Окно во Вселенную: великие космические телескопы
Галилей направил подзорную трубу на небо в начале XVII века — и увидел спутники Юпитера, фазы Венеры, горы на Луне. Гершель построил крупнейший телескоп XVIII века и открыл Уран и инфракрасное излучение. Хаббл в 1920-х доказал, что туманности — это отдельные галактики. Казалось бы, наземная астрономия достигла очень многого. Но у нее есть непреодолимые ограничения. С ними можно бороться, но для этого нужно смотреть из космоса, и это делают космические телескопы.
Атмосфера — главная помеха астрономии.
Во-первых, она дрожит: турбулентные потоки воздуха постоянно искажают изображение, заставляя звезды «мерцать». Угловое разрешение даже крупного наземного телескопа намного хуже теоретического предела.
Во-вторых, атмосфера непрозрачна для большей части электромагнитного спектра. До земли свободно доходят только видимый свет и часть радиодиапазона. Ультрафиолет поглощается озоновым слоем. Рентгеновское излучение не проникает вообще — ни единого фотона. Гамма-излучение задерживается практически полностью. Огромная часть инфракрасного диапазона поглощается водяным паром.
Это значит, что с Земли принципиально невозможно увидеть горячие молодые звезды в ультрафиолете, рентгеновские двойные системы, остатки сверхновых в рентгене, аккреционные диски черных дыр, гамма-всплески — самые мощные взрывы во Вселенной. Холодная пыль и ранние галактики в инфракрасном — тоже закрыты.
Есть и третья проблема, о которой говорят реже: сама Земля. Планета заслоняет половину неба в любой момент времени. Наземный телескоп не может непрерывно наблюдать одну точку больше нескольких часов. Он не способен обозреть весь небосвод за одну кампанию наблюдений. Для создания полной карты звездного неба с земной поверхности пришлось бы потратить столетия — и все равно результат был бы испорчен атмосферными искажениями.
Выход один — вынести телескоп за пределы атмосферы — в космос. С 1990-х годов человечество открыло несколько принципиально новых окон во Вселенную — каждое в своем диапазоне, каждое с принципиально недостижимой с Земли точностью.
Хаббл (1990) — оптика и ультрафиолет
Запуск: апрель 1990 года. Орбита: низкая околоземная, 547 км, наклонение 28,5°. Плановый срок: 15 лет; продолжает работать уже 35 лет. Зеркало: 2,4 м. Диапазон: ультрафиолет, видимый свет, ближний инфракрасный.
Хаббл стал первым крупным космическим телескопом и символом эпохи. Его главный козырь — ультрафиолетовый диапазон. Озоновый слой поглощает ультрафиолет практически полностью: с Земли в этом диапазоне не видно ничего. Хаббл открыл ультрафиолетовую Вселенную: горячие молодые звезды, квазары, газовые туманности в излучении ионизованного водорода.
За десятилетия работы Хаббл уточнил постоянную Хаббла — скорость расширения Вселенной — до нескольких процентов точности. Его снимки «Глубокого поля» показали тысячи галактик там, где невооруженный глаз видит пустоту. Именно Хаббл подтвердил, что в центре большинства крупных галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры. После знаменитой ремонтной миссии 1993 года, исправившей дефект зеркала, телескоп дал изображения такого качества, которого раньше не видела астрономия.