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I più grandi telescopi spaziali. Telescopi nello spazio Perché i telescopi vengono lanciati nello spazio?

Dove vedere le stelle?

Una domanda del tutto ragionevole: perché posizionare i telescopi nello spazio? Tutto è molto semplice: puoi vedere meglio dallo spazio. Oggi, per studiare l'Universo, abbiamo bisogno di telescopi con una risoluzione impossibile da ottenere sulla Terra. Ecco perché i telescopi vengono lanciati nello spazio.

Diversi tipi di visione

Tutti questi dispositivi hanno una “visione” diversa. Alcuni tipi di telescopi studiano gli oggetti spaziali nella gamma degli infrarossi e degli ultravioletti, altri nella gamma dei raggi X. Questo è il motivo della creazione di sistemi spaziali sempre più avanzati per lo studio approfondito dell'Universo.

Telescopio spaziale Hubble

Telescopio spaziale Hubble (HST)
Il telescopio Hubble è un intero osservatorio spaziale in orbita terrestre bassa. La NASA e l'Agenzia spaziale europea hanno lavorato alla sua creazione. Il telescopio è stato lanciato in orbita nel 1990 e oggi è il più grande dispositivo ottico per osservazioni nella gamma del vicino infrarosso e dell'ultravioletto.

Durante il suo lavoro in orbita, Hubble ha inviato sulla Terra più di 700mila immagini di 22mila diversi oggetti celesti: pianeti, stelle, galassie, nebulose. Migliaia di astronomi lo usarono per osservare i processi che si verificano nell'Universo. Pertanto, con l'aiuto di Hubble, sono state scoperte molte formazioni protoplanetarie attorno alle stelle, sono state ottenute fotografie uniche di fenomeni come le aurore su Giove, Saturno e altri pianeti e molte altre informazioni inestimabili.

Osservatorio a raggi X Chandra

Osservatorio a raggi X Chandra
Il 23 luglio 1999 è stato lanciato nello spazio il telescopio spaziale Chandra. Il suo compito principale è osservare i raggi X provenienti da regioni dello spazio ad altissima energia. Tale ricerca è di grande importanza per comprendere l'evoluzione dell'Universo e per studiare la natura dell'energia oscura, uno dei più grandi misteri della scienza moderna. Ad oggi, dozzine di dispositivi che conducono ricerche nella gamma dei raggi X sono stati lanciati nello spazio, ma, tuttavia, Chandra rimane il più potente ed efficace in quest'area.

Spitzer Il telescopio spaziale Spitzer è stato lanciato dalla NASA il 25 agosto 2003. Il suo compito è osservare il Cosmo nella gamma degli infrarossi, in cui si possono vedere stelle che si raffreddano e gigantesche nubi molecolari. L'atmosfera terrestre assorbe la radiazione infrarossa, rendendo tali oggetti spaziali quasi impossibili da osservare dalla Terra.

Kepler Il telescopio Kepler è stato lanciato dalla NASA il 6 marzo 2009. Il suo scopo speciale è la ricerca di pianeti extrasolari. La missione del telescopio è monitorare la luminosità di oltre 100mila stelle per 3,5 anni, durante i quali dovrà determinare il numero di pianeti simili alla Terra situati a una distanza adatta alla comparsa della vita dai loro soli. Componi una descrizione dettagliata di questi pianeti e della forma delle loro orbite, studia le proprietà delle stelle che hanno sistemi planetari e molto altro ancora. Ad oggi Keplero ha già individuato cinque sistemi stellari e centinaia di nuovi pianeti, 140 dei quali hanno caratteristiche simili alla Terra.

Telescopio spaziale James Webb

Telescopio spaziale James Webb (JWST)
Si presume che quando Hubble raggiungerà la fine della sua vita, il telescopio spaziale JWST ne prenderà il posto. Sarà dotato di un enorme specchio del diametro di 6,5 m, il cui obiettivo è rilevare le prime stelle e galassie apparse a seguito del Big Bang.
Ed è persino difficile immaginare cosa vedrà nello Spazio e come influenzerà le nostre vite.

“Abbiamo iniziato un volo indipendente. Ci sono forti contatti con i punti di misurazione nei laghi Medvezhye e Ussuriysk. I pannelli solari si sono aperti, hanno trovato il Sole, hanno preso una posizione stabilizzata e hanno un bilancio energetico positivo”... Così ha iniziato a comunicare con la stampa il capo dell'ONG che porta il nome della ONG. Lavochkin Viktor Hartov il 18 luglio, poco dopo il lancio di RadioAstron. Successivamente è diventato chiaro: il lancio ha avuto successo e per molti appassionati di astronomia questa gioiosa notizia ha quasi fatto venire le lacrime agli occhi.

Da quasi un quarto di secolo, più di vent'anni, la Russia non ha lanciato strumenti astronomici nello spazio!

La storia di Radioastron risale a mezzo secolo fa. L'idea di lanciare un radiotelescopio nello spazio appartiene all'eccezionale radioastronomo, allievo di I. S. Shklovsky, Nikolai Semenovich Kardashev. Inizialmente, propose di creare un'enorme antenna gonfiabile, ma quando il progetto ricevette lo status ufficiale (questo accadde negli anni '80), le dimensioni del telescopio erano diminuite in modo significativo. Negli anni ’90 il progetto venne addirittura congelato; nell’ultimo decennio, nonostante l’aumento dei finanziamenti, il lancio venne più volte rinviato. E ora Radioastron è in orbita!

Ma è troppo presto per gioire, perché oggi, 22 luglio, dovrebbe aprirsi l’antenna del radiotelescopio. RadioAstron osserverà quindi la Luna per la calibrazione. Successivamente verranno calibrati i sistemi di controllo dell'assetto. Ciò verrà fatto misurando una delle sorgenti luminose di onde radio. In generale, il dispositivo funzionerà per due o tre mesi in modalità test. E solo allora inizierà le osservazioni scientifiche.

Qui potrebbe sorgere la domanda: perché lanciare un radiotelescopio nello spazio, dal momento che ciò non darà allo strumento alcun vantaggio rispetto alle sue controparti terrestri, come, ad esempio, nel caso dei telescopi ottici? La risposta è semplice: è tutto nella base. Radioastron è un telescopio progettato per funzionare in combinazione con radiotelescopi terrestri. Insieme creeranno una base lunghissima, circa 30 volte più grande di quelle attualmente esistenti, limitata dal diametro della Terra. Ciò significa che con l'aiuto di RadioAstron potremo esplorare l'Universo con una risoluzione angolare di un milionesimo di secondo d'arco!

Ciò consentirà di studiare in dettaglio la natura della fonte di energia nei nuclei delle galassie attive, studiare l'evoluzione delle sorgenti extragalattiche compatte di emissione radio, ottenere nuovi dati su pulsar, microquasar e radiostelle e, infine, realizzare un significativo contributo all’astrometria fondamentale. In una parola, ancora oggi, mezzo secolo dopo la prima idea di un radiotelescopio spaziale, il Radioastron è uno strumento unico che non aveva analoghi al mondo.

Che benedizione che la squadra non sia scappata nei turbolenti anni '90 e abbia continuato a lavorare nei difficili anni 2000. E quanto è bello che Radioastron sia stato lanciato, dopo tutto! Ora - il passo successivo. Sputiamo tre volte e aspettiamo che l'antenna si apra. E poi si guarda, e arriveranno i primi risultati scientifici. Abbiamo davvero bisogno di loro, e soprattutto della generazione più giovane dei nostri scienziati.

18 luglio 2011. Cosmodromo di Baikonur. Il razzo Zenit con lo stadio superiore Fregat lancia in orbita il radiotelescopio Spektr-R o Radioastron

In connessione con il successo del lancio, l'accademico N. S. Kardashev accetta le congratulazioni. Foto: Vladimir A. Samodurov

Sul giornale è stato pubblicato un interessante articolo sul lancio di Radioastron

Esiste un tale meccanismo: un telescopio. Cosa serve? Quali funzioni svolge? In cosa aiuta?

informazioni generali

Osservare le stelle è stata un'attività affascinante fin dai tempi antichi. Non è stato solo un passatempo piacevole, ma anche utile. Inizialmente l'uomo poteva osservare le stelle solo con i propri occhi. In questi casi, le stelle erano solo punti nel firmamento. Ma nel XVII secolo fu inventato il telescopio. A cosa serviva e perché viene utilizzato adesso? Con il bel tempo, puoi usarlo per osservare migliaia di stelle, esaminare attentamente la luna o semplicemente osservare le profondità dello spazio. Ma diciamo che una persona è interessata all’astronomia. Il telescopio lo aiuterà a osservare decine, centinaia di migliaia o addirittura milioni di stelle. In questo caso tutto dipende dalla potenza del dispositivo utilizzato. Pertanto, i telescopi amatoriali forniscono un ingrandimento di diverse centinaia di volte. Se parliamo di strumenti scientifici, vedono migliaia e milioni di volte meglio di noi.

Tipi di telescopi

Convenzionalmente si possono distinguere due gruppi:

Dispositivi amatoriali. Ciò include telescopi il cui potere di ingrandimento è al massimo di diverse centinaia di volte. Sebbene ci siano anche dispositivi relativamente deboli. Quindi, per osservare il cielo, puoi persino acquistare modelli economici con un ingrandimento centuplicato. Se vuoi comprarti un dispositivo del genere, informati sul telescopio: il prezzo per loro parte da 5 mila rubli. Pertanto, quasi tutti possono permettersi di studiare astronomia.
Strumenti scientifici professionali. Esiste una divisione in due sottogruppi: telescopi ottici e radar. Purtroppo, i primi hanno una certa riserva di capacità piuttosto modesta. Inoltre, quando viene raggiunta la soglia dell'ingrandimento 250x, la qualità dell'immagine inizia a diminuire drasticamente a causa dell'atmosfera. Un esempio è il famoso telescopio Hubble. Può trasmettere immagini nitide con un ingrandimento di 5mila volte. Se trascuriamo la qualità, la visibilità può aumentare di 24.000! Ma il vero miracolo è il telescopio radar. Cosa serve? Gli scienziati lo usano per osservare la Galassia e persino l'Universo, imparando a conoscere nuove stelle, costellazioni, nebulose e altro

Cosa offre un telescopio a una persona?

È un biglietto per un mondo davvero fantastico di profondità stellari inesplorate. Anche i telescopi amatoriali economici ti permetteranno di fare scoperte scientifiche (anche se sono state precedentemente fatte da uno degli astronomi professionisti). Sebbene una persona comune possa fare molto. Quindi, il lettore era consapevole che la maggior parte delle comete sono state scoperte da dilettanti e non da professionisti? Alcune persone fanno una scoperta non solo una, ma molte volte, nominando gli oggetti trovati come vogliono. Ma anche se non fosse stato trovato nulla di nuovo, ogni persona con un telescopio può sentirsi molto più vicina alle profondità dell'Universo. Con il suo aiuto puoi ammirare le bellezze di altri pianeti del sistema solare.

Se parliamo del nostro satellite, allora sarà possibile esaminare attentamente la topografia della sua superficie, che risulterà più vibrante, voluminosa e dettagliata. Oltre alla Luna potrete ammirare anche Saturno, la calotta polare di Marte, sognando come su di essa cresceranno i meli, la bellissima Venere e Mercurio bruciato dal Sole. Questo è davvero uno spettacolo incredibile! Con uno strumento più o meno potente sarà possibile osservare palle di fuoco di massa variabile e doppia, nebulose e perfino galassie vicine. È vero, per rilevare quest'ultimo avrai comunque bisogno di determinate abilità. Pertanto, dovrai acquistare non solo telescopi, ma anche letteratura educativa.

Il fedele assistente del telescopio

Oltre a questo dispositivo, il suo proprietario troverà utile un altro strumento di esplorazione dello spazio: una mappa stellare. Questo è un cheat sheet affidabile e affidabile che aiuta e facilita la ricerca degli oggetti desiderati. In precedenza, per questo venivano utilizzate mappe cartacee. Ma ora sono stati sostituiti con successo dalle opzioni elettroniche. Sono molto più comode da usare rispetto alle carte stampate. Inoltre, quest'area si sta sviluppando attivamente, quindi anche un planetario virtuale può fornire un'assistenza significativa al proprietario del telescopio. Grazie ad essi l'immagine richiesta verrà presentata velocemente alla prima richiesta. Tra le funzionalità aggiuntive di tale software c'è anche la fornitura di informazioni di supporto che potrebbero essere utili.

Quindi abbiamo capito cos'è un telescopio, a cosa serve e quali capacità offre.

Come sono nati i telescopi?

Il primo telescopio apparve all'inizio del XVII secolo: diversi inventori inventarono simultaneamente i telescopi. Questi tubi erano basati sulle proprietà di una lente convessa (o, come viene anche chiamato, specchio concavo), funge da lente nel tubo: la lente mette a fuoco i raggi luminosi e si ottiene un'immagine ingrandita, che può essere vista attraverso un oculare situato all'altra estremità del tubo. Una data importante per i telescopi è il 7 gennaio 1610; poi l'italiano Galileo Galilei puntò per la prima volta un telescopio verso il cielo - e così lo trasformò in un telescopio. Il telescopio di Galileo era molto piccolo, poco più di un metro di lunghezza, e il diametro della lente era di 53 mm. Da allora le dimensioni dei telescopi sono aumentate costantemente. Telescopi veramente grandi situati negli osservatori iniziarono a essere costruiti nel XX secolo. Il più grande telescopio ottico oggi è il Gran Canaria Telescopio, nell'Osservatorio delle Isole Canarie, il cui diametro della lente arriva fino a 10 m.

I telescopi sono tutti uguali?

NO. Il tipo principale di telescopi è quello ottico, utilizzano una lente, uno specchio concavo o una serie di specchi, oppure uno specchio e una lente insieme. Tutti questi telescopi funzionano con la luce visibile, ovvero osservano i pianeti, le stelle e le galassie più o meno nello stesso modo in cui li guarderebbe un occhio umano molto acuto. Tutti gli oggetti del mondo sono dotati di radiazioni e la luce visibile costituisce solo una piccola frazione dello spettro di queste radiazioni. Guardare lo spazio solo attraverso di esso è ancora peggio che vedere il mondo intorno in bianco e nero; in questo modo perdiamo molte informazioni. Pertanto, ci sono telescopi che funzionano secondo principi diversi: ad esempio, radiotelescopi che catturano le onde radio o telescopi che catturano i raggi gamma: vengono utilizzati per osservare gli oggetti più caldi nello spazio. Esistono anche telescopi ultravioletti e infrarossi, sono adatti per scoprire nuovi pianeti al di fuori del sistema solare: nella luce visibile delle stelle luminose è impossibile vedere minuscoli pianeti che orbitano attorno a loro, ma nella luce ultravioletta e infrarossa questo è molto più semplice.

Perché abbiamo bisogno dei telescopi?

Buona domanda! Avrei dovuto chiederlo prima. Inviamo dispositivi nello spazio e persino su altri pianeti, raccogliamo informazioni su di essi, ma per la maggior parte l'astronomia è una scienza unica perché studia oggetti ai quali non ha accesso diretto. Un telescopio è lo strumento migliore per ottenere informazioni sullo spazio. Vede onde inaccessibili all'occhio umano, i più piccoli dettagli e registra anche le sue osservazioni, quindi con l'aiuto di queste registrazioni puoi notare i cambiamenti nel cielo.

Grazie ai moderni telescopi, abbiamo una buona conoscenza di stelle, pianeti e galassie e possiamo persino rilevare ipotetiche particelle e onde precedentemente sconosciute alla scienza: ad esempio la materia oscura (sono le misteriose particelle che compongono il 73% dell'Universo) o onde gravitazionali (stanno cercando di rilevarli utilizzando l'osservatorio LIGO, che consiste di due osservatori situati a una distanza di 3000 km l'uno dall'altro). Per questi scopi è meglio trattare i telescopi come tutti gli altri dispositivi: inviarli nello spazio.

Perché inviare telescopi nello spazio?

La superficie della Terra non è il posto migliore per osservare lo spazio. Il nostro pianeta crea molte interferenze. Innanzitutto, l’aria nell’atmosfera di un pianeta agisce come una lente: devia la luce proveniente dagli oggetti celesti in modi casuali e imprevedibili e distorce il modo in cui li vediamo. Inoltre, l'atmosfera assorbe molti tipi di radiazioni: ad esempio le onde infrarosse e ultraviolette. Per aggirare questa interferenza, i telescopi vengono inviati nello spazio. È vero, questo è molto costoso, quindi viene fatto raramente: nel corso della storia, abbiamo inviato nello spazio circa 100 telescopi di diverse dimensioni - in realtà, questo non è sufficiente, anche i grandi telescopi ottici sulla Terra sono molte volte più grandi. Il telescopio spaziale più famoso è Hubble e il telescopio James Webb, il cui lancio è previsto per il 2018, sarà una sorta di successore.

Quanto costa?

Un potente telescopio spaziale è molto costoso. La scorsa settimana si è celebrato il 25° anniversario del lancio di Hubble, il telescopio spaziale più famoso del mondo. Nell'intero periodo sono stati stanziati circa 10 miliardi di dollari; parte di questo denaro è destinato alle riparazioni, perché Hubble doveva essere riparato regolarmente (hanno smesso di farlo nel 2009, ma il telescopio funziona ancora). Poco dopo il lancio del telescopio accadde una cosa stupida: le prime immagini riprese erano di qualità molto peggiore del previsto. Si è scoperto che, a causa di un piccolo errore nei calcoli, lo specchio di Hubble non era sufficientemente livellato e si è dovuto inviare un'intera squadra di astronauti per ripararlo. È costato circa 8 milioni di dollari. Il prezzo del telescopio James Webb potrebbe cambiare e probabilmente aumenterà in prossimità del lancio, ma finora è di circa 8 miliardi di dollari e vale ogni centesimo.

Cosa c'è di speciale
al telescopio James Webb?

Sarà il telescopio più imponente della storia umana. Il progetto è stato concepito a metà degli anni '90 e ora si sta finalmente avvicinando alla fase finale. Il telescopio volerà a 1,5 milioni di km dalla Terra ed entrerà in orbita attorno al Sole, o meglio al secondo punto Lagrange dal Sole e dalla Terra: questo è il luogo in cui le forze gravitazionali di due oggetti sono bilanciate, e quindi il terzo oggetto (in questo caso, un telescopio) può rimanere immobile. Il telescopio James Webb è troppo grande per entrare in un razzo, quindi volerà piegato e si aprirà nello spazio come un fiore in trasformazione; guarda questo video per capire come ciò avverrà.

Sarà quindi in grado di guardare più lontano di qualsiasi telescopio nella storia: 13 miliardi di anni luce dalla Terra. Poiché la luce, come puoi immaginare, viaggia alla velocità della luce, gli oggetti che vediamo appartengono al passato. In parole povere, quando guardi una stella attraverso un telescopio, la vedi come appariva decine, centinaia, migliaia e così via anni fa. Pertanto, il telescopio James Webb vedrà le prime stelle e galassie come erano dopo il Big Bang. Questo è molto importante: capiremo meglio come si sono formate le galassie, come sono comparse le stelle e i sistemi planetari, e potremo comprendere meglio l'origine della vita. Forse il telescopio James Webb ci aiuterà anche a scoprire la vita extraterrestre. C'è una cosa: durante la missione molte cose possono andare storte, e poiché il telescopio sarà molto lontano dalla Terra, sarà impossibile inviarlo per ripararlo, come è avvenuto con Hubble.

Qual è il significato pratico di tutto ciò?

Questa è una domanda che viene posta spesso riguardo all’astronomia, soprattutto considerando quanti soldi vengono spesi per essa. Ci sono due risposte a questo: in primo luogo, non tutto, soprattutto la scienza, dovrebbe avere un chiaro significato pratico. L'astronomia e i telescopi ci aiutano a comprendere meglio il posto dell'umanità nell'Universo e la struttura del mondo in generale. In secondo luogo, l’astronomia presenta ancora vantaggi pratici. L'astronomia è direttamente correlata alla fisica: comprendendo l'astronomia, comprendiamo molto meglio la fisica, perché ci sono fenomeni fisici che non possono essere osservati sulla Terra. Ad esempio, se gli astronomi dimostrassero l’esistenza della materia oscura, ciò influenzerebbe notevolmente la fisica. Inoltre, molte tecnologie inventate per lo spazio e l’astronomia vengono utilizzate nella vita di tutti i giorni: prendiamo in considerazione i satelliti, che ora vengono utilizzati per qualsiasi cosa, dalla televisione alla navigazione GPS. Infine, l'astronomia sarà molto importante in futuro: per sopravvivere, l'umanità dovrà estrarre energia dal Sole e minerali dagli asteroidi, stabilirsi su altri pianeti e, possibilmente, comunicare con civiltà aliene - tutto questo sarà impossibile se non lo facciamo sviluppare ora l'astronomia e i telescopi.

Una foto canonica del telescopio scattata durante la sua ultima missione di manutenzione nel 2009.

25 anni fa, il 24 aprile 1990, la navetta spaziale Discovery partì da Cape Canaveral per il suo decimo volo, trasportando nel suo compartimento un carico insolito che avrebbe portato gloria alla NASA e sarebbe diventato un catalizzatore per lo sviluppo di molti settori dell'astronomia . Inizia così la missione, durata 25 anni, del telescopio spaziale Hubble, forse lo strumento astronomico più famoso al mondo.

Il giorno successivo, 25 aprile 1990, le porte del portellone di carico si aprirono e uno speciale manipolatore sollevò il telescopio fuori dallo scompartimento. Hubble ha iniziato il suo viaggio ad un'altitudine di 612 km sopra la Terra. Il processo di lancio del dispositivo è stato filmato su diverse telecamere IMAX e, insieme a una delle successive missioni di riparazione, è stato incluso nel film Destiny in Space (1994). Il telescopio ha attirato più volte l'attenzione dei registi IMAX, diventando l'eroe dei film Hubble: Galaxies Across Space and Time (2004) e Hubble 3D (2010). Tuttavia, il cinema scientifico popolare è piacevole, ma pur sempre un sottoprodotto del lavoro dell'osservatorio orbitale.

Perché sono necessari i telescopi spaziali?

Il problema principale dell'astronomia ottica è l'interferenza introdotta dall'atmosfera terrestre. Da tempo vengono costruiti grandi telescopi in alta montagna, lontano dalle grandi città e dai centri industriali. La lontananza risolve in parte il problema dello smog, sia reale che luminoso (illuminazione del cielo notturno mediante fonti luminose artificiali). La posizione ad alta quota permette di ridurre l'influenza delle turbolenze atmosferiche, che limita la risoluzione dei telescopi, e di aumentare il numero di notti adatte all'osservazione.

Oltre agli inconvenienti già menzionati, la trasparenza dell'atmosfera terrestre nelle gamme degli ultravioletti, dei raggi X e dei raggi gamma lascia molto a desiderare. Problemi simili si osservano nello spettro infrarosso. Un altro ostacolo sulla strada degli osservatori da terra è lo scattering di Rayleigh, la stessa cosa che spiega il colore blu del cielo. A causa di questo fenomeno, lo spettro degli oggetti osservati risulta distorto, virando al rosso.

Hubble nella stiva della navetta Discovery. Vista da una delle telecamere IMAX.

Tuttavia, il problema principale è l'eterogeneità dell'atmosfera terrestre, la presenza in essa di aree con densità, velocità dell'aria diverse, ecc. Sono questi fenomeni che portano al noto scintillio delle stelle, visibile ad occhio nudo. Con l'ottica multimetro dei grandi telescopi, il problema non fa che peggiorare. Di conseguenza, la risoluzione degli strumenti ottici terrestri, indipendentemente dalla dimensione dello specchio e dall’apertura del telescopio, è limitata a circa 1 secondo d’arco.

Portare il telescopio nello spazio consente di evitare tutti questi problemi e di aumentare la risoluzione di un ordine di grandezza. Ad esempio, la risoluzione teorica del telescopio Hubble con uno specchio di 2,4 m di diametro è di 0,05 secondi d'arco, quella reale è di 0,1 secondi.

Progetto Hubble. Inizio

Per la prima volta, gli scienziati hanno iniziato a parlare dell’effetto positivo del trasferimento di strumenti astronomici oltre l’atmosfera terrestre molto prima dell’avvento dell’era spaziale, negli anni ’30 del secolo scorso. Uno degli entusiasti della creazione di osservatori extraterrestri era l'astrofisico Lyman Spitzer. Pertanto, in un articolo del 1946, dimostrò i principali vantaggi dei telescopi spaziali e nel 1962 pubblicò un rapporto in cui raccomandava che l'Accademia nazionale delle scienze degli Stati Uniti includesse lo sviluppo di un tale dispositivo nel programma spaziale. Come era prevedibile, nel 1965 Spitzer divenne il capo del comitato che determinò la gamma di compiti scientifici per un telescopio spaziale così grande. Successivamente, il telescopio spaziale a infrarossi Spitzer Space Telescope (SIRTF), lanciato nel 2003, con uno specchio principale di 85 centimetri, prese il nome dallo scienziato.

Telescopio a infrarossi Spitzer.

Il primo osservatorio extraterrestre fu l'Orbiting Solar Observatory 1 (OSO 1), lanciato nel 1962, appena 5 anni dopo l'inizio dell'era spaziale, per studiare il sole. In totale, nell'ambito del programma OSO dal 1962 al 1975. Sono stati creati 8 dispositivi. E nel 1966, parallelamente ad esso, fu lanciato un altro programma: l'Osservatorio Astronomico Orbitante (OAO), nell'ambito del quale nel 1966-1972. Sono stati lanciati quattro telescopi orbitanti per raggi ultravioletti e X. Fu il successo delle missioni OAO a diventare il punto di partenza per la creazione di un grande telescopio spaziale, che inizialmente fu chiamato semplicemente Large Orbiting Telescope o Large Space Telescope. Il dispositivo ricevette il nome Hubble in onore dell'astronomo e cosmologo americano Edwin Hubble solo nel 1983.

Inizialmente, si prevedeva di costruire un telescopio con uno specchio principale di 3 metri e di metterlo in orbita già nel 1979. Inoltre, l'osservatorio è stato immediatamente sviluppato in modo che il telescopio potesse essere riparato direttamente nello spazio, e qui il programma Space Shuttle, che si stava sviluppando parallelamente, si rivelò molto utile, il cui primo volo ebbe luogo il 12 aprile 1981. Ammettiamolo, il design modulare si rivelò una soluzione brillante: le navette volarono al telescopio cinque volte per riparare e aggiornare l'attrezzatura.

E poi è iniziata la ricerca di soldi. Il Congresso ha rifiutato i finanziamenti o ha stanziato nuovamente i fondi. La NASA e la comunità scientifica lanciarono un programma di lobbying a livello nazionale senza precedenti per il progetto Large Space Telescope, che prevedeva l’invio di massa di lettere (poi cartacee) ai legislatori, incontri personali di scienziati con membri del Congresso e senatori, ecc. Alla fine, nel 1978, il Congresso stanziò i primi 36 milioni di dollari, più la Comunità Spaziale Europea (ESA) accettò di sostenere parte dei costi. La progettazione dell'osservatorio iniziò e fu fissata il 1983 come nuova data di lancio.

Specchio per l'eroe

La parte più importante di un telescopio ottico è lo specchio. Lo specchio di un telescopio spaziale aveva requisiti speciali a causa della sua risoluzione più elevata rispetto ai suoi omologhi terrestri. I lavori sullo specchio principale Hubble con un diametro di 2,4 m iniziarono nel 1979 e Perkin-Elmer fu scelta come appaltatore. Come hanno dimostrato gli eventi successivi, questo è stato un errore fatale.

Come preforma è stato utilizzato il vetro a bassissimo coefficiente di dilatazione termica di Corning. Sì, lo stesso che conosci del Gorilla Glass che protegge gli schermi dei tuoi smartphone. La precisione della lucidatura, per la quale furono utilizzate per la prima volta le nuove macchine CNC, doveva essere 1/65 della lunghezza d'onda della luce rossa, ovvero 10 nm. Successivamente lo specchio è stato rivestito con uno strato di alluminio da 65 nm e uno strato protettivo di fluoruro di magnesio spesso 25 nm. La NASA, dubitando della competenza di Perkin-Elmer e temendo problemi con l'uso della nuova tecnologia, ordinò contemporaneamente a Kodak uno specchio di riserva realizzato in modo tradizionale.

Lucidatura dello specchio primario Hubble nello stabilimento Perkin-Elmer, 1979.

I timori della NASA si sono rivelati infondati. La lucidatura dello specchio principale continuò fino alla fine del 1981, quindi il lancio fu rinviato prima al 1984, poi, a causa di ritardi nella produzione di altri componenti del sistema ottico, all'aprile 1985. I ritardi alla Perkin-Elmer raggiunsero proporzioni catastrofiche. Il lancio fu rinviato altre due volte, prima a marzo e poi a settembre 1986. Allo stesso tempo, il budget totale del progetto a quel tempo era già di 1,175 miliardi di dollari.

Disastro e anticipazione

Il 28 gennaio 1986, dopo 73 secondi di volo sopra Cape Canaverel, lo Space Shuttle Challenger esplose con sette astronauti a bordo. Per due anni e mezzo gli Stati Uniti hanno interrotto i voli con equipaggio e il lancio di Hubble è stato rinviato a tempo indeterminato.

I voli dello Space Shuttle ripresero nel 1988 e il lancio del veicolo era ora previsto per il 1990, 11 anni dopo la data originale. Per quattro anni il telescopio con i sistemi di bordo parzialmente accesi è stato conservato in una stanza speciale con atmosfera artificiale. Il solo costo di conservazione del dispositivo unico ammontava a circa 6 milioni di dollari al mese! Al momento del lancio, il costo totale per la creazione di un laboratorio spaziale era stimato a 2,5 miliardi di dollari invece dei 400 milioni previsti, oggi, tenendo conto dell’inflazione, ammonta a più di 10 miliardi di dollari!

Questo ritardo forzato ha avuto anche aspetti positivi: gli sviluppatori hanno avuto più tempo per finalizzare il satellite. Così, i pannelli solari furono sostituiti con altri più efficienti (l’operazione sarebbe stata fatta altre due volte in futuro, ma questa volta nello spazio), il computer di bordo fu modernizzato e il software a terra fu migliorato, cosa che, a quanto pare, si scopre che nel 1986 era completamente impreparato. Se il telescopio venisse improvvisamente portato nello spazio in tempo, i servizi di terra semplicemente non sarebbero in grado di lavorare con esso. La negligenza e il superamento dei costi si verificano anche alla NASA.

E infine, il 24 aprile 1990, la Discovery lanciò Hubble nello spazio. È iniziata una nuova fase nella storia delle osservazioni astronomiche.

Sfortunato telescopio fortunato

Se pensate che questa sia la fine della disavventura di Hubble vi sbagliate di grosso. I problemi sono iniziati proprio durante il lancio: uno dei pannelli solari si è rifiutato di aprirsi. Gli astronauti stavano già indossando le tute spaziali, preparandosi ad andare nello spazio per risolvere il problema, quando il pannello si è liberato e ha preso il posto giusto. Tuttavia, questo era solo l’inizio.

Il manipolatore Canadarm rilascia Hubble in volo libero.

Letteralmente nei primissimi giorni di lavoro con il telescopio, gli scienziati hanno scoperto che Hubble non poteva produrre un'immagine nitida e la sua risoluzione non era molto superiore a quella dei telescopi terrestri. Il progetto multimiliardario si è rivelato un disastro. Divenne subito chiaro che Perkin-Elmer non solo ritardò indecentemente la produzione del sistema ottico del telescopio, ma commise anche un grave errore durante la lucidatura e l'installazione dello specchio principale. La deviazione dalla forma specificata ai bordi dello specchio era di 2 micron, il che ha portato alla comparsa di una forte aberrazione sferica e ad una diminuzione della risoluzione a 1 secondo d'arco, invece dello 0,1 previsto.

Il motivo dell'errore era semplicemente vergognoso per la Perkin-Elmer e avrebbe dovuto porre fine all'esistenza dell'azienda. Il correttore nullo principale, uno speciale dispositivo ottico per il controllo di grandi specchi asferici, è stato installato in modo errato: la sua lente era spostata di 1,3 mm dalla posizione corretta. Il tecnico che ha assemblato il dispositivo ha semplicemente commesso un errore lavorando con un misuratore laser e quando ha scoperto uno spazio inaspettato tra la lente e la sua struttura di supporto, lo ha compensato utilizzando una normale rondella metallica.

Tuttavia, il problema avrebbe potuto essere evitato se Perkin-Elmer, in violazione delle rigide norme di controllo qualità, non avesse semplicemente ignorato le letture di ulteriori correttori nulli che indicavano la presenza di aberrazione sferica. Quindi, a causa dell'errore di una persona e della disattenzione dei manager della Perkin-Elmer, un progetto multimiliardario era in bilico.

Sebbene la NASA avesse uno specchio di riserva prodotto da Kodak e il telescopio fosse stato progettato per essere sottoposto a manutenzione in orbita, non era possibile sostituire il componente principale nello spazio. Di conseguenza, dopo aver determinato l'esatta entità delle distorsioni ottiche, è stato sviluppato un dispositivo speciale per compensarle: la sostituzione assiale del telescopio spaziale con ottica correttiva (COSTAR). In poche parole, è una patch meccanica per il sistema ottico. Per installarlo è stato necessario smontare uno dei dispositivi scientifici presenti su Hubble; Dopo essersi consultati, gli scienziati hanno deciso di sacrificare il fotometro ad alta velocità.

Gli astronauti mantengono Hubble durante la sua prima missione di riparazione.

La missione di riparazione sullo shuttle Endeavour non venne lanciata fino al 2 dicembre 1993. Per tutto questo tempo, Hubble ha effettuato misurazioni e rilevamenti indipendentemente dall'entità dell'aberrazione sferica; inoltre, gli astronomi sono riusciti a sviluppare un algoritmo di post-elaborazione abbastanza efficace che compensa alcune distorsioni. Per smontare un dispositivo e installare COSTAR ci sono voluti 5 giorni di lavoro e 5 passeggiate spaziali, per una durata totale di 35 ore! E prima della missione, gli astronauti hanno imparato a utilizzare un centinaio di strumenti unici creati per servire Hubble. Oltre all'installazione di COSTAR, è stata sostituita la fotocamera principale del telescopio. Vale la pena capire che sia il dispositivo di correzione che la nuova fotocamera sono dispositivi delle dimensioni di un grande frigorifero con la massa corrispondente. Al posto della Wide Field/Planetary Camera, che dispone di 4 sensori CCD Texas Instruments con una risoluzione di 800x800 pixel, è stata installata la Wide Field and Planetary Camera 2, con nuovi sensori progettati dal NASA Jet Propulsion Laboratory. Nonostante la risoluzione delle quattro matrici fosse simile alla precedente, a causa della loro speciale disposizione, è stata ottenuta una maggiore risoluzione con un angolo di visione più piccolo. Allo stesso tempo, Hubble è stato sostituito con pannelli solari e l'elettronica che li controlla, quattro giroscopi per il sistema di controllo dell'assetto, diversi moduli aggiuntivi, ecc. Già il 13 gennaio 1994 la NASA mostrò al pubblico immagini molto più chiare degli oggetti spaziali.

Immagine della galassia M100 prima e dopo l'installazione di COSTAR.

La questione non si è limitata ad una missione di riparazione; le navette hanno volato su Hubble cinque volte (!), il che rende l'osservatorio l'oggetto extraterrestre artificiale più visitato oltre alla ISS e alle stazioni orbitali sovietiche.

La seconda missione di servizio, durante la quale furono sostituiti numerosi strumenti scientifici e sistemi di bordo, ebbe luogo nel febbraio 1997. Gli astronauti andarono nuovamente nello spazio cinque volte e trascorsero a bordo un totale di 33 ore.

La terza missione di riparazione è stata divisa in due parti, di cui la prima ha dovuto essere completata in ritardo. Il fatto è che tre dei sei giroscopi del sistema di controllo dell'assetto di Hubble si sono guastati, il che ha reso difficile puntare il telescopio verso un bersaglio. Il quarto giroscopio “è morto” una settimana prima dell’inizio della squadra di riparazione, rendendo incontrollabile l’osservatorio spaziale. La spedizione partì per salvare il telescopio il 19 dicembre 1999. Gli astronauti hanno sostituito tutti e sei i giroscopi e aggiornato il computer di bordo.

Il primo computer di bordo di Hubble fu il DF-224.

Nel 1990, Hubble venne lanciato con il computer di bordo DF-224, ampiamente utilizzato dalla NASA negli anni '80 (ricordate, il progetto dell'osservatorio è stato creato negli anni '70). Questo sistema, prodotto da Rockwell Autonetics, del peso di 50 kg e delle dimensioni di 45x45x30 cm, era dotato di tre processori con una frequenza di 1,25 MHz, due di essi erano considerati di backup e venivano accesi alternativamente in caso di guasto del principale e del primo backup CPU. Il sistema era dotato di una capacità di memoria di 48K kiloword (una parola equivale a 32 byte) e erano disponibili solo 32 kiloword alla volta.

Naturalmente, verso la metà degli anni '90, tale architettura era già irrimediabilmente obsoleta, quindi durante una missione di servizio il DF-224 fu sostituito con un sistema basato su uno speciale chip Intel i486 protetto dalle radiazioni con una frequenza di clock di 25 MHz. Il nuovo computer era 20 volte più veloce del DF-224 e aveva 6 volte più RAM, il che consentiva di accelerare l'elaborazione di molte attività e di utilizzare moderni linguaggi di programmazione. A proposito, i chip Intel i486 per sistemi embedded, anche per l'uso nella tecnologia spaziale, sono stati prodotti fino a settembre 2007!

Un astronauta rimuove l'unità a nastro da Hubble per tornare sulla Terra.

Anche il sistema di memorizzazione dei dati di bordo è stato sostituito. Nel design originale di Hubble, si trattava di un'unità reel-to-reel degli anni '70, in grado di archiviare in sequenza 1,2 GB di dati. Durante il secondo intervento di riparazione, uno di questi “registratori a bobina” è stato sostituito con un'unità SSD. Durante la terza missione è stata cambiata anche la seconda “bobina”. L'SSD ti consente di archiviare 10 volte più informazioni: 12 GB. Tuttavia, non dovresti confrontarlo con l'SSD del tuo laptop. L'unità principale di Hubble misura 30 x 23 x 18 cm e pesa ben 11,3 kg!

La quarta missione, ufficialmente chiamata 3B, partì per l'Osservatorio nel marzo 2002. L'attività principale è installare la nuova Advanced Camera for Surveys. L'installazione di questo dispositivo ha permesso di abbandonare l'uso di un dispositivo di correzione in funzione dal 1993. La nuova fotocamera aveva due rilevatori CCD agganciati che misuravano 2048 × 4096 pixel, che davano una risoluzione totale di 16 megapixel, contro 2,5 megapixel. per la fotocamera precedente. Una parte degli strumenti scientifici è stata sostituita, tanto che a bordo dell'Hubble non è rimasto nessuno degli strumenti del set originale andato nello spazio nel 1991. Inoltre, gli astronauti hanno sostituito per la seconda volta i pannelli solari del satellite con altri più efficienti, generando il 30% di energia in più.

Telecamera avanzata per rilievi nella camera bianca prima di essere caricata sulla navetta.

Il quinto volo verso Hubble è avvenuto sei anni fa, nel 2009, al termine del programma Space Shuttle. Perché Si sapeva che questa era l'ultima missione di riparazione e il telescopio è stato sottoposto a una profonda revisione. Ancora una volta, tutti e sei i giroscopi del sistema di controllo dell'assetto, uno dei sensori di guida di precisione sono stati sostituiti, sono state installate nuove batterie al nichel-idrogeno al posto di quelle vecchie che avevano funzionato in orbita per 18 anni, l'involucro danneggiato è stato riparato, ecc.

Un astronauta si esercita nella sostituzione delle batterie dell'Hubble sulla Terra. Peso del pacco batteria – 181 kg.

In totale, nel corso di cinque missioni di servizio, gli astronauti hanno trascorso 23 giorni a riparare il telescopio, trascorrendo 164 ore nello spazio senz'aria! Un risultato unico.

Instagram per il telescopio

Ogni settimana Hubble invia sulla Terra circa 140 GB di dati, che vengono raccolti nello Space Telescope Science Institute, creato appositamente per gestire tutti i telescopi orbitali. Il volume dell'archivio oggi ammonta a circa 60 TB di dati (1,5 milioni di registrazioni), il cui accesso è aperto a tutti, così come lo stesso telescopio. Chiunque può fare domanda per utilizzare Hubble, la domanda è se verrà concesso. Tuttavia, se non hai una laurea in astronomia, non provarci nemmeno, molto probabilmente non riuscirai nemmeno a compilare il modulo di richiesta per ottenere informazioni sull'immagine.

A proposito, tutte le fotografie trasmesse da Hubble alla Terra sono monocromatiche. L'assemblaggio di foto a colori in colori reali o artificiali avviene già sulla Terra, sovrapponendo una serie di fotografie monocromatiche scattate con filtri diversi.

"Pillars of Creation" è una delle fotografie più impressionanti di Hubble del 2015. Nebulosa Aquila, distanza 4000 anni luce.

Le fotografie più impressionanti scattate con Hubble, già elaborate, si trovano su HubbleSite, il sito secondario ufficiale della NASA o dell'ESA, sito dedicato al 25° anniversario del telescopio.

Naturalmente, Hubble ha il proprio account Twitter, addirittura due -

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