдений в такие телескопы могут являться планеты солнечной системы и их спутники, что дает возможность уточнить структуру их поверхности по характеру её теплового излучения. Большая проницающая способность позволяет использовать инфракрасные телескопы для поиска транснептуновых объектов и околоземных астероидов.

Вследствие специфики теплового излучения инфракрасный телескоп всегда должен быть сильно охлажден. Криостат – устройство, поддерживающее телескоп при постоянной отрицательной температуре, ранее выполнялось на основе “сухого льда” — твердой углекислоты, затем стал использоваться жидкий азот и в настоящее время – жидкий гелий. Инфракрасная матрица – очень дорогостоящее устройство, стоимость которого доходит до миллионов $. Оптика инфракрасных телескопов преимущественно зеркальная, вследствие большей длины волны теплового излучения чем видимого, оптика может быть выполнена с меньшей степенью точности. Крупнейший наземный инфракрасный телескоп установлен на Европейской Южной Обсерватории в Чили и имеет алюминиевое зеркало с адаптивной оптикой общей апертурой 12 м.

Рентгеновские телескопы в большинстве случаев выводятся в космос, так как земная атмосфера сильно ослабляет рентгеновские лучи. Другой спецификой принимаемого излучения является практическое отсутствие его преломления большинством прозрачных материалов и отражение металлами только под очень острым углом. Это вынуждает применять фокусирование высокоэнергетических рентгеновских квантов либо с помощью внеосевых параболических зеркал со специальным покрытием, либо использовать принцип кодирующей апертуры.

В первом случае зеркало размещается почти по касательной к падающему волновому фронту и в большинстве случаев покрывается золотом или иридием. Иногда может использоваться диэлектрическое покрытие, доходящее до нескольких сотен слоёв. При использовании кодирующей апертуры изображение на фотоприемнике создается пропусканием исследуемого излучения через матрицу, образованную прозрачными и непрозрачными ячейками, размещенными в определенной последовательности. Восстанавливает полученное изображение бортовая ЭВМ космического аппарата.

Таким образом, виды телескопов современной астрономия представляют собой мощные средства наблюдений, которые в последние годы приводят к поистине революционным открытиям.

Рекомендуемые страницы:


Разница в атмосферах Земли и Венеры

8 июля в Королевском космическом обществе состоялась презентация нового космического телескопа, который вскоре должен заступить на дежурство вместо старого доброго телескопа им. Хаббла. Космический телескоп имени Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope, JWST), должен выйти на орбиту в 2018 году. Он будет изучать вселенную в инфракрасном диапазоне. По оценкам учёных, JWST сможет различить наличие атмосферы у некоторых экзопланет.

Телескоп «Кеплер», первостепенной задачей которого является поиск экзопланет, уже обнаружил их более 2000. Но полученные с него данные не могут ничего сказать о потенциальной пригодности для жизни этих далёких миров. Учёным удалось установить составы атмосфер у нескольких газовых гигантов, анализируя изменения в свете звёзд, проходящем через их атмосферу. Это измерение производят в момент прохождении планеты перед звездой.

Но эти изменения чрезвычайно трудно отследить – через атмосферу проходит лишь 1/10000 часть звёздного света. А уж изучать при помощи существующих инструментов небольшие планеты земного типа таким образом и подавно нереально.

Новый телескоп JWST сможет разглядеть атмосферные подробности планет среднего размера – правда, у тех, которые будут вращаться вокруг звёзд, с меньшей, чем у Солнца, яркостью.

Астроном Джоанна Барстоу пояснила во время презентации, что если мы возьмём систему, где будут присутствовать планета, похожая на Землю, и планета, схожая с Венерой, а звездой этой системы будет холодная красная звезда, то JWST вполне сможет увидеть разницу между этими двумя планетами.

МКС Онлайн

Дело в том, что у Земли есть озоновый слой, который образуется в процессе взаимодействия солнечного излучения и молекул кислорода. В процессе преобразования кислорода в озон испускаются характерные сигналы, которые новый телескоп сможет засечь.

Доктор Барстоу уточнила, что телескоп не будет использоваться только лишь для наблюдения за экзопланетами – ему найдётся работа и в других областях астрономии.

Первоначально проект JWST назывался «Космический телескоп нового поколения», но в 2002 году он был переименован в честь второго руководителя НАСА Джеймса Уэбба (1902—1992), возглавлявшего агентство в 1961—1968 годах.

«Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом 6,5 метров в диаметре, в три раза превышающим диаметр зеркала «Хаббла», с площадью собирающей поверхности 25 м2 и солнечным щитом размером с теннисный корт. Телескоп будет размещён в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля.

JWST ещё не успел выйти на орбиту, а неутомимые учёные уже предлагают новый проект ему на смену – космический телескоп высокого разрешения (High Definition Space Telescope, HDST) с зеркалом диаметром в 13 метров. Его главной задачей как раз будет исключительно наблюдение экзопланет с целью поиска среди них потенциально пригодных для жизни миров.


Сравнительные размеры зеркал Хаббла, будущего JWST и предлагаемого HDST

ссылка на оригинал статьи http://geektimes.ru/post/253168/

Запись опубликована автором admin в рубрике Без рубрики. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

вернёмся в библиотеку?

Желательно смотреть с разрешением 1024 Х 768

«Земля и Вселенная» 1994 №4

Телескоп им. Э. Хаббла —
ремонт на орбите

ПРОГРАММА «СПЕЙС ШАТТЛ» — САМЫЙ ГЛАВНЫЙ ПОЛЕТ

Две чрезвычайно важные космические программы США, осуществляемые Национальным агентством по аэронавтике и освоению космического пространства (NASA) — проекты «Спейс Шаттл» и «Космический телескоп им. Э. Хаббла» (КТХ) — с самого начала оказались тесно взаимосвязаны. Задуманные в начале 70-х гг., они привлекали, пожалуй, наибольшее внимание средств массовой информации всего мира. Первой из них в общем-то повезло и она реализовалась более или менее успешно, хотя и с опозданием в несколько лет (если, конечно, не считать катастрофы «Челленджера» и неоправдавшиеся надежды на резкое снижение удельной стоимости транспортировки с ее помощью грузов в космос). Второй повезло меньше. Сразу после выведения в космос «Космического телескопа им. Э. Хаббла» (КТХ), этого самого дорогого в истории научного прибора, выяснилось, что при изготовлении его оптической части допустили ошибки: сферическая аберрация главного зеркала не позволяла достичь и десятой доли планировавшегося разрешения. Поэтому телескоп, который должен был открыть новую эру в астрономии, оказался не лучше любого крупного наземного инструмента (Земля и Вселенная, 1992, № 1, с. 29). Правда, оправившись от шока, вызванного этим, ученые все же смогли несколько исправить положение, разработав сложнейшие алгоритмы компьютерной обработки изображений. В результате через год после выведения телескопа в космос на Землю все же стали поступать замечательные снимки, немного реабилитировавшие NASA в глазах общественности (Земля и Вселенная, 1993, № 5, с. 96; 1994, № 2, с. 88). Но на борту спутника-обсерватории случались и другие неполадки (отказы гироскопов, нарушения в компьютерах), а кроме того, обнаружилась еще одна неприятность — оказалось, что сделанные неправильно панели солнечных батарей «встряхивают» телескоп каждый раз при пересечении им границ света и тени во время его движения вокруг Земли.

Поэтому, чтобы «сохранить лицо», NASA пришлось начать разработку внеплановой экспедиции к телескопу (следующая намечалась в 1996 г., а за время службы телескопа, рассчитанного на 15 лет, его дважды должны были посетить обслуживающие команды). За три года подготовки к ней изготовили новые приборы, в которые ввели оптические элементы для компенсации сферической аберрации, новые панели солнечных батарей, новые гироскопы, а также другие агрегаты и устройства.

Чтобы установить все это на телескопе за один недолгий космический полет, для него сформировали самый опытный в NASA экипаж. Командиром назначили Ричарда Кови — это его 4-й полет, пилотом — Кеннета Бауэрсокса (2-й полет), полетными специалистами — Стори Масгрейва (5), Клода Николье (астронавта Европейского космического агентства), Томаса Эйкерса (3), Джеффри Хоффмана (4) и Кэтрин Торнтон (3). Их подготовка началась в марте 1992 г., причем в течение 10 месяцев они работали по 70 ч в неделю.

ЗАПУСК И ВСТРЕЧА С «ХАББЛОМ»

28 октября 1993 г. космическая транспортная система, в состав которой входил корабль «Индевop» (его пятый полет), была вывезена на стартовый комплекс. В течение последующего месяца проводились многочисленные проверки и другие операции по подготовке к полету. 28 ноября начался предстартовый отсчет, а сам старт назначили на 1 декабря. Но, когда астронавты заняли свои места в корабле, полет был отложен из-за метеорологических условий.

Повторная заправка внешнего топливного бака системы началась вечером 1 декабря, и через несколько часов на старт вновь прибыли астронавты. В 9 ч 27 мин 2 декабря «Индевор» покинул стартовый стол. В начале третьей минуты полета отделились твердотопливные ускорители. Через 8,5 мин были выключены маршевые двигатели, и «Индевор» оказался на расчетной орбите с перигеем высотой 396 км, апогеем в 570 км, наклонением 28,47° и периодом обращения 94,33 мин. Орбита проходила существенно выше, чем при выведении по «стандартной» схеме (в связи с необходимостью экономить топливо для орбитальных маневров).

Осмотр грузовой кабины корабля после открытия его створок убедил астронавтов, что оборудование и приборы успешно перенесли старт. Помимо блоков, которые предстояло установить на телескопе, там располагались две широкоформатные кинокамеры (IMAX) и более 280 инструментов и приспособлений для ремонта.

На четвертом витке командир корабля, выполнив первый маневр, увеличил перигей орбиты «Индевора» до 505 км. Апогей остался на высоте 571 км, что обеспечивало скорость сближения с «Хабблом» в 3,9° за виток. Полет (его номер STS-61) имел существенные ограничения на продолжительность сближения и количество топлива для маневров. В сущности, в распоряжении экипажа была всего одна попытка.

Рисунок показывает, в каком положении космический телескоп им. Э. Хаббла был закреплен для ремонта в грузовом отсеке космического корабля «Индевор». Один из астронавтов, стоя на конце стрелы дистанционного манипулятора, держит специальными захватами свернутую солнечную батарею, другой, укрепившись на корпусе телескопа, помогает ему

2—3 декабря. Второй день полета. Основная задача дня — проверка и подготовка скафандров, испытание манипулятора и оборудования для выхода в космос. В этот же день прекратилось выполнение научной программы телескопа. После очередного маневра «Шаттл» оказался на орбите высотой 561—587 км, на расстоянии 1091 км от телескопа и корабль приближался к нему со скоростью 111 км за виток. В 11 ч 00 мин астронавты «Индевора» отправились спать.

3—4 декабря. Третий день полета. Подъем состоялся в 18 ч 57 мин. В этот момент корабль и телескоп разделяло 352 км. В 21 ч 34 мин Кови и Бауэрсокс выполнили несколько маневров для уточнения высоты апогея.

«Перехват» КТХ начался в 01 ч 35 мин. Приблизившись на расстояние 15 км, астронавты заметили, что одна из панелей

Эти снимки, сделанные с экрана телемонитора, показывают некоторые моменты работ по ремонту космического телескопа. Вверху: двое астронавтов, С. Масгрейв и Д. Хоффман, готовятся к замене гироскопа. Внизу: С. Масгрейв пытается закрыть одну из дверей отсека гироскопов

солнечных батарей изогнута. Последовало еще четыре маневра, и спустя 45 мин Кови подвел «Индевор» к «Хабблу» на расстояние 9 м. Затем Клод Николье выполнил захват телескопа манипулятором корабля.

Телескоп оставался на вытянутой «руке» корабля около часа, затем Николье осторожно опустил его на рабочий стол в грузовом отсеке и зафиксировал. Астронавты осмотрели поверхность телескопа в бинокли, отметив двойной изгиб несущей опоры одной из панелей.

ПЕРВЫЕ ВЫХОДЫ В КОСМОС

4—5 декабря. Четвертый день полета. Первый этап работы с КТХ должны были выполнять С. Масгрейв и Д. Хоффман. Выйдя через шлюзовую камеру в грузовой отсек корабля, Хоффман закрепился на конце дистанционного манипулятора, и Николье перевез его в дальний конец грузового отсека к телескопу. Масгрейв добирался туда «своим ходом». Приблизившись к возвышающемуся над ними на высоту четырехэтажного дома телескопу, астронавты, после подготовительных операций, начали снимать дефектные блоки, содержащие по два гироскопа каждый, и заменять их новыми. Вслед за этим заменили два блока электроники гироскопов, а затем — восемь предохранителей. Если до этого все шло строго по графику, то теперь возникла первая неприятность. В момент закрытия двухметровых алюминиевых дверей отсека гироскопов два из четырех замков не встали на свои места. С Земли посоветовали оставить пока двери полуприкрытыми, поскольку, возможно, это было вызвано температурными деформациями замков (плотное закрытие дверей необходимо для того, чтобы обезопасить от постороннего света чувствительные звездные датчики). Пока на Земле решали что делать, астронавты занялись подготовкой конструкций для временного закрепления солнечных батарей.

Еще два часа попыток закрыть дверцу не принесли успеха, и астронавтам пришлось заняться этим вдвоем. Масгрейв сумел надавить на ее нижнюю часть, и замки сверху и снизу закрылись


Один из самых ответственных моментов экспедиции: замена высокоскоростного фотометра на блок корректирующей оптики «COSTAR». К. Торнтон, закрепившаяся на манипуляторе (слева), держит в руках прибор, Т. Эйкерс готовится руководить операцией

одновременно. В 06 ч 27 мин астронавты уже были в шлюзовой камере, и общая продолжительность выхода составила 7 ч 54 мин (это второй по длительности в истории космических полетов. Самый длительный — 8 ч 29 мин — выполнили Т. Эйкерс, Р. Хиб и П. Тюот 13— 14 мая 1992 г.).

В 7 ч 10 мин на борт поступила команда убрать солнечные батареи КТХ. Левая батарея свернулась полностью, а правая же (изогнутая) — лишь на 30%. Пришлось прекратить попытки свернуть ее.

5—6 декабря. Пятый день полета. Задачей дня была замена солнечных батарей.

В 22 ч 25 мин Т. Эйкерс и К. Торнтон разгерметизировали шлюзовую камеру и вышли в грузовой отсек. Торнтон стала первой женщиной, выходящей в открытый космос во второй раз. Кэтрин зафиксировалась на конце манипулятора, и Николье подвез ее к телескопу. Эйкерс отсоединил батарею от корпуса телескопа, разорвав электрические соединения. Эта операция проводилась на теневой стороне 58-го витка, чтобы батарея не вырабатывала ток. В 23 ч 43 мин К. Николье отвел манипулятор с Торнтон на 7,5 м от корабля. Кэтрин «подняла» 160-килограммовую панель над головой и разжала руки.

Было решено просто «выбросить за борт» неисправную панель, не пытаясь вернуть ее на Землю. Она должна сгореть в атмосфере примерно через год. В 00 ч 17 мин Торнтон извлекла из контейнера новую панель и примерно через час установила на место старой. Была заменена и левая батарея. Выход продолжался 6 ч 36 мин.

ЗАМЕНА НАУЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

6—7 декабря. Шестой день полета. Экипаж был разбужен в 19 ч 02 мин, а в 22 ч 47 мин Масгрейв и Хоффман вышли в открытый космос. Масгрейв закрепился в нижней части телескопа, а Хоффман «подъехал» на манипуляторе к люку широкоугольной и планетной камеры (WF/PC). Хоффман взялся за ручки камеры, и Николье начал медленно отводить манипулятор назад. Извлечение прибора прошло безукоризненно: двухметровая камера вышла, как ящик из стола. Хоффман закрепил ее, а затем извлек из контейнера новую. Установка на место — самый опасный момент операции, ведь на конце камеры находится зеркало, которое легко может быть повреждено при любом толчке. Хоффман с большими предосторожностями задвинул камеру на место. Через 35 мин с Земли сообщили, что первый тест камеры прошел успешно.

Расположение апертур научных приборов «Хаббла» после ремонта (сравните с прежним — Земля и Вселенная, 1992, № 1, с. 30). Обратите внимание, что поле зрения ШУПК-2 теперь состоит из трех крупных (для съемки в эквивалентном фокусе 1 : 48) матриц и одной маленькой (для съемки с фокусом 1 : 96). В отличие от предыдущей конструкции, блок зеркал не поворачивается для смены этих режимов, а работа в них ведется одновременно

Теперь астронавтам предстояла замена магнитометров, расположенных вблизи входного отверстия телескопа. Во время этой операции не обошлось без неожиданностей: две внешние панели корпуса одного из старых датчиков магнитометров отвалились в руках у Хоффмана. При потере изолирующего покрытия магнитометр мог начать выделение газов, опасных для оптики телескопа. Обсудив положение, руководители полета приняли решение изготовить крышки из подручного материала (экранно-вакуумной изоляции) и установить их во время одного из последующих выходов. Масгрейв и Хоффман возвратились в шлюзовую камеру, пробыв в открытом космосе 6 ч 47 мин.

7—8 декабря. Седьмой день. Задача четвертого выхода оказалась очень серьезной. К. Торнтон и Т. Эйкерс должны были извлечь из телескопа один из четырех основных его приборов (высокоскоростной фотометр) и заменить его блоком корректирующей оптики «COSTAR». Выполнение этого задания позволило бы полностью восстановить

Эта схема поясняет действие блока корректирующей оптики «COSTAR»

оптические характеристики трех остальных инструментов.

Как и в предыдущие выходы, астронавты покинули корабль раньше графика. Торнтон, как обычно, «приехала» к телескопу на стреле манипулятора, а Эйкерс добрался «пешком». Когда Кэтрин вручную открыла замки отсека научных приборов, Эйкерс пролез внутрь и отсоединил необходимые электрические разъемы. Торнтон ухватилась за рукоятки прибора, и Николье отвел манипулятор с нею от телескопа. Достав из контейнера «COSTAR» двухметровый «ящик» массой 290 кг, Торнтон по командам своего напарника постепенно поставила его на место. Закрепив вынутый фотометр в контейнере из-под «COSTAR», астронавты приступили к выполнению второй задачи выхода: установке сопроцессора для бортового компьютера «Хаббла», для чего Эйкерс и Торнтон поменялись местами работы. Бортовой компьютер телескопа, DF-224 — это цифровая ЭВМ общего назначения. Он работает с 24-битовыми словами, имеет один основной и два запасных сопроцессора, три блока памяти по 48 Кб, отвечает за выполнение команд, форматирование данных для передачи на Землю и за ориентацию солнечных батарей на Солнце, а остронаправленных антенн — на ретрансляционные спутники TDRS. За время полета «Хаббла» отказали два из шести блоков памяти (при работе необходимы три). Поэтому для надежности пришлось установить сопроцессор, оснащенный дополнительным блоком памяти. В 04 ч 41 мин центр управления сообщил, что на новый процессор подано питание и что его установка прошла успешно. После этого астронавты вернулись в корабль. Продолжительность составила 6 ч 50 мин.

Один из первых результатов испытания новой, скорректированной оптики «Хаббла». Слева: наземное изображение очень яркой звезды Вольфа — Райе, обозначаемой обычно Мельник — 34 или 30 Золотой Рыбы — гигантской области звездообразования в Большом Магеллановом Облаке. В центре: снимок, сделанный прежней широкоугольной и планетной камерой КТХ.

10 невероятных фактов о телескопе «Джеймс Уэбб»

Хотя деталей здесь видно гораздо больше, чем на наземном изображении, влияние сферической аберрации, все же слишком сильно. Справа: изображение, переданное с борта «Хаббла» после ремонта, в январе 1994 г. Как видно новая ШУПК-2 дает превосходное изображение, абберация отсутствует, стали видны многочисленные слабые звезды

ПОСЛЕДНИЙ ВЫХОД

8—9 декабря. Восьмой день. В 21 ч 27 мин Кови и Бауэрсокс выполнили коррекцию орбиты «Индевора», чтобы подготовиться к выведению «Хаббла» на более высокую орбиту. При одном из включений началась вибрация телескопа в грузовом отсеке, поэтому двигатели пришлось срочно выключать, но орбита «Шаттла» все же была поднята до 595 км.

Пятый выход начался в 22 ч 30 мин. Работа по замене блока электроники привода солнечной батареи, управляющего ее ориентацией, включала многочисленные электрические соединения и была закончена к двум часам ночи. За это время от астронавтов пытались

«улететь» три винта. Два из них просто поймал Масгрейв, а один удалось схватить Николье с помощью манипулятора. Пока астронавты возились с «чертовыми винтиками», наземные специалисты выяснили, что выполнить подготовительную операцию по развертыванию новых солнечных батарей невозможно. Механизм развертывания не перевел штанги крепления из вертикального положения в горизонтальное, после чего можно было бы начать разматывание «свернутых в трубочку» панелей. После двух часов безуспешных попыток, разобраться в ситуации поручили Масгрейву и Хоффману. Клод Николье поднял их на манипуляторе к месту крепления штанг, и Масгрейв слегка потянул каждую из них вниз. Заклинивание прекратилось, и штанги медленно опустились в заданное положение.


Сравнение изображений центральной части ядра галактики М100, сделанных до (слева) и после ремонта, позволяет оценить замечательные возможности новой ШУПК-2. Новый прибор делает заметными многочисленные мелкие детали строения галактики, недоступные ранее

К 03 ч 30 мин астронавты выполнили еще одну задачу — установили дополнительный блок переключателей и кабель для Годдардовского спектрографа высокого разрешения. Это позволяет избежать периодических сбоев в системе питания инструмента.

Затем астронавты переместились к верхней части телескопа и установили самодельные крышки на магнитометры «Хаббла». В оставшееся до развертывания солнечных батарей время они укладывали оборудование и инструменты. Из грузового отсека они наблюдали за развертыванием солнечных батарей. После этой операции астронавты упаковали инструменты и в 05 ч 51 мин вернулись в корабль. Продолжительность выхода составила 7 ч 21 мин, а всего же за пять выходов они проработали в космосе 35 ч 28 мин. В 6 ч 55 мин успешно развернулись остронаправленные антенны телескопа, и руководители полета сообщили, что преодолены появившиеся трудности с компьютером телескопа, на который был ранее установлен сопроцессор, и шестого выхода не потребуется.

ВЫВЕДЕНИЕ «ХАББЛА» И ОКОНЧАНИЕ ЭКСПЕДИЦИИ

9—10 декабря. Девятый день полета. Предстояло подготовиться к завершающему этапу — отделению «Хаббла» от корабля. Однако вскоре выяснилось, что есть нарушения в передаче телеметрических данных. Для уточнения причин неисправности NASA решило отложить операции как минимум на два витка. В 00 ч 30 мин центр управления сообщил, что отделение назначено на 5 ч 26 мин.

Клод Николье захватил телескоп при помощи манипулятора и через 40 мин экипаж дал команды на отключение от системы электропитания корабля. Раскрылись захваты, и Николье привел телескоп в положение для выведения. Потом он, «разжав» захваты манипулятора, освободил КТХ. Почти немедленно солнечные батареи телескопа были сориентированы на Солнце, и телескоп связался со своим центром управления через спутник TDRS. В 8 ч 35 мин начался телефонный разговор экипажа с президентом США Б. Клинтоном и вице-президентом А. Гором, поздравившими астронавтов с успешным завершением задания.

10—11 декабря. Десятый день полета был выходным. Астронавты отдыхали, наблюдали за «Хабблом», который был виден как самая яркая из звезд. Кроме необходимых предпосадочных операций, выполнили съемки Земли камерой IMAX.

11—12 декабря. Одиннадцатый день полета. Экипаж начал готовиться к посадке. Астронавты провели несколько пресс-конференций.

12—13 декабря. Двенадцатый день полета.

Экипаж был разбужен около 17 ч 00 мин, готовясь к сходу с орбиты, астронавты закрыли створки грузового отсека, надели скафандры и закрепились в креслах. В 23 ч 14 мин Кови и Бауэрсокс включили на торможение двигатели системы орбитального маневрирования, и в 05 ч 25 мин «Индевор» коснулся колесами посадочной полосы космического центра им. Дж. Кеннеди во Флориде.

Семеро астронавтов сделали то, о чем специалисты NASA даже боялись говорить вслух — полностью выполнили программу первого ремонта космического телескопа. К «Хабблу» запланированы еще три полета — в 1997, 1999 и в 2002 г.

СТОИМОСТЬ РЕМОНТА

NASA оценивает свои затраты на ремонт космического телескопа в 692 млн долл. Полет космического корабля «Индевор» и ремонтные работы составляют основную часть этой суммы — 429 млн долл. ESA истратило на новые панели солнечных батарей 12 млн долл. 86,3 млн долл. ушло на разработку и постройку новых приборов, из них на ШУПК-2 — 23,8 млн, а на «COSTAR» — 49,9 млн. Эти огромные средства NASA пришлось изыскивать, отрывая их от других программ, поскольку ни Конгресс, ни налогоплательщики не согласились бы платить такие средства после конфуза с оптикой «Хаббла», тем более, что NASA порядком поиздержалась, когда строила новый космический корабль «Индевор» вместо погибшего «Челленджера». Все эти обстоятельства заставляют сейчас специалистов агентства пересматривать первоначальные смелые планы по замене в ближайших полетах к «Хабблу» его научных приборов на инструменты нового поколения.

По материалам бюллетеня «Новости космонавтики», Информационным материалам NASA и STScl

Телескоп Хаббл

Атмосфера Земли поглощает многие виды излучений, испускаемых космическими объектами (например, большую часть инфракрасных лучей). Для того чтобы узнать как можно больше о далеких планетах, звездах и галактиках, астрономы выносят свои телескопы в космос.

Космический телескоп «Хаббл», названный в честь знаменитого американского астронома Эдвина Хаббла, — возможно, самая известная в мире астрономическая обсерватория. Это совместный проект НАСА и Европейского космического агентства, над реализацией которого в течение нескольких десятков лет работало множество специалистов из разных компаний и организаций. Космический телескоп «Хаббл» был выведен на околоземную орбиту 25 апреля 1990 г.

Последние открытия и великолепные фотографии Хаббла

Он движется по почти круговой орбите на расстоянии около 600 км от Земли. Его конструкция предусматривает периодическое техническое обслуживание силами космонавтов и замену приборов.

Корпус космического телескопа «Хаббл» имеет форму цилиндра длиной 13,3 м и диаметром 4,3 м. Электричество дают 2 солнечные батареи размером 2,6 х 7,1 м. Две антенны с высоким коэффициентом усиления передают данные на Землю, в Центр космических полетов Годдарда (США). В цилиндре есть несколько отсеков с оптическими приборами, самый главный из которых — телескоп-рефлектор с зеркалом диаметром 2,4 м.

Первые изображения, переданные на Землю телескопом «Хаббл», оказались расплывчатыми, так как при изготовлении главного зеркала были допущены ошибки. В 1993 г. НАСА отправило к «Хабблу» шаттл «Индевор», экипаж которого должен был, работая в открытом космосе, установить на телескоп систему оптической коррекции (COSTAR) и новую широкоугольную камеру. Экспедиция прошла успешно, и «Хаббл» начал передавать замечательные изображения. Высокочувствительная камера этого космического телескопа фиксирует объекты светимостью в 50 раз слабее, чем все, что можно рассмотреть с Земли.

В июле 1994 г. «Хаббл» сделал спектральные фотоснимки падения на Юпитер кометы Шумейкеров-Леви-9. Более того, спектрографы «Хаббла» дали новые ценные данные о составе атмосферы Юпитера. К концу 1995 г. были получены потребовавшие 10-дневной выдержки фотографии чрезвычайно далеких объектов — слабых галактик, расположенных в 12 млрд световых лет от Солнца. В 1998 г. благодаря космическому телескопу «Хаббл» астрономы на Земле смогли разглядеть планету, вращающуюся вокруг звезды в созвездии Тельца, а в 2000 г. — обнаружить натрий в атмосфере одной из планет в другой звездной системе.

После 1993 г. «Хаббл» ремонтировали 4 раза — в 1997,1999,2002 и 2009 гг. Были заменены солнечные батареи, скорректирована орбита телескопа и установлено новое оборудование. Ожидается, что обновленный телескоп будет успешно работать на орбите до 2014 г.

Преемником «Хаббла» станет космический телескоп Джеймса Уэбба (его запуск намечен на 2015 г.) со складным основным зеркалом диаметром около 6,5 м и специальным оборудованием для улавливания инфракрасных волн.

Сделанный космическим телескопом «Хаббл» фотоснимок туманности Лагуны, которая находится в созвездии Стрельца на расстоянии 5200 световых лет от Земли. На снимке видна и другая туманность — Песочные часы.

Свет попадает в левый (на схеме) конец телескопа. Отразившись от двух зеркал, он передается к приборам, расположенным в правой (на схеме) части телескопа; например, к фотоаппаратам для съемки звезд и планет.

Манипулятор шаттла снимает космический телескоп «Хаббл» со специальной площадки в грузовом отсеке корабля по окончании ремонтной экспедиции 1999 г.

14.10.2018

Насколько детализированым получится изображение, если мы направим телескоп Хаббл на Землю?

— Кайл Ранкин

Это распространённый вопрос. Операторам Хаббла много раз задавали его, и на их странице ЧаВо есть ответ на него. Проблема не в том, что, как говорят некоторые, Земля слишком яркая. Как обратил внимание Фил Плэйт в «Плохой астрономии» на этот факт, Хаббл смотрит на Землю достаточно регулярно.

Настоящей проблемой будет то, что Хаббл движется относительно поверхности со скоростью более 7 километров в секунду. И даже с короткой экспозицией изображение будет размываться.

В этом нет ничего весёлого. Существует ли способ заставить его работать? Я решил рассмотреть вопрос подробнее.

В качестве целевого изображения мы будем использовать обычный стол:

Земная атмосфера нам не помешает. Это больше проблема для наземных телескопов, наблюдающих за космосом, нежели для космических телескопов наблюдающих за земной поверхностью. Причина такого поведения — геометрическая:

Хаббл — лучший телескоп, работающий в видимом свете, который у нас есть, но и у его разрешающей способности есть пределы. Плутон, расположенный на поясе Койпера,↲Пояс Койпера — область Солнечной системы от орбиты Нептуна (30 а. е. от Солнца) до расстояния около 55 а. е. от Солнца.↳ лежит как раз на границе его возможностей. Лучшие фотографии Плутона, что у нас есть, получены от Хаббла, но бывшая планета всё-таки больше размером, чем загадочное расплывшееся пятно.

С таким разрешением (около 0,05 угловых секунд, плюс-минус) и с нынешним расстоянием от стола до Хаббла (около 570 километров), стол будет выглядеть примерно так:

Но этот стол также перемещается относительно телескопа, так что даже совершенное изображение будет размыто.

В сочетании эти два эффекта дадут конечный результат, выглядящий примерно так:

Это не годится.

Можем ли мы вращать Хаббл, чтобы отслеживать поверхность, и устранить тем самым размытие?

Хаббл поворачивается, следя за объектами. Обычно они расположены достаточно далеко, чтобы мы могли считать, что они находятся бесконечно отдалённо. Автоматические алгоритмы определения параллакса↲Параллакс — изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя.↳ не могут просчитать смещение для объекта, расположенного ближе, чем примерно десять расстояний до Луны. Когда астрономы хотят использовать его, чтобы сделать фотографию Луны, то иногда посылают ему команды на поворот в ручном режиме, затем используют камеру во время манёвра.

Это недостаточно хорошо работает.

Десять самых значимых открытий, сделанных при помощи телескопа «Хаббл»

Движение Хаббла на таких скоростях затруднительно при текущем способе управления. Итоговые фотографии лучше, чем то, что видно невооружённым глазом, но они не слишком хороши по стандартам Хаббла. Вот наш стол, изображение которого размылось примерно настолько же, насколько это было с Луной:

К счастью, Луна достаточно яркая для того, чтобы установкой малого времени экспозиции можно было бы избежать проблемы. Эта фотография была сделана с полусекундной экспозицией, это достаточно малая величина, чтобы не делать чего-либо значительного по части отслеживания.

К сожалению, наш стол движется по всему полю зрения телескопа примерно в 600 раз быстрее, чем Луна. Слежения за объектом не избежать.

Странно то, что стол на самом деле не движется настолько быстро. Хаббл действительно очень медленный. Для отслеживания поверхности ему понадобится вращаться не быстрее, чем со скоростью в один градус в секунду.

Но Хаббл был построен не для слежения за поверхностью. Максимальная скорость вращения («разворота») телескопа — всего несколько градусов в минуту (примерно равна скорости минутной стрелки часов), и даже такие скорости достаточно велики для того, чтобы его гироскопы вызывали вибрацию, и это губит качество изображения.

Очевидно, что нам понадобится отключить существующую систему наведения телескопа Хаббла и установить собственную. Вращательный момент инерции Хаббла похож на вращательный момент небольшой карусели — слишком сложные условия для существующих гироскопов, но не очень сложные в абсолютном смысле. С помощью нашей собственной системы управления можно было бы отслеживать поверхность, и получать фотографии, очень близкие к оптимальным по качеству:

Но это не просто гипотетическая ситуация.

Многие военные спутники-шпионы устроены аналогичным с Хабблом образом. Так что, в определённом смысле, направлять телескопы, подобные Хабблу, на поверхность земли не просто возможно — это то, что правительство США действительно делает.

Добавить комментарий

Закрыть меню