После почти четырех веков с момента изобретения Галилеем телескопа, запуск космического телескопа НАСА «Хаббл» 24 апреля 1990 года открыл новую эпоху в астрономии. Спроектированный и разработанный совместно НАСА и ЕКА, Хаббл движется по орбите на высоте 550 км над земной поверхностью — расстояние, которое изменялось с течением времени.
Над атмосферой «Хаббл» способен наблюдать астрономические объекты и явления более детально, чем это могут сделать телескопы на Земле. Камеры и спектрографы HST могут обнаружить близлежащие объекты, такие как сталкивающиеся астероиды, а также галактики из ранней Вселенной вскоре после Большого взрыва. Наблюдения Хаббла сыграли ключевую роль в открытии и описании ряда космических явлений, которые глубоко изменили наше представление о Вселенной. В честь годовщины 32-летнего пребывания на орбите составили неупорядоченный список десяти лучших открытий космического телескопа «Хаббл». За которые его запомнят и которые делают его настоящим рукотворным шедевром.
1. Темная материя и гравитационное линзирование
23% Вселенной составляют темную материю, не излучающую свет. Она распределена по всей Вселенной подобно огромной паутине, где длинные нити чередуются с пустыми пространствами. Места с высокой плотностью темной материи становятся гравитационными ловушками, притягивающими обычную материю. Темная материя таким образом направляет светлую и определяет ее расположение, а также формирование звезд и галактик.
Благодаря HST астрономы смогли воспроизвести распределение темной материи в масштабах Вселенной. Для этого открытия Хаббл применил явление гравитационного линзирования: темная материя вне скоплений галактик может искажать и усиливать свет от далеких галактик и звезд. В действительности, если объекты находятся за скоплением галактик по нашему пути наблюдения, их свет будет искажаться в форме кольца и усиляться.
Изучая искажения и форму изображений, вызванных гравитационным линзированием, можно определить местоположение темной материи во вселенной и выявить области её максимальной концентрации.
2. Протопланетные диски и формирование планет
Одно из самых значительных открытий HST — прямое наблюдение множества протопланетных дисков. Это дисковидные структуры, окружающие звезды на ранних этапах их существования. В этих скоплениях газа и пыли теоретически возможно образование экзопланет — миров, вращающихся вокруг звезд за пределами Солнечной системы.
Хаббл непосредственно наблюдал эти структуры, особенно в туманности Ориона. Скопление пыли и плазмы можно разглядеть невооружённым глазом в центре Пояса Ориона, хорошо видного на ночном небе. Но если смотреть глазами Хаббла, то увиденное окажется за пределами воображения. HST завершил самое масштабное прямое наблюдение протопланетных дисков, проанализировав окружение около 200 звезд в этой туманности.
Тридцать изображений дисков с формирующимися планетами, запечатлённых телескопом Хаббл, могут помочь понять происхождение нашей планетной системы.
В данном атласе представлены два вида дисков.
- Планеты, излучающие свет от тепла звезды.
- Более удалённые объекты, видимые как тёмные очертания на фоне светящегося облака.
Благодаря высокому разрешению HST и близости туманности Ориона к Земле удалось осуществить беспрецедентные прямые наблюдения будущих планетных систем.
3. Экзопланеты
В 1990 году, когда «Хаббл» отправился в космос, экзопланеты еще не были открыты. Сейчас НАСА подтверждает обнаружение как минимум пяти тысяч планет за пределами Солнечной системы. Наиболее важное достижение «Хаббла» – определение характеристик атмосферы инопланетных миров.
Благодаря HST впервые удалось идентифицировать молекулу в атмосфере планеты за пределами Солнечной системы — HD 209458b. Планета находится в 150 световых годах от Земли и вращается по орбите очень близко к своей звезде-хозяину (6,4 миллиона километров). Хаббл собрал спектр звезды во время транзита планеты перед ней и после её прохождения. Сравнивая два полученных спектра, обнаружили отпечаток натрия, который не принадлежал звезде в центре системы.
Исследование провели также на HD 189733 b, находящейся в 63 световых годах от Земли. Анализ телескопом Хаббла показал присутствие метана — первой органической молекулы, найденной на экзопланете.
Кроме этих выдающихся открытий, наблюдения Хаббла позволили выявить несколько молекулярных видов в атмосферах экзопланет. К ним относятся кислород, углерод, водород, двуокись углерода и водяной пар, наряду с натрием и метаном. Участие HST в изучении экзопланет показало, что органические компоненты, являющиеся основой жизни, могут встречаться на мирах у других звезд, что повышает шансы на обнаружение жизни за пределами Солнечной системы.
4. Вспышки гамма-излучения
Хаббл способствовал изучению гамма-всплесков, редких космических всплесков. В типичной галактике случается несколько таких событий за каждый миллион лет. За считанные секунды они выделяют столько энергии, сколько Солнце производит за 10 миллиардов лет.
3 июня 2013 года спутник НАСА Swift зафиксировал мощный гамма-всплеск. Продолжительность всплеска составила десятую долю секунды. Через десять дней телескоп Хаббл зарегистрировал инфракрасное свечение на месте взрыва, которое исчезло в течение нескольких недель. Исчезающее свечение стало свидетелем другого типа космического взрыва — килоновой. Считается, что этот тип взрыва – результат слияния двух нейтронных звезд. Открытие Хаббла того же места, где был зарегистрирован гамма-всплеск, сообщило исследователям, что гамма-всплески могут быть порождены и этим типом космических событий.
Профессор Ниал Танвир из Лестерского университета заявляет: Swift обнаружил короткий гамма-всплеск, наземные телескопы определили его точное местоположение и расстояние, а Хаббл смог обнаружить слабый выброс килоновой. «.
5. Черные дыры
HST прославился как «охотник за черными дырами» благодаря поиску этих небесных объектов. Найти черные дыры непросто, ведь их гравитация настолько сильна, что даже свет не может ускользнуть от ее притяжения, делая их «невидимыми». Тем не менее, их можно обнаружить, измеряя скорость вещества, окружающего их. После этого можно рассчитать массу этого вещества: если она превышает массу звезд, которые мы видим, то это добавление может свидетельствовать о наличии черной дыры.
Возможность «Хаббла» определять скорость газа и звезд вокруг потенциальных мест расположения черных дыр позволила подтвердить наблюдения за некоторыми сверхмассивными объектами, считавшимися таковыми ранее. После запуска в 1990-х годах «Хаббл» предоставлял изображения в пять раз более четкие, чем получаемые с Земли, что усовершенствовало наше представление о черных дырах и дало удивительные результаты, особенно касательно сверхмассивных объектов.
Руководитель исследований обсерватории и планетария Армага доктор Марк Сарзи говорит: Влияние Хаббла на астрономию велико: сверхмассивные черные дыры перестали быть редкостью и стали неотъемлемой частью теории формирования галактик. В 2020 году «Хаббл» предоставил ученым возможность найти возможные доказательства существования черных дыр промежуточной массы. «.
6. Рождение и смерть звезд
Звёзды обретают жизнь и угасают в грандиозных и ярких состязаниях. Телезко́п Хаббл, благодаря множеству фильтров, создал ряд наиболее впечатляющих изображений в истории астрономии.
Туманности — места во Вселенной, где рождаются звезды. Это холодные области, заполненные газом и пылью. Формирование начинается, когда несколько сгустков пыли приобретают критическую массу, что вызывает их разрушение под действием гравитации. Коллапс может произойти случайно из-за колебаний плотности внутри туманности или же по причине внешнего воздействия: столкновений с другими туманностями, взрывов сверхновых, ударных волн от черной дыры или возмущений от формирующихся звезд.
Изображения, полученные с помощью HST, демонстрируют, что области звездообразования обладают более вытянутой формой, чем предполагалось раньше, и показывают, как процессы формирования порождают интенсивное ультрафиолетовое излучение, ударные волны и энергичные струи. Телескоп Хаббл также произвел одни из первых наблюдений сверхновых – мощных взрывов, которые сопровождают гибель звезд, когда в их ядрах заканчивается топливо.
7. Темная энергия и расширение Вселенной
Примерно сто лет назад астроном Эдвин Хаббл выдвинул закон, определяющий скорость расширения Вселенной. Закон устанавливает линейную связь между расстоянием галактик от нас и скоростью их удаления. Значение, связывающее эти величины, называется «постоянной Хаббла» (H) и определяет скорость расширения нашей Вселенной.
Неточности в измерении расстояний и скоростей галактик влияют на точность величины H, что приводит к ошибкам в определении возраста Вселенной.
Благодаря сравнениям яркости известных объектов в нашей галактике и аналогичных объектов в далеких галактиках телескоп Хаббл позволил определить расстояние до них с высокой точностью. Объединение этих данных с более точными измерениями скорости, полученными с помощью других телескопов, позволяет получить точные измерения космологической постоянной.
Благодаря HST астрономы выяснили, что Вселенная не только расширяется, но и ускоряет этот процесс. Полагают, что существует сила, подобная антигравитации, которая толкает галактики друг от друга, увеличивая расстояние между ними и скорость расширения пространства. Астрофизики называют это «темной энергией» и считают, что она заполняет 70% всей Вселенной.
8. Галактики: распределение и эволюция
Чем дальше от нас объект наблюдения, тем глубже во времени мы смотрим. Это связано с конечностью скорости света: из самых далеких уголков Вселенной свет доходит до нас миллиардами лет. Благодаря этому механизму HST удалось понять эволюцию галактик со временем. При взгляде на удаленные галактики наблюдается, что они меньше и имеют более необычную форму, чем галактики в нашей местности, которые в основном имеют эллиптическую или спиральную форму.
Изображения галактик на разных расстояниях помогли астрономам восстановить их эволюцию. Предполагается, что ранние галактики были меньше по размеру и находились ближе друг к другу из-за меньшего масштаба Вселенной в то время. Исследования показывают, что такая близость приводила к столкновениям между галактиками, в результате которых возникали более массивные галактики, которые мы наблюдаем сегодня.
Солнечная система: естественные спутники Плутона и Юпитера.
Наблюдения телескопа Хаббла принесли открытия не только за пределами Солнечной системы. Ключевым его вкладом стало изучение спутников планет. Самым важным открытием в этой области является обнаружение четырех спутников карликовой планеты Плутон: Никс, Гидра, Керберос и Стикс. Эти объекты были найдены вокруг последней, но теперь пониженной планеты Солнечной системы. К ним добавляется Харон, открытый в 1978 году, значительно больших размеров, чем объекты, идентифицированные Хабблем.
Два первых спутника зарегистрировали в 2005 году. Дальнейшие исследования, применяя данные телескопа, продемонстрировали, что два спутника вращаются вокруг планеты беспорядочно из-за гравитационных сил системы Плутон-Чарон. Керберос и Стикс обнаружили в 2011 и 2012 годах соответственно и, предположительно, демонстрируют аналогичное хаотичное поведение.
Кроме обнаружения плутоновых спутников, Хаббл помог найти ключи для поиска жизни за пределами Земли среди спутников Юпитера. Ганимед, самый большой спутник Солнечной системы, стал лучшим доказательством существования подземного океана. Наблюдая полярные сияния на Ганимеде, вызванные магнитным полем Юпитера, можно было измерить колебания этих явлений, что возможно лишь при наличии океана в мерзлых недрах.
10. Солнечная система: астероиды и кометы
Среди множества объектов Солнечной системы телескоп Хаббл обнаружил несколько необычных. Одним из таких является шестихвостый астероид P/2013 P5, обитающий в главном поясе астероидов. Подобно хвостам комет, пылевые нити этого объекта расположены колесом вокруг ядра, что делает его особенным. Образование этих лучей может быть следствием выброса материала из ядра при вращении астероида.
Хаббл идентифицировал множество малых тел, некоторые из которых необычны и захватывают дух. Учёному также удалось наблюдать уникальные столкновения. Наиболее запоминающимся из них за последние двадцать лет было столкновение кометы Шумейкер-Леви 9 с Юпитером в 1994 году.
Космический телескоп, существующий на орбите всего четыре года, запечатлел столкновение кометы с атмосферой Юпитера. Открытый в 2013 году астрономами и названный в их честь, объект вращался вокруг газового гиганта, который распался на длинную линию ярких пятен вследствие гравитационного взаимодействия с планетой. Исследование его орбиты привело к запланированию столкновения на 1994 год, и Хаббл принял участие в запланированной наблюдательной кампании. На фотографии представлено изображение столкновения фрагментов кометы, снятое телескопом.
Хаббл, наш попутчик
За свою 30-летнюю историю телескоп «Хаббл» остаётся активным и плодотворным инструментом. Он собрал более миллиона наблюдений, создав обширную базу данных для научных исследований. Благодаря ему учёные смогли изучить разнообразные объекты и явления Вселенной, от формирования планет в звёздных системах, отличающихся от нашей Солнечной, до эволюции гигантских чёрных дыр.
Открытия Хаббла и его потрясающие снимки космоса обратили внимание исследователей и широкой публики, увеличив интерес к астрономии. Некоторые из этих изображений стали культурными символами и распространяются во многих форматах. Благодаря снимкам и тайнам, которые «Хаббл» помогает нам разгадать, мы можем рассмотреть безмолвную темную Вселенную, полную света и необычных явлений. Он позволил нам постичь ее историю и стать частью этого удивительного путешествия. И он продолжает сопровождать нас в этом космическом приключении.