Взгляд в космос: история телескопа «Хаббл»

25 апреля 12:00

21 минута на чтение

Даже те люди, которым абсолютно не интересна астрономия и космонавтика, наверняка слышали про телескоп «Хаббл» и видели сделанные им снимки. И этому вряд ли стоит удивляться. Название космической обсерватории давно стало нарицательным, и она по-прежнему находится на переднем крае современной науки.

Рассказываем историю этого удивительного проекта: о том, какую роль в конструкции телескопа сыграли шпионские спутники, почему на момент запуска он считался провальным и какое будущее его ждёт.

Читайте также

История космических телескопов

Антон Первушин

12.04.2019

26329

Как люди впервые посмотрели на звёзды из-за пределов атмосферы, как появился «Хаббл» и какие ещё проекты — в том числе российские! — ждут нас в будущем.

Зарождение внеатмосферной астрономии

Чрезвычайно Большой Телескоп, который строят в Чили, сможет делать снимки более высокого качества, чем «Хаббл». Но его запустят в работу не раньше 2029 года

ESO [CC BY-CA 4.0]

Многие астрономы недолюбливают земную атмосферу — и тому немало причин. Наиболее очевидная из них — погодные капризы, а ведь ещё есть атмосферная турбулентность, которая непредсказуемым образом меняет направление световых лучей, и «подарки» современной цивилизации вроде промышленных выбросов и светового загрязнения, из-за которых обсерваториям пришлось переехать подальше от городов и облюбовать пустыни и горные вершины.

Но всё это ещё полбеды. Газовая оболочка нашей планеты непрозрачна для значительной части электромагнитного излучения. Она практически полностью отсекает всё приходящее из космоса гамма- и рентгеновское излучение, а также бóльшую часть ультрафиолетового и инфракрасного. И это значительно ограничивает возможности наземных обсерваторий.

Идею установить телескоп на орбите высказал пионер ракетостроения Герман Оберт ещё в 1923 году, в своей книге «Ракета для межпланетного пространства», а в 1940-х проект космической обсерватории получил теоретическое обоснование.

В статье «Астрономические преимущества внеземной обсерватории» астроном Лайман Спитцер показал, что оптический телескоп, вынесенный за пределы земной атмосферы, сможет вести наблюдения не только в видимом, но и в инфракрасном и ультрафиолетовом спектрах, а его угловое разрешение будет ограничено лишь дифракцией.

Имя Спитцера носил инфракрасный телескоп NASA, который работал с 2003 по 2020 год

NASA/JPL-Caltech

Впрочем, первые шаги во внеатмосферной астрономии оказались связаны не с ракетами, а с самолётами и воздушными шарами. Ещё в 1920-е годы в США были предприняты первые, пускай и не очень удачные, попытки пронаблюдать солнечное затмение с борта бипланов и дирижабля. А в 1950-х американские ВМС инициировали сразу несколько программ по размещению телескопов на высотных аэростатах — и пилотируемых, и беспилотных. Так, в частности, были проведены наблюдения Солнца и Венеры.

Далее инженеры начали пробовать размещать научные инструменты на геофизических ракетах, которые следовали по суборбитальным траекториям и на несколько минут покидали земную атмосферу. Благодаря им астрономы сумели обнаружить рентгеновские источники, расположенные далеко за пределами Солнечной системы, в том числе и знаменитый Лебедь X-1 — первый кандидат в чёрные дыры, который даже стал предметом дружеского научного пари. Кип Торн утверждал, что это чёрная дыра, а Стивен Хокинг ставил против этого (притом надеясь проиграть) — и в 1990 году с радостью признал своё поражение.

Всё это создало почву для установки телескопа на сам космический аппарат. В 1962 году в США началась реализация программы OSO (Orbiting Solar Observatory): NASA выводило на околоземную орбиту спутники с инструментами для изучения Солнца. В 1965 году Советский Союз запустил спутник «Протон-1», который исследовал космические частицы сверхвысоких энергий.

Лебедь X-1 на самом деле двойная система, состоящая из черной дыры и голубого сверхгиганта, который в 19 раз тяжелее Солнца

ESA, NASA, HST

Спустя ещё год стартовал спутник NASA OAO (Orbiting Astronomical Observatory), на борту которого находились инструменты для регистрации ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения. Сам запуск прошёл успешно, но всего через три дня у аппарата вышла из строя система энергоснабжения, так что он не успел провести никаких наблюдений. А вот отправленный в 1968 году аппарат OAO-2, оснащённый набором ультрафиолетовых телескопов, успешно проработал несколько лет. Сейчас именно OAO-2 обычно называют первой в истории полноценной космической обсерваторией.

В годы начала космической эры не редкостью были и «ручные» наблюдения. Например, на борту первой советской орбитальной станции «Салют-1», запущенной в 1971 году, находилась обсерватория «Орион-1». Она состояла из ультрафиолетового телескопа-спектрографа и шлюзовой камеры для передачи фотоплёнки внутрь станции. С обсерваторией работал космонавт Виктор Пацаев — он стал первым человеком, управлявшим телескопом за пределами земной атмосферы. К сожалению, он погиб вместе с остальными членами команды во время возвращения на Землю из-за разгерметизации «Союза-11».

Читайте также

Погибшие космонавты и аварии в космосе, реальные и мифические

Антон Первушин

30.06.2021

89899

Вспомним тех, кто отдал жизни за покорение космоса, знаменитые катастрофы и случаи, когда их удалось избежать. А также разоблачим теории заговора о «неизвестных космонавтах».

Экипаж «Аполлона-16», стартовавшего в 1972 году, взял с собой на Луну ультрафиолетовый телескоп с подсоединённой к нему фотокамерой. После посадки астронавты развернули его и таким образом создали первую в истории обсерваторию на поверхности другого небесного тела. Находясь на Луне, участники экспедиции сфотографировали звёзды и Землю, а также Большое Магелланово Облако.

Первым астрономические наблюдения с другого небесного тела провел телескоп, установленный на Луне экипажем «Аполлона-16»

NASA

Собственная космическая обсерватория под названием ATM (Apollo Telescope Mount) была и на борту орбитальной станции Skylab, запущенной в 1973 году. Она представляла собой отдельный отсек с несколькими телескопами, которыми управляли с борта станции. Отснятые кассеты с плёнкой астронавты извлекали во время выхода в открытый космос и потом возвращали на Землю для изучения. Основным предметом изучения ATM было Солнце — и ей, в частности, удалось подтвердить существование корональных дыр. Также обсерватория участвовала в наблюдениях кометы Когоутека (C/1973 E1).

Было бы ошибкой преуменьшить значение тех ранних миссий: они позволили совершить важные открытия и продемонстрировали все преимущества внеатмосферной астрономии. Но всё же достаточно быстро стало понятно, что будущее не за ручными наблюдениями, а за автоматическими станциями: они куда более эффективны и способны передавать данные на Землю напрямую.

Битва за Большой космический телескоп

В руках Нэнси Грейс Роман модель космического телескопа, который станет называться «Хаббл» (ок. 1980)

NASA [CC BY 2.0]

Ещё в начале 1960-х американское научное сообщество принялось активно лоббировать идею запустить в космос мощный оптический телескоп — с большей разрешающей способностью, чем лучшие наземные обсерватории. Одну из ведущих ролей в этом сыграла Нэнси Грейс Роман, которая стояла у истоков космической астрономии NASA и курировала проекты OSO и OAO. Она выступала с публичными лекциями, рассказывая о научной ценности такого телескопа, и писала обращения в Конгресс. За это её позже неофициально назвали «матерью» «Хаббла».

Давление учёных постепенно принесло свои плоды: в конце 1960-х NASA принялось разрабатывать проект такого аппарата. Изначально он назывался Большой космический телескоп (Large Space Telescope, LST). Сперва на орбиту хотели вывести демонстратор с зеркалом диаметром 1,5 метра, и только потом — полноценный телескоп с 3-метровым зеркалом. Главной фишкой проекта была возможность ремонтировать и заменять инструменты — правда, на Земле, после чего планировалось возвращать телескоп в космос.

В то время NASA уже активно работало над созданием шаттлов, и к моменту запуска LST их рейсы должны были стать рутиной. Авторы проекта полагали, что LST начнёт работу уже в 1979 году. Его стоимость в то время оценивалась в 400–500 миллионов долларов.

Своя обсерватория была и на станции Skylab

NASA

К сожалению, всё оказалось не так просто. Маленький шаг Нила Армстронга ознаменовал не только победу США в лунной гонке, но и начало стремительного сокращения бюджета NASA. В 1960-х — 1970-х под нож пошло бесчисленное множество космических проектов, авторы которых наивно полагали, что денежный поток будет таким же, как и раньше. В какой-то момент угроза нависла и над программой многоразовых кораблей. Чтобы её спасти, NASA обратилось к ВВС США, и у этой помощи была своя цена: грузовой отсек шаттла пришлось увеличить, чтобы в него помещались новые спутники оптико-электронной разведки KH-11.

В таких условиях неудивительно, что Конгресс, отвечающий за выделение денег NASA, воспринял проект LST, мягко говоря, без энтузиазма. В 1974 году в его финансировании было отказано.

Чтобы спасти телескоп, тогдашний администратор NASA Джеймс Флетчер хотел оставить в бюджете организации на разработку LST символические 5 миллионов долларов. Однако его заместитель Ноэль Хиннерс предложил радикальный и довольно рискованный ход: полностью отменить всё финансирование телескопа, не выделять на него ни единого цента.

Концепт разведывательного спутника KH-11, созданный на основе «Хаббла»

Giuseppe De Chiara [CC BY-CA 3.0]

Суть была такова: 5 миллионов долларов в бюджете вселят в астрономов ложную уверенность, что с телескопом всё более или менее в порядке и нужно просто немного подождать, пока ситуация не улучшится. Демонстративное же «обнуление» покажет всю серьёзность положения, и научное сообщество сплотится в борьбе за проект. Хорошенько подумав, Флетчер согласился с доводами Хиннерса.

Политическая уловка сработала. После того как LST полностью исключили из бюджета NASA, в американских научных кругах вспыхнула настоящая буря. Учёные развернули в прессе общенациональную кампанию, описывая всю важность создания космической обсерватории. Ведущие роли в ней сыграли уже упомянутый Лайман Спитцер и астроном Джон Бахкол. Учёные встречались с конгрессменами и сенаторами, активно давали интервью. В итоге Конгресс пересмотрел свою позицию по поводу LST.

NASA тоже пошло на уступки. Первым под сокращение попал телескоп-демонстратор. Затем пришлось отказаться от идеи с обслуживанием LST на Земле — вместо этого было решено ремонтировать его прямо на орбите. В проект вовлекли Европейское космическое агентство (ESA): оно согласилось взять на себя часть расходов, а также построить для телескопа солнечные батареи и один из научных инструментов. Взамен ESA получило 15 % наблюдательного времени.

Эдвин Хаббл, в честь которого телескоп получил своё название

Johan Hagemeyer

И наконец, в NASA решили уменьшить диаметр главного зеркала телескопа до 2,4 метра — это позволяло сократить расходы. Производство зеркал такого размера уже было налажено: ими оснащались те самые спутники KH-11, под габариты которых увеличивали грузовой отсек шаттлов. По иронии судьбы военные позже отказались от идеи таких запусков, так что «Хаббл» стал наиболее близким к ним грузом за всю историю программы крылатых кораблей.

Все эти меры возымели действие: в 1977 году Конгресс дал проекту зелёный свет. Запуск был запланирован на 1983 год.

Своё официальное название телескоп «Хаббл» получил в 1983 году — в честь астронома Эдвина Хаббла, совершившего некоторые из величайших научных открытий XX века. Например, он доказал, что Вселенная расширяется и простирается далеко за пределы Млечного Пути. Выбор такого имени подчёркивал ожидания астрономов: телескоп должен был произвести такую же революцию в космологии, как и его знаменитый тёзка.

Долгая дорога в космос

Сборка «Хаббла»

NASA

Возможно, вы ещё помните многолетнюю эпопею с телескопом «Джеймс Уэбб»: дата его запуска постоянно сдвигалась, а стоимость выросла в несколько раз по сравнению с изначальной. Так вот, это далеко не уникальная история: точно такая же в своё время произошла и с «Хабблом».

Итак, запуск был запланирован на 1983 год. Но строительство телескопа оказалось намного более сложной задачей, чем предполагалось, и стало быстро отставать от плана.

Основные проблемы были с зеркалом. Контракт на его изготовление получила компания Perkin-Elmer. Для шлифовки она решила использовать новейшие для тех лет полировальные станки с компьютерным управлением. Ну и для подстраховки — на случай, если с новейшей технологией что-то пойдёт не так, — NASA заказало у Kodak запасное зеркало, которое должны были полировать более традиционными методами.

Perkin-Elmer начала строить зеркало в 1979 году и практически сразу же выбилась из графика и бюджета. Вскоре эксперты NASA стали открыто высказывать сомнения в компетентности компании и качестве её работы. Из-за этого руководство Perkin-Elmer, чтобы не рисковать потерей контракта, решило не афишировать производственные проблемы и скрывало от NASA данные, которые указывали на то, что, возможно, не все характеристики зеркала будут соответствовать заданным…

Запасное зеркало для «Хаббла», созданное Kodak, сейчас выставлено в Смитсоновском музее авиации (Вашингтон)

Levg

Впрочем, проблемы периодически возникали и с другими компонентами телескопа. NASA пришлось несколько раз переносить дату запуска «Хаббла»: на 1984-й, на 1985-й и потом на 1986 год. К тому моменту бюджет проекта вышел за пределы миллиарда долларов.

Наконец наступил 1986 год. Сборка «Хаббла» была завершена, и его запуск запланировали на август. Командиром миссии назначили Джона Янга — самого опытного астронавта в истории NASA: он высаживался на Луну и летал на космических кораблях четырёх разных типов. Для него этот полет должен был стать седьмым в карьере.

А потом случилась катастрофа Challenger, из-за которой полёты шаттлов приостановили почти на три года. В ожидании их возобновления «Хаббл» с частично включёнными бортовыми системами поместили в чистую комнату с азотной атмосферой. Его хранение обходилось примерно в 6 миллионов долларов в месяц. Инженеры использовали эту задержку, чтобы провести дополнительные тесты телескопа и заменить некоторые потенциально дефектные компоненты. Заменить им пришлось и часть научных инструментов: за несколько лет, которые «Хаббл» был прикован к Земле, те успели устареть. Смета проекта всё разбухала.

Начало работы над сборкой телескопа

NASA

И вот наконец 24 апреля 1990 года на шаттле Discovery «Хаббл» отправился в космос. Четыре из пяти астронавтов на борту входили в состав изначального экипажа. Единственным исключением был Джон Янг: к этому моменту ему уже исполнилось 69 лет, и он перешёл на административную должность.

Увы, долгожданный триумф NASA оказался недолгим.

Основные технические характеристики

Телескоп «Хаббл» достигает в длину 13,2 метра, а его диаметр — 4,2 метра. На момент запуска его масса составляла 11 110 кг. Считается, что внешне он похож на уже упомянутые разведывательные спутники KH-11.

«Хаббл» получает питание от двух солнечных батарей габаритами 7,1 × 2,6 метра, способных генерировать 5000 ватт энергии. Однако это не оригинальный комплект, установленный на телескоп перед запуском в 1990 году: в 2002-м его заменили на новый.

Ruffnax (Crew of STS-125)

Оригинальных научных приборов на борту «Хаббла» тоже не осталось: все их заменили во время более поздних миссий. Сейчас на борту телескопа четыре действующих инструмента: камеры WFC3 и ACS, а также спектрографы COS и STIS. Наиболее важный и сложный из них — широкоугольная камера WFC3, способная фотографировать в видимом, ультрафиолетовом и ближней части инфракрасного диапазона.

«Хаббл» находится на околоземной орбите. На момент запуска телескоп располагался на высоте 613 километров: поскольку он лишён собственных двигателей, его на орбиту поднимали шаттлы. К январю 2025 года «Хаббл» опустился до отметки в 500 километров.

Дефектное зеркало

Полировка главного зеркала в лаборатории Perkin-Elmer

NASA

В сиквеле комедии «Голый пистолет» (1991) есть эпизод, где герой Лесли Нильсена заходит залить горе в бар «Неудачник». На его стенах можно увидеть множество «говорящих» фотографий: горящего дирижабля «Гинденбург», тонущего корабля «Лузитания», Невилла Чемберлена, вернувшегося из Мюнхена в 1938 году «с миром для нашего поколения», а также телескопа «Хаббл». И это не ошибка. На тот момент он действительно воспринимался как фиаско NASA.

Всего через несколько недель после запуска телескопа выяснилось, что качество его снимков не соответствует ожиданиям. Да, они всё ещё были лучше, чем фотографии наземных телескопов, но добиться нужной чёткости никак не удавалось.

27 июня 1990 года NASA публично объявило о проблемах «Хаббла». Расследованием занялась специально собранная комиссия. Вскоре выяснилось, что главное зеркало «Хаббла» страдает сферической аберрацией — даёт погрешность из-за того, что световой пучок «расслаивается» и фокус лучей из центра и с краёв в нём не совпадает. Всё дело в том, что у внешнего края зеркало оказалось примерно на 2200 нанометров (около 1⁄450 миллиметра) более плоским, а это в 10 раз превышает допуск, необходимый для правильной работы конструкции.

Астронавты проделали невероятно сложную работу в открытом космосе, чтобы установить на «Хаббл» корректирующий блок COSTAR

NASA

Всему виной был человеческий фактор. При первоначальной шлифовке и полировке зеркала Perkin-Elmer использовала два обычных нуль-корректора (этот прибор измеряет кривизну поверхности). А на заключительном этапе инженеры взяли отражательный нуль-корректор, позволяющий соблюдать очень строгие допуски и изготовленный по индивидуальному заказу. Однако техник неправильно собрал это устройство: его полевая линза оказалась сдвинута на 1,3 миллиметра от правильного положения.

В результате зеркало «Хаббла», хоть и было отшлифовано исключительно точно, обрело неправильную форму. Что особенно важно, перепроверки с обычными нуль-корректорами показали наличие сферической аберрации — но в компании попросту закрыли на это глаза, посчитав, что ошибаются скорее два обычных нуль-корректора, чем один более сложный и дорогой.

Позже, чтобы избежать суда, Perkin-Elmer согласилась выплатить штраф в 15 миллионов долларов. Но астрономов это, конечно, утешало мало. Да, «Хаббл» мог проводить наблюдения и собирать какие-то данные — но дефект зеркала фактически ставил крест на наблюдениях тусклых объектов. А ведь это жизненно необходимо для космологических программ и именно они были приоритетом «Хаббла».

Галактика M100 до и после установки блока корректирующей оптики

NASA

Перед NASA встал закономерный вопрос, что делать дальше. Конструкция телескопа не позволяла заменить зеркало в космосе. Первым вариантом было снять «Хаббл» с орбиты, установить на него запасное зеркало Kodak и вновь отправить телескоп в космос — но от него быстро отказались. На столь непростую и затратную операцию у NASA попросту не нашлось бы средств. Вместо этого было решено изготовить для телескопа «очки» — блок оптики COSTAR, который бы корректировал сферическую аберрацию.

В декабре 1993 года к «Хабблу» отправилась ремонтная экспедиция, чтобы совершить одну из сложнейших операций в истории. Для успешной установки корректирующего блока астронавтам миссии STS-61 потребовалось пять раз выйти в открытый космос. Кроме того, они заменили некоторые компоненты и научные инструменты телескопа.

31 января 1994 года NASA продемонстрировало первые снимки, сделанные после ремонта, — и они наконец соответствовали ожиданиям. Спустя 17 лет после официального одобрения проекта астрономы получили тот революционный инструмент, о котором мечтали.

В 2009 году блок COSTAR сняли с «Хаббла» и вернули на Землю. Инструменты, установленные сейчас на телескопе, оборудованы индивидуальными блоками корректирующей оптики.

Космическая революция

Старт шаттла «Дискавери» с телескопом «Хаббл» на борту

NASA

Пытаться описать в двух словах достижения «Хаббла» — всё равно что пытаться пересказать содержание «Википедии». Телескоп провёл свыше 1,7 миллиона наблюдений, на основе которых астрономы опубликовали больше 23 000 научных работ в рецензируемых журналах. На эти оригинальные работы сейчас ссылается больше 1,2 миллиона публикаций. Вот уже много лет «Хаббл» удерживает безоговорочное лидерство, оставаясь наиболее продуктивным и цитируемым телескопом в мире.

Данные «Хаббла» помогли раскрыть множество давних научных загадок и в то же время поставили целый ряд дополнительных вопросов, потребовавших создать принципиально новые теории. Фактически телескоп стал крёстным отцом всей современной космологии.

Благодаря «Хабблу» астрономы сумели заглянуть на край Вселенной и увидеть галактики, существовавшие всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, что позволило уточнить её возраст. Но главной научной сенсацией стало то, что Вселенная расширяется с ускорением, а не замедляясь, как считалось до этого. Это открытие было отмечено заслуженной Нобелевской премией.

Знаменитый снимок Hubble Deep Field обнаружил в «пустом» пространстве множество галактик далеко за пределами Млечного Пути

Robert Williams (NASA, ESA, STScI)

Но есть еще более поздний, обновленный снимок, названный Hubble Ultra-Deep Field: он охватил 10 тысяч галактик, в том числе те, что появились почти сразу после Большого Взрыва

NASA, ESA

«Хаббл» также показал, что в центрах большинства галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры, — и заодно помог астрономам в корне пересмотреть оценку общего количества галактик во Вселенной.

В 1995 году он сделал одно из самых известных изображений в своей истории — Hubble Deep Field. В течение десяти дней телескоп фотографировал небольшой и, как до этого считалось, практически пустынный участок неба в созвездии Большой Медведицы. Результаты эксперимента поразили учёных. В этой «пустоте» обнаружились три тысячи далёких галактик, расположенных в сотнях миллионов и миллиардах световых лет от Млечного Пути. Позже и сам «Хаббл», и другие телескопы неоднократно повторяли подобные фотосессии, с каждым разом находя множество скрытых галактик.

На момент запуска «Хаббла» до открытия первых экзопланет оставалось ещё несколько лет, но это не помешало ему стать весьма эффективным инструментом в их изучении. «Хаббл» первым в истории напрямую зафиксировал атмосферу экзопланеты, и проанализировал её, и, кроме того, обнаружил признаки существования экзолун.

Большинство наиболее знаковых снимков сделала камера WFC3: например туманностей Бабочка (NGC 6302)...

NASA / ESA / Hubble Heritage Team (AURA/STScI) [CC BY 4.0]

...и Конская Голова (IC 434)

NASA / ESA / Hubble SM4 ERO Team (AURA/STScI) [CC BY 4.0]

Помимо этого, «Хаббл» помогал астрономам изучать галактические столкновения, протопланетные диски, регионы активного звездообразования, сверхновые, гравитационные линзы и все возможные туманности. На самом деле сложно найти категорию объектов, которая бы избежала его внимания.

«Хаббл» не только наблюдал за объектами дальнего космоса — это был ещё и незаменимый инструмент для изучения Солнечной системы. Он сфотографировал последствия падения обломков кометы Шумейкеров — Леви 9 на Юпитер в 1994 году, исследовал сезонные изменения на наших планетах-гигантах, увидел разрушение астероида, нашёл шлейфы водяного пара у Европы и открыл несколько ранее неизвестных спутников планет.

На самом деле Столпы Творения представляют собой скопления межзвездного газа и пыли

NASA, ESA / Hubble and the Hubble Heritage Team [CC BY 4.0]

А в 2015 году «Хаббл» вновь доказал, что ему по-прежнему нет равных, оказав помощь миссии «Новые горизонты». После пролёта Плутона аппарат должны были направить к какому-нибудь попутному объекту в поясе Койпера. Но наземные обсерватории не сумели найти подходящего тела, и им на подмогу вызвали «Хаббл». Ему удалось обнаружить пару койпероидов вблизи траектории аппарата. 1 января 2019 года «Новые горизонты» нанесли визит к одному из них — Аррокоту. Он стал самым далёким и самым примитивным телом Солнечной системы, которое с близкого расстояния изучил космический аппарат.

Любой человек или научная организация может подать заявку на работу с «Хабблом». Однако доступного наблюдательного времени у телескопа далеко не так много, чтобы удовлетворить все заявки — и в среднем везёт лишь одной из пяти-шести.

Помимо всего прочего, «Хаббл» внёс значительный вклад в аэрокосмическую инженерию. Благодаря длительному пребыванию телескопа в космосе, а также тому, что экспедиции обслуживания возвращали заменяемые компоненты на Землю, инженеры узнали много нового о влиянии космического пространства на различные материалы и инструменты, что позволило увеличить их надёжность. А доставленные на Землю старые солнечные панели телескопа помогли оценить частоту столкновения с частицами космического мусора и их размеры. Опыт эксплуатации «Хаббла» активно использовали при создании последующих космических телескопов. В каком-то смысле его частичка живёт в каждом из них.

«Хаббл» сфотографировал обломки кометы Шумейкеров — Леви 9...

NASA, HST

...и последствия их падения на Юпитер

NASA, HST

И конечно, «Хаббл» подарил нам массу очень красивых изображений. Выбрать лучшее из них — невыполнимая задача. Для кого-то это Столпы Творения, для кого-то — туманность Улитка, для кого-то — галактика Сомбреро. Но они немало способствовали популяризации космоса — и это неоспоримо.

Но не стоит забывать, что у всех этих достижений довольно высокая цена. На момент запуска стоимость создания телескопа перевалила за отметку в 2 миллиарда долларов. Потом эта цифра многократно увеличилась за счёт расходов на поддержание работы телескопа, обеспечение связи и изготовление новых приборов.

С поправкой на инфляцию по состоянию на 2021 год суммарные затраты на «Хаббл» составили 16 миллиардов долларов. И это без стоимости запуска шаттлов для его вывода на орбиту и ремонта. С ними общие затраты на проект достигнут порядка 22 миллиардов.

Король телескопов

Регион активного звездообразования, или звёздная колыбель, в Большом Магеллановом Облаке

NASA, ESA, and STScI [CC BY 4.0]

На момент запуска у «Хаббла» не нашлось бы конкурентов по разрешающей способности — но это было более 30 лет тому назад. С тех пор астрономия сделала большой шаг вперёд: начали работать мощные наземные обсерватории и новые космические телескопы. И тем не менее «Хаббл» по-прежнему остаётся на передовом крае науки. Тому есть несколько причин.

В астрономии не существует универсальных телескопов, но из всех действующих «Хаббл», пожалуй, наиболее близок к такому понятию. Он ведёт наблюдения и в видимом спектре, и в ультрафиолетовом, а также в ближней части инфракрасного диапазона. Это позволяет ему изучать бóльшую часть астрономических объектов.

Столь широкий охват открывает дорогу и для кооперации с другими обсерваториями. «Хаббл» не стоит воспринимать как некоего одинокого волка. Он часто ведёт наблюдения вместе с телескопами, работающими в других диапазонах: например, рентгеновским Chandra и инфракрасным «Джеймсом Уэббом». Объединяя их данные, астрономы получают максимум информации об интересующих их небесных телах.

Астрономы умеют не только каталогизировать астрономические объекты, но и давать им меткие имена: здесь ухвачена M104, или галактика Сомбреро

NASA / ESA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) [CC BY 4.0]

Кроме того, за годы работы «Хаббл» неоднократно модернизировали. После 1993 года шаттлы посещали телескоп ещё пять раз. Они несколько раз меняли научные инструменты телескопа на более современные (благодаря этому «Хаббл» в какой-то степени можно сравнить с кораблём Тесея). В результате возможности «Хаббла» заметно выросли. Сейчас он способен проводить более глубокие наблюдения и получать более детальные снимки, чем в начале своей миссии.

Астронавты не только модернизировали, но и ремонтировали «Хаббл». Например, в 1999 году телескоп полностью потерял возможность вести наблюдения из-за поломки гироскопов. Ремонтная экспедиция заменила их на новые, после чего «Хаббл» удалось вернуть в строй.

В последний раз телескоп посетил в 2009 году экипаж шаттла Atlantis. Именно благодаря этой миссии телескоп всё ещё работает — а ведь её вполне могло и не быть. После катастрофы шаттла Columbia руководство NASA хотело свести все возможные риски к минимуму и отменило полёт. Дело в том, что у «Хаббла» и МКС орбиты с разным наклонением и в случае поломки шаттла астронавты не сумели бы найти убежища на станции: перелёт к ней был бы физически невозможен (впрочем, эта деталь позже не сильно смутила авторов «Гравитации»).

Галактика Водоворот (NGC 5195)

NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) [CC BY 4.0]

И вновь телескоп спасло научное сообщество, не захотевшее мириться с потерей такого ценного актива. Без ремонта «Хаббл» прекратил бы работу ещё в начале прошлого десятилетия. Под давлением учёных NASA пересмотрело позицию и все же санкционировало полёт. При подготовке были предприняты повышенные меры предосторожности. На другой стартовой площадке был установлен подготовленный к запуску шаттл Endeavour: если бы Atlantis получил повреждения и не мог самостоятельно вернуться на Землю, второй челнок выступил бы в качестве спасателя.

К счастью, опасения оказались излишними. Полёт прошёл без особых проблем. Астронавты проделали первоклассную работу, установив на телескоп два новых инструмента и отремонтировав два из тех, что уже стояли на его борту. Также они заменили все гироскопы его системы стабилизации, аккумуляторы и бортовой компьютер. Благодаря всему этому «Хаббл», которому отводили срок службы 15 лет, в строю уже более трёх десятилетий.

Наследники «Хаббла»

Телескоп NASA Roman был назван в честь «матери» «Хаббла» — Нэнси Грейс Роман, скончавшейся в 2018 году

NASA

СМИ часто любят называть некоторые космические телескопы преемниками «Хаббла» — особенно «Джеймс Уэбб», у которого куда более крупное зеркало (диаметром 6,1 метра). Но такое сравнение не очень корректно с научной точки зрения, поскольку они «смотрят» в разных спектральных диапазонах: «Джеймсу Уэббу» доступны только ближняя и средняя части инфракрасного излучения.

Точно так же новый телескоп Roman, чей запуск запланирован на 2026 год, нельзя назвать прямым наследником «Хаббла». Да, у него зеркало аналогичного диаметра, которое, кстати, предназначалось для разведывательного спутника. Но есть и важное отличие: Roman будет вести наблюдения в ближней части инфракрасного диапазона и при этом иметь в сто раз большее поле зрения.

Куда более духовно близок к «Хабблу» китайский «Сюньтань». Это автономный модуль — телескоп, который по задумке конструкторов сможет периодически стыковаться с орбитальной станцией «Тяньгун» для обслуживания и ремонта. «Сюньтань» будет оснащён 2-метровым зеркалом — это позволит ему делать снимки в видимом и ультрафиолетовом диапазонах, близкие по детализации к снимкам «Хаббла». При этом по полю зрения китайский телескоп превзойдёт американского собрата в 300 раз.

Телескоп «Сюньтань» в представлении художника

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 [CC BY 4.0]

Правда, судя по всему, создать аппарат оказалось сложнее, чем ожидалось. Изначально запуск «Сюньтань» был запланирован на 2024 год, но сейчас он сместился на 2026 год.

Если же говорить про более далёкую перспективу, то можно упомянуть проект телескопа HWO (Habitable Worlds Observatory). По задумке авторов, он будет оснащён зеркалом диаметром в 6–8 метров и сможет вести наблюдения в том же спектральном диапазоне, что и «Хаббл». Одной из основных задач HWO станет поиск обитаемых экзопланет. Но надо понимать, что сейчас разработка HWO находится на стадии концепции. Если проект и получит зелёный свет, то будет реализован не раньше 2040-х годов.

Будущее «Хаббла»

Туманность Трилистник, снятая в апреле 2026 года

NASA

С момента последнего ремонта «Хаббла» прошло уже много лет. И разумеется, возраст даёт о себе знать. За последние годы количество сбоев оборудования и случаев, когда телескоп входил в безопасный режим, заметно увеличилось.

Наиболее серьёзная ситуация сложилась с гироскопами (двигателями-маховиками) в его системе ориентации. Для нормальной работы «Хабблу» требуются три гироскопа. Всего на телескопе их шесть: три старой конструкции и три усовершенствованных. Все они были установлены последней экспедицией обслуживания в 2009 году. Первыми из строя вышли гироскопы старой конструкции. А в 2024 году отказал и один из усовершенствованных гироскопов.

После этого NASA начало воплощать в жизнь давно разработанный план: телескоп перевели в режим работы с одним гироскопом, отключив другой. Это не идеальный вариант: продуктивность «Хаббла» уменьшится на 12–25 %, а ещё телескоп не сможет изучать движущиеся объекты ближе орбиты Марса (например, астероиды).

Крабовидная туманность, снимок 2024 года

NASA

Но других вариантов нет. Притом даже эти два оставшихся гироскопа функционируют уже далеко за пределами своего гарантийного срока в 50 тысяч часов. Один гироскоп проработал 142 тысячи часов, а второй — почти 90 тысяч. Но эксперты NASA считают, что с вероятностью в 70 % оставшегося ресурса хватит, чтобы телескоп продержался ещё до 2035 года.

Впрочем, скорее всего, «Хаббл» прекратит работу ещё до этого. Сейчас пик активности Солнца, верхние слои земной атмосферы «разбухают», из-за чего объекты сходят с орбиты раньше срока. Поскольку у «Хаббла» нет двигателей, он никак не может противостоять этому процессу. К началу 2025 года высота его орбиты снизилась до 500 километров. Сделать точный прогноз, конечно, сложно, но при такой солнечной активности «Хаббл», вполне вероятно, сгорит в атмосфере уже к концу десятилетия. Нечто подобное уже произошло в 1979 году с орбитальной станцией Skylab: она упала на Землю на несколько лет раньше, чем прогнозировали в NASA.

Впрочем, в теории «Хаббл» всё ещё можно спасти. В 2022 году миллиардер Джаред Айзекман предложил организовать частную миссию: отправить к телескопу корабль Crew Dragon, чтобы тот поднял его орбиту. Также рассматривались варианты с полноценным ремонтом «Хаббла» и заменой его гироскопов. В итоге NASA не поддержало эти планы: риск повредить телескоп всё-таки высок. Но теперь, когда Айзекман возглавил NASA, есть вероятность, что решение будет пересмотрено.

Туманность «Кошачий глаз»

NASA

Мы даже можем помечтать о миссии по возвращению «Хаббла» на Землю. На самом деле именно таким был изначальный план: после завершения работы телескоп хотели снять с орбиты с помощью шаттла Columbia, привезти на Землю и выставить в музее. После того как челноки перестали летать, это стало невозможным. Однако сейчас появился другой корабль, способный выполнить подобную миссию, — Starship. В его внушительных размеров грузовой отсек легко влезет «Хаббл».

Конечно, пока что это не более чем красивая фантазия. Ситуация с бюджетом NASA уже давно оставляет желать лучшего, так что денег на такую миссию там явно не найдётся. И сложновато представить, что какой-то меценат захочет профинансировать доставку телескопа на Землю просто из большой любви к космосу. Хотя «Хаббл» заслужил это как никакой другой аппарат.

Но, независимо от его судьбы, «Хаббл» уже давно вписал своё имя в историю астрономии. Он показал нам всё величие нашей Вселенной и заглянул в уголки космоса, о существовании которых до этого никто и не подозревал. «Хаббл» приоткрыл завесу тайны над многими астрономическими загадками прошлого и одновременно поставил ряд новых вопросов, вдохновив следующее поколение исследователей на поиски ответов. Возможно, это и есть его главное наследие.