Телескоп

Телескоп

Телескоп (от греч. tele – «вдаль», «далеко» и scopeo – «смотрю») – устройство для изучения небесных тел.

Конструктивно и по принципу действия телескопы подразделяются на оптические, рентгеновские, гамма-телескопы, ультрафиолетовые, инфракрасные и радиотелескопы. Оптические же делятся на рефракторы (линзовые), рефлекторы (зеркальные) и комбинированные зеркально-линзовые системы. Первые конструкции телескопов обычно связывают с именами итальянского физика, математика и астронома Г. Галилея (1564—1642), гениального немецкого астронома И. Кеплера (1571—1630), хотя никто из них не был первым.

Первые записи, касающиеся конструкции примитивного телескопа, встречаются в XIII в. у Р. Бэкона, а в XVI в. – у Джанбаттисты дела Порте, который, кстати, долго оспаривал у Галилея права на изобретение зрительной трубы. Надо отдать должное Галилею, ведь он улучшил качество практически до совершенства, его линзы, сохранившиеся и до наших дней, считаются первоклассными с точки зрения современной оптики. Хотя из 300 линз, вручную им отшлифованных, он отобрал всего лишь несколько для конструкции телескопов. В ходе постоянного совершенствования Галилей добился 30-кратного увеличения, что является предельно возможным значением для телескопов такой конструкции. С таким увеличением ученый смог добиться первых результатов в астрономических наблюдениях. Это произошло в конце 1609 г. И уже 7 января 1610 г. Галилей обнаружил спутники Юпитера.

К сожалению, все наземные телескопы объединяет один огромный недостаток – искажение картинки под влиянием земной атмосферы. Атмосфера Земли рассеивает и поглощает излучения, в ней распадаются частицы, прилетающие не только со всех уголков Солнечной системы, но и из глубин Вселенной. Воздух, окружающий поверхность Земли, «дрожит», что приводит к размытию изображения, наблюдаемого через наземный телескоп. Чего нельзя сказать о приборах, находящихся за пределами земной атмосферы, т. е. в космическом пространстве. Материалы, используемые при создании космических телескопов, существенно различаются. Например, зеркала оптических телескопов изготавливаются из ситалла, который получается в ходе процесса, называемого объемной кристаллизацией стекла разного состава. Основным свойствами ситалла являются его высокая стойкость к тепловому расширению и высокая механическая прочность.

К современному телескопу можно подключать различные системы, позволяющие добиться великолепных результатов в наблюдениях. Так, например, можно подключить матрицы приборов с зарядовой связью, которые позволяют создавать полноцветное изображение объекта, подвергаемого наблюдению.

Цифровое изображение с помощью компьютера передается на Землю, где происходит дальнейшая обработка. Качество цифрового снимка не уступает фотографическому. Используя космические телескопы, человечество может проводить наблюдения в различных областях спектра.

Особенно трудными являются наблюдения в инфракрасном диапазоне спектра. Чтобы исключить влияние собственного теплового излучения телескопа и приемника излучения, их необходимо подвергать охлаждению вплоть до 0 К (-273 °С – температура абсолютного нуля).

На сегодняшний день ученые добились потрясающих результатов в этой области. С околоземной орбиты при помощи сложнейшей аппаратуры на поверхности Луны можно обнаружить объект, излучающий тепло, размером с монету.

С 1966 по 1972 г. в космосе работала так называемая орбитальная астрономическая лаборатория. Запуск этой лаборатории осуществляла NASA. Это была серия спутников, выполняющих функции космической обсерватории. Этими спутниками впервые были проведены наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне волн различных космических объектов. Были проведены фотометрические работы по рентгеновской и гамма-астрономии.

Этот эксперимент был первым шагом к созданию космического телескопа «Хаббл». 8 апреля 1966 г. был дан старт проекту запуском первого спутника серии. Но через три дня миссия была завершена из-за отказа системы энергопитания спутника. Запуск следующего спутника был назначен на 7 декабря 1968 г.

Обсерватория успешно проработала на орбите до 1973 г. и принесла немало плодов. Она была оснащена 11 телескопами, работающими в ультрафиолетовом режиме наблюдения, и различной фотометрической аппаратурой. Впервые было установлено, что вокруг комет присутствует многокилометровое водородное облако. Запуск следующего спутника с 38-дюймовым телескопом оказался также неудачным. А 21 августа 1972 г. был запущен четвертый спутник серии – орбитальная астрономическая обсерватория «Коперник». Обсерватория получила такое название в честь 500-летия со дня рождения Н. Коперника (1473—1543), создателя гелиоцентрической системы мира.

На своем борту обсерватория несла 80-сантиметровый телескоп Принстонского университета и детектор рентгеновского излучения, разработанный при Лондонском университет-колледже в научно-исследовательской лаборатории г. Мулларда. Спутник проработал 9 лет и принес немало открытий. С помощью обсерватории «Коперник» были сделаны высококачественные снимки спектров многих звезд, проведены обширнейшие исследования при помощи детектора рентгеновского излучения. В том числе были открыты несколько «долгих» пульсаров, период обращения которых вместо секунд составил несколько минут.

24 апреля 1990 г. на околоземную орбиту на высоту в 600 км шаттлом «Дискавери» был выведен космический телескоп «Хаббл». Его создание было совместным проектом Европейского космического агентства и NASA. Первоначально запуск телескопа на орбиту планировался в 1986 г., но из-за катастрофы шаттла «Челленджер» был отменен.

Телескоп предоставил возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, которые не пропускает земная атмосфера. В первую очередь это позволило регистрировать излучение в инфракрасном диапазоне. Разрешающая способность космических телескопов в несколько раз больше наземных. Масса космического телескопа с установленными приборами превышает 12 т, его длина – 13,3 м, а диаметр – 4,3 м. Размах солнечных батарей составляет 12 м.

Конструктивно телескоп представляет собой рефлектор Ричи-Кретьена, зеркало которого в диаметре составляет 2,4 м. В список оборудования, установленного на телескопе, входят навигационные сенсоры, оптические и инфракрасные спектрометр и камера, а также камера для наблюдения в широком диапазоне волн.

Помимо основной системы навигации, телескоп оснащен датчиками точного наведения для увеличения точности астрометрии. Изначально планировалось производить обслуживание телескопа не только на орбите, но и каждые пять лет спускать на Землю.

В итоге, опасаясь возможного повреждения телескопа при спуске, было решено остановиться на 3-годичном орбитальном обслуживании. За время работы на орбите было получено более 22 тыс. снимков звезд, туманностей и галактик, около 4 тыс. астрономов получили возможность проводить исследования при помощи телескопа.

31 октября 2006 г. Майкл Гриффин, который является администратором NASA, заявил, что в 2008 г. планируется последняя экспедиция на околоземную орбиту для ремонта и дооснащения телескопа. Будут отремонтированы спектрограф, который прекратил функционировать еще в 2004 г., датчик точного наведения. Планируется оснастить телескоп новым ультрафиолетовым спектрографом и широкоугольной камерой.

Помимо «Хаббла», сегодня на орбите работают еще два космических аппарата: космическая рентгеновская обсерватория, в состав которой входит телескоп «Chandra», запущенный на орбиту 23 июля 1999 г., и космический телескоп «Spitzer», запущенный 25 августа 2005 г. для исследования космоса в инфракрасном диапазоне.